應(yīng)用新設(shè)備提高航天元器件管理能力

連錦根　劉靚燕

摘 要：航天元器件的管理能力是航天工程系統(tǒng)的重要方面，直接決定著航天工程能否順利進(jìn)行。新技術(shù)設(shè)備（包括實(shí)驗(yàn)設(shè)備和分析系統(tǒng)）可有效提高元器件的管理能力。分析了國內(nèi)元器件管理方式和新技術(shù)設(shè)備對(duì)元器件管理能力的提升作用，根據(jù)傳統(tǒng)元器件的管理模式提出了新設(shè)備與傳統(tǒng)模式相結(jié)合持續(xù)發(fā)展的幾點(diǎn)設(shè)想。

關(guān)鍵詞：元器件管理；大數(shù)據(jù)；可靠性篩選；QPL航天元器件

中圖分類號(hào)：V443 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.07.016

航天科技是衡量一個(gè)國家科技水平的重要參考指標(biāo)，目前，世界航天大國和許多新興航天國家已經(jīng)將發(fā)展航天科技作為國家重點(diǎn)發(fā)展戰(zhàn)略。而元器件作為航天工程中重要的硬件系統(tǒng)，占據(jù)著十分重要的位置。無論是航天探索，還是國防軍工，都對(duì)元器件管理提出了非常高的要求，這就需要航天元器件具有非常高的可靠性和環(huán)境適應(yīng)性，進(jìn)而導(dǎo)致航天元器件的價(jià)格升高、日常管理更加復(fù)雜。

傳統(tǒng)的航天元器件管理基于應(yīng)用管理保障體系，可以有效地保障元器件的跟蹤和控制。但隨著航天工程的規(guī)模日益增大、航天技術(shù)的不斷進(jìn)步，元器件供應(yīng)規(guī)模呈爆發(fā)式增長，成本也日益增加，這就要求對(duì)航天元器件管理機(jī)制進(jìn)行改革，通過引進(jìn)新設(shè)備系統(tǒng)，基于大數(shù)據(jù)處理方法，建立跟蹤預(yù)測模型，以提高管理效率，確保航天工程順利進(jìn)行。

本文重點(diǎn)討論航天元器件的管理方式，分析國內(nèi)外元器件管理方法，總結(jié)元器件管理過程中的可靠性篩選問題，討論被動(dòng)式管理與基于大數(shù)據(jù)背景的主動(dòng)式管理方法，并提出對(duì)元器件管理可持續(xù)發(fā)展的設(shè)想。

1 國內(nèi)航天元器件的管理現(xiàn)狀

隨著我國航天事業(yè)的飛速發(fā)展，我國已躋身于航天大國的行列，但在航天元器件的管理方面仍與航天強(qiáng)國相差甚遠(yuǎn)。我國尚沒有國家層面的航天元器件的專門管理機(jī)構(gòu)，沒有對(duì)航天元器件的選用進(jìn)行統(tǒng)一管理，更重要的是，用于元器件管理的軟、硬件系統(tǒng)還停留在傳統(tǒng)記錄模式甚至人工模式。應(yīng)用管理中存在的主要問題如下。

1.1 航天元器件管理模式落后

相比于基于先進(jìn)技術(shù)設(shè)備建立的美國的NPPL產(chǎn)品體系、歐洲的EPPL產(chǎn)品體系和日本的QPL航天元器件產(chǎn)品體系，我國在元器件管理模式上仍停留在軟件記錄甚至人工記錄階段，不僅效率較低，還無法對(duì)實(shí)時(shí)產(chǎn)生的管理數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，無法推動(dòng)管理模式的主動(dòng)式智能發(fā)展。

1.2 應(yīng)用驗(yàn)證設(shè)備滯后

航天元器件只有經(jīng)過充分驗(yàn)證，才能確保應(yīng)用的可靠性。在我國，由于可靠性篩選方法和設(shè)備國產(chǎn)能力不足，先進(jìn)設(shè)備尚需進(jìn)口，導(dǎo)致航天元器件在工程應(yīng)用中因未能篩選出可靠性高的元器件而存在大量故障，這說明了我國元器件的驗(yàn)證方法、設(shè)備較為落后，此類問題亟待解決。

隨著我國航天技術(shù)的發(fā)展，航天工程對(duì)元器件的要求越來越高。因此，我們要學(xué)習(xí)和借鑒國外的航天航空管理經(jīng)驗(yàn)，推動(dòng)驗(yàn)證設(shè)備國產(chǎn)化，通過加強(qiáng)航天元器件的應(yīng)用驗(yàn)證，促使航天工程利用好元器件，提高元器件應(yīng)用的可靠性。

2 使用新設(shè)備提高元器件的管理能力

2.1 確保元器件的質(zhì)量和可靠性

在元器件動(dòng)態(tài)管理過程中，最重要的是要保證元器件的質(zhì)量，通常采取的方法為可靠性篩選?？煽啃院Y選是指提前將容易在設(shè)備工作期間出現(xiàn)質(zhì)量問題的元器件剔除，其廣泛應(yīng)用在元器件管理流程中?？煽啃院Y選是一種通過外加應(yīng)力或檢測辦法進(jìn)行的非破壞性實(shí)驗(yàn)，在不影響元器件失效機(jī)理的前提下進(jìn)行的100%的實(shí)驗(yàn)，通過引進(jìn)新設(shè)備并采用相關(guān)的篩選方法，可有效排除在工程實(shí)施時(shí)因元器件存在質(zhì)量問題而導(dǎo)致的隱患，從而保證工程順利進(jìn)行。

元器件失效率隨時(shí)間變化的過程可用“浴盆曲線”描述，從圖1中可以看出，元器件失效率在使用壽命期處于穩(wěn)定狀態(tài)，但在早期會(huì)隨時(shí)間的變化而出現(xiàn)大幅度下降。因此，通過引進(jìn)新實(shí)驗(yàn)設(shè)備，促使元器件提前進(jìn)入失效率穩(wěn)定期，同時(shí)，剔除失效器件。

常用的可靠性篩選實(shí)驗(yàn)方法包括以下5種：①功率老化實(shí)驗(yàn)。元器件在生產(chǎn)過程中極易因工藝缺陷而產(chǎn)生可靠性隱患，同時(shí)，在貯存時(shí)也會(huì)受外界環(huán)境影響，進(jìn)而導(dǎo)致參數(shù)指標(biāo)下降，通過施加過電應(yīng)力可檢測出元器件前期隱患。②溫度循環(huán)實(shí)驗(yàn)。元器件在合理循環(huán)高、低溫沖擊環(huán)境中會(huì)出現(xiàn)部分功能失效的現(xiàn)象，失效部分即為存在缺陷的不良品。③高溫貯存實(shí)驗(yàn)。利用高溫環(huán)境下化學(xué)反應(yīng)加速的原理，可催化早期失效加速，從而剔除不可靠產(chǎn)品，而這一過程也會(huì)對(duì)良好的元器件起到穩(wěn)定作用。④低溫貯存實(shí)驗(yàn)。低溫貯存采用物理引力作用對(duì)存在缺陷的元器件進(jìn)行強(qiáng)度應(yīng)力測試。⑤檢查篩選實(shí)驗(yàn)。目前，集成電路采用目檢、鏡檢或兩者結(jié)合的方法，可有效檢測焊接、鍵合和封裝等可能引發(fā)的連接性缺陷。鏡檢設(shè)備包括但不限于聲學(xué)、光學(xué)、電子顯微鏡和 射線等。

2.2 大數(shù)據(jù)背景下的航天元器件管理

大數(shù)據(jù)是信息科技領(lǐng)域的新發(fā)展方向，世界著名咨詢公司麥肯錫最早提出：“數(shù)據(jù)已經(jīng)滲透到當(dāng)今每一個(gè)行業(yè)和業(yè)務(wù)職能領(lǐng)域，成為重要的生產(chǎn)因素，預(yù)示了大數(shù)據(jù)時(shí)代已經(jīng)到來”。大數(shù)據(jù)通常可理解為無法在可接受的時(shí)間內(nèi)用傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)技術(shù)和軟、硬件工具對(duì)其進(jìn)行獲取、分析、處理和服務(wù)的數(shù)據(jù)集合。在元器件管理上，傳統(tǒng)的管理系統(tǒng)可理解為被動(dòng)式管理，主要功能限于記錄和統(tǒng)計(jì)，而在大數(shù)據(jù)背景下，通過引進(jìn)Hadoop和Mahout管理分析系統(tǒng)對(duì)管理過程中產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)化/非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并建立模型，可以為元器件的管理提供參考和預(yù)測。

2.2.1 統(tǒng)計(jì)分析

對(duì)目標(biāo)進(jìn)行過程分析、趨勢圖分析和過程能力分析，通過對(duì)比可得到直觀的分布、波動(dòng)規(guī)律。

2.2.2 聚類分析

聚類分析是指對(duì)物理或抽象對(duì)象的集合進(jìn)行整理，并由具有某一相同特征的對(duì)象組成的多個(gè)類的分析過程。其中，類是未知的，可應(yīng)用于探索性研究，從而挖掘更多有價(jià)值的信息。

2.2.3 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

Back Propagation神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是仿照人類大腦工作模式，通過學(xué)習(xí)和儲(chǔ)存大量的輸入-輸出模式映射關(guān)系，構(gòu)建誤差、反誤差反向傳播算法，從而建立相關(guān)模型。

通過提取并處理數(shù)據(jù)特征，可分別建立元器件數(shù)據(jù)庫的采購、可靠性、使用率等深層模型，基于這些模型可得到管理過程的相關(guān)規(guī)律，這樣既有效利用了既往數(shù)據(jù)，還能把握管理規(guī)律、降低成本和提高效率。在特征模型的基礎(chǔ)上，通過優(yōu)化算法可為不同工程系統(tǒng)提供可靠性的元器件使用預(yù)測，可為工程成本預(yù)算、縮短工期等提供參考，以保證工程的順利進(jìn)行。

3 新設(shè)備與傳統(tǒng)模式相結(jié)合

3.1 增設(shè)新資源平臺(tái)

隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，民用器件在市場中所占的份額遠(yuǎn)超于軍用和航天領(lǐng)域的器件。為了保證航天元器件的穩(wěn)定供應(yīng)和提高系統(tǒng)的可靠性，僅依靠市場調(diào)節(jié)是難以維持的，因此，要借鑒國外先進(jìn)的管理經(jīng)驗(yàn)，使用新的資源平臺(tái)建立統(tǒng)一受控的供應(yīng)途徑。

比如，美國已建立的航天元器件資源平臺(tái)NPSL，由NASA的NEPAG組織機(jī)構(gòu)進(jìn)行全方面的管理控制，在應(yīng)用、研發(fā)和技術(shù)支撐等方面全面控制。NPSL共有2 000多頁，是航天元器件的產(chǎn)品規(guī)范體系，包括元器件型號(hào)的規(guī)格、廠商、技術(shù)性能、預(yù)定的應(yīng)用、規(guī)范依據(jù)和等級(jí)要求等。對(duì)于選擇列入NPSL的航天元器件，必須經(jīng)過NEPAG的審查評(píng)估。此外，在歐洲，為了能夠在各成員國之間提供行業(yè)互認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)，充分利用各個(gè)成員國的有效資源，建立了統(tǒng)一的ESA航天元器件的選擇目錄（EPPL），以實(shí)現(xiàn)用戶多元化選擇，能覆蓋大多數(shù)設(shè)計(jì)應(yīng)用的元器件類型，從而減少品種種類、降低成本、提高效率和航天系統(tǒng)的可靠性。

3.2 使用新設(shè)備提高質(zhì)量管理水平

航天元器件的質(zhì)量保障是實(shí)現(xiàn)航天產(chǎn)品可靠性的基礎(chǔ)，也是高技術(shù)系統(tǒng)工程研制部門經(jīng)常采用的一種先進(jìn)、有效的質(zhì)量管理方法。通過對(duì)美國NASA和ESA的航天元器件質(zhì)量保證工作的發(fā)展現(xiàn)狀研究得出，航天工程系統(tǒng)對(duì)使用元器件質(zhì)量的可靠性要求越來越高。由于我國元器件質(zhì)量管理的設(shè)備和技術(shù)水平較為落后，導(dǎo)致其與航天日益增長的需求之間的矛盾不斷加劇。因此，為了使我國航天工程協(xié)調(diào)、可持續(xù)地發(fā)展，需革新傳統(tǒng)管理設(shè)備和管理模式，在元器件的采購、篩選、檢測和使用過程中使用新技術(shù)和新設(shè)備，通過跟蹤最新的可靠性篩選方法確保元器件的質(zhì)量。

3.3 大數(shù)據(jù)背景下的元器件主動(dòng)式管理

傳統(tǒng)的被動(dòng)式元器件管理模式已經(jīng)無法滿足日益復(fù)雜的航天工程系統(tǒng)。隨著我國探月計(jì)劃第二階段的順利完成，以及未來的火星探測計(jì)劃，傳統(tǒng)的基于靜態(tài)、淺層特征的統(tǒng)計(jì)和建模已經(jīng)無法滿足需要，應(yīng)充分利用大數(shù)據(jù)背景下數(shù)據(jù)處理的優(yōu)勢，采用技術(shù)先進(jìn)的軟、硬件設(shè)備，利用統(tǒng)計(jì)分析、聚類分析和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等先進(jìn)的處理方式，對(duì)管理過程中運(yùn)行的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理并深層建模，分析并利用元器件管理的深層規(guī)律，從而為即將展開的航天工程提供可靠參考。

4 結(jié)束語

航天元器件的管理急需深層次的更新，在傳統(tǒng)航天元器件管理依然占據(jù)主流的前提下，應(yīng)采用新技術(shù)、新設(shè)備與傳統(tǒng)模式結(jié)合的方式，使用新設(shè)備更新可靠性篩選實(shí)驗(yàn)技術(shù)手段，保障元器件的質(zhì)量，合理利用大數(shù)據(jù)處理方法，變被動(dòng)管理為主動(dòng)管理，從而實(shí)現(xiàn)航天元器件管理的可持續(xù)發(fā)展。

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〔編輯：張思楠〕

Abstract： The management is an important aspect of aerospace components aerospace engineering systems， directly determines aerospace engineering can proceed smoothly. New technology equipment（including laboratory equipment and analytical systems）can effectively improve the management capacity of components. Analysis of the components to enhance the role of domestic management and new technology equipment parts management capabilities， according to the traditional management model put forward new equipment components with the traditional model of combining Some Ideas for sustainable development.

Key words： parts management； big data； reliability screening； QPL aerospace components