1. 引言

随着信息化技术的飞速发展，高科技设备在各类现代大型载具中的使用越来越广泛，各类设备的组成和交联关系日趋复杂，尤其是雷达、通信、导航等设备由于数模混合且需要大量的逻辑和运算处理单元，使其可靠性和稳定性面临绝大的挑战而且伴随着FMECA（Failure Mode Effects and Criticality Analysis，故障模式、影响及危害性分析）的要求越来越细致，需要各类电子设备具备足够的健康管理功能，可以在出现故障或者功能损失时及时记录故障点信息或者通过积累的大数据提前给出故障预警。

由于大型民用通信设备的健康管理系统（如IPMI）相对复杂，并不适用各类子系统的电子设备，因此本文通过对各类健康管理系统的综合和裁剪设计了一套适合目电子设备应用需求的健康管理系统，并已经在新研设备中应用，有效地保证了设备的安全、可靠运行。

2. 健康管理系统架构

本文中所述的健康管理系统，主要有三个组成部分，如图1所示：

图1 健康管理系统架构

HMC（健康管理控制器Health Management Controller）是系统中的最主要组成部分，以微处理器极其内部固件的形式提供各类通信接口驱动，实现总线通信协议，完成系统地址管理，实现外部环境信息采集、日志信息维护等各类功能，由于此处的性能要求并不高，结合设备实际情况可使用MCU或控制类DSP实现相关功能。

HMB（健康管理总线Health Management Bus）用于设备内部各个板卡之间的通讯，考虑到电子设备内部电磁干扰的实际情况，一般情况下使用CAN总线实现整个系统中各个模块的硬件连接，将设备内每一个健康管理控制器（HMC）都作为一个处理节点，挂接在HMB总线上。由于通信、导航等电子设备包含有多面天线阵，且在绝大多数情况下与核心处理机距离较远，因此在系统内部的分机或模块之间存在星型连接且距离较远时，使用RS422作为总线的补充，以点对点的方式实现通信。在未来考虑数据传输速率和减重等因素也可以利用以光为载体的高速光纤接口进行通信。

HMP（健康管理协议Health Management Protocol）规定了HMB总线上各个HMC节点收发信息的数据包格式，由于各个模块功能、组成各不相同，使用相同的数据协议可以大大简化程序开发的复杂度。

3. 健康管理系统的软件设计

健康管理系统的软件功能主要包括：

3.1设备组成状态的管理

在设备调试时通过上位机软件在非易失存储器中存储模块的各类硬件和软件配置信息，在核心控制节点请求时可以即时上报各个组成模块PCB版本、硬件设计冻结时间、程序版本、程序编译时间、程序固化时间等信息。

如图2所示，图中是配套于某型设备的调测软件，PC中的上位机软件通过核心控制模块，读取各个模块的阶段和版本信息（0为设备未连接），以及实际编译时间。

图2 模块阶段和版本信息

3.2模块加电次数和加电时间的管理

统计并存储电子设备内部各个模块的加电次数和加电时间。具体的做法如下：

每次上电之后HMC先读取在存储器固定地址中保存的上电次数信息，加1后再写回存储器中。

HMC通过自身的计数器计时，每分钟读取累计上电时间信息（时间精确到分钟即可），加1后再写回存储器，当收到请求时上报上一次存储的加电信息。

根据模块预计的可靠时间和实际的运行时间对比，可对模块进行必要的检修和维护，提高设备整体的稳定性。

3.3模块工作过程中的电压、电流、温度信息的管理

由于电子设备模块内部供电拓扑复杂，且各个模块主要处理芯片功耗较大，外部环境因素对设备能否稳定运行的影响较大，因此各个模块在运行中应自动记录的电压、电流、温度等信息。当设备出现故障时，可通过记录的这些数据来定位和分析问题，最大限度地还原设备运行过程中状态。

通过上位机软件读取各个模块的温度信息，在设备运行过程中或高低温试验过程中，可以通过调试端口实时读取，随时监控设备运行状态（0代表设备未插入，未能读取到温度信息）。

图3 各个模块温度信息

3.4模块BIT信息的管理

在模块进行加电自检或者维护自检时，HMC可以收集各类BIT信息，并将信息上报至核心控制节点，同时将信息保存在存储器中，用于出现故障后的定位和分析，建立故障信息库，提高故障诊断准确定和有效性。

将健康管理的数据通道与设备工作时的业务数据通道分开，互不干扰，提高系统的稳定性。

3.5上位机软件

设计运行于PC的人机交互界面，接受用户的请求，通过固定的通信的协议，与设备内部的核心控制节点进行通信，通过HMB读取各个模块的HMC节点的状态信息并显示。在人机界面上构建信息列表，使用户可以快速了解设备运行状态。

4. 总结

目前民用大型通信系统的健康管理相对复杂，在应用于分系统电子设备时并不能完全照搬，本文根据电子设备应用的实际情况，规划并设计了适用的健康管理系统。使开发人员和用户可以方便地了解设备的组成信息，并在必要的发出维护预警，起到事前处理，降低故障率的作用。目前此类系统已经在多型在研设备中使用，运行良好，为提高设备维护、管理的智能化、科学化水平打下了基础。后续还需要根据实际使用情况，进一步完善和升级系统，提高传感器采集精度和广度，提高状态检测的实时性，并积累数据提高预测的能力，使其最大限度的发挥作用。

参考文献：

[1] 刘东，聂同攀，王承惠.基于ARINC653标准机载电子设备健康监控体系设计[J].航空科学技术.2014.25（6）.38-42.

[2] 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.

[3] 韩国泰.航空电子的故障预测与健康管理技术[J].航空电子技术.2009.40（1）.30-38.