實現復雜電子系統長生命周期的幾種途徑

中國電子科技集團公司第二十九研究所 蒲羽杰 裴 宏 牟欣玥

0 引言

隨著電子技術的迅猛發展，電子系統尤其是復雜電子系統在大型工業及軍事裝備中發揮著日益重要的作用，其自身的功能和性能常常直接決定著裝備的性能和水平，是核心競爭力的體現。

這些復雜電子系統通常耗資巨大，由微波、數字、軟件、結構等多專業協作，歷時數年多次迭代、驗證后才能研發完成。正因如此，區別于普通消費類電子產品，工業或軍事裝備用的復雜的電子系統一旦技術狀態固化，要求保持十年至數十年不等的長生命周期，以滿足這期間對已出售產品維修維護的需求和繼續訂貨生產的需求。

1 當前面臨的挑戰

一個復雜的電子系統一般可分為硬件和軟件兩部份，其中軟件部份理論上生命周期沒有限制，只要不做人為主動的修改就可以一直使用下去；而作為軟件運行的載體以及承載電子系統功能直接實現的硬件部份通常由幾百上千種電子元器件組成，而這些組成電子系統的“細胞”都有著有限的生命周期。我們知道，由于技術和工藝的發展，在電子領域存在摩爾定律，即元器件的性能每18個月就會翻一番，因此，電子元器件的淘汰更新速度非常快。

此外，由于政策、資本、商業等方面因素，企業間的并購也非常頻繁，如2014年ADI公司收購微波公司Hittite、2016年收購電源公司Linear，2018年3月Cree收購了英飛凌的射頻業功率務等等，隨著公司間并購整合的推進、產線的調整，進一步加劇了原生產的電子元器件的停產淘汰。

綜上，電子元器件這種快速的停產淘汰對復雜電子系統保持穩定的長生命周期帶來巨大挑戰，缺少任何一個或一種電子元器件都會導致復雜電子系統無法正常或穩定的工作，一套價值昂貴的電子系統因為缺少一只電子元器件而無法正常工作，這無論是對用戶還是電子系統研發生產企業都是無法接受的情況.因此，如何有效解決電子元器件停產淘汰影響復雜電子系統生周期，滿足長期的維修維護合訂貨生存的需求具有重要的現實意義和經濟意義。

2 幾種解決途徑

通過總結解決大量電子元器件停產淘汰的實踐經驗，根據電子系統的設計研發進度和電子元器件停產淘汰的發生時機不同，企業可以通過以下不同的途徑來進行解決。

2.1 替代換型

對于已經完成狀態固化的電子系統，在批量生產或售后維修維護時發生所使用的電子元器件停產，企業應組織制定一個“替代換型”工作程序，用科學規范的方式和流程將停產的電子元器件替換掉，以保證整個系統正常的生產和運行，該工作應該包含技術、計劃、質量、工藝及采購等方面人員參加，同時按照替代換型影響“最小化”的原則進行分類實施。

典型替代換型工作程序如圖1所，由問題觸發、任務下達、編制方案、方案評審、驗證實施、驗證評審和圖檔更改等環節組成。其中，需要注意的是替代換型影響“最小化”原則是基于盡可能維持原系統狀態地穩定性和降低替代換型成本而提出，在典型替代換型工作程序中，“最小化”的原則體現在圖1所示的三種換型分類上：

A類：指新選用的元器件導致上級模塊或關聯模塊/整件變更需重新設計；

B類：指新選用的元器件結構封裝上對原器件可以實現Pin-to-Pin原位替代但上級模塊/整件需做匹配性設計調整，或則上級模塊/整件不需調整但該元器件屬于首次使用；

C類：指新選用的元器件結構封裝上對原器件可以實現Pin-to-Pin原位替代且性能指標等同或優于原器件，同時還滿足不影響上級模塊/整件性能和在類似系統中有成功應用經驗。

從以上分類可以看出，由C至A替代換型的影響范圍由小至大，難度逐步增加，投入的換型資源和成本也逐步增加。因此，換型的等級因此逐級提升。

圖1 替代換型驗證流程示意圖

以上業務場景是當前大量復雜電子系統研發生產企業面臨的情況，該解決途徑的優點在于直接有效，可以快速的解決生產維修維護過程中遇到的困難；缺點在于問題暴露時機較晚，留給處理替代換型的時間通常非常緊張，同時，由于試用樣本數量有限，驗證不夠充分，可能給電子系統帶來潛在技術的風險。

2.2 風險儲備

企業按照年度或半年度對系統選用的電子元器件生產供貨狀態進行跟蹤評估，掌握電子元器件發布年限、年銷售量、用戶分布、工藝發展、廠家經營情況等，根據掌握的信息對電子元器件進行風險識別和分級。

同時，在面向銷售端，市場部門對市場需求形勢進行預測評估，產出預測銷售清單，將銷售端和供應端數據進行結合產出最終有風險有需求的元器件清單，再經銷售、計劃、財務及采購等相關人員一起評審審核，再完成相關審批批準后實施儲備采購。

該解決途徑的優點在于可以保證原系統狀態的穩定性，對研發生產任務繁重的企業可以減少臨時替代換型工作造成的交付壓力，以及人力、儀器設備等其他成本的投入，一旦接收到訂單任務可以高效組織生產或維修維護工作；缺點在于由于預測總是不太準確，從而可能導致風險儲備的電子元器件無法及時是使用，造成企業資金成本的上升。

2.3 選用控制

如同“產品的質量是設計出來的”，一個復雜電子系統的生周期很大程度在研發設計階段就已經決定，因此，在研發階段加強對電子元器件選用的控制是最為有效的實現復雜電子系統長生命周期的途徑。

加強電子元器件選用控制，首先在介入時機上需要提前，在設計圖紙尚未確定前對擬選用的電子元器件開展審查，以避免后期審核出問題造工程更改量較大，一般建議由技術專家、質量專家及供應鏈專家組成的小組對選用清單進行審查并議；其次，在審查中應遵守以下原則：

（1）禁止選用已知停產的、質量不滿足要求的電子元器件。根據木桶原理，這類元器件會成為制約整個復雜電子系統生命周期長度的主要瓶頸，一旦選用就決定了后續的批生產和維修維護會非常困難和代價高昂；

（2）限制選用存在停產風險，但其他廠家已在跟進研制類似可替代產品的電子元器件。由于性能指標的要求、結構尺寸的限制以及研發進度要求等因素，有時不得不選擇這類電子元器件作為權宜之計，這類電子元器件的一方面需嚴格限制選用型號的數量，一方面需要持續跟進其他廠家的替代產品研制進展，以實現在原元器件淘汰停產后有備選元器件可用；

（3）鼓勵選用知名大廠的主流產品、密切合作伙伴研發的元器件產品。這是因為知名大廠生產狀態較小廠更加穩定，同時由于是主流產品，用戶多銷量大，廠家不會輕易停產淘汰；而密切合作伙伴則會應要求持續穩定的生產，即使發生必須停產原器件的情況，也會給出較好的解決措施或替代型號。在實際研發過程中，一個復雜的電子系統應以全部選用這類電子元器件為目標，一旦達成可以最大限度實現長生命周期，為企業創造可觀的價值。

該解決途徑的優點在于從最關鍵的環節入手，起到事半功倍的效果，為后續高效率的批生產和維修維護奠定良好的基礎；缺點在于對設計研發、質量控制、供應鏈等專業人員的要求非常高，如果參與人員的專業水平不夠很容易使的整個控制過程流于形式，不能達到預期目的。

3 結語

電子元器件快速停產淘汰帶來的困擾在當前的電子系統研發生產企業普遍存在，本文根據電子系統所處的不同階段，給出了實現其長生命周期的不同解決途徑，這些途徑各有優缺點，具備實力和條件的企業可以考慮以上幾種方式同時采取，在研發源頭控制風險，在平常防范風險，在問題出現時有效的應對風險，為企業長期穩定的經營發展做出貢獻。

[1]劉寶紅．供應鏈管理 高成本、高庫存、重資產階級方案[M]．機械工業出版社,2016．