发明内容

从现有技术出发，本发明所基于的目的在于，创造用于计算剩余使用寿命的经优化的方法和系统，并且尤其实现在运行期间快速计算损伤。该目的通过专利权利要求1、13、14和15的主题来实现。有利的实施方式可以从从属权利要求中获得。

根据本发明的用于直接获取设备的至少一个部件的理论损伤的方法，在分析单元中提供所述至少一个部件的特定于载荷的参考数据，其中借助载荷检测系统检测特定于载荷的实际数据并且将其传输给分析单元，其中将分析单元上提供的特定于载荷的参考数据缩放到特定于载荷的实际数据上，以便计算至少一个部件的理论损伤并且获取剩余使用寿命。换言之，该方法能够直接计算所述至少一个部件的理论损伤。理论损伤由所述至少一个部件的多个损伤值汇总而成并且用于估计所述至少一个部件的实际损伤。换言之，从理论上量化了所述至少一个部件的实际损伤。因此，提出一种快速的几乎实时的计算方法，以便直接获取设备的一个或多个部件的理论损伤以及剩余使用寿命。特别有利的是相对于从现有技术已知的方法而言在设备运行期间所需的计算成本相对较小。换言之，仅在设备的规划和开发中需要较高的、然而为此一次性的计算成本。

设备的所述至少一个部件尤其被理解为设备的特定于驱动器并且/或者特定于控制器的构件，该构件优选在设备的运行期间承受恒定的或周期性的负荷并且以一定的间隔经受维护措施和/或维修措施。因此，设备可以包括多个这种构件。设备例如可以是传动装置或马达，其中部件是传动装置或马达的构件。部件例如是驱动轴或从动轴、轴承元件、齿轮或类似的构件。此外，可以获取其理论损伤和剩余使用寿命的所述至少一个部件还可以是工作介质，例如是倾向于在设备运行过程中老化或磨损的油。换言之，设备优选具有多个部件，这些部件是与设备的运行相关的，并且由于出现损伤而对运行产生不利影响并且因此应被监测。

已经如上述借助于任意的计算方法获取特定于载荷的参考数据，其中定义并且考虑在设备运行期间可能出现的所有相关的和/或可能的载荷级。换言之，特定于载荷的参考数据是在设备进入现场之前(即在设备实际操作之前)计算的。特定于载荷的参考数据例如可以在设备的早期开发阶段进行计算，以便在早期已能够影响部件的设计。这尤其能够降低成本，这是因为对所有预期的载荷点仅进行一次复杂且计算密集的对损伤和剩余使用寿命的计算，并且因此可以省去例如用于CAE软件的成本高昂的授权。因此，预先获取特定于载荷的参考数据并且将其存储在设备的分析单元中。可以将其扩展到任意数量的相同或相似设备上，而无需增加上述成本耗费。此外，预定的运行点、故障机制和/或计算方法不是以直接、通用且透明的方式存储在设备中的，而是仅利用一个数据库来执行该方法。因此，该方法提供了可以对一个队列中的设备的损伤进行分析的可能性。由此还得到例如在所有设备的均匀利用率方面以经优化的方式运行队列的可能性，以便使设备均匀地受到负荷并且均匀地利用这些设备。由此，每个设备以更高概率并且在可控制的时间点达到所设置的使用寿命。

为了获取参考数据，在预先计算中定义任意多个运行点或参考载荷。这些运行点是理论上出现的载荷点并且例如包括在运行时预期的负荷、转速、转矩、温度、部件旋转方向、摩擦值和另外的与损伤相关的运行点。换言之，对于设备预先定义了某一负荷水平线，该设备或所述至少一个部件在运行期间预期穿过该负荷水平线。因此，对于每个部件预先定义了与损伤相关的运行点和载荷路径，以便计算理论损伤。因此，可以预先针对每个任意运行点获取每个部件的理论损伤。以存储在分析单元上的方式来提供这些参考数据，使得为了在运行期间计算理论损伤这些参考数据可以被缩放到设备的特定于载荷的实际数据上。分析单元优选被布置在设备中。还可以设想的是，分析单元是可以借助于线缆或以无线缆的方式接收并且存储设备的特定于载荷的实际数据的外部装置。

优选地，所述特定于载荷的参考数据包括所述至少一个部件的至少一个故障机制。术语故障机制应被理解为如下的理论负荷曲线：该理论负荷曲线导致所述至少一个部件的损伤并且最终导致所述至少一个部件的故障或者失效。每个不同的部件都具有一个或多个故障机制，这些故障机制理论上可以在设备运行时出现并且被预先定义以便获取特定于载荷的参考数据。换言之，对于所述至少一个部件的每载荷种故障机制计算每个任意的参考的理论损伤值并且将其存储在分析单元中。例如齿轮的齿可以具有三种故障机制——首先是由于齿根断裂导致的失效并且此外还有齿的每个齿侧壁的齿侧壁失效(点蚀)。因此，对于所述至少一个部件的每种单独的故障机制可以在考虑到与故障机制相关的参考载荷级的情况下预先计算理论损伤。

优选地，所述特定于载荷的参考数据包括用于离散的参考载荷级的多个损伤值。对于所述至少一个部件的每种单独的故障机制，在预先计算中计算每个离散的参考载荷级的理论损伤值，该损伤值可以被缩放到特定于载荷的实际数据上。此外，可以在预先设计中进行谱假设(Kollektivannehmen)，以用于计算理论损伤值。

此外，优选将所述特定于载荷的参考数据汇总到所述至少一个数据结构中。在该数据结构中，在每个事先确定的运行点中每个参考载荷级的情况下列出每个事先定义的故障机制。优选地，设备的所有要考虑的部件记录在数据结构中。此外可以设想的是，每个部件以所属的故障机制、运行点和参考载荷级在自身单独的数据结构中列出，其中这些数据结构在这种情况下在逻辑上互相关联。

特定于载荷的实际数据被载荷检测系统连续地或以确定的时间间隔来检测并且被传输给分析单元并且被存储在那里。然后将特定于的参考数据载荷缩放到特定于载荷的实际数据上，以便获取相应部件的当前理论损伤。

优选地，所述特定于载荷的实际数据包括经分类的载荷谱。借助于载荷检测系统所测得的测量变量在分析单元中被换算并且被提供在经分类的载荷谱中，使得可以以较小的计算成本来计算理论损伤。载荷谱或负荷谱是这样的数据组：该数据组反映了在设备的确定的运行时间段期间所述至少一个部件或系统的例如处于操作性连接的多个部件(例如马达或传动装置)的负荷。例如描绘了测量变量随这些测量变量出现的时间或频率变化的曲线。因此，在风力发电设施的载荷谱中可以反映转速/转矩组合(包括相应组合的出现频率)的数据组。

所述经分类的载荷谱例如包括出现的损伤变量在经定义的载荷级中的停留时长。经分类的载荷谱优选包括出现的损伤变量的载荷变化的次数和/或出现的损伤变量的事件计数。在事件计数中，载荷检测系统在设备运行期间记录出现的某些事件并对出现频率进行计数。因此，这个事件也是一个运行点，该运行点根据其类型和持续时间被预先定义并且被存储在分析单元中。在此，该事件也可以是所谓的特殊事件，其中某个在理论上出现的运行点位于预期的运行点之外。因此，该事件是在运行期间可能会以例外方式出现的、然而导致相应部件的实际损伤的例外事件。在预先计算中在理论上量化这种实际损伤。在这种情况下，将对每次出现这个事件进行计数，其中在达到最大次数的情况下假设对相应部件的损伤在理论上已经超过预定量，并且因此例如要被替换或保养。此外，经分类的载荷谱可以被分析单元记录为旋转谱或雨流分类(Rainflow-Klassierung)。

与损伤相关的变量实际上由载荷检测系统来检测并且是可以与特定于载荷的参考数据相对照的测量变量。换言之，每个可能的影响变量和其在理论损伤方面的影响已经记录或反映在特定于载荷的参考数据中。理论损伤是理论上量化的实际出现的损伤。由此，特定于载荷的参考数据可以被缩放到特定于载荷的实际数据上，以便获取所述至少一个部件的理论损伤。理论损伤的计算可以在设备运行期间的任意时间点进行。因此，借助根据本发明的方法能够直接即无中介地得出有关相应部件的当前损伤值和/或剩余使用寿命的结论，这使得能够更好地适配设备的经济运行策略。因此可以在设备规划中对将来预期的不同的运行策略进行构件优化，其中尤其可以基于在运行时获取的理论损伤和剩余使用寿命来预测将来的构件损伤和负荷。

载荷谱可以具有一个或多个维度。维度例如取决于与所述至少一个部件的故障机制相关的影响变量。如果例如转速和转矩与所述至少一个部件的故障机制是相关的，则载荷谱是二维的。然而，也可以设置三个或更多个维度。因此，例如对于所考虑的相应的测量时间段可以输出这样的停留时长：其中所述至少一个部件(在此例如轴)在运行期间以某一转速/转矩组合存在。因此，这些实际所测得的转速/转矩组合是特定于载荷的实际数据。针对这个转速/转矩组合中的每个，将特定于载荷的参考数据与所属的理论损伤值存储在分析单元中，这些特定于载荷的参考数据被缩放到特定于载荷的实际数据上，以便获取所述至少一个部件在测量时间段内的理论损伤。随后，所述至少一个部件的这种理论损伤可以与先前计算的另外的损伤值相加，以便计算所述至少一个部件的总损伤。换言之，以该数据结构对所记录的载荷谱评估，以便获得所述至少一个部件的当前理论损伤总和。尤其，首先对载荷谱求和，以便随后确定理论损伤。

根据一个优选的实施例，在分析单元中提供所述至少一个部件的至少一个故障标准。对于所述至少一个部件的每个故障机制，预先定义故障标准并且将其存储在分析单元中。同样可以在数据结构中提供这个故障标准。在此确定，应根据哪个标准取决于故障机制来更换相应部件。这种标准例如可以是轴承元件的一定旋转次数或部件在某一载荷级或在某一运行点中的一定的停留时长。然而，故障标准一般是损伤值，从该损伤值开始，部件理论上已达到其使用寿命。故障标准例如可以借助曲线来预先定义。然而，还可以实现的是，借助经验数值或数学经验方法来估计或获取故障标准。如果出现部件的某一理论损伤值并且例如需要更换部件时，则满足故障标准。这尤其在安全方面是有利的，原因在于在达到相应的故障标准之前可以采取维修措施。

从所述至少一个部件的当前总损伤与对于相应的故障机制定义的故障标准的关系中还可以得出有关部件的剩余使用寿命的结论。这尤其通过当前理论损伤的外推来进行。换言之，可以根据这种关系计算相应部件的剩余负荷能力。因此，可以几乎实时或在每个任意时间点获取所述至少一个部件的理论损伤和剩余使用寿命。在此尤其有利的是，可以对多个部件的理论损伤同时进行监测并且完整地进行评估。

优选地，在分析单元中提供至少一个损伤阈值，使得在达到损伤阈值时将分析单元的处理请求发送给至少一个接收单元。损伤阈值尤其用于示出所述至少一个部件何时已经达到临界损伤范围。根据一个优选的示例，这个损伤范围可以为相应部件的总使用寿命的80％。换言之，损伤阈值是具有小于故障标准的理论损伤的损伤值。在接收单元上显示到达损伤阈值，该接收单元例如设计为计算机系统或移动终端。处理请求尤其被理解为用于采用维护措施或维修措施的请求。接收器在此例如借助于插接连接与分析单元相连接。替代性地可以设想的是，分析单元包括发送单元，以便以无线缆方式例如借助于无线连接与接收单元相连接。接收单元优选布置在设备或设施内部。还可以设想的是，接收单元是外部装置。此外，替代性地，接收单元可以是云存储器或网关。因此，数据还可以被存储在虚拟的接收单元上。

此外优选地，取决于所述至少一个部件的理论损伤来运行所述设备。在设备运行期间可能出现设备的部件被不同程度磨耗、损伤或磨损。换言之，这些部件具有不同的理论损伤总和。由于每个相关的部件的理论损伤可以通过该方法几乎实时获取，因此取决于损伤来适配设备的运行策略。因此，基于所述至少一个部件的损伤做出关于运行策略的决定，并且因此可以针对运行进行优化调整。

优选地，取决于所述至少一个部件的理论损伤来避免某些运行点。换言之，相应的部件并不暴露于或仅部分地或仅短暂地暴露于这些运行点。在此，这些运行点例如可以是某些转速或转矩组合或在变速器的情况下也可以是变速器的相应挡位。这应以多档变速器为例来展示，其中变速器的相应部件(例如齿轮或轴)在每个载荷路径或挡位中受到不同的负荷并且因此具有不同的损伤总和。如果这些挡位中的一个挡位具有带有大于其他挡位的损伤总和的一个或多个部件，则同样例如可以仅在更短的时间内使用这个挡位。因此，相反更长时间地使用其他未受影响的挡位。替代性地，根据应用情况，完全省去这个挡位，以避免或降低至少部分受损的部件的进一步损伤。因此，可以更均匀地造成所有相关部件的损伤，以提高部件的使用寿命并且最终提高设备的使用寿命。换言之，取决于理论损伤通过避免某些运行点来保养受损的部件。此外，该设备可以在更长时间内无故障地使用。补充地或替代性地，还可以取决于理论损伤来避免损伤值的载荷范围或载荷路径。

根据本发明的方法尤其可以由计算机或由分析单元来执行。因此，该方法可以在软件中实施。对应的软件就此而言是可独立销售的产品。因此，本发明还涉及一种计算机程序产品，该计算机程序产品包含机器可读的指令，当在计算机和/或分析单元上执行时这些指令将计算机和/或分析单元升级为系统的计算逻辑，或者使计算机和/或分析单元执行根据本发明的方法。

根据本发明的用于直接获取设备的至少一个部件的理论损伤的系统包括分析单元，所述分析单元被设置为提供特定于载荷的参考数据，其中所述系统还包括用于检测特定于载荷的实际数据的载荷检测系统，所述特定于载荷的实际数据被设置为被传输给所述分析单元，其中所述分析单元还被设置为将所述特定于载荷的参考数据缩放到所述特定于载荷的实际数据上，以便由此获取所述至少一个部件的理论损伤和剩余使用寿命。

载荷检测系统优选是设备控制器的一部分并且优选还包括多个传感器元件，这些传感器元件被设置为检测与损伤相关的测量变量并且将其传输给分析单元。因此，加速度传感器、光学传感器、应变计或其他适合的传感器元件例如能够集成到载荷检测系统中。这些测量变量由分析单元接收并且被换算成特定于载荷的实际数据并且被存储，使得后续可以获取相应部件的理论损伤。替代性地或补充地，载荷检测系统还可以将估计的或事先计算的测量变量传递给分析单元，借助这些测量变量来计算相应部件的理论损伤。

根据本发明的系统尤其适合在风力发电设施中使用。替代性地，该系统例如可以应用于作业机械、建筑机器、PKW(乘用机动车辆)或NKW(商用机动车辆)或LKW(载重机动车辆)，其中该系统有利地在这些装置和机器中使用，这些装置和机器由于其结构类型、结构尺寸以及其应用领域而具有如下的部件和/或磨损零件：这些部件和/或磨损零件尤其仅在较大的耗费下才可以触及并且经受定期重复的维护和保养循环。