機載電子信息系統電磁兼容性設計和管理規范體系研究

劉民

（中國電子科技集團公司電子科學研究院 北京 100041）

國內EMC技術的發展經歷了30余年，當前EMC設計方法主要有：測試修改法、標準法和系統法等。在工程實踐中創造性地運用了分層與綜合設計法，其設計思想是：將設計指標進行層層分解，從器件級、設備、分系統以及系統級，按照各級別的工作特性和重要程度分層次設計，最后進行綜合分析和全局控制。提出了機載電子信息系統電磁兼容的設計→驗證→控制→評估的流程和方法，并且開展了仿真計算預測分析與大量模擬試驗，采用自頂向下設計、自底向上測試驗證的方法，采取了諸如天線干擾抑制、線纜、機箱殼體、電磁防護、接地屏蔽濾波和頻譜管理等一系列控制措施，解決了大型機載平臺復雜電子系統的電磁干擾問題，在產品研制全壽命質量管理過程中起到了重要的作用。基于長期以來的工程經驗和大量試驗數據，并參考國內外相關標準和技術資料，對以往的工作進行認真的提煉和梳理，構建了機載電子信息系統電磁兼容性設計和管理規范。

1 構建電磁兼容質量管理規范體系的重要性

產品的質量是設計出來、生產出來和管理出來的，提高產品的質量需要科學的設計、生產和管理技術。設計決定了產品的固有電磁兼容的性能。電磁兼容性設計是產品質量控制的重要內容。它包括將產品的電磁兼容指標分解后分配給各級組成部分；根據設計方案對產品的電磁兼容性進行預估分析；在設計階段就尋找電磁兼容薄弱環節，分析環境及其它應力對產品的影響。在產品研制和開發過程中，通過試驗及實踐發現產品問題并加以改進和提高。電磁兼容試驗是對產品電磁兼容符合性進行的調查、分析和評價的一種手段。其目的是發現產品在設計、器件、布線和工藝方面的各種缺陷。

在軍工電子產品研制中，規范性文件（包括技術法規、標準、規范、規程、導則、規則、指南等）為產品質量提供了科學的衡量依據，規范性文件為系統總體和軍方用戶的驗收及監督提供了依據。各種技術規范是型號產品設計成功經驗的總結，有成功的設計計算方法，有經驗數據公式，有技術訣竅，是一筆寶貴的技術財富，這對型號產品的研制與發展將起到重要的促進作用，編制產品規范工作是一項十分重要而又緊迫的任務[1]。

2 機載電子信息系統電磁兼容質量管理規范體系

機載電子信息系統電磁兼容質量管理規范體系必須納入到整個產品質量管理體系中，并不斷完善和持續改進。

2.1 電磁兼容質量管理控制策略

產品電磁兼容質量管理控制是建立在大量的試驗、統計和分析的基礎上的，應把現有的與產品電磁兼容質量有關的各項工作以產品電磁兼容設計為主線貫穿起來。產品電磁兼容的質量管理控制采取分階段、分層次的管理控制策略。

具體來說，需要成立系統電磁兼容工作組，通常是由一位項目副總設計師擔任電磁兼容工作組的組長，統籌負責產品電磁兼容質量的設計，管理和控制，根據產品規范制定電磁兼容控制計劃，電磁兼容性大綱和設計規范等頂層文件。采取有效措施保證對產品電磁兼容性進行有效控制。通過認真分析各種數據，總結經驗逐步建立和完善機載預警平臺電磁兼容質量控制的保證體系[2]。

1）設計控制。產品電磁兼容的質量管理控制的第一個環節是設計控制，電磁兼容的性能主要在開發階段進行控制，尤其是產品的電磁干擾預測分析以及設備機箱（機柜）、線纜和天線布局設計階段，這是機載預警平臺系統電磁兼容控制的關鍵階段。分階段的管理控制是把各階段的電磁兼容設計和整改融入到整機的設計方案之中，設計結果形成了一系列的設備清單、原理組成圖、接口文件和技術規范等，經過檢驗確認整機符合電磁兼容標準要求后，這些文件就轉為正式的設計文件。

2）文件和資料的控制。軍工產品研制單位應根據最新的電磁兼容標準和產品技術規范形成自己的電磁兼容執行文件。應根據預警指揮機的使用特點制定一個合適的標準限值控制裕度。

3）訂購和采購控制。設備和元器件的采購都有一個質量確認過程，系統總體應主動向分系統、設備和元器件研制和供應單位提出電磁兼容的性能要求，并在設備交付時提供有資質第三方實驗室的檢驗證明或在集成聯試現場進行電磁兼容驗收測試。

軟件工程課程改革將實踐項目貫穿到整個教學過程中，以學生為中心，基于企業角色浸入式模擬學習，通過項目實踐加強對理論知識的理解和運用。將軟件工程課程目標分解為可考核的指標點，建立工程認證指標點與課程教學活動之間的關聯關系，形成課程教學活動與專業畢業要求達成度的關聯[2]。軟件工程課程內容分解教學與實際項目階段實施計劃如表1所示[3]。

4）最關鍵的環節是過程控制。當產品設計通過了電磁兼容設計評審后，產品生產就要嚴格按照設計文件進行操作，對關鍵工序、屏蔽、接地、關鍵件安裝和布線等工藝進行控制，并堅持對日常生產的抽樣檢驗和試驗。

5）必須嚴格把關的是關鍵件的控制。關鍵件的控制主要是確認新的設備和元器件供應商時應進行相應的電磁兼容測試，必須經過專門的電磁兼容工程師審核確認后才可以更換。比如整改中增加的一條接地線，則接地線的長度、粗細、接地點的位置、接地線的連接方式都是關鍵的。

6）最后是電磁兼容性能的一致性保證。通過建立完善的控制機制，指定專門電磁兼容質量負責人，對設計更改的過程按照相關標準和程序進行嚴格監督、審核和確認，使設計更改后的電磁兼容性能不降低，保證性能與認證樣機的一致性。

通過采取一系列的措施來保證電磁兼容設計方案的合理性和可靠性，以最合理的零件成本和生產工藝達到最可靠的電磁兼容性能。

2.2 預警指揮機電磁兼容質量管理規范體系內容

機載電子信息系統電磁兼容質量管理規范主要包括頂層文件的制定，分為設計規范、試驗規范和工藝規范等三大類。產品電磁兼容質量管理規范體系內容如圖1。

圖1 產品電磁兼容質量管理規范體系圖Fig.1 EMCquality management standard system chart

3 電磁兼容質量管理規范編制方法

編制產品規范一定要堅持正確性、有效性和可操作性即“三性”的編制原則。在電磁兼容質量管理規范編制和開發方法方面，可借鑒結構化方法、面向對象方法、模塊化方法和軟件復用方法，并對其進行取舍。在具體開發模型和開發方法的指導下，明確開發流程。具體的規范制定的方法流程為如圖 2所示[3-4]。

圖2 產品電磁兼容設計和管理規范的制定方法Fig.2 Methods to make design and standardize the management of product electromagnetic compatibility

3.1 需求與環境分析

針對研制總要求中預警指揮機系統功能、性能、戰技指標以及作戰使用環境進行分析，確定電磁兼容工作的目標和任務。主要開展電磁兼容性模擬與分析，以及進行系統電磁兼容狀態清理。

3.2 分類剖析

按照軍工產品研制階段進行分解，確定論證階段、方案階段、工程研制階段和設計定型階段需要開展的設計、管理和評審工作。

3.3 信息收集

在信息收集時，要通過多種形式和各種渠道獲取信息，從而使管理和決策更科學，真正提高規范質量。通過座談討論、問卷調查、調閱技術檔案和工程報告、走訪等形式，廣泛收集分系統、設備及元器件的技術發展動態信息，建立完整的數據檔案。同時通過對結構制造、加工工藝、設備安裝、線纜敷設以及外場使用情況進行調研，將有關屏蔽、濾波、接地和電磁防護等內容反映到電磁兼容管理規范中。

3.4 統計計算

對產品電磁兼容性進行預測分析計算，估算出其極限應力，并進行必要的內外場電磁兼容性摸底試驗，以獲取電磁發射和敏感性數據。通過對產品試驗和試用情況出現的故障和干擾進行統計分析，找出規律性，總結出電磁兼容技術要求的限值數據、技術指標和應用條件等。

3.5 指標選取

認真分析當前成熟有效的國標、國軍標和行業標準，結合產品研制的系統特點和使用條件對標準進行選取和剪裁，根據預測分析、統計計算結果以及借鑒其他工程經驗確定分系統和設備的電磁兼容限值指標，使指標既能滿足產品要求又不會過設計，以確保規范的可操作性、有效性和質量，在此基礎上編制預警指揮機電磁兼容設計和管理規范。

3.6 設計評審

主要開展系統電磁兼容性設計規范評審、電磁兼容控制計劃評審和電磁兼容試驗規范評審。評審不應面面俱到，要突出重點，抓住核心，著重從下述6個方面進行評審。

1）規范構成

審查設計規范的構成是否符合相關要求。由于各項設計規范的內容不同，則要求也不同。但對于設計依據、設計準則、設計內容、設計方法這四章必不可少。

2）設計依據

設計規范中的設計依據，即設計輸入。審查時，要著重審查設計依據的正確性，是否應為該項目的已知條件，還要審查其是否全面和充分，既不能遺漏，也不能把中間結果作為依據。

3）設計準則

設計準則是設計過程中必須遵循的設計原則和指導思想。編寫的設計準則不要出現不確定的詞匯和語句，一要明確，不能模棱兩可；二要恰當，不能提得太苛刻；三要可操作。

4）設計內容

設計內容要簡練明確，抓住中心，不可面面俱到，因為規范需要的是關鍵技術和技術訣竅。對一般內容，即專業人員都會做的事項可以不必列入。

5）設計方法

設計方法是設計規范的核心，審查時注意以下3點：①“方法”要與“內容”相協調。設計內容中有的項目必須要有相應的作業方法。②作業方法要求有最小的自由度。一項設計內容往往有多種作業方法，不必一一都羅列出來讓使用者選擇，要寫出經過優選的一種（最多二種）最佳作業方法。③作業方法要詳細、具體、可操作，越詳細越具體越好。給出的經驗公式、經驗數據，要說明使用條件或范圍。

6）文字表達

文字表達要確切，不能有不易理解或不同理解的語句。文字表達不確切，容易產生誤解和歧義，還可能使設計規范喪失應有的使用價值，達不到制定設計規范的目的。

3.7 試驗驗證

總體單位編制的各種設計和試驗規范必須要經過不斷的內外場試驗以及用戶使用的檢驗，以此來驗證規范的內容是否完整，指標是否合理，方法是否正確[5]。

3.8 質量改進

總體單位應根據質量目標的實現情況、產品質量評審存在的問題、過程控制等方面進行系統分析，制定糾正和預防措施，持續改進電磁兼容質量管理規范文件。對出現的干擾和故障進行系統分析，要求：機理清晰、定位準確、措施合理、舉一反三，并驗證實施效果的有效性。同時查找是否有潛在的不合格項，并制定預防措施[6]。

4 結 論

通過開展“三大規范”的實踐，我們體會到要做好產品規范編制工作，領導重視是關鍵，經費到位是基礎，周密計劃是保障；要確保編寫質量，選好編者是前提，嚴格評審是關鍵，貫徹實施是目的。應大力加強對標準規范的宣傳和推廣，要求在整個預警指揮機產品研制過程中嚴格貫徹和執行電磁兼容設計和管理的標準和規范，才能起到良好的工程效果。

總之，產品規范是機載電子信息系統產品設計和研制過程中應遵循的技術準則、方法和基本要求的規定，是研制單位組織設計工作、控制設計質量和開展設計評審的依據。為了型號研制的需要，把多年來積累的寶貴設計經驗、設計訣竅保留和固化下來，變經驗設計為規范化設計，上升為規范和標準，無疑對提高型號產品電磁兼容設計質量和管理水平將起到很重要的作用。

[1]王黎明．GJB 9001B-2009．質量管理體系要求[S].北京：解放軍總裝備部，2009.

[2]毛宏濤．產品電磁兼容設計和生產可靠性探討[J].電子質量，2002（7）:48-50．MAO Hong-tao.The electromagnetic compatibility design and production reliability of[J].Beijing:Electronic Quality，2002（7）:48-50.

[3]葛含益．武器裝備論證仿真模型規范體系總體設計研究[J].北京：軍事運籌與系統工程，2008（9）:50-55．GE Han-yi.Weapons and equipment demonstration simulation model specification on overall design system[J].Beijing:Military Operations Research and Systems Engineering，2008（9）:50-55.

[4]李傳秀．進一步做好設計規范的編制工作[J].北京：航天標準化，2000（6）:22-25．LI Chuan-xiu.Further improve the design specification for the[J].Beijing:Aerospace Standardization，2000（6）:22-25.

[5]唐曉斌．XXX工程全機系統電磁兼容技術總結報告[R].北京：電子科學研究院，2007．

[6]唐曉斌．XXX工程電磁兼容性設計規范[R].北京：電子科學研究院，2003．