故障預測與健康管理（PHM）系統(tǒng)技術(shù)作為實現(xiàn)資產(chǎn)和裝備基于狀態(tài)的維修（CBM）、自主式保障、感知與響應后勤等新思想、新方案的關(guān)鍵技術(shù)，受到美英等軍事強國的高度重視和推廣應用。PHM系統(tǒng)正在成為新一代的飛機、艦船和車輛等系統(tǒng)設(shè)計和使用中的一個重要組成部分。它包括兩層含義，一是故障預測，即預先診斷部件或系統(tǒng)完成其功能的狀態(tài)，確定部件正常工作的時間長度；二是健康管理，即根據(jù)診斷/預測信息、可用資源和使用需求對

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　　故障預測與健康管理（PHM）技術(shù)作為實現(xiàn)武器裝備基于狀態(tài)的維修（CBM）、自主式保障、感知與響應后勤等新思想、新方案的關(guān)鍵技術(shù)，受到美英等軍事強國的高度重視和推廣應用。PHM系統(tǒng)正在成為新一代的飛機、艦船和車輛等系統(tǒng)設(shè)計和使用中的一個重要組成部分。它包括兩層含義，一是故障預測，即預先診斷部件或系統(tǒng)完成其功能的狀態(tài)，確定部件正常工作的時間長度；二是健康管理，即根據(jù)診斷/預測信息、可用資源和使用需求對維修活動做出適當決策的能力。實際上，PHM技術(shù)現(xiàn)已廣泛應用于機械結(jié)構(gòu)產(chǎn)品中，比如核電站設(shè)備、制動裝置、發(fā)動機、傳動裝置等。而將PHM技術(shù)應用于電子產(chǎn)品則是近年來國外科技研發(fā)的重要發(fā)展趨勢之一。目前國外對電子產(chǎn)品PHM技術(shù)的研發(fā)主要集中于軍用電子產(chǎn)品，重點包括兩部分內(nèi)容：一是產(chǎn)品壽命周期原位監(jiān)測中的傳感系統(tǒng)與傳感技術(shù)，二是殘余壽命預測的故障診斷模型與算法。前者集中于開發(fā)無線微型傳感器，以取代尺寸較大且需要有線傳輸數(shù)據(jù)的傳統(tǒng)傳感器。后者致力于探索各種不同類型的診斷模型與算法，為軍用電子產(chǎn)品故障預測能力提供理論基礎(chǔ)。
　　國外參與PHM相關(guān)技術(shù)研發(fā)的單位非常廣泛，如美國國防部和三軍的有關(guān)機構(gòu)；NASA；波音、洛克希德·馬丁、格魯門、ARINC、霍尼韋爾、羅克韋爾、雷神、通用電氣、普惠、BAE系統(tǒng)公司、史密斯航宇公司、古德里奇公司和泰瑞達公司等跨國公司；康涅狄格大學、田納西大學、華盛頓大學、加州工學院、麻省理工學院、佐治亞理工學院、斯坦福大學、馬里蘭大學等院校；智能自動化公司、Impact技術(shù)公司、質(zhì)量技術(shù)系統(tǒng)公司（QSI）、Giordano自動化公司等軟件公司；荷蘭PHM聯(lián)盟（DPC）、Sandia國家實驗室（SNL）、美國國防工業(yè)協(xié)會（NDIA）系統(tǒng)工程委員會、美"聯(lián)合大學綜合診斷研究中心"、美測試與診斷聯(lián)盟（TDC）等協(xié)會和聯(lián)盟。其中，研發(fā)電子產(chǎn)品PHM技術(shù)的單位首推馬里蘭CALCE電子產(chǎn)品和系統(tǒng)中心，其水平處于地位。目前國外采用的電子產(chǎn)品故障預測方法可以歸納為以下三類。
　　1、通過監(jiān)測失效征兆來預測故障
　　2、通過設(shè)置預警電路（Canary Devices）來預測故障
　　3、通過建立累積損傷模型來預測故障


　　除上述三種方法外，國外研發(fā)機構(gòu)也在努力探索使用新方法。比如，史密斯航宇集團在飛機和直升機子系統(tǒng)中綜合利用奇異值分解、主成分分析和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行非線性多元分析和異常狀況檢測；美國國家航空航天局在航天飛機中使用故障檢測算法（包括高斯混合模型、隱馬爾可夫模型、卡爾曼濾波、虛擬傳感器等）來檢測產(chǎn)品異常狀態(tài)；范德比爾特大學在航宇產(chǎn)品中使用前饋信號（泰勒級數(shù)展開）來預測故障。


　　雖然國外研發(fā)機構(gòu)對軍用電子產(chǎn)品PHM技術(shù)表現(xiàn)出濃厚興趣，而且發(fā)展迅速，但就目前來看，電子產(chǎn)品PHM技術(shù)還遠未成熟，少在以下方面面臨巨大挑戰(zhàn)。


　　1、殘余使用壽命預測中的不確定性
　　2、間歇失效的預測
　　3、 電子產(chǎn)品壽命周期數(shù)據(jù)的原位監(jiān)測 
　　4、對PHM技術(shù)投資回報率的評估
　　5、確定系統(tǒng)性能的門限值
　　6、建立電子產(chǎn)品的基于物理的損傷模型
　　7、PHM技術(shù)與傳統(tǒng)電子產(chǎn)品的集成


　　在電子產(chǎn)品中實施PHM技術(shù)的其中一個挑戰(zhàn)是將該技術(shù)集成到傳統(tǒng)電子產(chǎn)品中。傳統(tǒng)的電子產(chǎn)品，盡管經(jīng)常表現(xiàn)為競爭力差而且與現(xiàn)代產(chǎn)品的兼容性差，但由于其替代產(chǎn)品沒有研發(fā)出來，所以仍在使用。在傳統(tǒng)的電子產(chǎn)品中，比如老齡飛機的航電系統(tǒng)，失效模式與失效機理往往不清楚。另外，缺乏傳統(tǒng)系統(tǒng)的應用專家，致使PHM算法中的故障預測建模不成熟和不充分。


　　將PHM技術(shù)集成到傳統(tǒng)系統(tǒng)中的另外一個挑戰(zhàn)是，難于用兼容方式綜合各種技術(shù)。PHM系統(tǒng)包括傳感器、電子設(shè)備、計算機和軟件，大部分是商業(yè)貨架產(chǎn)品（COTS）。這些商業(yè)貨架產(chǎn)品常常對操作環(huán)境、輸入?yún)?shù)和使用條件具有特殊要求。一個PHM系統(tǒng)在綜合到電子產(chǎn)品中時，需要首先克服與它自己子系統(tǒng)的集成障礙。


　　美國國防工業(yè)協(xié)會（NDIA）2006年4月13日公布了NDIA電子產(chǎn)品預測技術(shù)工作組終報告草案。該報告針對電子產(chǎn)品PHM技術(shù)研發(fā)現(xiàn)狀與問題確定了四個領(lǐng)域的開發(fā)需求。這四項需求分別是：1）工具-預測系統(tǒng)設(shè)計工具、技術(shù)評價工具、實施的經(jīng)濟性分析工具以及維修過程集成工具等。2）電子預測技術(shù)-工作環(huán)境傳感器、器件操作體制傳感器、軟件預測等。3）模型-失效物理、設(shè)計驗證、維修過程評價、環(huán)境影響、電子預測對軟件系統(tǒng)級功能性能的影響等。4）硬件-用于工作環(huán)境和事件的檢測與記錄的硬件，以解決有用壽命的損失測量。PC板電子預測信號感應、電纜和互聯(lián)故障檢測用的納米傳感器。


　　終報告草案后給出了電子產(chǎn)品預測技術(shù)實施路線圖計劃，即從上述具體系統(tǒng)開發(fā)需求出發(fā)，在四個基本領(lǐng)域（工具、預測技術(shù)、模型和硬件）實施大量廣泛的科研項目。這些電子預測開發(fā)項目時間范圍從2年到5年不等，研發(fā)內(nèi)容從基本的科學技術(shù)工作到終的驗證與確認。項目每個階段預期持續(xù)18-24個月。準備進行驗證與確認的技術(shù)取該時間范圍的下限，而處于科技開發(fā)水平的技術(shù)取該時間范圍的上限。該任務(wù)路線圖分階段實施，以適應項目的互相關(guān)性。伴隨著電子預測部署能力的驗證與確認和螺旋式開發(fā)，該路線圖計劃準備用8年左右時間完成。


　　在軍用電子產(chǎn)品領(lǐng)域應用PHM技術(shù)已成為國外科技研發(fā)管理軟件系統(tǒng)的重要發(fā)展趨勢。國外工業(yè)部門與國防部門對該技術(shù)的研發(fā)主要應用于飛機/直升機、武器系統(tǒng)、發(fā)動機和計算機系統(tǒng)。國外大學和研究機構(gòu)對PHM技術(shù)的研發(fā)主要集中于對電子產(chǎn)品正常性能偏離的檢測上。目前PHM技術(shù)研發(fā)的大障礙是對于殘余壽命周期預測的不確定性的評估，以及對電子產(chǎn)品間歇失效的檢測。因此，國外專家建議研發(fā)機構(gòu)將資金投入移向這些領(lǐng)域，以便盡快使PHM技術(shù)進入實用階段。------[轉(zhuǎn)自網(wǎng)絡(luò)]