航空元器件應(yīng)用驗(yàn)證模式探討

王旭亮

（93128部隊(duì)，北京，100000）

文 摘：面對(duì)航空裝備元器件自主可控的嚴(yán)峻形勢(shì)，開(kāi)展元器件應(yīng)用驗(yàn)證不失為當(dāng)前工業(yè)基礎(chǔ)水平下，提升國(guó)產(chǎn)元器件工程保障能力的一種有效方法。在對(duì)航空元器件以往驗(yàn)證模式及其存在問(wèn)題進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，對(duì)新的應(yīng)用驗(yàn)證模式進(jìn)行研究探討，提出具體解決措施及實(shí)施方法，目的在推動(dòng)當(dāng)前元器件自主可控工作的開(kāi)展。

航空裝備為了滿足使用要求，對(duì)所使用的元器件性能、可靠性和環(huán)境適應(yīng)性要求越來(lái)越高。元器件應(yīng)用驗(yàn)證是元器件質(zhì)量與可靠性保證工作在積累多年經(jīng)驗(yàn)、教訓(xùn)的基礎(chǔ)上，面對(duì)新形勢(shì)，應(yīng)運(yùn)而生的新需求。應(yīng)用驗(yàn)證是指在型號(hào)工程應(yīng)用前開(kāi)展的一系列試驗(yàn)、分析、評(píng)估和綜合評(píng)價(jià)工作，用以確定元器件研制成熟度和型號(hào)工程適用度，并綜合分析評(píng)價(jià)得出其可用度[1-3]。通過(guò)驗(yàn)證試驗(yàn)，能夠盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)、制造缺陷和質(zhì)量隱患等 “不好用”問(wèn)題，改進(jìn)產(chǎn)品進(jìn)而促進(jìn)其成熟；通過(guò)對(duì)元器件全面指標(biāo)體系試驗(yàn)評(píng)價(jià)，解決用戶數(shù)據(jù)缺乏、應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)不明而決策困難的 “不敢用”問(wèn)題；通過(guò)發(fā)布應(yīng)用指南，有效指導(dǎo)應(yīng)用，解決用戶選擇錯(cuò)誤、應(yīng)用不合理等 “用不好”問(wèn)題。應(yīng)用驗(yàn)證是在目前的元器件工業(yè)基礎(chǔ)上，立足用戶，為解決國(guó)產(chǎn)元器件 “不好用、不敢用、用不好”問(wèn)題，使國(guó)產(chǎn)元器件達(dá)到滿足裝備性能需求，實(shí)現(xiàn)裝備元器件自主可控的一項(xiàng)重要工作。

1 驗(yàn)證模式現(xiàn)狀

1.1 以前應(yīng)用驗(yàn)證情況

航空元器件應(yīng)用驗(yàn)證主要針對(duì)新研制的、成熟度低的國(guó)產(chǎn)元器件進(jìn)行，包括自定義新研元器件和國(guó)產(chǎn)化替代元器件。目前航空元器件的應(yīng)用驗(yàn)證需求雖然得到了主管部門和航空用戶的重視，但所進(jìn)行的驗(yàn)證工作僅是在某些廠、所自發(fā)進(jìn)行的一些零散試驗(yàn)。

以航空工業(yè)某院為例，之前開(kāi)展元器件應(yīng)用驗(yàn)證主要是借助承擔(dān)的型號(hào)任務(wù)及試驗(yàn)平臺(tái)，進(jìn)行基于裝機(jī)的驗(yàn)證試驗(yàn)，主要有兩種模式。

a）國(guó)產(chǎn)化替代元器件。采購(gòu)部門在出現(xiàn)進(jìn)口元器件采購(gòu)困難時(shí)，提出替代需求及可能用于替代的國(guó)產(chǎn)元器件建議，設(shè)計(jì)人員進(jìn)行替代可行性分析。如可行，則制定替代驗(yàn)證試驗(yàn)大綱，驗(yàn)證試驗(yàn)分為原理性驗(yàn)證和裝機(jī)驗(yàn)證，原理性驗(yàn)證采用工藝件進(jìn)行；裝機(jī)驗(yàn)證為結(jié)合產(chǎn)品交付進(jìn)行。但是，無(wú)論是這里所說(shuō)的原理性驗(yàn)證還是裝機(jī)驗(yàn)證，實(shí)際上都是針對(duì)元器件單個(gè)使用部位和使用環(huán)境的局限性的裝機(jī)驗(yàn)證。

b）自定義新研元器件。按照研制程序 （方案、初樣、正樣和鑒定階段）開(kāi)展元器件研制工作，新研元器件應(yīng)用驗(yàn)證是以元器件研制初樣階段的裝機(jī)試用和研制正樣階段的裝機(jī)驗(yàn)證的形式進(jìn)行的，并不是在元器件完成鑒定后開(kāi)展的完全立足于用戶的應(yīng)用驗(yàn)證。所以這種應(yīng)用驗(yàn)證的性質(zhì)本質(zhì)上是元器件研制階段的一個(gè)簡(jiǎn)單的用戶驗(yàn)證，其目的主要是驗(yàn)證產(chǎn)品是否達(dá)到了該階段的研制要求，是否具備轉(zhuǎn)入下一個(gè)研制階段的條件。比如，初樣階段的用戶試用主要驗(yàn)證產(chǎn)品的功能性能是否滿足研制要求，正樣階段的裝機(jī)驗(yàn)證主要驗(yàn)證產(chǎn)品的聯(lián)適性和局限于某一單個(gè)系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)性。

1.2 存在問(wèn)題

根據(jù)對(duì)以往驗(yàn)證情況的梳理和分析，可以看出，以前的應(yīng)用驗(yàn)證與真正意義上的應(yīng)用驗(yàn)證是存在差距的。我們開(kāi)展應(yīng)用驗(yàn)證的目的是通過(guò)一系列的試驗(yàn)、分析、評(píng)估和綜合評(píng)價(jià)工作，來(lái)確定元器件的研制成熟度和型號(hào)工程適用度，并綜合分析評(píng)價(jià)出可用度。而以往的應(yīng)用驗(yàn)證只注重試驗(yàn)及其結(jié)果是否滿足特定部位的使用要求，而未對(duì)元器件本身的成熟度、工程適用度進(jìn)行較為全面的評(píng)估，驗(yàn)證不充分。具體來(lái)說(shuō)，存在以下幾方面主要問(wèn)題。

a）驗(yàn)證項(xiàng)目不完整。要分析評(píng)估元器件的研制成熟度，就應(yīng)關(guān)注元器件的研制要素。從成品元器件角度，應(yīng)針對(duì)元器件的固有可靠性開(kāi)展充分驗(yàn)證。而以往的驗(yàn)證，缺少了元器件級(jí)的驗(yàn)證項(xiàng)目，不能針對(duì)元器件的固有可靠性進(jìn)行充分驗(yàn)證。

b）驗(yàn)證環(huán)境未全面覆蓋。以往的驗(yàn)證總是基于某個(gè)型號(hào)的某個(gè)使用部位進(jìn)行，驗(yàn)證環(huán)境條件就是該部件進(jìn)行環(huán)境試驗(yàn)的條件，沒(méi)有對(duì)航空元器件的使用環(huán)境進(jìn)行歸納分析，形成共性驗(yàn)證環(huán)境。因此，經(jīng)過(guò)這種驗(yàn)證的元器件只能保證在指定部位和指定環(huán)境下適用，不具有普適性，無(wú)法推廣應(yīng)用。

c）驗(yàn)證平臺(tái)未建立健全。以往的板級(jí)以上驗(yàn)證，一般隨型號(hào)進(jìn)行，成本高、周期長(zhǎng)，且?guī)?lái)的問(wèn)題是驗(yàn)證用的工藝系統(tǒng)一個(gè)型號(hào)一個(gè)樣，各型號(hào)間不通用，驗(yàn)證設(shè)備也復(fù)雜龐大且不通用。

d）新研元器件缺乏基于提高成熟度為目的的應(yīng)用驗(yàn)證。以往對(duì)新研元器件的驗(yàn)證，實(shí)際上是元器件研制過(guò)程中的用戶試用，缺少了在元器件通過(guò)鑒定后開(kāi)展的應(yīng)用驗(yàn)證環(huán)節(jié)，驗(yàn)證不充分，沒(méi)有形成良好的用研閉環(huán)，以致于新研元器件往往在通過(guò)鑒定后的批產(chǎn)交付使用中，質(zhì)量問(wèn)題頻發(fā)。究其原因，是新技術(shù)、新設(shè)計(jì)、新工藝、新材料等帶來(lái)的新研元器件成熟度低所導(dǎo)致。

2 解決措施及方法

針對(duì)以上問(wèn)題，迫切需要對(duì)航空元器件應(yīng)用的特殊性和典型性進(jìn)行分析，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上，統(tǒng)籌規(guī)劃，加緊建設(shè)航空元器件應(yīng)用驗(yàn)證平臺(tái)，建立航空元器件應(yīng)用驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)制度，提升航空元器件應(yīng)用驗(yàn)證技術(shù)和能力，帶動(dòng)與元器件制造廠商的良好互動(dòng)，形成用研閉環(huán)，解決航空元器件應(yīng)用突出問(wèn)題，推動(dòng)提升國(guó)產(chǎn)航空元器件保障能力。

2.1 梳理航空元器件應(yīng)用驗(yàn)證需求，明確目標(biāo)

變以往 “來(lái)什么驗(yàn)證什么”的被動(dòng)驗(yàn)證為主動(dòng)規(guī)劃驗(yàn)證。梳理航空裝備型號(hào)進(jìn)口元器件使用情況，分析進(jìn)口元器件的對(duì)外依存度與可行的自主可控途徑 （儲(chǔ)備、替代、研制），從而主動(dòng)確定應(yīng)用驗(yàn)證需求 （對(duì)替代和研制進(jìn)行應(yīng)用驗(yàn)證）。根據(jù)全面推進(jìn)自主可控的要求，統(tǒng)籌規(guī)劃應(yīng)用驗(yàn)證工作，根據(jù)國(guó)產(chǎn)化急迫程度制定應(yīng)用驗(yàn)證工作計(jì)劃，并按計(jì)劃開(kāi)展應(yīng)用驗(yàn)證。

這里的統(tǒng)籌，是對(duì)不同型號(hào)使用的同一規(guī)格元器件統(tǒng)籌進(jìn)行應(yīng)用驗(yàn)證。因此，在開(kāi)展國(guó)產(chǎn)化替代和國(guó)產(chǎn)新研時(shí)涉及到元器件選用統(tǒng)型的問(wèn)題，最好由軍方或相關(guān)工業(yè)集團(tuán)主管部門牽頭，組織航空元器件統(tǒng)型工作，歸攏元器件規(guī)格與廠家，以提高應(yīng)用驗(yàn)證的經(jīng)濟(jì)性。

2.2 分析航空元器件應(yīng)用環(huán)境特點(diǎn)，確定條件

航空武器裝備飛行過(guò)程中會(huì)經(jīng)受溫度、氣壓、濕度等各種環(huán)境影響 （如經(jīng)受嚴(yán)寒、高溫、濕熱、暴曬等各種惡劣環(huán)境）。姿態(tài)、振動(dòng)、加速度等各種應(yīng)力影響，復(fù)雜電磁環(huán)境下強(qiáng)電磁干擾，以及以上各種環(huán)境和應(yīng)力的反復(fù)變化和相互交變。在未來(lái)，航空武器裝備逐漸向海上和臨近空間領(lǐng)域拓展，也使得航空武器裝備的環(huán)境適應(yīng)性要求更為嚴(yán)苛。因此，航空武器裝備對(duì)使用的電子元器件提出了更多更高的要求。

為保證航空武器裝備長(zhǎng)航時(shí)、重復(fù)性使用的需求，航空元器件需要具備小體積、輕重量、低功耗，適應(yīng)低氣壓、高溫、低溫、高相對(duì)濕度、大溫度梯度變化等嚴(yán)酷環(huán)境要求的特點(diǎn)。此外，航空武器裝備使用的一個(gè)重要特征是在裝備服役期的幾十年里，需要在功能和性能滿足要求的前提下，保證產(chǎn)品的可靠性和系統(tǒng)穩(wěn)定性。尤其是導(dǎo)彈產(chǎn)品，具有 “長(zhǎng)期存放，一次使用”的鮮明特征，其長(zhǎng)期貯存穩(wěn)定性要求極高。因此航空元器件必須在滿足功能、性能以及各種環(huán)境適應(yīng)性的同時(shí)，具有高可靠性，包括瞬態(tài)可靠性和長(zhǎng)期可靠性。

鑒于航空裝備產(chǎn)品多樣性、各型產(chǎn)品環(huán)境條件差異較大的實(shí)際情況，航空元器件要想實(shí)現(xiàn)在一個(gè)包絡(luò)全部航空產(chǎn)品使用環(huán)境的條件下進(jìn)行一次驗(yàn)證是困難的。因此，可將航空元器件的應(yīng)用環(huán)境歸為機(jī)載環(huán)境、掛載環(huán)境和地面環(huán)境等幾類。按照分類，研究制定每一類的共性驗(yàn)證環(huán)境條件，以盡可能達(dá)到 “一次驗(yàn)證、多型使用”的目的。

2.3 探索航空元器件應(yīng)用驗(yàn)證方法，創(chuàng)新模式

針對(duì)以往元器件驗(yàn)證在方法上存在的弊端，應(yīng)本著 “一次驗(yàn)證、多型使用”的普適性原則，探索航空元器件應(yīng)用驗(yàn)證的新方法，并在實(shí)踐基礎(chǔ)上，完善固化，要注意以下幾個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

a）要進(jìn)行全面的元器件級(jí)驗(yàn)證。元器件應(yīng)用驗(yàn)證的重點(diǎn)工作應(yīng)放在元器件級(jí)別，只有關(guān)注元器件級(jí)別的驗(yàn)證，才能摸清元器件設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的真實(shí)情況，摸清元器件的邊界能力和固有可靠性，才能為使用提供裕度范圍。元器件級(jí)驗(yàn)證要包括全參數(shù)測(cè)試、關(guān)鍵參數(shù)特性曲線繪制、結(jié)構(gòu)分析、極限評(píng)估、壽命強(qiáng)化[2]等內(nèi)容。具體如下：①在進(jìn)行全參數(shù)測(cè)試時(shí)，應(yīng)以進(jìn)口元器件的參數(shù)指標(biāo)及測(cè)試條件為依據(jù)，進(jìn)行全覆蓋的參數(shù)測(cè)試；②在進(jìn)行關(guān)鍵參數(shù)特性曲線繪制時(shí)，應(yīng)以進(jìn)口元器件參數(shù)手冊(cè)提供的典型曲線為參考，結(jié)合實(shí)際使用情況，確定需進(jìn)行繪制曲線的參數(shù)和影響參數(shù)的條件，如溫度變化下的電流曲線 （I-T曲線）等；③在進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析時(shí)，應(yīng)將元器件分解到最小結(jié)構(gòu)單元，對(duì)每一結(jié)構(gòu)單元的全部結(jié)構(gòu)要素進(jìn)行檢查，分析元器件結(jié)構(gòu)是否適合相應(yīng)工程應(yīng)用范圍；④在進(jìn)行極限評(píng)估時(shí)，應(yīng)選取關(guān)注的要素，并制定合理的試驗(yàn)范圍以及步進(jìn)條件；⑤壽命強(qiáng)化時(shí)可在鑒定檢驗(yàn)的壽命試驗(yàn)基礎(chǔ)上加強(qiáng)進(jìn)行。

b）開(kāi)展基于典型使用電路的板級(jí)驗(yàn)證。為達(dá)到普適性的目的，板級(jí)驗(yàn)證不能只基于實(shí)際使用的某個(gè)電路進(jìn)行，應(yīng)更加注重典型使用電路的驗(yàn)證。具體可將國(guó)產(chǎn)器件分為幾類開(kāi)展板級(jí)驗(yàn)證：①功能性能簡(jiǎn)單的器件，可僅按典型使用電路開(kāi)展板級(jí)驗(yàn)證；②功能性能復(fù)雜的器件，可在基于典型電路驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，增加基于實(shí)際使用電路的專用性驗(yàn)證，以確保驗(yàn)證的覆蓋性；③ASIC（專用集成電路）等專用器件，則可僅按實(shí)際使用電路進(jìn)行板級(jí)驗(yàn)證。

c）選取按典型電路進(jìn)行設(shè)計(jì)使用的系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)驗(yàn)證。驗(yàn)證的環(huán)境條件應(yīng)充分包絡(luò)實(shí)際使用時(shí)可能存在的環(huán)境條件。按照前面所述的航空應(yīng)用環(huán)境分類，選擇合適的驗(yàn)證環(huán)境條件進(jìn)行，如果器件功能復(fù)雜，尤其是涉及系統(tǒng)時(shí)序設(shè)計(jì)、軟件適配性等，則可采取隨實(shí)際產(chǎn)品進(jìn)行試驗(yàn)的方式進(jìn)行，以保證系統(tǒng)可靠性得到充分驗(yàn)證。