自識別電子產品的預測健康管理方法技術

本發明專利技術提出了單個電子產品（如零件、元器件、電路板、組件、設備、系統以及總系統）施行預測健康管理（PHM）的方法。此PHM方法可應用于產品的篩選、測試診斷、以及生產后階段。在電子存儲內記錄、提取并記錄某產品的性能，信號值和參數，環境應力和使用應力，以及其相關系數等，并利用這些數據給出該產品壽命初始期的健康基線的參考值。一方面，當產品內置健康基線信息時，能根據不同的使用情況進行相應的更新調整，故而可以基于使用條件進行PHM分析。另一方面，若將健康基線信息存儲于其他地方，當產品送回生產方時可以記錄其健康基線信息，用于PHM分析。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術提供，涉及一種電子元器件及包含電子元器件系統的質量和可靠性的確定方法，確切的說，涉及基于生產中或生產結束時確定元器件本身“健康”基線，和確定生產線上電子元器件或使用中電子元器件質量和可靠性的方法。
技術介紹
電子元器件是構成現在產品和系統功能的重要組成部分，其可靠性顯著影響了系統的可靠性。為了預測產品故障并提出警告，避免災難性故障的發生，現在越來越重視電子元器件的“健康”情況。在本專利技術中，產品健康級別的定義是指產品的實際功能同一般老化情況下預計功能之間的退化或偏差。預計電子元器件相對預計情況(如健康情況)的退化或偏差，具有以下作用(1)故障前給與警告；(2)記錄和預測產品間歇故障，分析未發現故障(NTF)的退回產品；(3)最小化非預計內的維修，延長維修周期并提高維修期間內的產品效率；(4)通過降低檢查費用、故障停機時間及貯存期，達到降低壽命周期費用的目的；(5)延長現有產品壽命；(6)提高產品質量，幫助設計新型系統，對未來系統設計提供產品使用信息。美國專利6950773，7162393以及7171586中提出的預計方法中，產品健康基線由相似產品的數據得出。在檢測產品故障或退化情況時，往往通過記錄產品在特定環境及使用應力下的運行情況、信號值以及預計信號值等，并與健康基線進行對比來分析。這種方法的缺陷有很多其一，產品內的電子元器件或軟硬件組件可能已經進行過更換或更新，需要進一步確定更新后產品的健康基線；其二，在不同的使用條件下，產品的健康基線并不準確；其三，由于使用環境及方式差異巨大，在建立健康基線時很難考慮到所有可能的使用狀況。因此，當前需要的是通過產品自身數據來確定健康基線，并能通過不同的試驗、使用或環境條件進行相應的調整。通過監測產品實際功能、信號值及計算參數、環境和使用應力，并將這些參數同自身的健康基線進行對比，從而能夠在任意時刻掌握產品的實際情況，并且預測產品的健康狀況。
技術實現思路
本專利技術提供，對單個元器件或元器件系統采用基于其自身健康基線進行預測健康管理(Prognostics and Health Management,簡稱為PHM)的方法。健康基線在生產過程中建立，從而為產品的檢測和預測提供信息。在生產過程的某些過程中，實際使用或者返廠后記錄產品的運行情況、信號值以及預計信號、使用或環境應力以及他們的關系，并且同元器件、產品或系統的健康基線進行對比，最終檢測異常、退化情況或者提出故障預計。本專利技術是通過以下技術方案實現的首先，在電子存儲器內記錄、提取并記錄某產品的性能、信號值和參數、環境應力和使用應力，以及其相關系數，并利用這些數據給出產品壽命初始期的健康基線參考值；然后，若當產品內置健康基線信息時，根據不同的使用情況對健康基線參考值進行相應的更新調整，從而基于使用條件進行產品PHM分析，若將健康基線信息存儲于其他地方，則當產品送回生產方時可以記錄其健康基線信息，從而用于PHM分析。本專利技術，其步驟如下步驟一建立產品健康基線及健康基線存儲；首先，建立產品的健康基線，根據健康基線特征提取方法和健康基線中的自身健康基線進行預測健康管理PHM方法，在存儲器、芯片、硬件或BIOS電子存儲器內記錄并提取產品的性能指標和信號值，計算得到產品性能參數以及記錄的環境與操作條件，及產品性能參數以及記錄的環境與操作條件之間的關系，從而建立產品自身的健康基線，包括在制造、實際使用中或返廠中建立實時更新健康基線，其中元器件、產品或系統的健康基線在產品生產完畢后建立，且整體健康基線由系統的多個局部健康基線生成；然后，進行健康基線的存儲，將產品的健康基線以數據庫的形式存儲，包括兩種應用情況，一是將產品的健康基線和獲得產品健康基線的PHM方法存儲于產品或廠商數據庫中，二是將產品的健康基線以及PHM方法都存儲在產品中；步驟二 產品預測健康管理；預測健康管理包括兩種情況一是根據使用中記錄的電子產品的信號值，其中電子產品的信號值包括但不限于電流、電壓、功率、電阻、電容和阻抗，信號值用于計算均值、范圍、頻率、緩變率及相關度參數，將記錄信號值與產品健康基線內數據進行對比，得出產品的使用情況，產品的使用情況指產品完成規定功能的情況，同時監視和記錄產品在使用階段的環境和使用應力；二是在一段時間內記錄產品的使用情況、信號值和參數、環境及使用應力或其相關度，并通過回歸分析或多變量估計方法，以計算度量的方式監視并記錄這些參數；最后，借助電子計算機，將產品后續的性能指標、信號值，計算得到的參數以及記錄的環境與操作條件，及參數以及記錄的環境與操作條件之間的關系與產品的健康基線進行比較，在產品篩選和檢驗過程中將局部基線同整體健康基線進行對比分析，從而進一步確定產品質量和可靠性；在發現產品故障或者不正常狀態之后，應該對關鍵參數及其相關的物理變量進行辨識，采用的方法包括投影追蹤法PPA，其基本方法為尋找從高維空間向低維空間的投影，該投影反應數據集的特征，有關檢驗內置的健康基線是否落在全局的健康基線的范圍內的方法，以及檢驗測量得到的性能指標與信號參數是否落在內置健康基線范圍內的方法包括T-檢驗,均值偏移檢驗，標準差偏移檢驗，峰度偏移檢驗，偏度偏移檢驗，奇異點數量檢驗，序貫概率比檢驗，統計過程控制，馬氏距離偏移檢驗，不同參數之間相關性變化的檢驗，殘差檢驗。其中，步驟一中所述的健康基線是指根據電子產品自身數據來確定的、表征自身產品健康狀態的參考值，并能通過不同的試驗、使用或環境條件進行相應的調整。其中電子產品包括電子零件、元器件、電路板、組件、設備、系統以及總系統。步驟一中所述的“健康基線特征提取方法”只是采用單參數特征分析和多參數特征分析特征提取方法，采用單參數特征分析方法包括均值、標準差、平方根、偏度、峰度、超過閾值次數、循環范圍、循環均值、循環斜率、最大值、最小值和自然頻率，多參數特征分析方法包括殘差分析、馬氏距尚、主成分分析、協方差與相關因子。步驟一中所述的“健康基線特征提取方法”包括在制造中或實際使用中建立健康基線的方法和在制造、實際使用中或返廠中實時更新健康基線的方法。步驟一中所述的“建立實時更新健康基線”是指由輸入的產品使用情況、信號值和參數、環境及使用應力，或其相關度，并通過回歸分析或其他多變量估計方法確認特征數據，并對局部健康基線進行更新。步驟二中所述的“以計算度量的方式監視并記錄這些參數”中，計算度量的方式包括分布均值、標準差、極大值、極小值、峰態、偏度、均方根、超出閾值個數、循環均值、循環范圍、循環緩變率、自然頻率、馬氏距離、主成分分析、殘差計算、協方差、相關系數，監視并記錄產品的使用數據包括但不限于環境情況(如溫度、濕度、振動、彎曲度、熱沖擊、化學、輻射和/或生物曝露)和使用情況(如電流、電壓、功率、機械使用剖面)。步驟二中所述的“預測”是指通過使用情況、信號值和參數、環境及使用應力，或其相關度的趨勢計算預測故障距離。本專利技術，具有如下優點I)通過產品自身數據來確定健康基線，并能通過不同的試驗、使用或環境條件對健康基線進行相應的調整。2)通過監測產品實際功能、信號值及計算參數、環境和使用應力，并將這些參數同自身的健康基線進行對比，從而能夠在任意時刻掌握產品的實際情況，并且預測產品的健康狀況。附圖說明特別說明，本專利技術本文檔來自技高網...

【技術保護點】
自識別電子產品的預測健康管理方法，其特征在于下：該方法的步驟如下：步驟一：建立產品健康基線及健康基線存儲；首先，建立產品的健康基線，根據健康基線特征提取方法和健康基線中的自身健康基線進行預測健康管理PHM方法，在存儲器、芯片、硬件或BIOS電子存儲器內記錄并提取產品的性能指標和信號值，計算得到產品性能參數以及記錄的環境與操作條件，及產品性能參數以及記錄的環境與操作條件之間的關系，從而建立產品自身的健康基線，包括在制造、實際使用中或返廠中建立實時更新健康基線，其中元器件、產品或系統的健康基線在產品生產完畢后建立，且整體健康基線由系統的多個局部健康基線生成；然后，進行健康基線的存儲，將產品的健康基線以數據庫的形式存儲，包括兩種應用情況，一是將產品的健康基線和獲得產品健康基線的PHM方法存儲于產品或廠商數據庫中，二是將產品的健康基線以及PHM方法都存儲在產品中；步驟二：產品預測健康管理；預測健康管理包括兩種情況：一是根據使用中記錄的電子產品的信號值，其中電子產品的信號值包括但不限于：電流、電壓、功率、電阻、電容和阻抗，信號值用于計算均值、范圍、頻率、緩變率及相關度參數，將記錄信號值與產品健康基線內數據進行對比，得出產品的使用情況，產品的使用情況指產品完成規定功能的情況，同時監視和記錄產品在使用階段的環境和使用應力；二是在一段時間內記錄產品的使用情況、信號值和參數、環境及使用應力或其相關度，并通過回歸分析或多變量估計方法，以計算度量的方式監視并記錄這些參數；最后，借助電子計算機，將產品后續的性能指標、信號值，計算得到的參數以及記錄的環境與操作條件，及參數以及記錄的環境與操作條件之間的關系與產品的健康基線進行比較，在產品篩選和檢驗過程中將局部基線同整體健康基線進行對比分析，從而進一步確定產品質量和可靠性；在發現產品故障或者不正常狀態之后，應該對關鍵參數及其相關的物理變量進行辨識，采用的方法包括投影追蹤法PPA，其基本方法為：尋找從高維空間向低維空間的投影，該投影反應數據集的特征，有關檢驗內置的健康基線是否落在全局的健康基線的范圍內的方法，以及檢驗測量得到的性能指標與信號參數是否落在內置健康基線范圍內的方法包括T?檢驗，均值偏移檢驗，標準差偏移檢驗，峰度偏移檢驗，偏度偏移檢驗，奇異點數量檢驗，序貫概 率比檢驗，統計過程控制，馬氏距離偏移檢驗，不同參數之間相關性變化的檢驗，殘差檢驗。...

【技術特征摘要】
1.自識別電子產品的預測健康管理方法，其特征在于下:該方法的步驟如下: 步驟一:建立產品健康基線及健康基線存儲； 首先，建立產品的健康基線，根據健康基線特征提取方法和健康基線中的自身健康基線進行預測健康管理PHM方法，在存儲器、芯片、硬件或BIOS電子存儲器內記錄并提取產品的性能指標和信號值，計算得到產品性能參數以及記錄的環境與操作條件，及產品性能參數以及記錄的環境與操作條件之間的關系，從而建立產品自身的健康基線，包括在制造、實際使用中或返廠中建立實時更新健康基線，其中元器件、產品或系統的健康基線在產品生產完畢后建立，且整體健康基線由系統的多個局部健康基線生成； 然后，進行健康基線的存儲，將產品的健康基線以數據庫的形式存儲，包括兩種應用情況，一是將產品的健康基線和獲得產品健康基線的PHM方法存儲于產品或廠商數據庫中，二是將產品的健康基線以及PHM方法都存儲在產品中； 步驟二:產品預測健康管理； 預測健康管理包括兩種情況:一是根據使用中記錄的電子產品的信號值，其中電子產品的信號值包括但不限于:電流、電壓、功率、電阻、電容和阻抗，信號值用于計算均值、范圍、頻率、緩變率及相關度參數， 將記錄信號值與產品健康基線內數據進行對比，得出產品的使用情況，產品的使用情況指產品完成規定功能的情況，同時監視和記錄產品在使用階段的環境和使用應力；二是在一段時間內記錄產品的使用情況、信號值和參數、環境及使用應力或其相關度，并通過回歸分析或多變量估計方法，以計算度量的方式監視并記錄這些參數；最后，借助電子計算機，將產品后續的性能指標、信號值，計算得到的參數以及記錄的環境與操作條件，及參數以及記錄的環境與操作條件之間的關系與產品的健康基線進行比較，在產品篩選和檢驗過程中將局部基線同整體健康基線進行對比分析，從而進一步確定產品質量和可靠性； 在發現產品故障或者不正常狀態之后，應該對關鍵參數及其相關的物理變量進行辨識，采用的方法包括投影追蹤法PPA，其基本方法為:尋找從高維空間向低維空間的投影，該投影反應數據集的特征，有關檢驗內置的健康基線是否落在全局的健康基線的范圍內的方法，以及檢驗測量得到的性能指標與信號參數是否落在內置健康基線...

【專利技術屬性】
技術研發人員：邁克爾·派克，顧潔，康銳，
申請(專利權)人：邁克爾·派克，
類型：發明
國別省市：