自识别电子产品的预测健康管理方法技术

本发明专利技术提出了单个电子产品（如零件、元器件、电路板、组件、设备、系统以及总系统）施行预测健康管理（PHM）的方法。此PHM方法可应用于产品的筛选、测试诊断、以及生产后阶段。在电子存储内记录、提取并记录某产品的性能，信号值和参数，环境应力和使用应力，以及其相关系数等，并利用这些数据给出该产品寿命初始期的健康基线的参考值。一方面，当产品内置健康基线信息时，能根据不同的使用情况进行相应的更新调整，故而可以基于使用条件进行PHM分析。另一方面，若将健康基线信息存储于其他地方，当产品送回生产方时可以记录其健康基线信息，用于PHM分析。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术提供，涉及一种电子元器件及包含电子元器件系统的质量和可靠性的确定方法，确切的说，涉及基于生产中或生产结束时确定元器件本身“健康”基线，和确定生产线上电子元器件或使用中电子元器件质量和可靠性的方法。
技术介绍
电子元器件是构成现在产品和系统功能的重要组成部分，其可靠性显著影响了系统的可靠性。为了预测产品故障并提出警告，避免灾难性故障的发生，现在越来越重视电子元器件的“健康”情况。在本专利技术中，产品健康级别的定义是指产品的实际功能同一般老化情况下预计功能之间的退化或偏差。预计电子元器件相对预计情况(如健康情况)的退化或偏差，具有以下作用(1)故障前给与警告；(2)记录和预测产品间歇故障，分析未发现故障(NTF)的退回产品；(3)最小化非预计内的维修，延长维修周期并提高维修期间内的产品效率；(4)通过降低检查费用、故障停机时间及贮存期，达到降低寿命周期费用的目的；(5)延长现有产品寿命；(6)提高产品质量，帮助设计新型系统，对未来系统设计提供产品使用信息。美国专利6950773，7162393以及7171586中提出的预计方法中，产品健康基线由相似产品的数据得出。在检测产品故障或退化情况时，往往通过记录产品在特定环境及使用应力下的运行情况、信号值以及预计信号值等，并与健康基线进行对比来分析。这种方法的缺陷有很多其一，产品内的电子元器件或软硬件组件可能已经进行过更换或更新，需要进一步确定更新后产品的健康基线；其二，在不同的使用条件下，产品的健康基线并不准确；其三，由于使用环境及方式差异巨大，在建立健康基线时很难考虑到所有可能的使用状况。因此，当前需要的是通过产品自身数据来确定健康基线，并能通过不同的试验、使用或环境条件进行相应的调整。通过监测产品实际功能、信号值及计算参数、环境和使用应力，并将这些参数同自身的健康基线进行对比，从而能够在任意时刻掌握产品的实际情况，并且预测产品的健康状况。
技术实现思路
本专利技术提供，对单个元器件或元器件系统采用基于其自身健康基线进行预测健康管理(Prognostics and Health Management,简称为PHM)的方法。健康基线在生产过程中建立，从而为产品的检测和预测提供信息。在生产过程的某些过程中，实际使用或者返厂后记录产品的运行情况、信号值以及预计信号、使用或环境应力以及他们的关系，并且同元器件、产品或系统的健康基线进行对比，最终检测异常、退化情况或者提出故障预计。本专利技术是通过以下技术方案实现的首先，在电子存储器内记录、提取并记录某产品的性能、信号值和参数、环境应力和使用应力，以及其相关系数，并利用这些数据给出产品寿命初始期的健康基线参考值；然后，若当产品内置健康基线信息时，根据不同的使用情况对健康基线参考值进行相应的更新调整，从而基于使用条件进行产品PHM分析，若将健康基线信息存储于其他地方，则当产品送回生产方时可以记录其健康基线信息，从而用于PHM分析。本专利技术，其步骤如下步骤一建立产品健康基线及健康基线存储；首先，建立产品的健康基线，根据健康基线特征提取方法和健康基线中的自身健康基线进行预测健康管理PHM方法，在存储器、芯片、硬件或BIOS电子存储器内记录并提取产品的性能指标和信号值，计算得到产品性能参数以及记录的环境与操作条件，及产品性能参数以及记录的环境与操作条件之间的关系，从而建立产品自身的健康基线，包括在制造、实际使用中或返厂中建立实时更新健康基线，其中元器件、产品或系统的健康基线在产品生产完毕后建立，且整体健康基线由系统的多个局部健康基线生成；然后，进行健康基线的存储，将产品的健康基线以数据库的形式存储，包括两种应用情况，一是将产品的健康基线和获得产品健康基线的PHM方法存储于产品或厂商数据库中，二是将产品的健康基线以及PHM方法都存储在产品中；步骤二 产品预测健康管理；预测健康管理包括两种情况一是根据使用中记录的电子产品的信号值，其中电子产品的信号值包括但不限于电流、电压、功率、电阻、电容和阻抗，信号值用于计算均值、范围、频率、缓变率及相关度参数，将记录信号值与产品健康基线内数据进行对比，得出产品的使用情况，产品的使用情况指产品完成规定功能的情况，同时监视和记录产品在使用阶段的环境和使用应力；二是在一段时间内记录产品的使用情况、信号值和参数、环境及使用应力或其相关度，并通过回归分析或多变量估计方法，以计算度量的方式监视并记录这些参数；最后，借助电子计算机，将产品后续的性能指标、信号值，计算得到的参数以及记录的环境与操作条件，及参数以及记录的环境与操作条件之间的关系与产品的健康基线进行比较，在产品筛选和检验过程中将局部基线同整体健康基线进行对比分析，从而进一步确定产品质量和可靠性；在发现产品故障或者不正常状态之后，应该对关键参数及其相关的物理变量进行辨识，采用的方法包括投影追踪法PPA，其基本方法为寻找从高维空间向低维空间的投影，该投影反应数据集的特征，有关检验内置的健康基线是否落在全局的健康基线的范围内的方法，以及检验测量得到的性能指标与信号参数是否落在内置健康基线范围内的方法包括T-检验,均值偏移检验，标准差偏移检验，峰度偏移检验，偏度偏移检验，奇异点数量检验，序贯概率比检验，统计过程控制，马氏距离偏移检验，不同参数之间相关性变化的检验，残差检验。其中，步骤一中所述的健康基线是指根据电子产品自身数据来确定的、表征自身产品健康状态的参考值，并能通过不同的试验、使用或环境条件进行相应的调整。其中电子产品包括电子零件、元器件、电路板、组件、设备、系统以及总系统。步骤一中所述的“健康基线特征提取方法”只是采用单参数特征分析和多参数特征分析特征提取方法，采用单参数特征分析方法包括均值、标准差、平方根、偏度、峰度、超过阈值次数、循环范围、循环均值、循环斜率、最大值、最小值和自然频率，多参数特征分析方法包括残差分析、马氏距尚、主成分分析、协方差与相关因子。步骤一中所述的“健康基线特征提取方法”包括在制造中或实际使用中建立健康基线的方法和在制造、实际使用中或返厂中实时更新健康基线的方法。步骤一中所述的“建立实时更新健康基线”是指由输入的产品使用情况、信号值和参数、环境及使用应力，或其相关度，并通过回归分析或其他多变量估计方法确认特征数据，并对局部健康基线进行更新。步骤二中所述的“以计算度量的方式监视并记录这些参数”中，计算度量的方式包括分布均值、标准差、极大值、极小值、峰态、偏度、均方根、超出阈值个数、循环均值、循环范围、循环缓变率、自然频率、马氏距离、主成分分析、残差计算、协方差、相关系数，监视并记录产品的使用数据包括但不限于环境情况(如温度、湿度、振动、弯曲度、热冲击、化学、辐射和/或生物曝露)和使用情况(如电流、电压、功率、机械使用剖面)。步骤二中所述的“预测”是指通过使用情况、信号值和参数、环境及使用应力，或其相关度的趋势计算预测故障距离。本专利技术，具有如下优点I)通过产品自身数据来确定健康基线，并能通过不同的试验、使用或环境条件对健康基线进行相应的调整。2)通过监测产品实际功能、信号值及计算参数、环境和使用应力，并将这些参数同自身的健康基线进行对比，从而能够在任意时刻掌握产品的实际情况，并且预测产品的健康状况。附图说明特别说明，本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
自识别电子产品的预测健康管理方法，其特征在于下：该方法的步骤如下：步骤一：建立产品健康基线及健康基线存储；首先，建立产品的健康基线，根据健康基线特征提取方法和健康基线中的自身健康基线进行预测健康管理PHM方法，在存储器、芯片、硬件或BIOS电子存储器内记录并提取产品的性能指标和信号值，计算得到产品性能参数以及记录的环境与操作条件，及产品性能参数以及记录的环境与操作条件之间的关系，从而建立产品自身的健康基线，包括在制造、实际使用中或返厂中建立实时更新健康基线，其中元器件、产品或系统的健康基线在产品生产完毕后建立，且整体健康基线由系统的多个局部健康基线生成；然后，进行健康基线的存储，将产品的健康基线以数据库的形式存储，包括两种应用情况，一是将产品的健康基线和获得产品健康基线的PHM方法存储于产品或厂商数据库中，二是将产品的健康基线以及PHM方法都存储在产品中；步骤二：产品预测健康管理；预测健康管理包括两种情况：一是根据使用中记录的电子产品的信号值，其中电子产品的信号值包括但不限于：电流、电压、功率、电阻、电容和阻抗，信号值用于计算均值、范围、频率、缓变率及相关度参数，将记录信号值与产品健康基线内数据进行对比，得出产品的使用情况，产品的使用情况指产品完成规定功能的情况，同时监视和记录产品在使用阶段的环境和使用应力；二是在一段时间内记录产品的使用情况、信号值和参数、环境及使用应力或其相关度，并通过回归分析或多变量估计方法，以计算度量的方式监视并记录这些参数；最后，借助电子计算机，将产品后续的性能指标、信号值，计算得到的参数以及记录的环境与操作条件，及参数以及记录的环境与操作条件之间的关系与产品的健康基线进行比较，在产品筛选和检验过程中将局部基线同整体健康基线进行对比分析，从而进一步确定产品质量和可靠性；在发现产品故障或者不正常状态之后，应该对关键参数及其相关的物理变量进行辨识，采用的方法包括投影追踪法PPA，其基本方法为：寻找从高维空间向低维空间的投影，该投影反应数据集的特征，有关检验内置的健康基线是否落在全局的健康基线的范围内的方法，以及检验测量得到的性能指标与信号参数是否落在内置健康基线范围内的方法包括T?检验，均值偏移检验，标准差偏移检验，峰度偏移检验，偏度偏移检验，奇异点数量检验，序贯概 率比检验，统计过程控制，马氏距离偏移检验，不同参数之间相关性变化的检验，残差检验。...

【技术特征摘要】
1.自识别电子产品的预测健康管理方法，其特征在于下:该方法的步骤如下: 步骤一:建立产品健康基线及健康基线存储； 首先，建立产品的健康基线，根据健康基线特征提取方法和健康基线中的自身健康基线进行预测健康管理PHM方法，在存储器、芯片、硬件或BIOS电子存储器内记录并提取产品的性能指标和信号值，计算得到产品性能参数以及记录的环境与操作条件，及产品性能参数以及记录的环境与操作条件之间的关系，从而建立产品自身的健康基线，包括在制造、实际使用中或返厂中建立实时更新健康基线，其中元器件、产品或系统的健康基线在产品生产完毕后建立，且整体健康基线由系统的多个局部健康基线生成； 然后，进行健康基线的存储，将产品的健康基线以数据库的形式存储，包括两种应用情况，一是将产品的健康基线和获得产品健康基线的PHM方法存储于产品或厂商数据库中，二是将产品的健康基线以及PHM方法都存储在产品中； 步骤二:产品预测健康管理； 预测健康管理包括两种情况:一是根据使用中记录的电子产品的信号值，其中电子产品的信号值包括但不限于:电流、电压、功率、电阻、电容和阻抗，信号值用于计算均值、范围、频率、缓变率及相关度参数， 将记录信号值与产品健康基线内数据进行对比，得出产品的使用情况，产品的使用情况指产品完成规定功能的情况，同时监视和记录产品在使用阶段的环境和使用应力；二是在一段时间内记录产品的使用情况、信号值和参数、环境及使用应力或其相关度，并通过回归分析或多变量估计方法，以计算度量的方式监视并记录这些参数；最后，借助电子计算机，将产品后续的性能指标、信号值，计算得到的参数以及记录的环境与操作条件，及参数以及记录的环境与操作条件之间的关系与产品的健康基线进行比较，在产品筛选和检验过程中将局部基线同整体健康基线进行对比分析，从而进一步确定产品质量和可靠性； 在发现产品故障或者不正常状态之后，应该对关键参数及其相关的物理变量进行辨识，采用的方法包括投影追踪法PPA，其基本方法为:寻找从高维空间向低维空间的投影，该投影反应数据集的特征，有关检验内置的健康基线是否落在全局的健康基线的范围内的方法，以及检验测量得到的性能指标与信号参数是否落在内置健康基线...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔·派克，顾洁，康锐，
申请(专利权)人：迈克尔·派克，
类型：发明
国别省市：