應用新設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的重要方面，直接決定著航天工程能否順利進行。新技術設備（包括實驗設備和分析系統）可有效提高元器件的管理能力。分析了國內元器件管理方式和新技術設備對元器件管理能力的提升作用，根據傳統元器件的管理模式提出了新設備與傳統模式相結合持續發展的幾點設想。

關鍵詞：元器件管理；大數據；可靠性篩選；QPL航天元器件

中圖分類號：V443 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.07.016

航天科技是衡量一個國家科技水平的重要參考指標，目前，世界航天大國和許多新興航天國家已經將發展航天科技作為國家重點發展戰略。而元器件作為航天工程中重要的硬件系統，占據著十分重要的位置。無論是航天探索，還是國防軍工，都對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境適應性，進而導致航天元器件的價格升高、日常管理更加復雜。

傳統的航天元器件管理基于應用管理保障體系，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模日益增大、航天技術的不斷進步，元器件供應規模呈爆發式增長，成本也日益增加，這就要求對航天元器件管理機制進行改革，通過引進新設備系統，基于大數據處理方法，建立跟蹤預測模型，以提高管理效率，確保航天工程順利進行。

本文重點討論航天元器件的管理方式，分析國內外元器件管理方法，總結元器件管理過程中的可靠性篩選問題，討論被動式管理與基于大數據背景的主動式管理方法，并提出對元器件管理可持續發展的設想。

1 國內航天元器件的管理現狀

隨著我國航天事業的飛速發展，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國相差甚遠。我國尚沒有國家層面的航天元器件的專門管理機構，沒有對航天元器件的選用進行統一管理，更重要的是，用于元器件管理的軟、硬件系統還停留在傳統記錄模式甚至人工模式。應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

相比于基于先進技術設備建立的美國的NPPL產品體系、歐洲的EPPL產品體系和日本的QPL航天元器件產品體系，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，還無法對實時產生的管理數據進行分析處理，無法推動管理模式的主動式智能發展。

1.2 應用驗證設備滯后

航天元器件只有經過充分驗證，才能確保應用的可靠性。在我國，由于可靠性篩選方法和設備國產能力不足，先進設備尚需進口，導致航天元器件在工程應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證方法、設備較為落后，此類問題亟待解決。

隨著我國航天技術的發展，航天工程對元器件的要求越來越高。因此，我們要學習和借鑒國外的航天航空管理經驗，推動驗證設備國產化，通過加強航天元器件的應用驗證，促使航天工程利用好元器件，提高元器件應用的可靠性。

2 使用新設備提高元器件的管理能力

2.1 確保元器件的質量和可靠性

在元器件動態管理過程中，最重要的是要保證元器件的質量，通常采取的方法為可靠性篩選。可靠性篩選是指提前將容易在設備工作期間出現質量問題的元器件剔除，其廣泛應用在元器件管理流程中。可靠性篩選是一種通過外加應力或檢測辦法進行的非破壞性實驗，在不影響元器件失效機理的前提下進行的100%的實驗，通過引進新設備并采用相關的篩選方法，可有效排除在工程實施時因元器件存在質量問題而導致的隱患，從而保證工程順利進行。

元器件失效率隨時間變化的過程可用“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定狀態，但在早期會隨時間的變化而出現大幅度下降。因此，通過引進新實驗設備，促使元器件提前進入失效率穩定期，同時，剔除失效器件。

常用的可靠性篩選實驗方法包括以下5種：①功率老化實驗。元器件在生產過程中極易因工藝缺陷而產生可靠性隱患，同時，在貯存時也會受外界環境影響，進而導致參數指標下降，通過施加過電應力可檢測出元器件前期隱患。②溫度循環實驗。元器件在合理循環高、低溫沖擊環境中會出現部分功能失效的現象，失效部分即為存在缺陷的不良品。③高溫貯存實驗。利用高溫環境下化學反應加速的原理，可催化早期失效加速，從而剔除不可靠產品，而這一過程也會對良好的元器件起到穩定作用。④低溫貯存實驗。低溫貯存采用物理引力作用對存在缺陷的元器件進行強度應力測試。⑤檢查篩選實驗。目前，集成電路采用目檢、鏡檢或兩者結合的方法，可有效檢測焊接、鍵合和封裝等可能引發的連接性缺陷。鏡檢設備包括但不限于聲學、光學、電子顯微鏡和 射線等。

2.2 大數據背景下的航天元器件管理

大數據是信息科技領域的新發展方向，世界著名咨詢公司麥肯錫最早提出：“數據已經滲透到當今每一個行業和業務職能領域，成為重要的生產因素，預示了大數據時代已經到來”。大數據通常可理解為無法在可接受的時間內用傳統計算機技術和軟、硬件工具對其進行獲取、分析、處理和服務的數據集合。在元器件管理上，傳統的管理系統可理解為被動式管理，主要功能限于記錄和統計，而在大數據背景下，通過引進Hadoop和Mahout管理分析系統對管理過程中產生的結構化/非結構化數據進行分析并建立模型，可以為元器件的管理提供參考和預測。

2.2.1 統計分析

對目標進行過程分析、趨勢圖分析和過程能力分析，通過對比可得到直觀的分布、波動規律。

2.2.2 聚類分析

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

2.2.3 BP神經網絡

Back Propagation神經網絡是仿照人類大腦工作模式，通過學習和儲存大量的輸入-輸出模式映射關系，構建誤差、反誤差反向傳播算法，從而建立相關模型。

通過提取并處理數據特征，可分別建立元器件數據庫的采購、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規律，這樣既有效利用了既往數據，還能把握管理規律、降低成本和提高效率。在特征模型的基礎上，通過優化算法可為不同工程系統提供可靠性的元器件使用預測，可為工程成本預算、縮短工期等提供參考，以保證工程的順利進行。

3 新設備與傳統模式相結合

3.1 增設新資源平臺

隨著電子技術的快速發展，民用器件在市場中所占的份額遠超于軍用和航天領域的器件。為了保證航天元器件的穩定供應和提高系統的可靠性，僅依靠市場調節是難以維持的，因此，要借鑒國外先進的管理經驗，使用新的資源平臺建立統一受控的供應途徑。

比如，美國已建立的航天元器件資源平臺NPSL，由NASA的NEPAG組織機構進行全方面的管理控制，在應用、研發和技術支撐等方面全面控制。NPSL共有2 000多頁，是航天元器件的產品規范體系，包括元器件型號的規格、廠商、技術性能、預定的應用、規范依據和等級要求等。對于選擇列入NPSL的航天元器件，必須經過NEPAG的審查評估。此外，在歐洲，為了能夠在各成員國之間提供行業互認標準，充分利用各個成員國的有效資源，建立了統一的ESA航天元器件的選擇目錄（EPPL），以實現用戶多元化選擇，能覆蓋大多數設計應用的元器件類型，從而減少品種種類、降低成本、提高效率和航天系統的可靠性。

3.2 使用新設備提高質量管理水平

航天元器件的質量保障是實現航天產品可靠性的基礎，也是高技術系統工程研制部門經常采用的一種先進、有效的質量管理方法。通過對美國NASA和ESA的航天元器件質量保證工作的發展現狀研究得出，航天工程系統對使用元器件質量的可靠性要求越來越高。由于我國元器件質量管理的設備和技術水平較為落后，導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調、可持續地發展，需革新傳統管理設備和管理模式，在元器件的采購、篩選、檢測和使用過程中使用新技術和新設備，通過跟蹤最新的可靠性篩選方法確保元器件的質量。

3.3 大數據背景下的元器件主動式管理

傳統的被動式元器件管理模式已經無法滿足日益復雜的航天工程系統。隨著我國探月計劃第二階段的順利完成，以及未來的火星探測計劃，傳統的基于靜態、淺層特征的統計和建模已經無法滿足需要，應充分利用大數據背景下數據處理的優勢，采用技術先進的軟、硬件設備，利用統計分析、聚類分析和BP神經網絡等先進的處理方式，對管理過程中運行的數據進行實時處理并深層建模，分析并利用元器件管理的深層規律，從而為即將展開的航天工程提供可靠參考。

4 結束語

航天元器件的管理急需深層次的更新，在傳統航天元器件管理依然占據主流的前提下，應采用新技術、新設備與傳統模式結合的方式，使用新設備更新可靠性篩選實驗技術手段，保障元器件的質量，合理利用大數據處理方法，變被動管理為主動管理，從而實現航天元器件管理的可持續發展。

參考文獻

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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