航空制造设备故障预测与健康管理设备分析

李林

（中航飞机股份有限公司设备厂，陕西 西安 710089）

在世界航空事业的不断发展下，各个国家的航空安全水平提升，在以往地面安全监控的基础上借助先进技术形式打造了航空设备健康管理系统，有效提升了飞行设备的安全性和可靠性。航空设备健康管理系统一般包含航空设备的状态检测、状态预警、故障诊断、故障评估、故障处理等。在航空设备健康管理系统的作用下能够通过一系列措施评估、诊断和防范飞机故障，并生成相应的故障分析报告，为飞机的安全飞行提供良好支持，确保航班的高效运行。

1 航空制造设备故障预测与健康管理研究现状

航空制造设备故障预测与健康管理是当前航空技术研究的一个热点问题，对飞机运行保障起到了至关重要的作用。当前，国内外对航空制造设备故障预测与健康管理的主要研究囊括以下几个方面的内容。

（1）失效机理。电子器件在制造之后，随着长时间的使用，器件的性能会日益退化，出现失效现象。技术人员经过研究之后发现航空设备运行的失效机理主要包含热载流子效应模型；时间类型绝缘介质击穿模型；双极晶体退化模型。

（2）借助应力损伤评估外界环境对电子器件使用造成的损伤。外部应力环境是引发电子设备故障的重要原因，这种危害集中落实在电压、电流、温度和湿度等层面。

（3）器械随着时间的推移老化日益严重。在器件失效模式评估基础上选择和失效相关的物理量作为故障先兆，打造故障预测模型，通过监测特定电路性能参数来评估电子器件的性能，预测器件故障。

（4）故障预警。在整个电路板块模板上设置故障预警电路。

从航空设备应用情况来看，其预警元件和板上的IC 电路属于同一种类型器件，具备同样的失效机理。

2 航空制造设备故障预测与健康管理技术应用复杂性分析

航空制造机电部件在完全损坏之前需要相关人员及时采取措施进行替换，而航空制造机电设备出现缺陷以及缺陷转变为故障往往需要经过较长的时间，为设备故障的分析和预测造成了延缓。而电子设备的失效机理和机械设备失效机理呈现出十分显著的不同，发生失效这一现象深受多种因素的干扰，突出表现如下。

（1）半导体器件和退化失效是一种微观表现，很难应用有效的手段和技术进行检测。

（2）VLSI 的集成度越高，内部检测复杂度就越大。

（3）电子器件故障具有多发性和突发性的特点，很难应用有效的手段进行预测。

（4）单台电子设备内部应用了大量不同的电子器件，无法实现对每一个器件的检测。

（5）故障类型具有多源性的特点，且会随着外部环境的变化而发生变化。

（6）不同电子器件的使用性能和使用寿命不同，在错过维修时间之后难以再对其故障问题进行预测。

3 基于全生命周期的航空制造设备故障预测与健康管理

3.1 全面了解航电设备的使用状态。

从健康管理角度上来看航电设备的状态具体分为五种，分别是正常、错误、异常、故障、损坏。

（1）正常。正常状态下的航电设备会按照既定的方式运行，设备的运行指标符合预定功能。

（2）错误。航电设备运行错误主要是指设备运行过程中突发性的、非预定状态的故障形式。在消除引发故障的环境因素之后，航电设备往往能够恢复到正常运行的状态，并在运行的过程中逐渐实现自我恢复。

（3）异常。异常主要是指航电设备偏移预定的运行方式和既定的功能范围状态，突出表现为功能的降级。为了确保航电设备的稳定运行，在发现设备运行故障之后需要相关人员及时采取措施进行处理。

（4）故障。故障是航电设备不能够执行规定的功能状态，表现为功能的全部丧失。

（5）损坏。损坏是航空制造设备出现故障的部件不能够制定规定的功能状态，也无法被修复。

3.2 航空制造设备故障预测

引发航空制造设备故障的原因有很多，其中最为重要的一点是外部应力对航空制造设备的损伤。从航空制造设备的运行实际情况来看，当处于不同环境时，其所遭受的外界损伤是不同的。为了能够规避外界环境对航空制造设备运行造成的损伤，需要相关人员全面搜集和整理航空制造电子设备生命周期内所能够承担的最大外界应力载荷，由此推断出航空制造设备的损伤程度和实际使用寿命。另外，在航空制造设备中还需要嵌入多个传感器，借助传感器更好的感知外部荷载，了解温度、湿度、振动、压力、电流、电压等对航空制造设备安全使用的影响。

航空制造设备电路的特点会伴随的电子产品使用时间的延长而发生老化，为此，在使用航空制造设备的时候需要相关人员应用科学的方法、技术和手段等对航空制造设备器件、电路等失效模式进行精准的分析，通过分析选择适合的物理量来评估故障先兆，帮助航空制造设备使用人员了解各个电子设备的基本性能，进而在设备出现使用故障的时候及时采取措施予以弥补。

3.3 航空制造设备健康管理基本信息获取与处理

航空制造设备故障预测与健康管理的第一步是搜集整理航空制造设备健康管理基本信息，具体包含以下几个方面的内容：第一，基本信息。航空制造设备在设计、生产过中所体现的正常状态或者故障状态数据信息。第二，工作信息。航空制造设备飞行过程中所表现的运行信息。第三，环境信息。航空制造设备运行中检测到的能够反映运行环境的技术数据。第四，历史信息。 航空制造设备列装后在使用维护过中所记录的设备运行状态信息。

3.4 航空制造设备健康监测

（1）基本模型打造。按照可靠性理论的要求，多数电气器件失效率和时间之间会呈现出浴盆曲线状态，长时间使用的航空设备不可避免的会出现老化问题，失效率近似一个常数，不仅如此，电子设备的失效率也遵从相似关系，失效率和设备故障间隔时间的关系如下：失效率=1/电子设备平均故障时间。基于不同航电设备不同器件失效率的不同特性，需要相关人员采取措施对航空制造设备实施全寿命周期的分阶段健康管理，对各个设备失效的监测重点是设备失效的原因和失效率较高的器件类型。

（2）层式结构。航空制造设备是一个层式结构分布系统，底层是各个航电设备的健康管理，中层是航电子系统的健康管理，上层是航电系统的健康管理。第一，底层系统由各个设备内的BIT、FIRT、EST 共同组成，所有的信息会被传递到航空制造设备的子系统中。第二，中间层系统能够提供必需的子系统监控和功能测试，由此能够提升系统在复杂环境下的处理能力，确保整个子系统的稳定运行。第三，上层系统管理所有航电子系统，能够对系统的故障运行进行监测分析，从而更好的评估整个航电系统的运行状态。

（3）BIT 设计。BIT 内部电路一般由CPU、存储器、可编程逻辑电路组成，在现代科学技术的发展下，越来越多功能的集成电路开始被人们应用到航电设备健康管理中，主要有两种形式。第一种是由内置测试程序来对系统运行状态进行检测分析。模块上的各个独立软件分区拥有独立的BIET 软件，在这个软件的作用下能够实时监控分区软件的运行，了解软件运行状态，并记录异常情况。模块上还设置了专用的软件分区，能够实现对模块分区信息的实时性监控。第二种是由整机级BIT控制的功能检测系统，这个系统能够有效处理来自各个模块的BITE 信息，在必要情况下可以向被管理的其他模块发送测试矢量命令，根据回送的数据信息来判定模块运行情况。

4 结语

综上所述，在航空航天技术的快速发展下，怎样确保航空领域电子产品的安全性是科学研究领域学者们需要思考和解决的问题。通过对航空电子设备故障的预测和健康管理能够有效提升航空电子设备应用的安全性、稳定性。为此，在新的历史时期，需要相关人员强化对航空制造设备故障预测与健康管理的重视，在全面搜集整理航空设备运行信息的基础上，应用先进的技术手段对系统故障进行评估和分析，并打造完善的航空设备健康管理结构，以期能够更好的促进我国航空事业发展。