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故障预测与健康管理（PHM）技术作为实现武器装备基于状态的维修（CBM）、自主式保障、

感知与响应后勤等新思想、新方案的关键技术，受到美英等军事强国的高度重视和推广应用。

PHM系统正在成为新一代的飞机、舰船和车辆等系统设计和使用中的一个重要组成部分。它

包括两层含义，一是故障预测，即预先诊断部件或系统完成其功能的状态，确定部件正常工

作的时间长度；二是健康管理，即根据诊断/预测信息、可用资源和使用需求对维修活动做

出适当决策的能力。实际上，PHM技术现已广泛应用于机械结构产品中，比如核电站设备、

制动装置、发动机、传动装置等。而将PHM技术应用于电子产品则是近年来国外科技研发的

重要发展趋势之一。目前国外对电子产品PHM技术的研发主要集中于军用电子产品，重点包

括两部分内容：一是产品寿命周期原位监测中的传感系统与传感技术，二是残余寿命预测的

故障诊断模型与算法。前者集中于开发无线微型传感器，以取代尺寸较大且需要有线传输数

据的传统传感器。后者致力于探索各种不同类型的诊断模型与算法，为军用电子产品故障预

测能力提供理论基础。

国外参与PHM相关技术研发的单位非常广泛，如美国国防部和三军的有关机构；NASA；

波音、洛克希德·马丁、格鲁门、ARINC、霍尼韦尔、罗克韦尔、雷神、通用电气、普惠、

BAE系统公司、史密斯航宇公司、古德里奇公司和泰瑞达公司等跨国公司；康涅狄格大学、

田纳西大学、华盛顿大学、加州工学院、麻省理工学院、佐治亚理工学院、斯坦福大学、马

里兰大学等著名院校；智能自动化公司、Impact技术公司、质量技术系统公司（QSI）、

Giordano自动化公司等软件公司；荷兰PHM联盟（DPC）、Sandia国家实验室（SNL）、美

国国防工业协会（NDIA）系统工程委员会、美联合大学综合诊断研究中心、美测试与诊断

联盟（TDC）等协会和联盟。其中，研发电子产品PHM技术的单位首推马里兰CALCE电子产

品和系统中心，其水平处于世界领先地位。目前国外采用的电子产品故障预测方法可以归纳

为以下三类。

1、通过监测失效征兆来预测故障

2、通过设置预警电路（CanaryDevices）来预测故障

3、通过建立累积损伤模型来预测故障

除上述三种方法外，国外研发机构也在努力探索使用新方法。比如，史密斯航宇集团在

飞机和直升机子系统中综合利用奇异值分解、主成分分析和神经网络进行非线性多元分析和

异常状况检测；美国国家航空航天局在航天飞机中使用故障检测算法（包括高斯混合模型、

隐马尔可夫模型、卡尔曼滤波、虚拟传感器等）来检测产品异常状态；范德比尔特大学在航

宇产品中使用前馈信号（泰勒级数展开）来预测故障。

虽然国外研发机构对军用电子产品PHM技术表现出浓厚兴趣，而且发展迅速，但就目前

来看，电子产品PHM技术还远未成熟，至少在以下方面面临巨大挑战。

1、残余使用寿命预测中的不确定性

2、间歇失效的预测

3、电子产品寿命周期数据的原位监测

4、对PHM技术投资回报率的评估

5、确定系统性能的门限值

6、建立电子产品的基于物理的损伤模型

7、PHM技术与传统电子产品的集成

在电子产品中实施PHM技术的其中一个挑战是将该技术集成到传统电子产品中。传统的

电子产品，尽管经常表现为竞争力差而且与现代产品的兼容性差，但由于其替代产品没有研

发出来，所以仍在使用。在传统的电子产品中，比如老龄飞机的航电系统，失效模式与失效

机理往往不清楚。另外，缺乏传统系统的应用专家，致使PHM算法中的故障预测建模不成熟

和不充分。

将PHM技术集成到传统系统中的另外一个挑战是，难于用兼容方式综合各种技术。PHM

系统包括传感器、电子设备、计算机和软件，大部分是商业货架产品（COTS）。这些商业货

架产品常常对操作环境、输入参数和使用条件具有特殊要求。一个PHM系统在综合到电子产

品中时，需要首先克服与它自己子系统的集成障碍。

美国国防工业协会（NDIA）2006年4月13日公布了NDIA电子产品预测技术工作组最

终报告草案。该报告针对电子产品PHM技术研发现状与问题确定了四个领域的开发需求。这

四项需求分别是：1）工具-预测系统设计工具、技术评价工具、实施的经济性分析工具以及

维修过程集成工具等。2）电子预测技术-工作环境传感器、器件操作体制传感器、软件预测

等。3）模型-失效物理、设计验证、维