成果亮点

• 实现试验数字化信息技术和可靠性优化设计提升
  

• 实现电接触微观特性分析及性能评价

• 实现基于人工智能与模式识别的电工产品运动参数分析

• 实现基于多源异构参数的电工产品寿命预测和可靠性评价

研究背景

随着电工产品在国防军事、航天航空、轨道交通、通信信号、工业控制等重要领域的广泛应用，对其可靠性提出了更高的要求。由于可靠性问题造成的重大事故和损失屡见不鲜，国务院发布的《质量发展纲要》中明确提出了在重点行业实施可靠性提升工程。

在电工产品可靠性试验过程中会产生大量的数据，开展信息集中管理和数据全面分析对特征提取和性能研究具有重要价值。由于可靠性试验的流程复杂、测量参数多、资源分散、设备种类繁多、数据格式不一、数据结构复杂等特点，数据的分散存储、传统人工整理分析方法工作效率低且易产生错误。可靠性试验、分析评价和设计工作已成为国内外研究领域的重点与难点。

科技创新

针对试验对象构建信息管理及应用系统，有效地整合各种试验数据资源，提升试验数据存储、查询、导入导出等基础工作效率，深度发掘海量数据的价值，实现试验成果和经验数据的价值利用，对设计生产等其他业务进行支撑。

成果聚焦试验数字化信息分析管理与可靠性设计提升两大技术难题，历经十余年的探索实践，创新突破可靠性试验在线远程实时监控和信息管理、可靠性优化设计提升、电工产品寿命预测与可靠度评估、电接触微观特性分析及性能评价、电工产品机械运动参数分析等核心理论与关键技术，达到多项国内外先进技术水平与实现多项成果应用。本成果对提升电工产品可靠性，推动行业发展具有重要意义。

其主要科技创新如下：

（1）试验数字化信息技术和可靠性优化设计提升

搭建电工产品综合测试和可靠性试验平台，实现试验统一管理；对试品的测试过程进行就地和远程实时监控；对设备获取的试品测试数据实现信息共享；进行测试数据的应用分析，实现性能监控与预测、寿命及可靠性评估、产品故障诊断和指导优化设计等功能；为进行产品溯源、质量管控和研发，提供充分的过程数据、试验数据、信息共享、数据分析等多重保证。搭建电工产品的电磁、热场、动力学（触头弹跳）、电弧（接通分断、电寿命）仿真模型，进行多物理场耦合仿真分析，开展可靠性设计提升。

（2）电接触微观特性分析及性能评价

基于超景深多层聚焦拼接方法获取三维微观特征形形貌和三维矫正粗糙度特征参数，利用点云数据一致性四点集方法进行触头的三维高度数据重建，采用分形混沌理论提取触头表面微观复杂特征，单模态条件下基于触头局部Harris角点、尺度不变特征变换SIFT特征点实现融合拼接得出完整形貌数据，多模态条件下基于非下采样剪切波变换NSST方法实现元素成分和三维形貌数据融合得出多模态融合触头数据；创新提出基于因子分析、模糊数学Borda法和神经网络融合以上特征参数，实现电接触微观特性分析及性能评价的方法，解决了触头退化特征提取与数据融合困难、评价标准不清的难题。

（3）基于人工智能与模式识别的电工产品运动参数分析

对电工产品运动过程进行高速视频捕捉并研究运动特性，提出了基于边缘轮廓检测的改进运动目标识别算法，对于目标存在遮挡和非线性光照变化难题具有很好的抗干扰性能，并在处理中使用贪心算法提前终止搜索和高斯图像金字塔特征融合算法低复杂度，从而提升两个数量级的处理速度，解决了基于机器视觉技术的电工产品参数的快速准确测量难题；提出了在图像降噪、梯度增强和双阈值连接等多方面改进的边缘检测算法来识别电工产品的工作电弧，分析电弧变化中的细微变化，实现运动过程的全面分析。

（4）基于多源异构参数的电工产品寿命预测和可靠性评价

研究电工产品在多源参数共同作用下的退化机制，提出可充分提取输入数据的高级特征的卷积神经网络特征提取模型，创新融合多源数据的特征提取技术，提出基于多源数据特征与时序性的长短期记忆网络寿命预测与可靠性评价方法，解决电工产品寿命预测与可靠性评价中特征提取不完全及精度不高的问题。

图1 研发数字化信息管理分析系统       图2综合试验系统

图3预测分析系统

图4建立企业电工产品可靠性实验室

学术成果&成果转化

该成果发表学术论文50余篇，授权发明专利10余项，专利成果转化多项。注重科技创新，在国内外没有样机的情况下自行研制可靠性试验设备，研发智能电器产品，具有重要创新及完全自主知识产权。相关核心技术已应用于国内行业大中型企业，合作项目数十项，填补了国内空白。

与电器行业各大中型企业、试验站、铁路电器生产企业、相关军工企业等建立广泛而密切的联系。建立了多个企业实验室，为企业产品的升级改造提供强有力的支持，提高了产品的可靠性，产生了极大的社会效益和经济效益。

负责人简介

李文华，河北工业大学，教授，博士，博士后。全国有或无电气继电器标准化技术委员会委员、中国电工技术学会电工产品可靠性专业委员会委员，河北省电工技术学会理事，天津市电磁兼容研究会理事；江苏省双创人才，河北省高校中青年骨干教师，河北省“巨人计划”首批创新创业团队核心成员。

长期从事电器可靠性与电接触、电器检测技术与寿命评估、储能技术及其可靠性的研究工作。作为主要完成人获得国家科技进步二等奖1项、省部级科技进步一等奖4项、二等奖2项；主持和主研国家、省部级项目20余项，企业合作项目50余项；授权发明专利10余项，软件著作权7项，发表科技论文近100篇；作为第1参加起草人参编3部中国标准化协会标准，修订国家标准2部，参编行业标准1部。

文图/李文华

校对/王绍衡

审核/刘福贵