電子設備故障預測與健康管理技術發展新動態

王芳

（山東電子職業技術學院，山東 濟南 250200）

0 引言

現如今，新科學技術的發展，導致在極大程度上改變了電子裝備的形態，在電子設備保障形式上也發生了極大的變化，其中包括自主維修保障以及增強型狀態維修等新型電子設備保障形式。此種電子設備的保障形式實質就是電子設備的故障預測與健康管理技術。健康管理技術包含電子設備狀態診斷、監控等，及時適應技術時代的發展趨勢，代表設備保障向集中化方向發展，亦是電子設備運行狀態未來發展的必由之路。但從實際情況中來看，除了電池一系列的設備有明顯老化特征以外，其他電子設備的健康管理技術還停留在試驗階段，工程應用的實際效果不理想。本文針對該問題，分析當前電子設備故障預測以及健康管理技術的概念和含義，提出相應的解決對策，以達到解決好電子設備故障預測以及健康管理技術發展問題。

1 電子設備故障預測及健康管理技術研究現狀

1.1 電子設備故障預測研究現狀

在電子設備故障預測及健康管理技術領域，設備故障預測的方式呈多樣化，采用的預測模型和數據源不盡相同，其故障預測方式也較多[1]。相關科學技術人員很早提出了電子設備的故障診斷與預測認知模型，在該模型中將診斷和預測方式分為：基于故障狀態實質信息、基于使用環境條件信息、基于損傷標尺、數據整合、基于異常現象信息以及綜合診斷等五大類電子設備故障預測和診斷方法。此種分類能清楚地看出電子設備故障預測和故障診斷發展的完整圖像，并結合電子設備的健康狀態特點，體現當今電子設備故障預測研究現狀。

1.2 電子設備健康損耗規律研究現狀

通常情況下，電子設備發生的故障多數表現出隨機性和突發性，對于電子設備狀態退化是否存在規律性認知還不夠明確，導致電子設備故障預測及健康管理技術研究缺乏本源性。現如今，經過大量的科學研究表明，對電子設備的耗損性規律以及電子設備的健康狀態有了初步認識[2]。雖然電子設備發生故障具有一定隨機性，但電子設備內部元件隨著溫度、濕度、硬損傷等多方面影響可導致電子設備產生退化過程，即電子設備在使用過程中存在耗損性健康狀態，基于此種原因，耗損性為電子設備故障預測及健康管理提供了一定理論依據。我國目前對電子設備健康耗損規律診斷研究主要體現在一些較為典型的元器件功能退化和規律上，對電子設備使用過程中的耗損規律和退化機理診斷研究尚不明確。

1.3 電子設備狀態評估研究現狀

電子設備健康管理技術研究中，電子設備的狀態診斷和評估是關鍵一步[3]。對于電子設備健康狀態的具體描述存在一定復雜性，并且針對電子設備狀態診斷與評估技術的研究較少，目前我國電子設備狀態診斷與評估技術主要體現在模型、數據以及健康指數等三個方面。

1.4 電子設備健康管理技術的研究發展現狀

目前，我國電子設備的故障預測及健康管理技術領域，主要還停留在對電子設備的故障預測技術方面上，對于電子設備健康管理技術層面的研究還比較少。通過對目前電子設備健康管理技術研究現狀來看，電子設備的健康管理技術評估與研究主要集中在系統的總體構架層面，對實際電子設備管理方法和決策的研究普遍偏低。

2 電子設備故障預測及健康管理技術面臨的問題及對策

2.1 電子設備運用中的健康耗損不規律

電子設備呈現出來的健康耗損性狀態是電子設備故障診斷預測和健康管理的標準[4]。電子設備中含有大量機械連接組件和元器件，在電子設備使用過程中呈現退化機理也不一致，目前已知建立退化模型只適用于少數元器件和組件，大部分電子設備元器件和組件退化模型并不完善，因此很難獲取電子設備健康耗損規律性，這也是導致電子設備故障預測和健康管理技術難以法發展的原因之一。

2.2 電子設備健康情況難以表現出來

一般情況下，機械設備性能的退化預測可以通過相應的設備振動信號以及健康狀態來判定。但電子設備與機械設備原理不同，電子設備是由部分功能電路、電路板和元器件等組合在一起，其狀態受各級組件的綜合制約[5]。目前電子設備中只有少量元器件的健康狀態可以通過輸電信號的變化表現出來，大部分部件沒有明顯退化表征，這也導致電子設備的退化狀態難以通過直觀的外在表現觀測出來。

2.3 復雜設備健康技術參數難以捕捉

隨著現代化科學技術的不斷提升，電子設備結構也變得逐漸復雜[6]。電子設備的密集程度在原有的基礎上不斷提高，即使有一部分的電子設備中使用的元器件狀態可以通過相應輸電信號進行狀態表征。但由于在復雜電子設備中，沒有充分考慮電子設備的故障診斷預測和健康管理技術實質需求，沒有設計此類特征參數的測試接口和相應測試點，進而導致對復雜電子設備故障診斷預測和健康管理參數很難獲取和捕捉。

2.4 電子設備在發生故障時具有隨機性

由于在電子設備中應用的元器件較多，并且其結構較為復雜，同時在元器件的設計環節、工藝過程中都存在一定的缺陷和差異性，從而導致電子設備故障發生具有一定的隨機性。電子設備故障預測和健康管理技術具有很大的隨機性，這也是當前電子設備面臨的又一挑戰。

3 電子設備故障預測及健康管理技術發展新動態

3.1 基于間歇故障特征的電子設備狀態表征技術

間歇故障是一種可以反復出現的、持續時間短并且未經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備健康狀態的評估和表征。現如今，電子設備間歇故障表征確定檢測技術在原有基礎上取得了重大突破，因此基于間歇故障特征的電子設備狀態表征技術正在逐漸被國內外學術界所重視。研究人員表明，間歇故障時電子設備發生故障的前提，并且間歇故障概率具有一定的計算方法，可針對間歇故障動態因素進行深入分析，總結出一種魯棒診斷法。因此，可以看出在電子設備間歇故障的表征技術、震動隨機性、健康狀態等問題上取得了一定技術成就。但該技術還處于研究起步階段，首先，對間歇故障特征在電子設備健康狀態上的認知過于簡單卻不全面。其次，對基于間歇性故障表征的電子設備健康狀態技術研究仍處于表面，因此需要早原有基礎上加強基于間歇故障特征的電子設備健康狀態表征技術研究。

3.2 面向故障預測及健康管理技術復雜的電子設備測試設計技術

面對復雜的電子設備，設計功能一般都包括隔離能力和故障檢測能力，同時也是電子設備具有測試性的設計要求。近些年的復雜電子設備測試設計技術逐漸被學術界所重視，在設計之前，通過電子設備優化分析，對電子設備的全壽命周期所需的測試參數、時機以及資源進行系統規劃設計，并要求與設備功能并行設計，以解決電子設備在測試過程中的難題。我國面向電子設備故障預測和健康管理技術測試性技術仍然處于起步階段，主要表現在設備設計方法、機內測試、電子設備測試設計技術驗證以及健康評估策略等幾大方面。

3.3 基于多源特征下電子設備健康狀態評估技術

為了更好的降低由電子設備的設計缺陷、工作應力、可靠性以及預測模型為故障預測診斷和健康管理技術評估帶來的影響，充分利用收集到的電子設備參數和信息內容是十分重要的。目前電子設備在多源性特征故障診斷預測和健康管理評估中有一定的研究。但其實一把雙刃劍，收集到的有效數據能提升故障預測和健康管理能力，而收集到關聯性較弱的信息有可能降低故障預測和健康管理能力。因此，在多源特征下，電子設備健康評估核心要基于正確綜合評估上，從而提升評估的準確性，進而提升電子設備的健康管理評估能力。

4 結束語

有上文可以看出，電子設備是我國各個行業發展都脫離不開的重要組成部分。近幾年來，國內外分別從其理論上和工程上開展了大量的電子設備健康管理技術研究工作，并且還取得了一定的成效，得出了電子設備故障預測、狀態分析、健康管理規律等多方面結論。為未來電子設備的故障預測以及健康管理技術提供新的發展方向，從基于間歇故障特征的設備健康表象、健康管理測試設計等多個方面進一步提升電子設備使用的安全性和穩定性。希望通過本文的分析為電子設備故障預測以及健康管理技術研究人員提供一定參考建議。