覆盖全过程的宇航元器件认定技术流程研究

苏妤，肖波，张莹，张磊

（中国空间技术研究院， 北京 100029）

覆盖全过程的宇航元器件认定技术流程研究

苏妤，肖波，张莹，张磊

（中国空间技术研究院， 北京 100029）

介绍了一种覆盖需求-研制-应用全过程要素的宇航元器件认定技术流程， 首次将用户需求、 生产厂研制过程和元器件评估，以及应用验证等全过程要素集中地体现在认定技术流程中。与以往元器件质量保证多关注元器件试验不同，此技术流程将关注点前后延伸：向前延伸到生产厂元器件研制；向后延伸至模拟宇航型号使用条件进行的应用验证和指导型号设计师选用。可为元器件在宇航工程的应用提供翔实的数据支撑和参考依据。

宇航元器件；全过程要素；认定技术；流程

0 引言

宇航用元器件具有复杂性、高风险性等突出特点，并有高可靠、高质量等特殊要求。针对这些特点，元器件在卫星型号应用前必须开展全面的考核评估工作。

元器件认定作为考核评估元器件是否满足宇航应用的有效手段之一，可为型号元器件使用提供决策依据。以往的元器件认定，多专注于元器件功能性能等试验方面的考核，而对按照型号使用条件应用时元器件的适用性评估甚少。本文所探讨的宇航元器件认定技术流程覆盖元器件需求的确认，元器件研制、质量保证和宇航型号应用等四大要素，建立一套服务于型号全周期、全方位的宇航元器件认定技术流程。为元器件在宇航工程的应用提供翔实的数据支撑和参考依据。

1 宇航元器件认定要素的确定

空间级元器件产品包括6个要素：设计、设备、 材料、 工艺、 检验/鉴定、 管理。 同时具有 6个特性：空间可用性、设计成熟性、批次稳定性、个体一致性、 全程追溯性和内涵透明性[1]。 对宇航用元器件的评价需覆盖其特性要求。

空间可用性要求元器件性能指标满足宇航环境、电、力和热学要求。如耐辐照、耐结露、低真空逸气等。元器件空间可用性可通过规范的制定，以及元器件级试验和按型号要求进行的电、力、热学适应性试验的实施来进行评估。

图1 认定技术流程图

批次稳定性和个体一致性要求元器件在生产的全过程中，设计、工艺等指导操作性文件细到不能再细，固化生产过程中的各个环节。稳定性和一致性可通过建立全过程控制文件来保证。

内涵透明性要求通过各种试验以及分析，掌握元器件工艺结构等特性，明确电、力、热和环境性能等指标，包括极限裕度。内涵透明性可通过对元器件进行结构分析、极限评估等试验获取翔实的产品评估数据。

分析电子元器件可靠性中心以往失效分析案例，除固有问题引起的失效外，选用和使用不当引起的失效占据了总失效案例的相当比例，对此需给予高度的重视。应用指南作为指导型号设计师选用和使用的有效手段之一需大力推广。

综上，通过系统地梳理我国宇航元器件涉及的相关质量保证措施， 以及借鉴欧宇航和 NASA 的宇航元器件保证要求， 如 PID、 元器件评估和验证技术，形成了适用于我国覆盖需求—研制—应用全过程要素的宇航元器件认定技术流程。

产品认定工作包括9个方面：详细规范确认、鉴定检验审查、 建立 PID 文件、 元器件评估、 认定检验、应用验证、编写应用指南和制定采购规范、编写认定总结报告等。详细的技术流程如图1所示。

2 宇航元器件认定项目分析

2.1 确认详细规范

元器件详细规范明确了元器件结构尺寸和性能指标，以及试验项目、试验条件和试验判据等，是元器件生产、试验的依据，对详细规范的审查，目的是确认详细规范是否满足国军标和宇航应用要求。同时，对元器件使用方需求进行确认。若委托进行认定的元器件是纵向立项研制项目，那么详细规范的审查就可明确元器件研制指标是否满足协议书的要求。

2.2 鉴定检验审查

元器件在宇航应用前，至少应满足国军标的要求，通过对元器件国军标鉴定检验的审查，掌握元器件在国军标基础上进行的电、力、热学性能测试是否合格，是否满足军用等级使用要求，为宇航用元器件认定提供数据支撑。

2.3 PID 文件建设

PID（Process Identification Document）的目的是为生产厂鉴定合格的元器件建立一个准确的基准，保证将来由生产厂提供的元器件等同于原来授予鉴定批准的产品，这个基准包括元器件生产厂流程、生产流程中各工序的依据性规范、所有的检验要求、元器件结构的详细说明、试验程序和方法、关键原材料控制方法，以及生产厂组织结构等方面。评估试验后才能进行鉴定批元器件的生产，通过评估试验固化元器件 PID， 这在欧宇航 ESCC 基础规范 No.22700 中已有明确的要求。

在 2006 年， 我国航天机构已开始 PID 建设，并总结出 PID 的关键点是 “全过程用文件确认，细节充满全过程，细节细到不可再分解，定量定到全部细节”[2]。 通过建立 PID 文件， 固化元器件生产状态，保证元器件在宇航型号使用中产品状态的一致性。 PID 应至少包括以下内容：

1）生产流程；

2）生产流程中各工序的依据性规范；

3）所有的检验要求；

4）器件结构的详细说明， 应附图（适用时）；

5）试验程序和方法；

6）关键原材料控制方法；

7）承制方组织结构。

2.4 元器件评估

元器件评估的目的是通过一系列试验以最具有说服力的试验数据，掌握元器件的结构设计缺陷、潜在的薄弱环节，明确失效模式和失效机理等。

结合我国元器件的实际情况，元器件评估至少应包括3个方面：产品功能性能评估、结构分析和极限评估。根据元器件自身特点以及航天工程型号的特殊要求，评估项目可视情况增减。

a）产品功能性能分析

产品功能性能分析包括结构尺寸测量和全工作温度范围全参数测试，通过全温度范围电参数测试，记录试验数据并绘制元器件电性能随温度变化等多种特性曲线，掌握各种性能参数变化趋势，为元器件应用提供数据参考。

目前，在元器件国产化自主可控的大方针指引下，仿制进口的国产化元器件研制已全面、深入地开展，国产化元器件以替代进口产品为目标，这就要求国产化元器件在结构尺寸和功能性能方面与进口产品一致。因此，在对国产化元器件进行认定时，可将国产化元器件和进口同型号元器件进行产品功能性能对比分析，找出国产化元器件与进口元器件在结构尺寸和功能性能方面的差异，为国产化元器件替代进口元器件提供应用指导。

b）结构分析

结构分析是对元器件的设计、结构、工艺和材料的可靠性进行评价，挖掘潜在的可靠性隐患，分析潜在的失效模式和机理。元器件的固有可靠性是由元器件的结构设计和生产控制所决定的，如果结构设计不合理，就会导致元器件的固有可靠性不高；由此带来的问题如果发生在使用阶段，会给型号任务造成影响，严重时甚至会造成经济或进度上的重大损失。在结构分析时，对元器件结构的评价和判别主要包含以下内容：评价结构设计的合理性，检查工艺设计和质量，结合以往失效案例进行潜在失效隐患分析，确定是否采用仅限用工艺和材料。通过分析，给出结构分析总体结论，可分为3 种： 适合宇航应用（可用）， 特定范围可用（限用）， 不适合宇航应用（禁用）； 针对分析时发现的问题，向研制方提出改进、完善的建议。通过结构分析，对元器件内部结构设计以及工艺有了充分了解，对生产厂产品控制状态信息有所掌握，明确元器件结构的宇航符合性，为元器件在宇航工程的应用提供数据支撑[3]。

c）极限评估

评估的主要目的是探测和获得元器件在热、力、电等应力作用下可承受的应力极限值，并评价极限的合理性。极限评估是针对元器件应用中所关注的相关功能性能和可靠性与规范之间要求的裕度和余量，以及在设计、材料或工艺方面的潜在缺陷，采取高加速应力和持续应力的方法获得极限能力，评估元器件在热、力、电等应力作用下可承受的应力极限值和失效模式，综合评价元器件极限能力的全过程[4]。 在认定中， 极限试验通常包括：温度应力极限、力学应力极限和电应力极限，极限试验项目因元器件类型而异。通过极限评估可了解元器件承受应力等的范围和界限，掌握认定的元器件实际能力与其厂家详细规范所标注的能力之间的裕度，为型号设计师使用时提供应用指导，同时根据摸底过程中元器件暴露的薄弱环节，可在后续CAST 采购规范编制时， 重点增加有针对性的试验项目和试验样品的数量，通过提高试验的条件筛选门槛来保证高可靠宇航元器件的选用。

通过产品功能性能分析、结构分析和极限评估，对元器件从结构设计的合理性、功能性能测试的全面性，以及元器件在热、力、电学等极限应力条件下的裕度和余量进行了全面评估，获得了翔实的试验数据，为宇航应用提供了充分的可用性依据，为型号元器件的选用提供应用指导。

2.5 认定检验

认定检验包括国军标鉴定检验和宇航特殊要求的考核试验。若元器件已通过第三方鉴定检验的考核，且国军标鉴定检验的要求完全满足宇航应用，则认定检验可不再重复进行；若元器件虽已通过第三方质量保证机构考核，但鉴定检验的要求不能完全满足宇航要求，则认定检验在鉴定检验的基础上， 需补充宇航特殊要求的考核。 以 TO-5 型继电器为例， GJB 65B 中鉴定检验未包含宇航应用时需关注的真空冷热浸试验高真空冷焊试验。因此认定检验时需按照宇航应用要求补充相关试验，充分考察元器件在宇航应用时的符合性。

2.6 应用验证

宇航元器件应用验证是指对元器件在宇航工程应用前开展的一系列的试验、分析、评估和综合评价等活动。由于元器件级的一系列试验、分析和评估工作已经完成，此处所指的应用验证，仅是根据卫星型号使用时的条件进行的元器件适应性评价。以力学环境适应性评价为例，由于元器件在宇航应用中的试验条件、安装边界条件、测试使用状态等都与元器件自身按标准开展的鉴定和筛选试验有很大的差别，并且元器件在宇航产品应用中动力响应放大，其实际动力响应值有可能在局部频段超出元器件的最大试验量级，导致元器件在宇航型号产品应用中出现许多元器件应力学环境适应性问题造成的失效和故障[5]。 且元器件设计定型后， 对在宇航工程中应用的力学环境适应能力评价不充分，缺乏相关的支撑数据，所以非常有必要从实际应用系统角度出发，对元器件进行力学环境适应性评价，全面掌握元器件的电性能和机械性能对力学环境的承受能力，提高元器件在宇航系统中的应用可靠性。

不同的元器件需进行的验证项目也不同，以C 4067R 型 16 选 1 模拟电路开关为例， 根据其性能特点，在型号应用时应关注电、力和热环境下的适应性，对其进行板级功能性能测试、拉偏能力测试和工作稳定性考核，以及板级力学和热学测试。

通过应用验证，为编制指导设计师选用和应用的应用指南提供数据和资料；通过分析验证时出现的问题，进行深入的举一反三，能有效地降低元器件空间应用时可能带来的风险。

2.7 应用指南

应用指南作为指导型号设计时选用和应用的有效工具之一，在认定流程中不可或缺，应用指南的作用可贯穿于型号研制阶段。数据详实的应用指南能够使设计师选好、用好元器件。通过元器件认定中涉及的产品功能性能分析、结构分析、极限评估和应用验证等一系列评估工作，积累大量的可用性数据，将这些数据进行汇总分析，形成应用指南，可有效地指导设计师选用。

2.8 采购规范

为保证正样产品的质量可靠性，在产品详细规范的基础上制定 CAST 采购规范， 对元器件过程控制，用户方下厂验收、补充筛选等相关要求进行明确规定，作为用户采购时所依据的标准。

3 案例分析

以国内某研制单位生产J 30JH 系列电连接器为例，认定按流程开展了以下9个方面工作：详细规范确认、 鉴定检验审查、 建立 PID 文件、 元器件评估、认定检验、应用验证、编写应用指南、制定采购规范和编写认定总结报告。详细的技术流程如图2所示。

图2 J 30JH 系列电连接器技术流程图

在对产品进行功能性能分析时，详细对比并分析了 J 30JH 和进口同型产品在结构尺寸和功能性能方面的异同，包括外观尺寸、绝缘电阻、介质耐电压、接触电阻、接触件插入力和分离力、啮合力和分离力、磁性等级，以及互换性，通过对比，明确国产和进口同型产品的一致性，为型号决策国产化替代提供了充分的试验依据。

充分考虑载人航天型号对元器件的特殊要求，在元器件评估中增加有害气体释放、霉菌试验、耐结露试验等试验的考核，评估连接器在特殊应用环境下的性能指标与载人航天工程型号要求指标的符合性。 通过评估， J 30JH 系列电连接器耐结露性能未达到型号要求。将此结论在应用指南中明确地指出，供设计师在连接器选型时有据可依。

在认定中，将连接器按照型号电装工艺进行装联工艺验证，特别是针对灌胶、压接及印制板安装等方面的验证。综合认定流程中各项工作结论，给出认定结论。

4 结束语

通过对覆盖需求—研制—应用全过程要素的宇航元器件认定技术流程的详细阐述，明确认定的系统性、有用性和有效性。为元器件的宇航应用提供了不可或缺的参考依据。

[1] 夏泓.关于中国宇航级元器件及标准体系的思考与建议[C]//2007 年中国国防工业标准化论坛.2007： 115-119.

[2] 夏泓， 毛喜平.空间级元器件及工程确认文件 [J].质量与可靠性， 2008， 25（5）： 28-31.

[3] 张磊， 夏泓， 龚欣. 宇航元器件结构分析技术研究 [J].电子产品可靠性与环境试验， 2012， 30（1）： 53-57.

[4] 张洪伟， 夏泓， 江理东， 等.宇航元器件极限评估技术研究 [J].电子元件与材料， 2011， 30（11）： 72-76.

[5] 马荣国， 范红梅， 肖军强， 等.宇航元器件力学环境适应性评价技术研究 [J]. 电子产品可靠性与环境试验，2012， 30（3）： 1-5.

Identification Process of Aerospace Parts Covering the W hole Process

SU Yu， XIAO Bo， ZHANG Ying， ZHANG Lei
（China Academy of Space Technology， Beijing 100029， China）

The paper presents a identification process of aerospace parts that cover the whole process elements from requirements， development and application.For the first time， the whole process elements including the user needs， production， evaluation， and verification are integrated in the identification process.This study is different from the past which paid more attention to components quality assurance.The technical process extends the concerts which starts at components production and end at components verification that simulates the conditions of use for aerospace applications.It may provide detailed data and reference to support components applied in aerospace engineering.

aerospace components； whole process elements； identification technology； process

V 443； TB 114.2

:A

:1672-5468（2014）01-0018-04

10.3969/j.issn.1672-5468.2014.01.004

2013-09-05

2014-01-10

苏妤（1983-）， 女， 宁夏银川人， 中国空间技术研究院宇航物资保障事业部工程师， 硕士， 主要从事型号元器件总体技术研究工作。