隨著科學技術(shù)的快速發(fā)展，特別是數(shù)字技術(shù)及各種超大規(guī)模集成電路的廣泛應用,，電子裝備尤其是軍用電子裝備結(jié)構(gòu)越來越復雜,，功能越來越完善，自動化程度也越來越高,。雖然電子系統(tǒng)的性能得到提高,，但是對測試和維修保障也產(chǎn)生了測試流程復雜、測試時間長,、維修保障困難,、維修費用高等諸多問題，這些問題嚴重影響了電子設(shè)備的完好性和壽命周期,。
　　電路板故障診斷技術(shù),，可以快速,、準確地對電子系統(tǒng)是否異常進行判斷，對于出現(xiàn)的故障進行快速定位,，并將故障隔離到最小可更換單元,。在電子設(shè)備維護保障中應用現(xiàn)代診斷技術(shù)" title="故障診斷技術(shù)">故障診斷技術(shù)，可以提高系統(tǒng)的可靠性,、有效性,，保障設(shè)備發(fā)揮最大設(shè)計能力，延長使用壽命,，降低壽命周期費用,；通過檢測監(jiān)視、故障統(tǒng)計分析及性能評估等,，為設(shè)備優(yōu)化設(shè)計提供數(shù)據(jù)和信息,，因此研究電子設(shè)備尤其是電路板故障診斷技術(shù),，將研究成果產(chǎn)品化推廣應用,，具有廣闊的應用前景。
　　故障診斷技術(shù)的概況及發(fā)展前景
　　故障診斷是根據(jù)對被診斷對象測試所取得的有用信息進行分析處理,，判斷被診斷對象的狀態(tài)是否處于異常狀態(tài)或故障狀態(tài),，確定故障的方位，預示故障的發(fā)生,。早期的故障診斷是依據(jù)人對被診斷對象的感覺,、聽覺、觸覺等感官和以往積累的相關(guān)經(jīng)驗,，對其狀態(tài)特征進行分析,，判斷某些故障的存在，或預測故障發(fā)生的時間,。維修是為使設(shè)備保持或恢復到規(guī)定狀態(tài)所進行的全部活動,，即不僅包括設(shè)備在使用過程中發(fā)生故障（損壞）時進行修復，以恢復其規(guī)定狀態(tài)的修復性維修,，而且還包括在故障（損壞）前,，預防故障以保持規(guī)定狀態(tài)所進行的預防性維修活動。近年來,，數(shù)字技術(shù)和超大規(guī)模集成電路廣泛應用于功能電路板的設(shè)計中,，電子設(shè)備的功能和結(jié)構(gòu)也越來越復雜，因此對其的測試工作量大,，對檢測的質(zhì)量要求高,，一般情況下很難依靠人的感官和經(jīng)驗把故障因素檢查出來。現(xiàn)代故障診斷技術(shù)是近年來隨著電子計算機技術(shù),、現(xiàn)代測試技術(shù)和人工智能技術(shù)的迅速發(fā)展而發(fā)展起來的一種新技術(shù),，是指應用現(xiàn)代化儀器設(shè)備和計算機系統(tǒng)等高新技術(shù)設(shè)備,，通過測試來檢查和識別設(shè)備及零部件的實時技術(shù)狀態(tài)，對其進行科學的診斷,。應用故障診斷技術(shù)對設(shè)備進行測試和診斷,，可以及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備的故障和預防惡性事故的發(fā)生，從而避免出現(xiàn)重大損失,。
　　美國是對故障診斷技術(shù)進行系統(tǒng)研究最早的國家之一,，1961年美國開始執(zhí)行阿波羅計劃后，出現(xiàn)了一系列設(shè)備故障,，促使1967年在美國航天局（NASA）倡導下,，由美國海軍研究室（ONR）主持美國機械故障預防小組（MFPG），積極從事故障診斷技術(shù)的研究和開發(fā),。美國作為世界頭號軍事強國,，非常重視軍事武器裝備的后勤補給和維護保障，由于武器系統(tǒng)越來越復雜,，裝備設(shè)計越來越多地考慮保障問題,，以確保維修工作能簡單有效地進行，使裝備能時刻保持可用狀態(tài),，因此各種類型的故障診斷和維修專家系統(tǒng)已用于美國F-15戰(zhàn)斗機,、B-1B轟炸機、海軍艦艇,、陸軍軍械裝置等現(xiàn)役武器裝備的故障診斷和維修中,。目前美國在航空、航天,、核工業(yè)以及軍事部門中診斷技術(shù)占有領(lǐng)先地位,。歐洲一些國家在設(shè)備診斷技術(shù)方面也有很大進展，如英國從60年代末70年代初開始診斷技術(shù)的開發(fā)研究,，在工業(yè),、核發(fā)電等方面占有某種優(yōu)勢。
　　我國雖然對故障診斷技術(shù)的研究起步較晚,，但近年來得到迅速發(fā)展,。在重要系統(tǒng)和裝備的研制中提出了明確的測試性要求，制定了《裝備測試性大綱》（GJB-2547-95）,、《測試與診斷術(shù)語》（GJB-3385-98）等國家軍用標準,。國內(nèi)軍用測試系統(tǒng)，也隨著軍用設(shè)備對測試診斷技術(shù)的要求逐步開展研究,。目前國內(nèi)對裝備的故障診斷技術(shù),，尤其是電路板級故障診斷技術(shù)的研究有了較大的進展。
　　北京航天測控技術(shù)開發(fā)公司在自動測試,、故障診斷技術(shù)研究和相關(guān)產(chǎn)品開發(fā)方面取得了較大的成績,，開發(fā)出了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的“華佗電子診所”系列產(chǎn)品,，包括HTEDS8000電子設(shè)備電路板維修測試與診斷系統(tǒng)、Fault Doctor故障診斷軟件平臺等產(chǎn)品,，該產(chǎn)品綜合應用了先進的測試與故障診斷技術(shù),，適于電子設(shè)備尤其是軍用武器電子裝備的板級維修測試及綜合保障，在海軍,、空軍,、二炮等軍兵種進行了推廣應用。
　　電路板故障診斷系統(tǒng)實現(xiàn)
　　為了實現(xiàn)電路板測試與診斷,，故障診斷系統(tǒng)一般應具有電路板功能檢測,、激勵信號生成、信號測試與采集,、信息管理和數(shù)據(jù)分析等系統(tǒng)功能,，可對各類型電路板進行測試診斷，將故障隔離定位到發(fā)生故障的最小可更換單元（如元器件）,。
　　北京航天測控技術(shù)開發(fā)公司自主開發(fā)的HTEDS8000 電子設(shè)備電路板維修測試與診斷系統(tǒng)基于VXI總線構(gòu)架,，具有開放式、模塊化,、易擴展的結(jié)構(gòu)特點,。系統(tǒng)主要任務(wù)是通過建立的系統(tǒng)硬件平臺,，達到模擬電路板實際工作環(huán)境,，完成被測板診斷信息獲取，經(jīng)過診斷程序的分析,、判斷確定故障位置,，完成故障診斷的目的。系統(tǒng)主控計算機軟件通過標準接口軟件實現(xiàn)對VXI總線儀器和IEEE488接口儀器的控制,，產(chǎn)生仿真測試所需的激勵,，通過通用信號轉(zhuǎn)接箱和專用適配器加載至被測板邊緣連接器的相應端子，同時獲取相應的響應數(shù)據(jù),，通過診斷軟件的分析,、判斷，完成故障定位,。
　　HTEDS8000 電子設(shè)備電路板維修測試與診斷系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)
　　電子設(shè)備電路板維修測試與診斷系統(tǒng)主要由主控計算機,、VXI總線儀器、IEEE488接口儀器以及專用設(shè)備組成,。硬件部分可擴展性強,，可根據(jù)用戶的需求做相應的增減。
　　VXI總線具有結(jié)構(gòu)緊湊,、標準開放,、數(shù)據(jù)吞吐能力強,、模塊重復使用等特點，并且虛擬儀器軟件結(jié)構(gòu)（VISA）解決了計算機與儀器之間的接口及應用軟件開發(fā)環(huán)境的兼容性問題,，GPIB總線作為一種成熟的標準儀器總線具有廣泛的應用范圍,，兩種總線接口在系統(tǒng)中結(jié)合應用，使系統(tǒng)的通用性,、測試功能及測量帶寬的擴充性和電磁兼容能力進一步提高,。
　　對于多種類型電路板的測試診斷，系統(tǒng)通過被測電路板專用適配器與被測電路板相連,，激勵信號通過通用信號轉(zhuǎn)接箱發(fā)送至專用適配器,，加載到被測電路板相應端子，同時將被測信號送入通用信號轉(zhuǎn)接箱的信號測量通道,，經(jīng)調(diào)理,、轉(zhuǎn)接后由VXI測控組合中的測量模塊、功能模塊或GPIB測量設(shè)備實現(xiàn)信號的測量,、控制和采集,。主控計算機對數(shù)據(jù)采集及激勵設(shè)備的工作進行協(xié)調(diào)和控制，測試數(shù)據(jù)經(jīng)過相應的預處理,，提供給診斷專家系統(tǒng),。每個電路板通過配置專用適配器和測試診斷程序（TPS），就可實現(xiàn)電路板的測試與故障診斷,。
　　Fault Doctor 故障診斷軟件平臺
　　HTEDS8000 電子設(shè)備電路板維修測試與診斷系統(tǒng)配置了測控公司自主開發(fā)的應用軟件Fault Doctor Ver1.0故障診斷軟件平臺,，該軟件根據(jù)故障分析理論融合了先進的虛擬儀器測試技術(shù)、人工智能分析方法,、專家知識庫,，可對各類型數(shù)字、模擬及數(shù)?；旌想娐钒暹M行測試,、分析和診斷。
　　該軟件平臺采用OLE,、COM等先進的技術(shù),，通過COM接口搭建功能框架，然后在框架內(nèi)根據(jù)需求添加各種功能模塊,，包括各種信號處理模塊,、測試處理模塊、儀器配置操作模塊,、診斷算法處理模塊,、數(shù)據(jù)信息管理模塊等；各模塊的添加具有相對的獨立性，通過主框架程序進行數(shù)據(jù)交換,；并且可進一步改進或者添加新的功能模塊,。軟件提供二次開發(fā)的接口，采用COM接口的軟件設(shè)計思想,，解決了程序編寫和升級的難題,，提高了系統(tǒng)的可靠性和擴展性。
　　軟件體系包括測試診斷執(zhí)行平臺,、測試診斷開發(fā)平臺,、用戶界面編輯平臺、數(shù)據(jù)信息管理平臺及在線幫助等功能模塊,。測試診斷開發(fā)平臺完成對被測電路板進行故障診斷和定位,，提供自動監(jiān)測和信息提示功能；測試診斷開發(fā)平臺提供可視化圖形界面環(huán)境引導開發(fā)人員輸入診斷步驟,、模擬激勵,、數(shù)據(jù)激勵、信號類型,、測試節(jié)電,、儀器操作等，以完成測試診斷程序開發(fā)任務(wù),；用戶界面編輯平臺生成診斷執(zhí)行界面的顯示內(nèi)容,，完成人機界面的交互設(shè)置；數(shù)據(jù)信息管理平臺完成故障電路板型號統(tǒng)計和原器件統(tǒng)計分析,、故障趨勢分析和預測試功能,，實現(xiàn)故障診斷測試、信息分析反饋的融合,。
　　軟件具有可視化引導功能,，開發(fā)人員不需掌握復雜的程序編碼、專業(yè)性極強的智能診斷算法和專家系統(tǒng)原理,，只需通過各種流程模塊和相應的功能組件，輸入專家知識及必要的測試信息,，即可建立一個具體的診斷軟件,，提高了測試診斷開發(fā)效率。
　　電路板故障診斷專家系統(tǒng)及診斷方法
　　HTEDS8000 電子設(shè)備電路板維修測試與診斷專家系統(tǒng)分知識庫和推理機兩部分,。對于診斷知識庫,，包括電路板的故障知識、正常知識,，知識庫的知識可以增加,、修改、刪除及優(yōu)化。推理機采用基于普通推理,、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),、模糊邏輯相結(jié)合的綜合智能推理機，既可提高診斷推理速度,，同時也可以提高故障隔離的精度,。專家系統(tǒng)的構(gòu)建是一個逐步成熟的過程，隨著診斷知識的累積,、優(yōu)化,，故障診斷專家系統(tǒng)功能就會越來越強。該系統(tǒng)集成了規(guī)則推理,、多重神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、小波分析,、遺傳等多種診斷知識表示方式,，提供了了基于淺層/深層知識的推理機制，基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),、自適應遺傳算法的智能診斷推理方式,，具有完整的電路原理與網(wǎng)絡(luò)連接關(guān)系的知識表示模型。
　　在診斷領(lǐng)域,，模糊邏輯理論和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在知識表示,、知識存貯、推理速度及克服知識窄臺階效應等方面起到了很大的作用,。模糊邏輯與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)既能表示定性的知識又能具有強大的自學習能力和數(shù)據(jù)處理能力,，從而大大拓寬了處理診斷信息的能力。模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由于涉及模糊理論和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論這兩個較前沿的領(lǐng)域,，應用起來較復雜,。主要用于故障模式比較復雜的電路板的診斷。診斷專家了解測試數(shù)據(jù)范圍,，而且能夠較合理選擇模糊子集和模糊隸屬度的場合,。模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點是確定模糊子集和模糊隸屬度后，網(wǎng)絡(luò)訓練需要的診斷知識很少,，就能達到很高的診斷定位精度,。
　　系統(tǒng)采用診斷樹的方式向用戶解釋診斷推理過程，提供對診斷過程中涉及到的測試流程,、初始數(shù)據(jù),、自動采集數(shù)據(jù)、交換數(shù)據(jù),、所用儀器和資源,、標準數(shù)據(jù)、診斷執(zhí)行、推理方式等內(nèi)容的記錄和查詢,；具有單步,、斷點等多種調(diào)試方式；對于缺乏技術(shù)資料的UUT,，提供了對比測試功能,，支持整板功能對比測試、實板仿真測試,、元器件在線測試等方式,。
　　電路板測試方法通常為：首先確認其資料是否齊全，原理是否清楚,，若是,，則將被測板分類，對不同類型的電路板根據(jù)電路板的具體情況采用相應的診斷方法,；若對被測板不熟悉,，一般按照資料不全、原理不清楚的電路板診斷思路進行測試診斷,。
　　電路板故障診斷技術(shù)為電子設(shè)備提供有力保障
　　隨著高新技術(shù)發(fā)展,，電子設(shè)備的維護保障提出了更高的要求，基于現(xiàn)代測試技術(shù),、人工智能技術(shù)的電子設(shè)備故障診斷系統(tǒng)是測試維修的重要手段之一,，電路板故障診斷技術(shù)提高了板級產(chǎn)品維護保障能力，加快了現(xiàn)代電子產(chǎn)品設(shè)計,、生產(chǎn),、維修進程，增強了電子設(shè)備使用壽命,，在軍用武器電子裝備和民用電子設(shè)備的維護保障中都具有重要的意義,，具有廣泛的應用前景。