电子健康管理系统的基础构架系统研究

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摘要：这篇电子设备管理论文发表了电子健康管理系统的基础构架系统，随着电子信息技术的发展，电子设备应用很广泛，健康管理系统也采用电子设备应用，论文通过介绍健康管理系统的系统架构、特点、应用和发展等相关知识，让读者对健康管理系统具有更深入的理解。

　　这篇电子设备管理论文发表了电子健康管理系统的基础构架系统，随着电子信息技术的发展，电子设备应用很广泛，健康管理系统也采用电子设备应用，论文通过介绍健康管理系统的系统架构、特点、应用和发展等相关知识，让读者对健康管理系统具有更深入的理解。

　　【关键词】电子设备论文投稿,健康管理系统,基础架构,故障诊断,性能评估

　　引言

　　随着信息化技术的发展，电子设备应用更加广泛，交联形式日趋复杂，在运行过程中不可避免的发生各种故障，由其产生的检测维护过程繁杂、维护费用较高。传统的设备故障检测采用的是人为判断、经验判断、数据阈值等简单的判断方式，而传统的设备维护是在出现故障提示或设备不运转时进行事后设备维护。目前一种新的电子设备检测、维护方式正在兴起，即健康管理系统，该系统基于状态监控的基础发展，加入更多的状态数据监测，通过大数据建模进行故障诊断、故障预测、性能分析等处理，最后得出相应报告，通过查阅报告可对电子设备进行提前更换或维修，达到事前预防的作用。因此，电子设备的健康管理系统可以大大降低设备检测、维护费用，缩短维护时间，减少事故率。近年来，复杂系统的健康管理技术不断发展，中国民航大学通过数据挖掘技术分析与飞机运行和维护相关的数据资源，研究出一套能及时察觉、分类并预报故障的飞机健康管理系统。中国空气动力研究与发展中心也将健康管理技术应用于风洞的自主式维修保障系统，对风洞设备进行健康管理[2]。

　　1.健康管理系统基础架构

　　考虑系统架构层次的开放性和可扩展性，健康管理系统一般基于国际标准OSA-CBM+七层体系结构上设计，OSA-CBM+体系结构[2]的7个功能层次模块分别为数据采集模块、数据处理模块、状态监测模块、性能评估模块、寿命预测模块、辅助维修决策支持模块和表述模块，如图1所示。图1中箭头表示数据流向，不同模块、层次间通过定义数据接口和通讯协议，保证系统内部模块的互操作性和互换性。

　　2.硬件平台

　　硬件平台是整个健康管理系统的运行基础，传感器测点位置的选择、传感器器件精度、数据采集设备的精度等都会影响数据的准确度，对后续数据处理、数据存储、故障诊断、故障预测的结果产生影响，所以硬件平台的设计应考虑选择器件、设备的可靠性、维修性、保障性、测试性、环境适应性、安全性等六性因素。硬件平台在系统架构中位于传感器层和数据采集层，主要包括传感器、数据采集设备及数据传输设备等硬件设备。

　　传感器安装在测量设备上，主要作用是将设备的物理量转换为电信号，根据测量的需求，不同的物理量选择对应的传感器，如测量压力则选择压力传感器、测量温度则选择温度传感器、测量转速则选择转速传感器等等。传感器的安装位置、安装工艺等会直接影响传感器获取的信号值，而传感器器件的选择则会影响获取信号的精度，因此传感器是影响整个健康管理系统输出结果的基础。数据采集设备一般为采集卡或采集器等，实现模拟电信号到数字电信号的转换以及信号的预处理等功能。传感器、数据采集设备一般根据需求选择相应的成品搭建硬件平台，因此生产厂家、设备符合度、设备质量、设备精度等均是考虑因素，另外设备的传输接口也是很重要的因素，专业的统一的数据传输接口才能使数据稳定可靠的传输，便于交互。

　　3.软件平台

　　健康管理系统要得到更加精确的报告，就必须依靠大量的监测数据支撑，硬件平台采集并传输这些数据，软件平台则对这些数据进行存储、处理。软件平台一般在网络环境下运行，软件平台的研发逻辑层次上一般采用标准的面向对象分布式三层体系结构，如图3所示，从系统业务逻辑自下而上可以分为数据层、业务层和表示层，同时管理和安全功能贯穿在每一层中，为整个系统提供安全保障，并负责协调各层的运行及管理。

　　4.健康管理系统的特点

　　健康管理系统的特点如下：a)系统在线监测数据量大、并要求实时性好，因此需采用具有无损压缩技术的历史数据库系统进行管理，同时还需要该数据库管理系统具有较好的开放性;b)健康管理系统用来监测复杂系统的运行，并为现场操作人员提供系统目前健康状况的准确评估，还能预测系统和子系统的剩余寿命，剩余寿命是从设备目前状况到期望失效点的运行时间，失效标准必须根据运行环境定义;c)系统中对专家知识库一般应具有可扩展性，让专家知识不断扩展更新，满足系统持续发展的要求。

　　5.健康管理系统相关处理方法

　　健康管理系统对大量的数据进行相应处理，相关处理方法包括：数据滤波、简单阈值判定、数据统计分析、故障诊断方法、寿命预测算法、维修决策方法等。数据滤波的目的是对原始采集数据去噪，得到更加可靠的数据源;简单阈值判定是通过数据阈值分界，进行一个简单的状态判断;数据统计分析是对单一研究对象在时域范围内进行处理分析，主要包括趋势统计和特征值统计等，通过这些统计分析可以研究对象的变化规律，并对对象的状态做出评估。故障诊断方法一般是通过建立专家知识库或者数学模型等方法对设备数据进行计算，进而诊断设备的故障情况。

　　目前主要使用的方法有：基于专家知识的故障诊断、基于神经网络的故障诊断、基于支持向量机的故障诊断。寿命预测主要作用是对设备的剩余寿命进行评估、预测，当预测出剩余寿命比较短的时候用户可以采取提前维修或者更换单元件的方式进行事前处理。寿命预测方法一般是通过数学建模的方式，例如：性能退化模型、无偏灰色马尔科夫的模型、疲劳寿命预测模型等。维修决策流程是在故障预测的基础上，结合各种资源进行维修决策的自动生成、维修资源的统一调配以及各相关单位的协同保障等。

　　6.应用与发展

　　健康管理系统可以长期监视电子设备健康度，在健康度低的时候就提醒用户维修或者更换设备，起到事前处理、降低事故率的作用，可以用于单个设备的监管，也可以应用于大型的电子设备系统。目前越来越多的行业都用到电子设备，因此健康管理系统应用领域更加广泛，如物联网、民用飞机、雷达系统、飞行器、汽车电子、机械制造等行业，它们均需要有效的健康管理来保证产品的安全。现代健康管理系统的研究面临的一个主要挑战是，需要针对系统的复杂性和信息的不确定性开发技术层面上切实有效的故障检测、诊断和预测以及健康评估技术。

　　不确定性广泛存在于状态估计，剩余寿命估计，故障时间预测，预测方法的选取等各种问题。针对上述不确定性问题，健康管理技术的发展应以系统级集成应用为方向，逐步提高故障诊断与故障预测的精度，扩展健康监控的应用范围[3]。而国内的健康管理技术尚处于起步发展阶段，需要研究的方面很多，主要发展趋势应该体现在：a)制定合理的性能评价标准和验证方法，开发有效的仿真验证系统;b)开发先进传感器和通信技术，提高数据源精度;c)开发新的信号处理技术，以提高状态监测、性能评估和故障预测能力，降低虚警率;d)研究智能数据融合、推理技术和方法，不断提高故障诊断与预测的可靠度。

　　7.结束语

　　健康管理系统平台具有设备运行状态实时监测、性能在线测试、故障智能诊断和加强设备的信息化管理功能，从而可以大大提高设备管理信息化程度和保障生产效率，整体提升系统产品质量。将实现电子设备由“事后”向“事前”的维修模式转变[4]，实现设备的使用、维护、管理由分散式管理向集中式全寿命管理的转变，实现设备故障诊断与预测从经验知识向人工智能的转变。健康管理系统大幅提高了设备维修、管理智能化、科学化水平，因此对于以电子为核心部件的设备开展健康管理具有很大的意义。

　　参考文献

　　[1]朱睿,刘槟.飞机健康管理数据挖掘方法研究[J].中国民航学院学报,2004,22(S1):150~153.

　　[2]李杰,朱涛,许晓斌.米高超声速风洞自主式维修保障系统设计[J].计算机测量与控制,2016.24(2).

　　[3]何克磊.飞行器健康评估和故障预测技术研究[D].南京航空航天大学,2012.

　　[4]马国辉.4米×3米风洞自主式维修保障系统信息化平台设计与实现[D].电子科技大学,2014.

　　作者：王丽 单位：四川九洲空管科技有限责任公司

　　推荐阅读：《航空电子技术》(季刊)创刊于1970年，由中国航空无线电电子研究所主办。主要刊载有关航空电子领域的新技术、新研究与发展趋势方面文章，军用和民用产品并重，理论探讨和应用技术并重。

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