基于phm的电子系统测试性设计与故障诊断技术

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1、基于PHM的电子系统测试性设计与故障诊断技术随着电子系统结构的复杂度和集成度不断提高，传统的事后维修和定期维修方式的成本不断增加且效率低下，基于PHM(PrognosticsandHealthManagement)的电子系统测试性设计在满足基本的维修保障要求的基础上，进一步的采用了视情维修技术(ConditionBasedMaintenanceCBM),实现对系统的实时监控，在故障来临之前给出当前设备运行状态的诊断结果，并根据诊断结果实施不同的维修方案来避免不必要的损失。【关键词】测试性设计故障诊断CBM1引言在信息化技术的全面推动下，电子

2、系统结构越来越复杂，性能不断提高，电子设备不断的向综合化、智能化的方向发展。电子器件的成本已经占到大型系统总成本的30%以上，而电子系统的故障已经占到了系统总故障的40%以上，使用与保障的费用已经占到了70%以上。当前的事后维修和定期维修的方法消耗资源且效率低下，不能满足复杂系统不断增长的维修保障要求，随着新的高集成度的成品出现，其维修难度进一步增加。PHM技术在这样的背景之下应运而生，PHM技术不是要消除故障而是预测故障何时发生，它采用不同的预测方法提前预置故障发生的时机，在故障发生之前做出反应，以此来减少维修次数，延长维修周期，通过维修

3、来保持系统可用性；减低检测成本、缩短停用时间，减少备件库存，降低设备的生命周期成本。2测试性设计2.1用途与作用通常的测试性设计只要求使用者和维修者可以通过测试得知设备是否发生故障以及何处发生故障。而基于PHM的设计则希望系统或设备的测试性设计不仅可以达到上述要求，而且可以实时的监控其健康状态、并可以通过故障诊断测试得到系统设备的生命周期特性。测试性的设计与可靠性、维修性、保障性具有同等重要的地位，通过良好的测试性设计，可以提高装备的战备完好性、任务成功性和安全性，减少维修人员以及其它的保障物资，降低整个寿命周期的费用。此外，通过增加预测和

4、健康管理设计，还可以实现有计划、有针对性的自主保障，从而大大的提局装备的战备完好性2.2分类与实现测试性设计主要使用基于相关性模型的测试设计，基于相关性模型的分为相关性的图示模型和相关性的数学模型。相关性的图示模型直观的展现了被测单元与测试之间的关系；相关性的数学模型使用了矩阵的形式来展示单元与测试之间的相关性。基于相关性的设计与分析是建立在相关性数学模型之上的，首先进行简化和测试点优选，最后得到诊断策略。当预计不满足测试性要求的时候，需要通过调整或者增补测试点、对系统的功能和结构进行重新划分等方式进行设计优化。测试性设计可以分为机内的测试

5、性设计和外部的测试性设计。机内的测试性设计即BIT（Built-InTest），通过实现途径可以将BIT分为BITE、BITS。BITE指的是完成BIT功能的装置，其中包括专用的和与系统共用的软硬件。BITS则指由多个BITE构成的测试系统。BIT的设计要求分为定性的要求和定量的要求两个方面：（1）定量的要求参数有故障检测率、故障隔离率、虚警率或平均虚警间隔时间。对于不同的产品，其指标范围有明显的差异，一般在产品的研制过程中有明确的性能指标要求。（2）定性的要求，内容包括如何处理BIT的信息，是否要对信息进行记录、指示报警和数据导出。BFT

6、的工作模式和组成要求，诊断测试功能组成和要求，运行时间的要求，可靠性的要求。对于BIT的平均故障间隔时间一般要求是UUT的平均故障间隔时间的10倍以上。外部测试指的是在系统外部使用各种测试的仪器或者工具对设备进行故障监测和故障隔离的测试，分为外部的自动测试、人工测试和远程测试。2.3测试点的选择对于UUT，如果要知道它是否正常工作，只需要检测其输出特性和功能是否正常，而当要隔离或者定位故障时，需要检测各个单元的输出特性及功能。因此在选择测试点时，应该选择能体现UUT的功能和输出特性的点作为故障检测用的测量参数和测试点，各个单元的输出特性和功

7、能作为隔离用的测量参数和测试点。3故障诊断方案诊断方案是对产品诊断的整体构想，诊断方案的确立是和测试性要求密切相关的，测试性要求的确立和诊断方案的确定应当协同进行，从方案开始的初步要求到方案结束整个过程都应当确定可列入设计的详细具体的测试性设计要求。而性能监控、故障检测以及隔离则是通过BIT、ATE、人工测试、辅助维修手段实现的，所以在确定各级的诊断维修能力的同时，还要考虑应该使用哪些诊断要素来达到要求的诊断能力，并以此提出切实可行的初步诊断方案来优选最佳方案。3.1故障的分类对系统、设备或UUT(UnitUnderTest)进行故障诊断，

8、一般是采用嵌入式的诊断和外部的诊断来提供故障检测和隔离能力对于特定的系统要通过分析比较，按照任务需求选择其中的一部分。在满足故障检测和隔离要求的条件下，诊断方案应做到尽量的简单。