預(yù)測(cè)與健康管理（PHM）是裝備健康工程的重要組成部分，特別是近年來(lái)一直是學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的熱點(diǎn)問題。為了便于初學(xué)者了解故障/壽命預(yù)測(cè)的基本原理和過程，理解其中涉及的故障、壽命、剩余壽命、可靠性特征量等基本概念，特以大功率白光LED的壽命預(yù)測(cè)為示意，編輯本短文以便學(xué)術(shù)界與工業(yè)界交流。

圖1 故障/壽命/可靠性預(yù)測(cè)基本過程

一般而言，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品壽命預(yù)測(cè)主要包括狀態(tài)監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)(預(yù))處理、故障診斷、故障預(yù)測(cè)以及決策推理等關(guān)鍵步驟。在每個(gè)步驟中，可以根據(jù)被預(yù)測(cè)對(duì)象故障模式特征和數(shù)據(jù)特征等，選擇合適的模型和方法處理各類數(shù)據(jù)信息，進(jìn)而獲得不同表征形式的產(chǎn)品可靠性/壽命信息。以大功率白光LED為例，在圖1中當(dāng)前時(shí)刻t_present，可以將表征產(chǎn)品故障或健康狀態(tài)的特征參數(shù)（如LED常采用流明維持率、色度坐標(biāo)、正向電壓、功率譜密度、歐式/馬氏距離等）與產(chǎn)品的失效閾值進(jìn)行比較（如LED常采用光輸出減少30%、光功率減小20%、CIE1976色度圖中色度偏移0.007等作為失效判據(jù)），這個(gè)比較的過程其實(shí)也就是異常檢測(cè)或故障診斷（在發(fā)生故障的時(shí)刻t_failure）的過程。如圖1中中間部分所示，顯示了特征參數(shù)退化數(shù)據(jù)的擬合過程，根據(jù)數(shù)據(jù)特征不同，擬合模型可以是線性的也可以是非線性的，亦或是其它數(shù)學(xué)模型（如物理模型、回歸模型、粒子濾波，卡爾曼濾波、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、深度學(xué)習(xí)等），即所謂的預(yù)測(cè)算法模型（常用的模型如圖2所示）。對(duì)于具有長(zhǎng)壽命特征的產(chǎn)品（如LED），實(shí)際通常采用加速（退化）試驗(yàn)條件來(lái)代替正常工作條件獲取建立預(yù)測(cè)模型的數(shù)據(jù)信息，以縮短試驗(yàn)或建模時(shí)間。如通常采用阿倫尼斯模型（特別是與溫度應(yīng)力相關(guān)的失效）計(jì)算加速因子（AF），可以根據(jù)加速條件下的數(shù)據(jù)信息外推正常工作條件下的壽命相關(guān)信息，如圖1中左上部分所示。進(jìn)一步地，由于這些模型參數(shù)具有不確定性以及統(tǒng)計(jì)特性（通常采用正態(tài)、對(duì)數(shù)正態(tài)、威布爾等分布擬合模型），采用廣義應(yīng)力強(qiáng)度干涉模型（特征參數(shù)與失效閾值比較）可以進(jìn)一步推導(dǎo)出可靠性相關(guān)特征量，如圖1中右上部分所示。最后，可以根據(jù)已構(gòu)建的各類預(yù)測(cè)模型和方法來(lái)外推預(yù)測(cè)產(chǎn)品未來(lái)某時(shí)刻的可靠性或健康狀態(tài)，也可以預(yù)測(cè)產(chǎn)品的剩余使用壽命（RUL）。概況來(lái)講，在理解上述基本原理過程基礎(chǔ)上，根據(jù)被預(yù)測(cè)對(duì)象的故障特征和可獲得的數(shù)據(jù)特征，選擇合適的模型和方法，是實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確有效預(yù)測(cè)的基本前提。

圖2 常用的故障/壽命預(yù)測(cè)模型/方法（注：僅示意性列出部分）

最后澄清如下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)：

1）故障預(yù)測(cè)一般針對(duì)設(shè)備、裝備、系統(tǒng)等具有可修特征的產(chǎn)品而言；而壽命預(yù)測(cè)一般針對(duì)器件、部件、單元等不具有可修特征產(chǎn)品而言；可靠性預(yù)測(cè)一般是指在考慮不確定性基礎(chǔ)上對(duì)可靠性相關(guān)特征量的預(yù)測(cè)；

2）對(duì)產(chǎn)品健康狀態(tài)（如健康指數(shù)、健康度等參數(shù)指標(biāo)表征）或可靠性狀態(tài)（如可靠度、可靠指數(shù)等參數(shù)指標(biāo)表征）的監(jiān)測(cè)及預(yù)測(cè)是隨時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)過程；

3）上述基本原理過程存在于產(chǎn)品PHM算法及系統(tǒng)研發(fā)的不同階段，一個(gè)是“離線”階段，即根據(jù)歷史經(jīng)驗(yàn)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)等建立預(yù)測(cè)模型/構(gòu)建PHM系統(tǒng)的階段；另一個(gè)是“在線”階段，即根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的產(chǎn)品對(duì)象與實(shí)際工況等相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)已建立的預(yù)測(cè)模型進(jìn)行實(shí)時(shí)更新的階段。