电子设备故障预测与健康管理技术发展新动态

电子设备故障预测与健康管理技术发展
新动态
摘要：电子设备与其他机械类的设备相比不同，机械类设备老化有明显的特征，而电子设备退化没有明显的外在表现，且没有有效征兆对其老化状态进行提示，所以，在电子设备的故障预测以及健康管理上存在一定的挑战性。

关键词：电子设备；故障预测；健康管理技术；发展新动态
当今世界，新技术变革方兴未艾，极大地改变着装备形态，也推动了装备保障方式的变革，产生了自主维修保障、增强型状态基础维修等新型保障模式。

这些保障模式的基础是故障预测与健康管理技术。

电子设备PHM技术代表了装备状态监控、诊断等原有技术适应信息化发展的趋势，代表了装备保障朝着自主化、综合化、一体化、精确化方向发展的趋势，是未来发展的必由之路。

1电子设备故障预测及健康管理技术研究现状
1.1电子设备故障预测研究现状
在电子设备故障预测及健康管理技术领域，设备故障预测的方式呈多样化，采用的预测模型和数据源不尽相同，其故障预测方式也较多。

相关科学技术人员很早提出了电子设备的故障诊断与预测认知模型，在该模型中将诊断和预测方式分为：基于故障状态实质信息、基于使用环境条件信息、基于损伤标尺、数据整合、基于异常现象信息以及综合诊断等五大类电子设备故障预测和诊断方法。

此种分类能清楚地看出电子设备故障预测和故障诊断发展的完整图像，并结合电子设备的健康状态特点，体现当今电子设备故障预测研究现状。

1.2损伤状态、退化状态、健康状态与使用状态
损伤状态是指电子设备内在的物理层面上的某种损坏程度。

退化状态是指电子设备外在的完成某种功能的能力衰退程度。

通常来说，电子设备的退化状态与
健康状态是相对应的，即随着电子设备退化状态的逐渐增加，其健康状态是越来
越差的。

无论是损伤状态、退化状态还是健康状态，都描述的是电子设备本身固
有的健康衰退情况。

由于电子设备的工作环境（使用环境）各不相同且时常变化，健康状态很好的电子设备在恶劣环境中的剩余使用寿命可能很短，而健康状态较
差的电子设备在较好的环境中剩余寿命可能很长，因此，损伤状态、退化状态和
健康状态还不能独立描述电子设备在使用环境中继续完成规定功能的能力。

此时，可将电子设备的健康状态与使用环境相结合分析，采用“使用状态”来描述电子
设备在未来工作环境中完成规定功能的能力。

具体地，不同类型“状态”间的相
互关系如图１所示。

图１各种“状态”间的关系
1.3电子设备状态评估研究现状
电子设备健康管理技术研究中，电子设备的状态诊断和评估是关键一步。

对
于电子设备健康状态的具体描述存在一定复杂性，并且针对电子设备状态诊断与
评估技术的研究较少，目前我国电子设备状态诊断与评估技术主要体现在模型、
数据以及健康指数等三个方面。

1.4电子设备健康管理技术的研究发展现状
目前，我国电子设备的故障预测及健康管理技术领域，主要还停留在对电子
设备的故障预测技术方面上，对于电子设备健康管理技术层面的研究还比较少。

通过对目前电子设备健康管理技术研究现状来看，电子设备的健康管理技术评估
与研究主要集中在系统的总体构架层面，对实际电子设备管理方法和决策的研究
普遍偏低。

2电子设备健康管理
从广义的概念范畴看，健康管理是一个大的概念，它包括了设备的故障诊断、故障预测、状态评估、维修决策管理等多个方面。

但从狭义的范畴看，健康管理
主要是指维修决策管理。

例如，依据美军的定义，健康管理是指依据装备故障诊断、故障预测等信息，结合可利用的维修资源和维修操作人员等信息，对装备的
维修行为做出合适的决策。

因此，从狭义概念上讲，电子设备的健康管理是指采
用“预先”维修、保养的方法，在获取电子设备故障预测信息和健康状态后，结
合相关的维修保障资源信息，在电子设备真正发生故障前采取措施，实现对故障
的被动反映到主动的预防。

3电子设备故障预测及健康管理技术发展新动态
3.1基于间歇故障特征的电子设备状态表征技术
间歇故障是一种可以反复出现的、持续时间短并且未经处理也可自行消失的
非永久性故障，其特征可以有效作为电子设备健康状态的评估和表征。

现如今，
电子设备间歇故障表征确定检测技术在原有基础上取得了重大突破，因此基于间
歇故障特征的电子设备状态表征技术正在逐渐被国内外学术界所重视。

研究人员
表明，间歇故障是电子设备发生故障的前提，并且间歇故障概率具有一定的计算
方法，可针对间歇故障动态因素进行深入分析，总结出一种鲁棒诊断法。

因此，
可以看出在电子设备间歇故障的表征技术、震动随机性、健康状态等问题上取得
了一定技术成就。

但该技术还处于研究起步阶段，首先，对间歇故障特征在电子
设备健康状态上的认知过于简单却不全面。

其次，对基于间歇性故障表征的电子
设备健康状态技术研究仍处于表面，因此需要在原有基础上加强基于间歇故障特
征的电子设备健康状态表征技术研究。

3.2面向故障预测及健康管理技术复杂的电子设备测试设计技术
由于复杂电子设备结构复杂性，工程领域一般都要求其自身具备故障的自检
测和隔离能力，这也是电子设备测试性设计的基本要求（测试必须满足故障检测率、故障隔离率等指标要求）。

然而，针对电子设备技术的核心———故障预测
的测试需求，当前的电子设备设计时基本还未考虑，也就是说电子设备中没有预
先设计各类故障预测特征参数的测试点或测试接口，直接导致复杂电子设备的特
征参数难以获取。

近年来，结合测试性技术与技术的发展，面向复杂电子设备测
试性设计技术逐渐得到重视，该技术在电子设备设计之初，通过系统分析电子设
备的测试需求，并通过优化分析，对电子设备全寿命周期内的所需的测试参数、
测试资源、测试时机等进行系统规划，并与复杂电子设备的功能开展并行设计，
以解决电子设备在全寿命健康管理过程中“测什么、何时测、怎么测”的技术难题，如图2所示。

图2面向ＰＨＭ的复杂电子设备测试性设计技术
3.3基于多源特征下电子设备健康状态评估技术
为了更好地降低由电子设备的设计缺陷、工作能力、可靠性以及预测模型为
故障预测诊断和健康管理技术评估带来的影响，充分利用收集到的电子设备参数
和信息内容是十分重要的。

目前电子设备在多源性特征故障诊断预测和健康管理
评估中有一定的研究。

但同时也是一把双刃剑，收集到的有效数据能提升故障预
测和健康管理能力，而收集到关联性较弱的信息有可能降低故障预测和健康管理
能力。

因此，在多源特征下，电子设备健康评估核心要基于正确综合评估上，从
而提升评估的准确性，进而提升电子设备的健康管理评估能力。

结语：
近几年来，国内外分别从其理论上和工程上开展了大量的电子设备健康管理
技术研究工作，并且还取得了一定的成效，得出了电子设备故障预测、状态分析、健康管理规律等多方面结论。

为未来电子设备的故障预测以及健康管理技术提供
新的发展方向，从基于间歇故障特征的设备健康表象、健康管理测试设计等多个
方面进一步提升电子设备使用的安全性和稳定性。

参考文献：
[1]陶书弘,吕瑞.故障预测与健康管理技术的应用与发展[J].中国设备工程,2020(07):147-148.
[2]张波.轨道交通装备故障预测与健康管理系统分析[J].城市轨道交通研究,2019,22(05):175-177.
[3]刘玉才.电子元器件的检测与误差分析[J].电子元器件与信息技
术,2020,4(02):11-12.。