建立基于大數據的元器件數據平臺研究

翟濤

摘 要：元器件是我國國防工業的基礎，元器件“又好又快又省”則裝備“又好又快又省”。通過軍民融合途徑，加快實現元器件自主可控，克服中高端元器件嚴重依賴進口，解決禁運、假冒偽劣等問題，是我國國防科技工業發展的一項重要工程。本文以元器件自主可控為目標，以實現元器件軍民融合為導向，基于大數據思維，建立元器件及其可靠性軍民融合數據平臺，解決軍、民之間信息無法交換的障礙，以改變國防工業對元器件的選型方式，實現快捷的高效元器件信息搜索，提高元器件的選用效率，更快地獲取元器件可靠性數據，提升裝備研發效率。

關鍵詞：元器件;自主可控;軍民融合;數據平臺

中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）07-0031-02

0 引言

我國集成電路產值不足全球7%，而市場需求卻在全球30%以上。近幾年，中國集成電路進口額每年均超過2000億美元，成為最大的進口產品。國外對高端電子元器件的壟斷直接阻礙了我國電子信息產業的發展，同時國外電子元器件的停產斷檔、限制出口與禁運、存在安全隱患以及假冒偽劣等問題，嚴重影響和制約了我國國防工業的發展，乃至科技創新驅動的發展。

元器件軍民融合是實現裝備自主可控的重要途徑，但目前我國元器件軍民融合發展受制于多方因素。在“軍”方面，首先，裝備研制用元器件存在嚴重信息不對稱，研發工程師無法主動了解哪里有適合需求的產品;對于元器件生產廠商，鑒定后的元器件經常會3-5年無其他用戶問津，沒有大“量”的使用就不會有“質”的提升;這種與國外元器件企業將產品直接展示在門戶網站完全不同的做法嚴重阻礙了這一領域的軍民融合發展。其次，元器件國產化“原位替代”策略嚴重制約了原始創新，以及市場需求周期運行機制。在“民”方面，民品先進元器件與裝備研發工程師存在信息壁壘，民品先進元器件與裝備使用可靠性要求存在壁壘。

1 國內外現狀

美國元器件信息的軍民融合主要模式為“軍民一體化”。以美國政府-工業界數據交換網（GIDEP）為例，GIDEP包含失效經驗數據庫、產品信息數據庫、逐漸消失制造源與材料短缺數據庫、計量數據庫以及可靠性/維修性數據庫等6個數據庫，其中產品信息數據庫及時反映元器件在型號、規格、功能和生產過程等方面的變化。GIDEP的數據由全民提供，并且不斷進行更新，能夠向政府和工業界提供每一種技術目前的進展。該網站促使軍政部門之間和企業間的合作，真正實現軍、民用技術以及資源的雙向轉化和共享，促使國防科技工業與國民經濟兩者良性互動發展。這是具備大數據思維的元器件軍民融合數據平臺。

歐洲航天局（ESA）注重發展及轉化軍民兩用技術，面對元器件供應商因為高可靠元器件的市場小、成本高逐漸退出國防工業的不利形勢，制定歐洲元器件創新計劃（ECI），建成一個集統籌數據、產品體系、標準體系和信息系統為一體的宇航元器件大平臺，強調國防部加強與主管民用科研的研究與技術部的合作與協調，促進工業界參與軍民兩用技術的開發。這是歐洲空間局為解決元器件信息不對稱而采用了互聯網方式。

日本宇航局（JAXA）非常重視元器件的質量與可靠性工作。為了擺脫關鍵元器件對美國的依賴，JAXA確定了元器件發展的基本政策，重點包括核心元器件國內生產、維護國內生產線的生產能力、加強先進技術的研發等，并建立了JAXA合格元器件和材料數據庫。該數據由企業、政府共享，突破軍民的界限。日本很多電子企業根據形勢變化及時調整產業方向，根據實際需求扮演亦軍亦民的角色。日本航天軍工也在以大數據方式開展元器件軍民融合工作。

我國國防工業的元器件領域軍民融合層級還比較低，與發達國家相比，還有不小差距。但十九大以來，軍民融合深度發展，上升為國家戰略。一些學者和企業也積極對電子元器件的軍民融合開展相關研究，如朱佳曦的《基于自主可控目標的宇航元器件管理體系研究》[1]，張顯龍的《創新驅動的軍民融合管理體系研究》[2]，等。

總體上來看，以美國、歐洲、日本為代表的發達國家，在航天及國防工業元器件領域均有基于大數據思維的軍民融合數據平臺。而我國，這方面是空白，而且元器件軍民融合不夠“深度”，亟待解決這一現狀，促進元器件自主可控。

2 元器件軍民融合數據平臺總體設計

基于我國軍民元器件信息不流通，元器件選型困難的現狀，我們需要聚焦功能性能創新創造，以元器件自主可控為目的，基于大數據思維，解決傳統元器件選型效率低下以及元器件無處可選和不能選的問題，建立軍民融合的元器件數據平臺。

2.1 數據平臺框架總體方案設計

軍民融合的元器件數據平臺包含元器件信息庫、可靠性資料庫、數據的再利用以及系統管理功能。元器件信息庫包含元器件基本信息庫，可靠性信息庫和故障信息庫，構建元器件數據標準化體系并增加安全管理，保障不同權限用戶的利益?？煽啃再Y料庫，包括可靠性文獻、文章、知識、新聞等。數據的再利用是指利用數據挖掘技術和統計分析方法，對信息庫數據再利用，統計故障型號，并進行可靠性預計。最后建立系統管理功能并針對用戶特點對用戶進行分類管理?；谝陨纤悸?，設計平臺總體方案。

建立元器件信息庫，首先需要獲取元器件信息，其次需要對元器件信息進行標準化處理，建立元器件信息模型，以便對元器件信息的再利用。基于元器件信息庫和元器件信息模型設計元器件軍民融合數據平臺框架。

2.2 元器件信息來源及標準化

2.2.1 元器件信息源研究

元器件可靠性信息種類多，來源廣泛，產生于各有關部門和人員的實踐之中，而各種信息之間往往又相互聯系、相互影響。從時間來看，元器件可靠性數據的來源貫穿于元器件的設計、制造、試驗、使用和維修等整個過程。從機構來源來看，元器件可靠性信息主要來自生產廠商、第三方試驗機構、用戶、研究院所、學校等機構，機構屬性又分為軍用領域和民用領域。建立元器件及其可靠性軍民融合數據框架，需要在元器件信息來源方面突破軍用和民用的界限，獲取盡可能全面的元器件信息。

2.2.2 元器件數據標準化研究

元器件及其可靠性數據繁雜而龐大，建立元器件軍民融合數據平臺，其數據的標準化是基礎和前提。根據元器件的特點建立元器件信息標準化體系框架，框架包含元器件基礎標準、數據表示標準和數據處理標準。其中數據編碼需要遵循一定的原則，否則會造成一物多碼或者一碼多物的情況。首先命名要規范化，參照廠家數據手冊、國家標準、企業標準等進行命名;其次明確并統一元器件的封裝形式;最后結合元器件的分類，根據小類的各個特征項進行詳細定義、規范。

在故障類信息采集與標準化過程中，涉及多個單位協同參與，并且涉及到大量的故障問題、故障分析、故障糾正等可靠性信息和數據，因此一定要提前規定故障類信息的模板，對故障類信息規范化、模板化以后才能并從中抽取故障元器件的可靠性信息，構建典型故障案例庫。通過對故障類信息的采集，建立故障類信息庫。

3 元器件信息模型研究

3.1 元器件信息組織

由于元器件的種類、結構紛繁多樣，眾多的元器件可靠性信息彼此獨立而又互相聯系。工程師對不同種類的元器件關注度也不盡相同，所以我們有必要對元器件進行分類，分門別類建立元器件及其可靠性數據庫和故障模式，根據元器件的種類，建立對應的可靠性信息庫。在實現對元器件可靠性信息融合時，能夠以元器件類別作為索引，快速查找定位與該類別相關的所有可靠性信息。

3.2 對元器件信息的再利用研究

建立元器件及其可靠性信息庫，根據對已有元器件可靠性數據的分析，在國防工業產品研制過程中，避免選用出現過故障的元器件型號，便于高效選型。并利用經驗信息對薄弱環節進行可靠性改進。

3.2.1 可靠性信息統計分析

可靠性信息統計結果能夠直觀地反映其可靠性狀況。對收集的元器件可靠性信息以及失效分析數據進行統計分析，利用可視化的結果對所關注的元器件可靠性信息進行匯總，使供應商、第三方試驗機構和用戶都能共享元器件可靠性信息，解決元器件信息孤立的問題。在研制產品中，能夠根據對已有元器件可靠性數據的分析，高效選型，并對薄弱環節進行改進，提高產品的整體可靠性。

3.2.2 可靠性預計

可靠性預計是對產品或系統的可靠性參數進行定量的估計，推測其可能達到的可靠性水平。根據元器件的可靠性信息，一層層遞推部件的可靠度、失效率，進而對產品的可靠性進行預計。

4 元器件軍民融合數據平臺框架設計及實現

4.1 元器件軍民融合數據平臺框架設計

元器件涉及的機構紛繁多樣，為了便于對可靠性信息的訪問，推薦元器件及其可靠性軍民融合數據平臺采用基于網絡的B/S（瀏覽器/服務器模式）架構為總體架構，而非孤島式的某集團、某單位內部服務器模式。

元器件數據平臺主要分三個層次。第一層為訪問層，是用戶訪問系統的入口，元器件的“大數據”的主要訪問者包括元器件供應商、第三方試驗機構、元器件用戶（包括軍民用戶）以及其他科研人員等，訪問者通過瀏覽器即可訪問系統，訪問層既包括軍用領域機構也包括民用領域機構。第二層為系統應用層，是系統的應用業務邏輯層，包含可靠性信息數據的業務邏輯，可靠性認證的業務邏輯，可靠性資料業務邏輯以及基礎數據維護等。該層的服務包含了對外服務、權限服務、用戶定制服務和數據與應用服務。該層的系統管理平臺又分為可靠性信息管理層、可靠性認證、可靠性資料的提供以及信息再利用。第三層為系統數據庫層，包括可靠性信息數據、可靠性文檔等內容，為系統提供數據存儲支持。

4.2 元器件軍民融合數據平臺實現

基于前述對元器件可靠性數據采集、可靠性信息模型的研究，建立元器件及其可靠性軍民融合數據平臺，該平臺應涵蓋所有軍用、民用元器件的基本數據、可靠性數據等信息。利用該平臺，通過分類導航或者BOM上傳均可在短時間內解決元器件信息查找的問題，克服元器件信息不流暢的缺點，促進元器件自主可控的進程，推進元器件領域的軍民融合。同時可展示航空、航天等各大系統經過鑒定的產品及其應用型號。該平臺可實現從過去的幾周縮短到幾秒甚至更短的時間內查找元器件可靠性信息的目的，降低時間成本，提高元器件選型效率。

5 結論與展望

為促進元器件的軍民融合，盡快實現元器件自主可控，本文基于互聯網思維，根據元器件及其可靠性的特點，對元器件軍民融合的可靠性數據平臺技術框架展開了研究。首先歸納總結元器件及其可靠性信息來源，建立數據標準化框架，分析元器件信息的組成和特點，提出了以元器件為中心的可靠性信息組織數據模型，包括可靠性信息組織模型和信息再利用模型，設計了元器件可靠性數據平臺框架，最終解決了查找元器件型號與可靠性信息途徑的問題，提高了元器件信息的利用效率，促進了元器件可靠性的提升。

元器件是裝備的基礎、工業的基礎，元器件先進則國之重器先進，元器件自主可控則國器自主可控。以元器件軍民融合數據平臺為杠桿，進一步研發元器件大數據平臺，面向工業4.0，為高端制造業提供“高可靠、低成本、快供應”的大數據與人工智能服務，將是源自于軍民融合，踐行供給側經濟改革的重要發展方向。

參考文獻

[1] 朱佳曦.基于自主可控目標的宇航元器件管理體系研究[D].武漢工程大學，2015.

[2] 張顯龍.創新驅動的軍民融合管理體系研究[J].中國信息安全，2016（08）：45-48.