趙 安 向 逾 馬結(jié)實 王 晴 吳志堅 種銀保

基于系統(tǒng)狀態(tài)檢測的醫(yī)療設(shè)備快速故障診斷方法初探

趙 安①向 逾②馬結(jié)實①王 晴①吳志堅①種銀保①

目的：研究醫(yī)療設(shè)備快速故障診斷方法，在無圖紙條件下的醫(yī)療設(shè)備故障診斷中準(zhǔn)確快速地找到故障點。方法：采用系統(tǒng)狀態(tài)檢測法，利用在線測試儀和數(shù)字示波器或測試工裝建立板級的系統(tǒng)狀態(tài)庫；結(jié)合既往信號流圖法的設(shè)備故障維修成功案例。結(jié)果：基于系統(tǒng)狀態(tài)檢測的醫(yī)療設(shè)備快速故障診斷方法，既可提高故障診斷的準(zhǔn)確性，又可提高在無圖紙條件下的醫(yī)療設(shè)備故障診斷效率；成功排除了層流風(fēng)機(jī)變頻器、PM9000監(jiān)護(hù)儀血氧板等設(shè)備故障。結(jié)論：基于系統(tǒng)狀態(tài)檢測的醫(yī)療設(shè)備快速故障診斷方法是對提高醫(yī)療設(shè)備維修效率的有效模式。

狀態(tài)檢測；故障診斷；醫(yī)療設(shè)備；在線測試儀；維修

進(jìn)入21世紀(jì)，醫(yī)院醫(yī)療設(shè)備維修工作時面臨無電路圖、無技術(shù)資料的窘境，傳統(tǒng)依賴系統(tǒng)結(jié)構(gòu)或信號流圖的維修思路與方法無以為繼[1-3]。20世紀(jì)80～90年代流行的元器件級維修在當(dāng)前難以實施，電路板替換成為醫(yī)療設(shè)備維修行業(yè)的“萬金油”，臨床醫(yī)學(xué)工程技術(shù)能力極大地弱化。

近年來，在故障診斷與系統(tǒng)維護(hù)領(lǐng)域，逐步興起了基于系統(tǒng)狀態(tài)檢測的故障診斷技術(shù)，是指將故障的出現(xiàn)視為系統(tǒng)狀態(tài)的一種轉(zhuǎn)換[4-7]。利用各種傳感器(電壓、電流、壓力、振動及溫度等)通過數(shù)字技術(shù)感知設(shè)備運行的狀態(tài)，對設(shè)備的故障做出預(yù)警或者診斷的一類技術(shù)。事實上，這類技術(shù)在大型醫(yī)療設(shè)備上已有應(yīng)用，一些設(shè)備自身搭載了自診斷系統(tǒng)，在出現(xiàn)故障的時候會報故障代碼，通過查詢故障代碼即可了解某個子系統(tǒng)或模塊的故障，但對于元器件級的故障還無法診斷。為此，本研究從分析單臺設(shè)備故障維修模式出發(fā)，提出針對具有較多數(shù)量同類設(shè)備的故障維修，應(yīng)逐步建立案例庫，利用既往和他人的成功經(jīng)驗及智能化工具輔助臨床工程師的維修工作，提高工作效率。

1 單臺設(shè)備的無圖紙維修策略

對于元器件級的故障診斷，從系統(tǒng)狀態(tài)檢測的角度而言，有兩種方法可引入醫(yī)療設(shè)備維修領(lǐng)域，用于解決元器件級的故障診斷。①在設(shè)備處于正常工作狀態(tài)的時候，利用數(shù)字示波器或測試工裝采集電路板多個測試點的電壓和動態(tài)信號并建立正常狀態(tài)數(shù)據(jù)庫，但是這種方法需在開機(jī)條件下打開機(jī)殼進(jìn)行檢測，若操作不當(dāng)則有可能造成貴重設(shè)備或零部件損壞或故障擴(kuò)大，因而具有一定的風(fēng)險性，在實際應(yīng)用中多作為一種輔助手段；②作為一種先進(jìn)的元器件級維修工具和方法的在線測試儀，其主要優(yōu)點在于利用其能夠在設(shè)備不通電工作的情況下建立電路板元器件、特別是集成電路芯片的阻抗(V/I)庫，然后可用同樣的方法進(jìn)行好壞元器件的比對，從而找到故障元器件，具有較好的安全性[8-9]。然而，在板載元器件數(shù)量不多的情況下，該方法較易實施，但是如果板載元器件數(shù)量很多，而且待修的同類電路板較多或故障率較高的情況下，板級逐一測試比對實施起來勞動強(qiáng)度大，維修時間長。因此，提出單臺設(shè)備的無圖紙維修(簡稱“盲修”)策略。

(1)基于在線測試儀建立該設(shè)備元器件靜態(tài)參數(shù)庫(V/I庫)，或利用數(shù)字示波器采集并建立板級動態(tài)信號庫。單臺設(shè)備出現(xiàn)故障時，首先查找故障代碼進(jìn)行模塊級和板級定位，或利用替換法等傳統(tǒng)維修方法將故障范圍縮小到板級。

(2)為了查找電路板的故障元器件，可利用已經(jīng)建好的參照庫，進(jìn)行元器件或測試點信號逐一比對，進(jìn)一步將故障縮小到單元電路或元器件。

(3)該設(shè)備再次出現(xiàn)故障時重復(fù)采用上述步驟。單臺設(shè)備的盲修策略流程如圖1所示。

圖1 單臺設(shè)備故障盲修策略流程圖

2 多臺同類設(shè)備的維修策略

在醫(yī)療設(shè)備電路板維修實踐中，無論何種原因?qū)е碌脑O(shè)備故障，損壞器件直接決定了設(shè)備的故障現(xiàn)象。對于同類設(shè)備而言，相同的故障現(xiàn)象卻可能是由不同的器件損壞所導(dǎo)致。故而維修時應(yīng)從故障現(xiàn)象入手，檢測系統(tǒng)狀態(tài)，查找損壞器件，而故障現(xiàn)象與損壞器件之間并不具有唯一對應(yīng)關(guān)系，導(dǎo)致了故障診斷問題的復(fù)雜化?；谝酝娮釉骷Х治龅难芯勘砻?，不同元器件具有不同的失效模式，決定了元器件之間的失效概率可能會有差異，如大功率的開關(guān)管擊穿的可能性要高于小功率的三極管。通過單臺設(shè)備故障盲修實踐，可以獲知醫(yī)療設(shè)備電路板的失效元器件、統(tǒng)計后檢驗其失效概率，則有利于指導(dǎo)進(jìn)一步的維修實踐?；诖怂悸罚岢龆嗯_同類設(shè)備的維修策略。

(1)基于在線測試儀建立元器件靜態(tài)參數(shù)庫(V/I庫)，或利用數(shù)字示波器采集并建立板級動態(tài)信號庫。

(2)某臺設(shè)備出現(xiàn)故障時，首先利用替換法等傳統(tǒng)維修方法將故障范圍縮小到板級。

(3)為了查找電路板的故障元器件，可利用已經(jīng)建好的庫，進(jìn)行正確與錯誤狀態(tài)下元器件或信號逐一比對，進(jìn)一步將故障縮小到元器件。

(4)將現(xiàn)有“故障現(xiàn)象描述、有問題的狀態(tài)量和損壞元器件”3要素的成功案例總結(jié)、存儲，逐步建立某類設(shè)備電路板維修的案例，以下簡單描述為“故障現(xiàn)象-損壞元器件”。

(5)同類設(shè)備下一次出現(xiàn)同樣的故障現(xiàn)象，且是由同一塊電路板導(dǎo)致的，為了提高故障診斷的效率，則不再重復(fù)“步驟(3)”，嘗試依據(jù)案例庫，直接比對相應(yīng)狀態(tài)量、確認(rèn)并更換“步驟(4)”中的“損壞元器件”，若成功解決故障，將“步驟(4)”中的維修案例權(quán)重值＋1。

(6)若不成功，則要分為2種情況：①“步驟(5)”比對的器件確實有問題，但還有其他器件的問題，則將“步驟(4)”中的“故障現(xiàn)象-損壞元器件”的權(quán)重值＋1，并添加補充其他故障器件，其權(quán)重值初始化為1；②“步驟(5)”比對的器件沒有問題，則將“步驟(4)”中的“故障現(xiàn)象-損壞元器件”的權(quán)重值－1(最小值為1)，并重復(fù)“步驟(3)”進(jìn)行逐一比對，找到其他器件的問題，并添加補充案例“故障現(xiàn)象-其他故障器件”，其權(quán)重值初始化為1。如此演化，終將逼近真實的設(shè)備故障元器件的概率分布。具有較多數(shù)量的同類設(shè)備故障維修模式流程如圖2所示。

圖2 多臺同類設(shè)備故障維修模式流程圖

(7)將同類設(shè)備故障維修經(jīng)驗形成某型或某類設(shè)備維修的知識庫。由案例庫上升為知識庫需要較大樣本的同類設(shè)備成功維修案例的支持和反復(fù)驗證。類似于大數(shù)據(jù)思想，對于單個醫(yī)療機(jī)構(gòu)而言，某型或某類設(shè)備數(shù)量較少或故障率可能不高，難以建立起完備的知識庫，應(yīng)依托各級學(xué)(協(xié))會組織，利用互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)合多家醫(yī)院，建立維修聯(lián)盟開展設(shè)備維修知識庫的建設(shè)和分享。

3 醫(yī)療設(shè)備快速故障診斷案例

(1)在線測試儀結(jié)合經(jīng)典維修思路的PM9000血氧板檢修。一塊PM9000監(jiān)護(hù)儀的血氧板出現(xiàn)“探頭脫落”故障，即無論如何都檢測不到探頭。該模塊電路板雖然面積不大，但是板載了較多的貼面元器件，若采用在線測試儀的對比測試維修方法，需要花費較長的時間。然而，通過檢查電子線路連接(俗稱“走線”)發(fā)現(xiàn)，該模塊的探頭檢測方法是：①當(dāng)探頭連接好時，會有一個2.5 V的電壓輸送到模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(analog-to-digital converter，ADC)芯片進(jìn)行采樣，當(dāng)探頭真正脫落時，該電壓應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)? V，導(dǎo)致系統(tǒng)檢測不到探頭。然而前置電路正常，確實有2.5 V電壓輸送到ADC；②利用在線測試儀檢測對比好、壞板的ADC芯片，發(fā)現(xiàn)二者在ADC芯片輸入端口存在V/I曲線的顯著差異，損壞的ADC芯片已經(jīng)沒有了采樣電路典型的充放電V/I特征，從而快速準(zhǔn)確的排除了故障。

該案例表明，對于單臺設(shè)備，將在線測試儀與經(jīng)典的信號流圖法相結(jié)合，可避免簡單的利用在線測試儀進(jìn)行整塊電路板耗時費力的對比測試，極大地提高故障診斷的效率。

(2)基于在線測試儀的變頻器維修。由于用電高峰而停電，先后導(dǎo)致了12個變頻器出現(xiàn)同樣故障現(xiàn)象：沒有任何輸出，不能驅(qū)動電機(jī)。①隨機(jī)抽取其中一個為研究對象，經(jīng)過在線測試儀建庫、器件逐一對比測試等步驟之后發(fā)現(xiàn)一個故障器件E2PROM，型號為AT93C46B，通過向新的E2PROM寫入好機(jī)器的正確二進(jìn)制碼后修復(fù)了該變頻器；②由于其他11個變頻器的損壞條件和故障現(xiàn)象與已修復(fù)的變頻器基本相同，則嘗試將這條成功經(jīng)驗推廣試驗，繼而再次完全修復(fù)了2個變頻器，而其他5個變頻器由“不轉(zhuǎn)”的故障現(xiàn)象轉(zhuǎn)化為“慢轉(zhuǎn)”，剩余的4個變頻器仍然“不轉(zhuǎn)”。該結(jié)果表明，所有12個樣本中，由故障現(xiàn)象直接推斷E2PROM存在問題的可信度或權(quán)重為8。

該案例證明，針對多臺設(shè)備的相同故障現(xiàn)象，依據(jù)已有的同類設(shè)備成功的經(jīng)驗，可以較為準(zhǔn)確快速地排除潛在的故障點，從而提高檢修效率[10]。

4 結(jié)語

對于無圖紙條件下的醫(yī)療設(shè)備故障診斷問題而言，如何準(zhǔn)確又快速的找到故障點，是確保故障診斷方法有用且可行的關(guān)鍵。系統(tǒng)狀態(tài)檢測的理論與方法為新時期解決醫(yī)療設(shè)備盲修難題指明了前進(jìn)方向。本研究提出基于系統(tǒng)狀態(tài)檢測的兩種方法——利用在線測試儀和數(shù)字示波器(或測試工裝)建立系統(tǒng)狀態(tài)庫，并結(jié)合經(jīng)典的信號流圖法和既往成功案例庫，既可提高故障診斷的準(zhǔn)確性、又可提高效率，為系統(tǒng)狀態(tài)檢測法用于醫(yī)療設(shè)備維修提供了有益的探索。在今后的工作中，將逐步建立起具有一定普遍適用性和可推廣性的系統(tǒng)狀態(tài)庫和維修知識庫。

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A primary exploration of fast diagnosis method for fault of medical equipment based on detection of system state

ZHAO An, XIANG Yu, MA Jie-shi, et al

Objective:To explore a fast diagnosis method for fault of medical equipment so as to accurately and quicklyfast find fault point in the diagnosis for fault of medical equipment under the condition without any schematic diagram.Methods:The detection method of system state was adopted, and online tester and digital oscilloscope or the system situation database were applied in the method. Besides, the combination of successful cases database or classic signal flow diagram could increase both of accuracy and efficiency for fault diagnosis.Results:In the diagnosis without blueprint for fault of medical equipment, the detection that based on system state successfully eliminated the faults of frequency converter of laminar flow draught fan and blood oxygen board of PM9000 monitor.Conclusion:The fast diagnosis method for fault of medical equipment that based on the detection of system state can provide helpful exploration for maintenance of medical equipment.

System state detection; Fault diagnosis; Medical device; Online ttester; Maintenance

Department of Medical Engineering, Xinqiao Hospital, The Third Military Medical University, Chongqing 400037, China.

1672-8270(2017)11-0123-03

R197.39

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2017.11.036

趙安,男,(1979- ),博士，工程師。第三軍醫(yī)大學(xué)新橋醫(yī)院設(shè)備科，從事醫(yī)學(xué)裝備技術(shù)保障工作。

①第三軍醫(yī)大學(xué)新橋醫(yī)院設(shè)備科 重慶 400037

②重慶市巴南區(qū)人民醫(yī)院設(shè)備科 重慶 401320

China Medical Equipment,2017,14(11):123-125.

2017-05-26