電子設(shè)備故障預(yù)測(cè)與健康管理技術(shù)發(fā)展新動(dòng)態(tài)

王芳

（山東電子職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東 濟(jì)南 250200）

0 引言

現(xiàn)如今，新科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，導(dǎo)致在極大程度上改變了電子裝備的形態(tài)，在電子設(shè)備保障形式上也發(fā)生了極大的變化，其中包括自主維修保障以及增強(qiáng)型狀態(tài)維修等新型電子設(shè)備保障形式。此種電子設(shè)備的保障形式實(shí)質(zhì)就是電子設(shè)備的故障預(yù)測(cè)與健康管理技術(shù)。健康管理技術(shù)包含電子設(shè)備狀態(tài)診斷、監(jiān)控等，及時(shí)適應(yīng)技術(shù)時(shí)代的發(fā)展趨勢(shì)，代表設(shè)備保障向集中化方向發(fā)展，亦是電子設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)未來(lái)發(fā)展的必由之路。但從實(shí)際情況中來(lái)看，除了電池一系列的設(shè)備有明顯老化特征以外，其他電子設(shè)備的健康管理技術(shù)還停留在試驗(yàn)階段，工程應(yīng)用的實(shí)際效果不理想。本文針對(duì)該問(wèn)題，分析當(dāng)前電子設(shè)備故障預(yù)測(cè)以及健康管理技術(shù)的概念和含義，提出相應(yīng)的解決對(duì)策，以達(dá)到解決好電子設(shè)備故障預(yù)測(cè)以及健康管理技術(shù)發(fā)展問(wèn)題。

1 電子設(shè)備故障預(yù)測(cè)及健康管理技術(shù)研究現(xiàn)狀

1.1 電子設(shè)備故障預(yù)測(cè)研究現(xiàn)狀

在電子設(shè)備故障預(yù)測(cè)及健康管理技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)備故障預(yù)測(cè)的方式呈多樣化，采用的預(yù)測(cè)模型和數(shù)據(jù)源不盡相同，其故障預(yù)測(cè)方式也較多[1]。相關(guān)科學(xué)技術(shù)人員很早提出了電子設(shè)備的故障診斷與預(yù)測(cè)認(rèn)知模型，在該模型中將診斷和預(yù)測(cè)方式分為：基于故障狀態(tài)實(shí)質(zhì)信息、基于使用環(huán)境條件信息、基于損傷標(biāo)尺、數(shù)據(jù)整合、基于異常現(xiàn)象信息以及綜合診斷等五大類電子設(shè)備故障預(yù)測(cè)和診斷方法。此種分類能清楚地看出電子設(shè)備故障預(yù)測(cè)和故障診斷發(fā)展的完整圖像，并結(jié)合電子設(shè)備的健康狀態(tài)特點(diǎn)，體現(xiàn)當(dāng)今電子設(shè)備故障預(yù)測(cè)研究現(xiàn)狀。

1.2 電子設(shè)備健康損耗規(guī)律研究現(xiàn)狀

通常情況下，電子設(shè)備發(fā)生的故障多數(shù)表現(xiàn)出隨機(jī)性和突發(fā)性，對(duì)于電子設(shè)備狀態(tài)退化是否存在規(guī)律性認(rèn)知還不夠明確，導(dǎo)致電子設(shè)備故障預(yù)測(cè)及健康管理技術(shù)研究缺乏本源性?，F(xiàn)如今，經(jīng)過(guò)大量的科學(xué)研究表明，對(duì)電子設(shè)備的耗損性規(guī)律以及電子設(shè)備的健康狀態(tài)有了初步認(rèn)識(shí)[2]。雖然電子設(shè)備發(fā)生故障具有一定隨機(jī)性，但電子設(shè)備內(nèi)部元件隨著溫度、濕度、硬損傷等多方面影響可導(dǎo)致電子設(shè)備產(chǎn)生退化過(guò)程，即電子設(shè)備在使用過(guò)程中存在耗損性健康狀態(tài)，基于此種原因，耗損性為電子設(shè)備故障預(yù)測(cè)及健康管理提供了一定理論依據(jù)。我國(guó)目前對(duì)電子設(shè)備健康耗損規(guī)律診斷研究主要體現(xiàn)在一些較為典型的元器件功能退化和規(guī)律上，對(duì)電子設(shè)備使用過(guò)程中的耗損規(guī)律和退化機(jī)理診斷研究尚不明確。

1.3 電子設(shè)備狀態(tài)評(píng)估研究現(xiàn)狀

電子設(shè)備健康管理技術(shù)研究中，電子設(shè)備的狀態(tài)診斷和評(píng)估是關(guān)鍵一步[3]。對(duì)于電子設(shè)備健康狀態(tài)的具體描述存在一定復(fù)雜性，并且針對(duì)電子設(shè)備狀態(tài)診斷與評(píng)估技術(shù)的研究較少，目前我國(guó)電子設(shè)備狀態(tài)診斷與評(píng)估技術(shù)主要體現(xiàn)在模型、數(shù)據(jù)以及健康指數(shù)等三個(gè)方面。

1.4 電子設(shè)備健康管理技術(shù)的研究發(fā)展現(xiàn)狀

目前，我國(guó)電子設(shè)備的故障預(yù)測(cè)及健康管理技術(shù)領(lǐng)域，主要還停留在對(duì)電子設(shè)備的故障預(yù)測(cè)技術(shù)方面上，對(duì)于電子設(shè)備健康管理技術(shù)層面的研究還比較少。通過(guò)對(duì)目前電子設(shè)備健康管理技術(shù)研究現(xiàn)狀來(lái)看，電子設(shè)備的健康管理技術(shù)評(píng)估與研究主要集中在系統(tǒng)的總體構(gòu)架層面，對(duì)實(shí)際電子設(shè)備管理方法和決策的研究普遍偏低。

2 電子設(shè)備故障預(yù)測(cè)及健康管理技術(shù)面臨的問(wèn)題及對(duì)策

2.1 電子設(shè)備運(yùn)用中的健康耗損不規(guī)律

電子設(shè)備呈現(xiàn)出來(lái)的健康耗損性狀態(tài)是電子設(shè)備故障診斷預(yù)測(cè)和健康管理的標(biāo)準(zhǔn)[4]。電子設(shè)備中含有大量機(jī)械連接組件和元器件，在電子設(shè)備使用過(guò)程中呈現(xiàn)退化機(jī)理也不一致，目前已知建立退化模型只適用于少數(shù)元器件和組件，大部分電子設(shè)備元器件和組件退化模型并不完善，因此很難獲取電子設(shè)備健康耗損規(guī)律性，這也是導(dǎo)致電子設(shè)備故障預(yù)測(cè)和健康管理技術(shù)難以法發(fā)展的原因之一。

2.2 電子設(shè)備健康情況難以表現(xiàn)出來(lái)

一般情況下，機(jī)械設(shè)備性能的退化預(yù)測(cè)可以通過(guò)相應(yīng)的設(shè)備振動(dòng)信號(hào)以及健康狀態(tài)來(lái)判定。但電子設(shè)備與機(jī)械設(shè)備原理不同，電子設(shè)備是由部分功能電路、電路板和元器件等組合在一起，其狀態(tài)受各級(jí)組件的綜合制約[5]。目前電子設(shè)備中只有少量元器件的健康狀態(tài)可以通過(guò)輸電信號(hào)的變化表現(xiàn)出來(lái)，大部分部件沒(méi)有明顯退化表征，這也導(dǎo)致電子設(shè)備的退化狀態(tài)難以通過(guò)直觀的外在表現(xiàn)觀測(cè)出來(lái)。

2.3 復(fù)雜設(shè)備健康技術(shù)參數(shù)難以捕捉

隨著現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的不斷提升，電子設(shè)備結(jié)構(gòu)也變得逐漸復(fù)雜[6]。電子設(shè)備的密集程度在原有的基礎(chǔ)上不斷提高，即使有一部分的電子設(shè)備中使用的元器件狀態(tài)可以通過(guò)相應(yīng)輸電信號(hào)進(jìn)行狀態(tài)表征。但由于在復(fù)雜電子設(shè)備中，沒(méi)有充分考慮電子設(shè)備的故障診斷預(yù)測(cè)和健康管理技術(shù)實(shí)質(zhì)需求，沒(méi)有設(shè)計(jì)此類特征參數(shù)的測(cè)試接口和相應(yīng)測(cè)試點(diǎn)，進(jìn)而導(dǎo)致對(duì)復(fù)雜電子設(shè)備故障診斷預(yù)測(cè)和健康管理參數(shù)很難獲取和捕捉。

2.4 電子設(shè)備在發(fā)生故障時(shí)具有隨機(jī)性

由于在電子設(shè)備中應(yīng)用的元器件較多，并且其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，同時(shí)在元器件的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)、工藝過(guò)程中都存在一定的缺陷和差異性，從而導(dǎo)致電子設(shè)備故障發(fā)生具有一定的隨機(jī)性。電子設(shè)備故障預(yù)測(cè)和健康管理技術(shù)具有很大的隨機(jī)性，這也是當(dāng)前電子設(shè)備面臨的又一挑戰(zhàn)。

3 電子設(shè)備故障預(yù)測(cè)及健康管理技術(shù)發(fā)展新動(dòng)態(tài)

3.1 基于間歇故障特征的電子設(shè)備狀態(tài)表征技術(shù)

間歇故障是一種可以反復(fù)出現(xiàn)的、持續(xù)時(shí)間短并且未經(jīng)處理也可自行消失的非永久性故障，其特征可以有效作為電子設(shè)備健康狀態(tài)的評(píng)估和表征。現(xiàn)如今，電子設(shè)備間歇故障表征確定檢測(cè)技術(shù)在原有基礎(chǔ)上取得了重大突破，因此基于間歇故障特征的電子設(shè)備狀態(tài)表征技術(shù)正在逐漸被國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界所重視。研究人員表明，間歇故障時(shí)電子設(shè)備發(fā)生故障的前提，并且間歇故障概率具有一定的計(jì)算方法，可針對(duì)間歇故障動(dòng)態(tài)因素進(jìn)行深入分析，總結(jié)出一種魯棒診斷法。因此，可以看出在電子設(shè)備間歇故障的表征技術(shù)、震動(dòng)隨機(jī)性、健康狀態(tài)等問(wèn)題上取得了一定技術(shù)成就。但該技術(shù)還處于研究起步階段，首先，對(duì)間歇故障特征在電子設(shè)備健康狀態(tài)上的認(rèn)知過(guò)于簡(jiǎn)單卻不全面。其次，對(duì)基于間歇性故障表征的電子設(shè)備健康狀態(tài)技術(shù)研究仍處于表面，因此需要早原有基礎(chǔ)上加強(qiáng)基于間歇故障特征的電子設(shè)備健康狀態(tài)表征技術(shù)研究。

3.2 面向故障預(yù)測(cè)及健康管理技術(shù)復(fù)雜的電子設(shè)備測(cè)試設(shè)計(jì)技術(shù)

面對(duì)復(fù)雜的電子設(shè)備，設(shè)計(jì)功能一般都包括隔離能力和故障檢測(cè)能力，同時(shí)也是電子設(shè)備具有測(cè)試性的設(shè)計(jì)要求。近些年的復(fù)雜電子設(shè)備測(cè)試設(shè)計(jì)技術(shù)逐漸被學(xué)術(shù)界所重視，在設(shè)計(jì)之前，通過(guò)電子設(shè)備優(yōu)化分析，對(duì)電子設(shè)備的全壽命周期所需的測(cè)試參數(shù)、時(shí)機(jī)以及資源進(jìn)行系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)，并要求與設(shè)備功能并行設(shè)計(jì)，以解決電子設(shè)備在測(cè)試過(guò)程中的難題。我國(guó)面向電子設(shè)備故障預(yù)測(cè)和健康管理技術(shù)測(cè)試性技術(shù)仍然處于起步階段，主要表現(xiàn)在設(shè)備設(shè)計(jì)方法、機(jī)內(nèi)測(cè)試、電子設(shè)備測(cè)試設(shè)計(jì)技術(shù)驗(yàn)證以及健康評(píng)估策略等幾大方面。

3.3 基于多源特征下電子設(shè)備健康狀態(tài)評(píng)估技術(shù)

為了更好的降低由電子設(shè)備的設(shè)計(jì)缺陷、工作應(yīng)力、可靠性以及預(yù)測(cè)模型為故障預(yù)測(cè)診斷和健康管理技術(shù)評(píng)估帶來(lái)的影響，充分利用收集到的電子設(shè)備參數(shù)和信息內(nèi)容是十分重要的。目前電子設(shè)備在多源性特征故障診斷預(yù)測(cè)和健康管理評(píng)估中有一定的研究。但其實(shí)一把雙刃劍，收集到的有效數(shù)據(jù)能提升故障預(yù)測(cè)和健康管理能力，而收集到關(guān)聯(lián)性較弱的信息有可能降低故障預(yù)測(cè)和健康管理能力。因此，在多源特征下，電子設(shè)備健康評(píng)估核心要基于正確綜合評(píng)估上，從而提升評(píng)估的準(zhǔn)確性，進(jìn)而提升電子設(shè)備的健康管理評(píng)估能力。

4 結(jié)束語(yǔ)

有上文可以看出，電子設(shè)備是我國(guó)各個(gè)行業(yè)發(fā)展都脫離不開的重要組成部分。近幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)外分別從其理論上和工程上開展了大量的電子設(shè)備健康管理技術(shù)研究工作，并且還取得了一定的成效，得出了電子設(shè)備故障預(yù)測(cè)、狀態(tài)分析、健康管理規(guī)律等多方面結(jié)論。為未來(lái)電子設(shè)備的故障預(yù)測(cè)以及健康管理技術(shù)提供新的發(fā)展方向，從基于間歇故障特征的設(shè)備健康表象、健康管理測(cè)試設(shè)計(jì)等多個(gè)方面進(jìn)一步提升電子設(shè)備使用的安全性和穩(wěn)定性。希望通過(guò)本文的分析為電子設(shè)備故障預(yù)測(cè)以及健康管理技術(shù)研究人員提供一定參考建議。