韓杰鋼

引言：隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的同步發(fā)展，越來(lái)越多的人們選擇了飛機(jī)作為出行工具。為了提高飛行安全性，最主要的就是保障航空裝備的安全與健康。本文對(duì)可能引發(fā)航空領(lǐng)域電子設(shè)備故障的因素進(jìn)行了分析，對(duì)PHM技術(shù)的故障預(yù)測(cè)與健康監(jiān)測(cè)進(jìn)行研究。

科技的飛速發(fā)展要以保障航空領(lǐng)域的設(shè)備的安全為前提條件，同樣航空領(lǐng)域設(shè)備的安全性越高也同樣說(shuō)明了科技的發(fā)達(dá)。在航空設(shè)備進(jìn)入使用前科研人員都會(huì)經(jīng)過(guò)縝密的計(jì)算和對(duì)設(shè)備的檢驗(yàn)，但是偶爾也會(huì)出現(xiàn)不可避免的故障，如何避免這些災(zāi)難的發(fā)生，一直都是科研領(lǐng)域討論的首要問(wèn)題之一。但是現(xiàn)在科技的發(fā)展，航空領(lǐng)域的設(shè)備已經(jīng)逐漸融入到我們的生活中，不再是遙不可及，這樣一來(lái)，科學(xué)家的責(zé)任與能力帶來(lái)了前所未有的挑戰(zhàn)。

一、故障預(yù)測(cè)與健康管理技術(shù)現(xiàn)狀

故障預(yù)測(cè)與健康管理技術(shù)（PHM）在國(guó)內(nèi)外航空領(lǐng)域扮演了越來(lái)越重要的角色，此項(xiàng)技術(shù)不僅可以監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的健康還能夠估計(jì)其余壽，為實(shí)現(xiàn)飛機(jī)的安全飛行做出了很大貢獻(xiàn)。美軍F-35聯(lián)合攻擊機(jī)確立了PHM技術(shù)在實(shí)現(xiàn)美軍武器裝備戰(zhàn)備完好性和經(jīng)濟(jì)可承受性方面的重要地位，故障預(yù)測(cè)與健康管理技術(shù)現(xiàn)已成為航空技術(shù)研究的一個(gè)熱點(diǎn)話(huà)題。

二、PHM技術(shù)的故障預(yù)測(cè)

目前圍繞航空領(lǐng)域電子的故障預(yù)測(cè)與健康管理技術(shù)，國(guó)內(nèi)外的研發(fā)和應(yīng)用主要涉及以下幾個(gè)方面：第一，關(guān)于航空電子設(shè)備的核心器件失效的問(wèn)題，也是技術(shù)人員研究的重點(diǎn)問(wèn)題，因?yàn)楹娇针娮悠骷圃熘?，?huì)隨著時(shí)間的推移或一些人為原因，其性能會(huì)逐漸退化、磨損，而超大規(guī)模集成電路又是所有航空電子設(shè)備的核心器件，必須保證其電路的壽命和完整性。第二，引發(fā)電子設(shè)備出現(xiàn)故障的原因有很多種，最重要的一點(diǎn)就是外部環(huán)境應(yīng)力對(duì)其造成的損傷，航空裝備在不同的環(huán)境應(yīng)力下所受到的損傷不同，電子設(shè)備的可靠性也會(huì)隨之降低。必須搜集和積累電子產(chǎn)品壽命周期中承受的所有外部應(yīng)力載荷，計(jì)算出其損傷程度和消耗的壽命，估計(jì)出余壽時(shí)長(zhǎng)。為此，需要在產(chǎn)品嵌入若干個(gè)傳感器來(lái)感知外部載荷（溫度、溫度變化、濕度、振動(dòng)、沖擊、壓力、電壓、電流等）[1]。第三，電路的特性會(huì)隨著電子產(chǎn)品的使用時(shí)間長(zhǎng)久而老化退化。因此，必須對(duì)器件、電路等系統(tǒng)的失效模式和危害度進(jìn)行分析，選取適當(dāng)?shù)奈锢砹窟M(jìn)行故障先兆的檢測(cè)，如放大倍數(shù)、頻率響應(yīng)等作為預(yù)測(cè)模型，通過(guò)對(duì)電路特性參數(shù)的監(jiān)測(cè)，從而評(píng)估電子器件及設(shè)備的性能，判斷故障的出處并及時(shí)更換修補(bǔ)。第四，設(shè)置故障預(yù)警電路，這是國(guó)外公司正在研究的一種方法。預(yù)警元件與板上的IC電路屬于一類(lèi)，失效機(jī)理相同，在飛行中所處的環(huán)境條件也一致，但設(shè)計(jì)時(shí)加大了類(lèi)似與電流密度等因素的工作負(fù)荷，使其承受的工作應(yīng)力加大，失效的過(guò)程也會(huì)隨之變短，這樣故障就會(huì)事先顯示在預(yù)警元件上，能夠預(yù)測(cè)出電路板出現(xiàn)故障的時(shí)間，保障其他IC電路的安全性，這樣就能極大地降低航空裝備出現(xiàn)事故的風(fēng)險(xiǎn)。

三、PHM技術(shù)的健康監(jiān)測(cè)

（一）航空電子設(shè)備的狀態(tài)分類(lèi)

從健康管理角度對(duì)航空電子設(shè)備進(jìn)行分類(lèi)，可細(xì)分為如下五類(lèi)：正常，錯(cuò)誤，異常，故障和損壞[2]。

正常，即航空電子設(shè)備能夠按照預(yù)定方式運(yùn)行，一切指標(biāo)均在正常范圍內(nèi)。錯(cuò)誤，即航空電子設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中突發(fā)性的錯(cuò)誤，檢測(cè)表現(xiàn)為“未見(jiàn)故障”。它可能由瞬時(shí)環(huán)境因素超限，或級(jí)聯(lián)故障引起，是暫時(shí)性的、非常駐狀態(tài)。在引發(fā)錯(cuò)誤的因素被消除后，設(shè)備能夠自行恢復(fù)或修復(fù)。異常，是指產(chǎn)品運(yùn)行方式與功能不屬常態(tài)，表現(xiàn)為功能降級(jí)。這種情況大多是因?yàn)樵O(shè)備內(nèi)部的一些電路器件敏感于臨界外部條件，導(dǎo)致設(shè)備偏離預(yù)訂工作狀態(tài)。待臨界外部條件恢復(fù)正常后，設(shè)備會(huì)自行修復(fù)[3]。為避免設(shè)備出現(xiàn)異常狀態(tài)，應(yīng)該定期對(duì)設(shè)備進(jìn)行調(diào)整合維護(hù)。故障是指產(chǎn)品無(wú)法執(zhí)行規(guī)定的功能，表現(xiàn)為功能喪失。設(shè)備自身的內(nèi)在缺陷，或內(nèi)部電子器件發(fā)生損傷是造成功能喪失的主要原因，但外部環(huán)境也對(duì)故障的產(chǎn)生有一定影響。為了保證設(shè)備能持續(xù)工作，可以對(duì)其采取故障禁錮、余度、容錯(cuò)等設(shè)計(jì)措施，并及時(shí)對(duì)故障設(shè)備進(jìn)行維修。

（二）航空領(lǐng)域電子設(shè)備的健康監(jiān)測(cè)

航空裝備的電子器件的性能會(huì)隨著時(shí)間的推移老化、失效。老化的電子器件失效率近似為常數(shù)，其與平均故障間隔時(shí)間（MTBF）的關(guān)系如下：

λ=I/MTBF

此外，航空領(lǐng)域電子設(shè)備內(nèi)部各部件組成并不相同，因此失效率也不同，導(dǎo)致不同因素對(duì)設(shè)備內(nèi)部各部件的影響也不盡相同。因此，在對(duì)航空領(lǐng)域電子裝備的健康管理過(guò)程中，應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)：第一，航空領(lǐng)域電子裝備的PHM技術(shù)應(yīng)該對(duì)裝備進(jìn)行合理的分階段健康管理，從而使不同設(shè)備內(nèi)部的部件充分發(fā)揮其功用；第二；對(duì)航空領(lǐng)域電子裝備不同階段的健康監(jiān)控，應(yīng)該把側(cè)重點(diǎn)集中在導(dǎo)致設(shè)備失效的原因和失效率較高的電子器件上；第三，應(yīng)該充分結(jié)合現(xiàn)代化電子信息技術(shù)，針對(duì)不同的航空領(lǐng)域電子設(shè)備配備健康模型，并對(duì)影響其健康和使用壽命的因素開(kāi)展PHM設(shè)計(jì)，從而更有效、更及時(shí)的對(duì)設(shè)備做出健康預(yù)測(cè)[4]。

結(jié)語(yǔ)：雖然新技術(shù)的發(fā)展勢(shì)必要代替原有的技術(shù)，但是如何保障航空領(lǐng)域的電子產(chǎn)品的安全性仍然是科學(xué)研究界要面臨的重大挑戰(zhàn)之一，對(duì)航空電子設(shè)備的故障預(yù)測(cè)及解決，對(duì)保障科學(xué)體制的管理，對(duì)參與設(shè)備運(yùn)行的人員來(lái)說(shuō)仍是最重要的課題之一。對(duì)故障預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確有效，對(duì)電子元件的突發(fā)性的故障，甚至包括對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的收集與分析的繁重的任務(wù)，都是我們科學(xué)領(lǐng)域的科研人員的非常艱巨的挑戰(zhàn)之一。

參考文獻(xiàn)

[1]曾聲奎，Michael G.Pecht，吳際.故障預(yù)測(cè)與健康管理（PHM）技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].航空學(xué)報(bào)，2009，5（25）：20-22.

[2]張秋菊，張冬梅.電子系統(tǒng)故障預(yù)測(cè)與健康管理技術(shù)研究[J].光電技術(shù)應(yīng)用，2012，2（15）：13-18.

[3]韓國(guó)泰.航空電子的故障預(yù)測(cè)與健康管理技術(shù)[J].航空電子技術(shù)，2009，3（15）：15-20.

[4]邱立軍.故障預(yù)測(cè)與健康管理技術(shù)在焊工裝備領(lǐng)域的應(yīng)用[J].四川兵工學(xué)報(bào)，2012，3（25）：10-18.

（作者單位：麗水學(xué)院）