基于數據分析的軍用元器件選用控制體系研究?

李延杰 陳 波 申永青 王 坦

（1.空軍研究院系統工程研究所 北京 100076）（2.航天科工防御技術研究試驗中心 北京 100854）

1 引言

元器件是武器裝備的基本組成單位，其可靠性的高低直接影響整機系統的可靠性水平。元器件設計選用管理是構成系統固有質量的前端控制點，也是提升裝備整機質量可靠性的有效手段。當前，元器件選用管理控制信息化水平普遍較低，管控手段指導性不強，管控措施難以落地，直接導致產品因元器件設計選用產生的問題居高不下，亟需結合工程實踐開展元器件選用控制方法的優化研究工作［1～4］。

2 元器件選用控制現狀分析

為了規范、指導設計師對元器件的設計選用，國內很多單位普遍編制元器件選用目錄，但選用目錄更新及時性、信息化程度普遍不高，造成了選用目錄對設計師開展前端設計指導性不強，導致“超目錄”變成一種普遍現象。而且存在技術落后的元器件屢屢出現在新產品上，技術領先應用經驗豐富的器件卻得不到推廣的現象，此外元器件選用目錄應貫徹物資壓縮、品種壓縮的原則，但由于缺乏有效數據支撐，壓縮的效果不明顯。分析原因，主要有以下幾個方面［5～6］:

1）缺乏統一規范的元器件應用信息數據資源庫，元器件設計選用缺乏可靠性信息支撐。設計師在元器件設計選型時基本主要關注元器件的性能參數指標，對其可靠性水平、使用履歷、應用成熟度等信息的了解往往只能依靠個人或團隊經驗，缺乏可靠性數據支持的有效途徑，直接導致有問題的元器件被重復選用或難以選取最優的元器件，降低了產品的可靠性水平。

2）優選目錄更新手段落后，缺少成熟的數據關聯算法和模型，傳統選用目錄僅依靠一小部分專家定期進行識別查新工作，無法保證效率低和動態及時性。從數十萬種元器件海量數據中識別出部分器件作為優選元器件，無法直接通過人工手段進行識別、歸類、匯總、分析，急需對數據相關性算法和模型進行研究。

3）缺乏先進的元器件選用管理平臺，元器件的選用評審、審查信息化程度低。元器件選用目錄內元器件的型號多為品種系列，查詢不便且難以通過信息化的手段對某產品的元器件選用情況進行評估管理，而且元器件選用超目錄審批為線下進行，大大增加了對產品元器件選用的管控難度，導致低可靠性元器件及超目錄元器件裝機使用的情況時有發生，對產品的可靠性水平十分不利。

3 元器件選用控制體系框架設計

針對存在的問題，面對新形勢，元器件選用控制體系應以信息化、知識化與智能化為目標，圍繞元器件選用目錄信息化系統的建設為中心，通過信息數據收集、選用目錄系統數據庫建設、基于數據分析與決策的軟件架構設計、管理審批流建立、面向應用與管理的功能模塊建立等方面著手，搭建元器件選用控制體系［7］，基本框架如下。

1）元器件完備信息數據收集

數據信息是支撐決策的基礎，元器件數據的全面性、完備性與準確性對元器件的選用指導至關重要。元器件信息數據的收集應覆蓋器件的全壽命周期的關鍵環節，比如器件的設計環節（性能參數、結構設計、材料選用等）、生產環節（采用標準、質量等級、流片要素、封裝要素等）、采購環節（合格供方、物資編碼、進口器件顏色等級、國產器件質量保證等級等）、可靠性試驗環節（新品鑒定、應用驗證、篩選能力及履歷、DPA履歷）、應用環節（任務性質、應用環境、應用部位、是否禁限用等）以及失效履歷情況。

圖1 元器件選用控制體系框架

2）元器件可靠性試驗信息系統建設

元器件選用目錄系統一般在內部網絡運行，而元器件的可靠性試驗數據由外網分散的試驗設備與試驗環節產生，數據存儲于相關聯的工控機上。為了高效、完備地為元器件選用目錄信息化系統提供試驗信息數據支撐，需要研究建立可靠性試驗信息系統，在保證信息安全的前提下建立外網的可靠性試驗信息系統與內部網絡的元器件選用目錄系統的訪問機制。

由于各試驗設備和工控機未相互連接，因此，可靠性試驗信息系統建設的第一步是讓所有設備及工控機實現互聯，通過交換機和非密服務器的方式進行連接，組成“外部試驗網”。搭建完成后試驗人員可在外部試驗網上完成整個試驗流程，同時將所有可靠性試驗數據存儲在外部服務器中，定期將外部試驗網上的所有可靠性試驗數據通過光盤等媒介傳輸到元器件選用目錄信息化系統上，如圖2所示。

圖2 可靠性試驗信息系統示意圖

3）元器件可靠性數據分析與決策

以當前的選用目錄數據信息為基礎，建立與導入的可靠性試驗信息數據之間的關聯算法，利用數理統計的方法對選用目錄內的元器件進行可靠性分析，重點對元器件失效數據開展分析。以尋找各型號失效案例之間的共性，找出各型號在研制、生產、元器件選用等方面的薄弱環節，提升系統可靠性為目的，研究系統現有失效數據分析的統計方法，進而將所需的統計查詢功能集成在信息系統中，擬利用故障樹查找法尋找各類器件在系統上失效的相關性。每個類型的元器件相應的失效模式和可能失效原因都不同，需要對各類元器件失效模式進行分類。由于每類元器件自身也是由各個部分和結構組成，可以等同于一個小系統，因此為了分析的準確性和嚴謹性也需要建立元器件故障樹，故障樹中每一類失效原因對應相應的失效案例。

通過設定合理的權重比和數據分析算法，將可靠性試驗數據與元器件的推薦指數進行關聯，同時將元器件全壽命周期的各個環節的信息進行加權統計，形成元器件選用目錄優選排序算法，對庫內元器件進行自動識別和判斷，及時將早期產品、電參數性能和質量一般、工藝不先進、已有可替代產品的元器件推送審批流進行剔除審批，同時將滿足選用目錄整體需求的通過應用驗證等相關試驗的、符合元器件技術發展、性能先進、質量管控良好、通用性強、滿足型號要求的尚不在選用目錄中的元器件推送審批流進行準入審批，并動態更新元器件推薦指數，為設計師設計選用以及選用目錄動態更新提供決策支撐［8］。

4）信息系統應用與管理功能模塊建立

面向設計師的使用需求以及上級部門的管理要求，優化元器件選用目錄系統的功能性與友好性，實現型號的分類管理，覆蓋用戶所需的全部信息顯示功能，設計強大的信息搜索關聯功能，能夠實現型號選用進口器件與國產元器件按照型號規格、性能指標等多個字段關聯，提供每個型號選用進口元器件所對應的國內可參考替換的器件信息［9～10］（沒有可替換產品的除外），同時建立目錄內元器件的類別樹，可實現元器件按類、字段等關鍵信息進行模糊查詢功能。此外，重點建立元器件目錄內外比對功能，能夠生成比對分析報告，作為管理評審依據，有效提升元器件的選用控制水平［11～12］。

圖4 元器件選用目錄系統部分功能示意圖

5）元器件選用審批流建立

元器件選用審批流主要包括超目錄選用審批流、選用目錄準入審批流、選用目錄剔除審批流。審批流的建立應充分考慮操作性、有效性、指導性、高效性與復用性，抓重點環節，縮短管理鏈條，發揮指導性作用，促進元器件選用管控水平的提升。

4 結語

通過圍繞搭建元器件選用目錄信息化系統，收斂元器件全壽命周期可靠性數據，凝練數據挖掘、分析與決策算法，嵌套管理控制職能，能夠在質量管理上實現從“局部引導總體”向“上級引導下級”轉變，實現元器件選用的統一有效管理，切實提升高可靠領域用元器件的選用及管控水平，推動元器件國產化的進程，提升產品的可靠性水平。