电子设备故障预测与健康管理技术发展新动态

王芳

（山东电子职业技术学院，山东 济南 250200）

0 引言

现如今，新科学技术的发展，导致在极大程度上改变了电子装备的形态，在电子设备保障形式上也发生了极大的变化，其中包括自主维修保障以及增强型状态维修等新型电子设备保障形式。此种电子设备的保障形式实质就是电子设备的故障预测与健康管理技术。健康管理技术包含电子设备状态诊断、监控等，及时适应技术时代的发展趋势，代表设备保障向集中化方向发展，亦是电子设备运行状态未来发展的必由之路。但从实际情况中来看，除了电池一系列的设备有明显老化特征以外，其他电子设备的健康管理技术还停留在试验阶段，工程应用的实际效果不理想。本文针对该问题，分析当前电子设备故障预测以及健康管理技术的概念和含义，提出相应的解决对策，以达到解决好电子设备故障预测以及健康管理技术发展问题。

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[1]。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 电子设备健康损耗规律研究现状

通常情况下，电子设备发生的故障多数表现出随机性和突发性，对于电子设备状态退化是否存在规律性认知还不够明确，导致电子设备故障预测及健康管理技术研究缺乏本源性。现如今，经过大量的科学研究表明，对电子设备的耗损性规律以及电子设备的健康状态有了初步认识[2]。虽然电子设备发生故障具有一定随机性，但电子设备内部元件随着温度、湿度、硬损伤等多方面影响可导致电子设备产生退化过程，即电子设备在使用过程中存在耗损性健康状态，基于此种原因，耗损性为电子设备故障预测及健康管理提供了一定理论依据。我国目前对电子设备健康耗损规律诊断研究主要体现在一些较为典型的元器件功能退化和规律上，对电子设备使用过程中的耗损规律和退化机理诊断研究尚不明确。

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[3]。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 电子设备故障预测及健康管理技术面临的问题及对策

2.1 电子设备运用中的健康耗损不规律

电子设备呈现出来的健康耗损性状态是电子设备故障诊断预测和健康管理的标准[4]。电子设备中含有大量机械连接组件和元器件，在电子设备使用过程中呈现退化机理也不一致，目前已知建立退化模型只适用于少数元器件和组件，大部分电子设备元器件和组件退化模型并不完善，因此很难获取电子设备健康耗损规律性，这也是导致电子设备故障预测和健康管理技术难以法发展的原因之一。

2.2 电子设备健康情况难以表现出来

一般情况下，机械设备性能的退化预测可以通过相应的设备振动信号以及健康状态来判定。但电子设备与机械设备原理不同，电子设备是由部分功能电路、电路板和元器件等组合在一起，其状态受各级组件的综合制约[5]。目前电子设备中只有少量元器件的健康状态可以通过输电信号的变化表现出来，大部分部件没有明显退化表征，这也导致电子设备的退化状态难以通过直观的外在表现观测出来。

2.3 复杂设备健康技术参数难以捕捉

随着现代化科学技术的不断提升，电子设备结构也变得逐渐复杂[6]。电子设备的密集程度在原有的基础上不断提高，即使有一部分的电子设备中使用的元器件状态可以通过相应输电信号进行状态表征。但由于在复杂电子设备中，没有充分考虑电子设备的故障诊断预测和健康管理技术实质需求，没有设计此类特征参数的测试接口和相应测试点，进而导致对复杂电子设备故障诊断预测和健康管理参数很难获取和捕捉。

2.4 电子设备在发生故障时具有随机性

由于在电子设备中应用的元器件较多，并且其结构较为复杂，同时在元器件的设计环节、工艺过程中都存在一定的缺陷和差异性，从而导致电子设备故障发生具有一定的随机性。电子设备故障预测和健康管理技术具有很大的随机性，这也是当前电子设备面临的又一挑战。

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，间歇故障时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，因此需要早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

面对复杂的电子设备，设计功能一般都包括隔离能力和故障检测能力，同时也是电子设备具有测试性的设计要求。近些年的复杂电子设备测试设计技术逐渐被学术界所重视，在设计之前，通过电子设备优化分析，对电子设备的全寿命周期所需的测试参数、时机以及资源进行系统规划设计，并要求与设备功能并行设计，以解决电子设备在测试过程中的难题。我国面向电子设备故障预测和健康管理技术测试性技术仍然处于起步阶段，主要表现在设备设计方法、机内测试、电子设备测试设计技术验证以及健康评估策略等几大方面。

3.3 基于多源特征下电子设备健康状态评估技术

为了更好的降低由电子设备的设计缺陷、工作应力、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。但其实一把双刃剑，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。

4 结束语

有上文可以看出，电子设备是我国各个行业发展都脱离不开的重要组成部分。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。希望通过本文的分析为电子设备故障预测以及健康管理技术研究人员提供一定参考建议。