航天元器件自主發(fā)展的思考與實(shí)踐

王佳 于文清

（上海航天技術(shù)研究院，上海，201109）

文 摘：分析航天元器件發(fā)展現(xiàn)狀和現(xiàn)階段面臨的問題，從航天用戶角度提出航天元器件自主發(fā)展的總體思路，提出從責(zé)任落實(shí)、制度建設(shè)、需求梳理、優(yōu)化統(tǒng)型、供應(yīng)商管理等方面加強(qiáng)工作的建議。

電子元器件是支撐電子、通訊及相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略資源，是奪取多行業(yè)領(lǐng)域高地的基礎(chǔ)。近年來，中興事件、華為風(fēng)云，更是把國產(chǎn)電子元器件推上了歷史舞臺的新高度。為保持航天領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展，進(jìn)一步推動國產(chǎn)航天元器件的成功研制與成熟應(yīng)用具有重要意義。

隨著我國航天事業(yè)的迅猛發(fā)展，國內(nèi)電子元器件行業(yè)的日趨成熟，航天企業(yè)逐步樹立自主發(fā)展理念，統(tǒng)籌謀劃、系統(tǒng)推進(jìn)，引導(dǎo)工程技術(shù)人員轉(zhuǎn)變元器件選型思想。

1 現(xiàn)狀分析

航天元器件具有品種多、數(shù)量少、復(fù)雜應(yīng)用環(huán)境 （如空間輻照）等特點(diǎn)，同時航天企業(yè)高效益發(fā)展必定會對元器件采購、質(zhì)量保證成本進(jìn)行控制。諸多因素的交織，對航天元器件的研制、供應(yīng)、應(yīng)用提出了較高要求。首先，在半導(dǎo)體行業(yè)，品種多、數(shù)量少就勢必帶來成本的急劇增加，投入產(chǎn)出比低；其次，小批量生產(chǎn)的可靠性、穩(wěn)定性控制，為元器件研制方帶來了巨大的責(zé)任壓力和質(zhì)量壓力，同時用戶仍需花費(fèi)大量成本進(jìn)行質(zhì)量控制；第三，目前國內(nèi)航天元器件的發(fā)展尚無法充分滿足航天裝備的發(fā)展需求。

雖然困難重重，但也能欣喜地看到，在航天工程的需求牽引下，國內(nèi)航天元器件規(guī)劃得到重視，涌現(xiàn)了一批自主研發(fā)的高端元器件，如固態(tài)放大器、行波管放大器、紅外焦平面組件、大容量PROM、高速AD/DA、DC/DC、FPGA等，其技術(shù) “瓶頸”的突破，平臺能力的建設(shè)，形成了系列化產(chǎn)品型譜，為可持續(xù)研制提供了基礎(chǔ)。其中，部分元器件技術(shù)儲備足，與用戶需求結(jié)合緊密，率先得到工程應(yīng)用，如固態(tài)放大器、行波管放大器等已在航天工程中得到應(yīng)用，且效果良好。

然而，國產(chǎn)芯片應(yīng)用于工程型號的往往還不夠多，體量、規(guī)模往往還不夠大。以FPGA為例，在全球化經(jīng)濟(jì)的影響下，航天工程技術(shù)人員常常傾向性地選擇某國外公司7系列的FPGA，與上一代產(chǎn)品相比，其功耗降低了50%，成本削減了35%，性能提高30%，對用戶而言，具有較高的性價比。國內(nèi)FPGA的研發(fā)起步較國外晚，現(xiàn)階段研發(fā)的產(chǎn)品尚未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工程應(yīng)用，而此類復(fù)雜器件往往需要經(jīng)過大規(guī)模應(yīng)用來促使其成熟化，在現(xiàn)有產(chǎn)品尚未成熟時，應(yīng)用戶要求又去研發(fā)新產(chǎn)品，勢必帶來研發(fā)不充分、應(yīng)用不充分的問題。為扭轉(zhuǎn)被動局面，逐步實(shí)現(xiàn)從跟跑、并跑向領(lǐng)跑的超越，作為用戶方，加強(qiáng)元器件選用控制，實(shí)施控制增量、減少存量的雙管齊下方針，是實(shí)現(xiàn)自主發(fā)展的策略。

2 存在的問題

2.1 用戶選用國產(chǎn)元器件的動力不足

由于航天產(chǎn)品具有高可靠、長壽命、不可維修等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)航天工程元器件自主發(fā)展存在較大阻力，主要表現(xiàn)在以下四個方面：①工程技術(shù)人員選用積極性不高，基于國產(chǎn)元器件開展設(shè)計(jì)的理念不強(qiáng)，存在 “沒用過”、 “不敢用”、 “用不好”的顧慮；②批產(chǎn)裝備技術(shù)狀態(tài)已固化，實(shí)施元器件國產(chǎn)化難度大；新研型號技術(shù)指標(biāo)高，基于進(jìn)口高端器件開展設(shè)計(jì)的慣性難以扭轉(zhuǎn)；③需求牽引與技術(shù)推動結(jié)合不緊密；④器件的研用轉(zhuǎn)化責(zé)任主體未壓準(zhǔn)壓實(shí)。

2.2 國產(chǎn)元器件尚無法完全支撐航天型號發(fā)展

國產(chǎn)元器件的性能指標(biāo)、質(zhì)量一致性與航天型號的要求存在差距，蓬勃發(fā)展的國產(chǎn)元器件仍存在一定隱患，新研的國產(chǎn)元器件好似新生兒[1]，好似尚未經(jīng)過爬行訓(xùn)練就越級到跑跳訓(xùn)練，其測試覆蓋性不全，驗(yàn)證不充分，實(shí)際工程應(yīng)用時質(zhì)量問題頻繁發(fā)生。比如，LVDS接口芯片常用于高速數(shù)據(jù)傳輸，國產(chǎn)元器件在電性能參數(shù)、抗輻照能力等方面與進(jìn)口器件指標(biāo)一致。然而在100Mbps及以上高速傳輸?shù)膽?yīng)用場合中，在低溫-40℃環(huán)境下，國產(chǎn)元器件出現(xiàn)了傳輸誤碼問題，需要重新更改設(shè)計(jì)，增加濾波電容，降低傳輸過程的擾動，解決誤碼問題。

同時，國產(chǎn)元器件應(yīng)用的技術(shù)支撐力度不足，產(chǎn)品手冊不全面、仿真數(shù)據(jù)不完整、可靠性數(shù)據(jù)缺失，設(shè)計(jì)師尚未掌握國產(chǎn)元器件的應(yīng)用規(guī)律和特性，造成應(yīng)用問題多發(fā)。

2.3 民用元器件能否支撐航天產(chǎn)品應(yīng)用尚待進(jìn)一步研究

在 “高質(zhì)量、高效率、高效益”發(fā)展的時代背景下，在型號低成本、高可靠研制的迫切需求下，如何接受并利用國產(chǎn)民用電子元器件開展航天型號的研制值得深入思考。首先，對于供應(yīng)商的選擇，需設(shè)置門檻，保證穩(wěn)定供貨；其次，塑封器件的選用、質(zhì)量保證方法需深入研究；第三，禁限用工藝在特定領(lǐng)域、特定環(huán)境的區(qū)分，開展 COTS （Commercial Off－The－Shelf） 器件在航天型號應(yīng)用評估勢在必行。

3 工作實(shí)踐

產(chǎn)品可靠性是設(shè)計(jì)出來的、生產(chǎn)出來的、管理出來的。錢學(xué)森在編著 《工程控制論》時表示： “只要自動控制做好了，即使元器件差一點(diǎn)，導(dǎo)彈也能打上天”。重審歷史，風(fēng)云一號衛(wèi)星是我國第一顆自主研制的極軌氣象衛(wèi)星，1988年首發(fā)星發(fā)射成功，2002年D星發(fā)射，正常運(yùn)行10余年，在軌超期服役。當(dāng)時并沒有選用特別高端復(fù)雜的元器件，一樣可以設(shè)計(jì)出高可靠的產(chǎn)品，令人深思。

樹立自主發(fā)展理念至關(guān)重要，通過制度的進(jìn)一步優(yōu)化，引導(dǎo)設(shè)計(jì)師系統(tǒng)立足國產(chǎn)元器件達(dá)到系統(tǒng)最優(yōu)化，立足國內(nèi)基礎(chǔ)能力，進(jìn)行航天產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和研制。

3.1 強(qiáng)化責(zé)任落實(shí)，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)推進(jìn)

航天工程自主發(fā)展是系統(tǒng)工程，構(gòu)成系統(tǒng)工程的基本要素就是人、財(cái)、物、目標(biāo)、機(jī)器設(shè)備、信息等六大因素。人是第一位，首先明確主體責(zé)任是選用元器件的一線專業(yè)單位；專業(yè)單位通過研究航天產(chǎn)品研制與基礎(chǔ)研究的共存性、關(guān)聯(lián)性，制定自主發(fā)展的實(shí)施方案和工作計(jì)劃，將理念切實(shí)轉(zhuǎn)換為路線圖和施工圖，納入產(chǎn)品研制管理。各級職能部門通過里程碑節(jié)點(diǎn)的監(jiān)督、檢查、考核，推動國產(chǎn)元器件的選用和應(yīng)用。

3.2 強(qiáng)化制度建設(shè)，建立工作機(jī)制

制度建設(shè)和工作機(jī)制是保障系統(tǒng)工程有序運(yùn)行的必要條件。首先，制定實(shí)施管理辦法，明確各級組織機(jī)構(gòu)與職責(zé)，建立責(zé)任體系；明確實(shí)施管理的各方面要求。其次，制定總體實(shí)施方案，全面梳理自主發(fā)展需求情況，明確工作目標(biāo)和工作思路，做好工作安排與策劃；識別關(guān)鍵，重點(diǎn)突破，聚焦重點(diǎn)單位；成立專家組，有效指導(dǎo)專業(yè)領(lǐng)域工作的開展；建立考核機(jī)制，制定考核細(xì)則和考核項(xiàng)目表；監(jiān)督檢查，建立巡察機(jī)制；構(gòu)建信息化技術(shù)支撐體系，開展元器件智慧化選型、全方位元器件數(shù)據(jù)資源支撐、設(shè)計(jì)仿真一體化協(xié)同工作。

3.3 強(qiáng)化需求梳理，制定分類措施

航天產(chǎn)品領(lǐng)域廣，需分門別類開展梳理工作，通過需求清單的梳理，與研制單位進(jìn)行對接確認(rèn)，進(jìn)一步明確器件狀態(tài)，確定采取的針對性措施。

A類器件 （對應(yīng)國產(chǎn)器件已成熟應(yīng)用），納入指南性文件，指導(dǎo)設(shè)計(jì)師改型；B類器件 （對應(yīng)國產(chǎn)器件已完成研制，需要開展應(yīng)用驗(yàn)證），緊扣器件研制進(jìn)度，制定應(yīng)用驗(yàn)證計(jì)劃，加快應(yīng)用驗(yàn)證的實(shí)施；C類器件 （對應(yīng)國產(chǎn)器件正在研制或有研制能力，但尚未研制），開展優(yōu)化統(tǒng)型，招投標(biāo)開展研制，鼓勵設(shè)計(jì)師在器件研制階段提前介入，并同步開展應(yīng)用驗(yàn)證；D類器件 （對應(yīng)國產(chǎn)器件暫無研制能力），開展選用改型的可行性論證，通過更改方案進(jìn)行規(guī)避。

3.4 強(qiáng)化選用控制，推進(jìn)優(yōu)化統(tǒng)型

以元器件專業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展規(guī)劃為依托，立足當(dāng)前航天工程在研、預(yù)研及未來需求，立足于元器件技術(shù)發(fā)展趨勢和主流發(fā)展的品種，壓縮品種規(guī)格，優(yōu)化多維度選型指標(biāo)體系，優(yōu)選2～3家元器件合格供方。

如此，可有效開展用研雙方的深入合作，集中精力進(jìn)行進(jìn)口對標(biāo)產(chǎn)品及引領(lǐng)技術(shù)發(fā)展新產(chǎn)品的攻關(guān)，穩(wěn)定貨架產(chǎn)品的供應(yīng)，降低質(zhì)量風(fēng)險和采購成本。如某電連接器統(tǒng)型后，國產(chǎn)電連接器由50個系列減少至36個系列，相比減少了14個系列；進(jìn)口電連接器由147個規(guī)格減少至11個規(guī)格，相比減少了136個規(guī)格；國產(chǎn)壓縮了28%的產(chǎn)品，進(jìn)口壓縮了93%的產(chǎn)品。

3.5 強(qiáng)化供應(yīng)商管理，嚴(yán)格質(zhì)量管控

航天元器件供應(yīng)商是航天企業(yè)的重要戰(zhàn)略合作伙伴。通過供應(yīng)商關(guān)系的管理，系統(tǒng)策劃航天元器件過程控制，夯實(shí)組織的知識基礎(chǔ)，提升信息化和智能化管控水平，從而達(dá)到雙贏的局面；通過航天元器件質(zhì)量控制前移，提前識別與控制質(zhì)量保證的風(fēng)險，對質(zhì)量問題多發(fā)的單位進(jìn)行飛行檢查，督促其改進(jìn)工藝，完善質(zhì)量管理，不斷提高元器件固有可靠性；通過風(fēng)險物資協(xié)調(diào)會議，加強(qiáng)內(nèi)外部溝通，掌握航天產(chǎn)品的關(guān)鍵計(jì)劃節(jié)點(diǎn)，提前進(jìn)行產(chǎn)能配置，提高工作效率，助推航天元器件成熟應(yīng)用。

3.6 樹立用戶標(biāo)桿和典型應(yīng)用示范

魯迅先生曾稱贊 “第一個吃螃蟹的人是很令人佩服的，不是勇士誰敢去吃它呢？”雖然國產(chǎn)元器件還不至于是令人害怕的螃蟹，但在以成敗論英雄的古往今來，應(yīng)用的風(fēng)險和壓力并沒有完全分擔(dān)和釋放，尤其是軟件復(fù)雜度高的新型元器件，未知的bug是潛在的風(fēng)險點(diǎn)。不過最好的防御就是進(jìn)攻，要敢于打破自身優(yōu)勢形成新的壁壘。所以政策需向敢于突破的單位傾斜，建立容錯機(jī)制、激勵機(jī)制，在長期的試驗(yàn)中不斷迭代應(yīng)用數(shù)據(jù)。

自主發(fā)展是個永恒的話題，近兩年再次被推向潮頭，它不僅是個技術(shù)問題，也是航天企業(yè)安身立命的根本。習(xí)總書記曾說，實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興宏偉目標(biāo)時不我待，要有志氣和骨氣加快增強(qiáng)自主創(chuàng)新能力和實(shí)力，努力實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵核心技術(shù)自主可控，把創(chuàng)新發(fā)展主動權(quán)牢牢掌握在自己手中。在這攻堅(jiān)克難的關(guān)鍵時期，精心組織、科學(xué)謀劃、大力協(xié)同、集智攻關(guān)，全力推動航天工程自主發(fā)展是當(dāng)代航天人的使命。