应用新设备提高航天元器件管理能力

连锦根　刘靓燕

摘 要：航天元器件的管理能力是航天工程系统的重要方面，直接决定着航天工程能否顺利进行。新技术设备（包括实验设备和分析系统）可有效提高元器件的管理能力。分析了国内元器件管理方式和新技术设备对元器件管理能力的提升作用，根据传统元器件的管理模式提出了新设备与传统模式相结合持续发展的几点设想。

关键词：元器件管理；大数据；可靠性筛选；QPL航天元器件

中图分类号：V443 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.07.016

航天科技是衡量一个国家科技水平的重要参考指标，目前，世界航天大国和许多新兴航天国家已经将发展航天科技作为国家重点发展战略。而元器件作为航天工程中重要的硬件系统，占据着十分重要的位置。无论是航天探索，还是国防军工，都对元器件管理提出了非常高的要求，这就需要航天元器件具有非常高的可靠性和环境适应性，进而导致航天元器件的价格升高、日常管理更加复杂。

传统的航天元器件管理基于应用管理保障体系，可以有效地保障元器件的跟踪和控制。但随着航天工程的规模日益增大、航天技术的不断进步，元器件供应规模呈爆发式增长，成本也日益增加，这就要求对航天元器件管理机制进行改革，通过引进新设备系统，基于大数据处理方法，建立跟踪预测模型，以提高管理效率，确保航天工程顺利进行。

本文重点讨论航天元器件的管理方式，分析国内外元器件管理方法，总结元器件管理过程中的可靠性筛选问题，讨论被动式管理与基于大数据背景的主动式管理方法，并提出对元器件管理可持续发展的设想。

1 国内航天元器件的管理现状

随着我国航天事业的飞速发展，我国已跻身于航天大国的行列，但在航天元器件的管理方面仍与航天强国相差甚远。我国尚没有国家层面的航天元器件的专门管理机构，没有对航天元器件的选用进行统一管理，更重要的是，用于元器件管理的软、硬件系统还停留在传统记录模式甚至人工模式。应用管理中存在的主要问题如下。

1.1 航天元器件管理模式落后

相比于基于先进技术设备建立的美国的NPPL产品体系、欧洲的EPPL产品体系和日本的QPL航天元器件产品体系，我国在元器件管理模式上仍停留在软件记录甚至人工记录阶段，不仅效率较低，还无法对实时产生的管理数据进行分析处理，无法推动管理模式的主动式智能发展。

1.2 应用验证设备滞后

航天元器件只有经过充分验证，才能确保应用的可靠性。在我国，由于可靠性筛选方法和设备国产能力不足，先进设备尚需进口，导致航天元器件在工程应用中因未能筛选出可靠性高的元器件而存在大量故障，这说明了我国元器件的验证方法、设备较为落后，此类问题亟待解决。

随着我国航天技术的发展，航天工程对元器件的要求越来越高。因此，我们要学习和借鉴国外的航天航空管理经验，推动验证设备国产化，通过加强航天元器件的应用验证，促使航天工程利用好元器件，提高元器件应用的可靠性。

2 使用新设备提高元器件的管理能力

2.1 确保元器件的质量和可靠性

在元器件动态管理过程中，最重要的是要保证元器件的质量，通常采取的方法为可靠性筛选。可靠性筛选是指提前将容易在设备工作期间出现质量问题的元器件剔除，其广泛应用在元器件管理流程中。可靠性筛选是一种通过外加应力或检测办法进行的非破坏性实验，在不影响元器件失效机理的前提下进行的100%的实验，通过引进新设备并采用相关的筛选方法，可有效排除在工程实施时因元器件存在质量问题而导致的隐患，从而保证工程顺利进行。

元器件失效率随时间变化的过程可用“浴盆曲线”描述，从图1中可以看出，元器件失效率在使用寿命期处于稳定状态，但在早期会随时间的变化而出现大幅度下降。因此，通过引进新实验设备，促使元器件提前进入失效率稳定期，同时，剔除失效器件。

常用的可靠性筛选实验方法包括以下5种：①功率老化实验。元器件在生产过程中极易因工艺缺陷而产生可靠性隐患，同时，在贮存时也会受外界环境影响，进而导致参数指标下降，通过施加过电应力可检测出元器件前期隐患。②温度循环实验。元器件在合理循环高、低温冲击环境中会出现部分功能失效的现象，失效部分即为存在缺陷的不良品。③高温贮存实验。利用高温环境下化学反应加速的原理，可催化早期失效加速，从而剔除不可靠产品，而这一过程也会对良好的元器件起到稳定作用。④低温贮存实验。低温贮存采用物理引力作用对存在缺陷的元器件进行强度应力测试。⑤检查筛选实验。目前，集成电路采用目检、镜检或两者结合的方法，可有效检测焊接、键合和封装等可能引发的连接性缺陷。镜检设备包括但不限于声学、光学、电子显微镜和 射线等。

2.2 大数据背景下的航天元器件管理

大数据是信息科技领域的新发展方向，世界著名咨询公司麦肯锡最早提出：“数据已经渗透到当今每一个行业和业务职能领域，成为重要的生产因素，预示了大数据时代已经到来”。大数据通常可理解为无法在可接受的时间内用传统计算机技术和软、硬件工具对其进行获取、分析、处理和服务的数据集合。在元器件管理上，传统的管理系统可理解为被动式管理，主要功能限于记录和统计，而在大数据背景下，通过引进Hadoop和Mahout管理分析系统对管理过程中产生的结构化/非结构化数据进行分析并建立模型，可以为元器件的管理提供参考和预测。

2.2.1 统计分析

对目标进行过程分析、趋势图分析和过程能力分析，通过对比可得到直观的分布、波动规律。

2.2.2 聚类分析

聚类分析是指对物理或抽象对象的集合进行整理，并由具有某一相同特征的对象组成的多个类的分析过程。其中，类是未知的，可应用于探索性研究，从而挖掘更多有价值的信息。

2.2.3 BP神经网络

Back Propagation神经网络是仿照人类大脑工作模式，通过学习和储存大量的输入-输出模式映射关系，构建误差、反误差反向传播算法，从而建立相关模型。

通过提取并处理数据特征，可分别建立元器件数据库的采购、可靠性、使用率等深层模型，基于这些模型可得到管理过程的相关规律，这样既有效利用了既往数据，还能把握管理规律、降低成本和提高效率。在特征模型的基础上，通过优化算法可为不同工程系统提供可靠性的元器件使用预测，可为工程成本预算、缩短工期等提供参考，以保证工程的顺利进行。

3 新设备与传统模式相结合

3.1 增设新资源平台

随着电子技术的快速发展，民用器件在市场中所占的份额远超于军用和航天领域的器件。为了保证航天元器件的稳定供应和提高系统的可靠性，仅依靠市场调节是难以维持的，因此，要借鉴国外先进的管理经验，使用新的资源平台建立统一受控的供应途径。

比如，美国已建立的航天元器件资源平台NPSL，由NASA的NEPAG组织机构进行全方面的管理控制，在应用、研发和技术支撑等方面全面控制。NPSL共有2 000多页，是航天元器件的产品规范体系，包括元器件型号的规格、厂商、技术性能、预定的应用、规范依据和等级要求等。对于选择列入NPSL的航天元器件，必须经过NEPAG的审查评估。此外，在欧洲，为了能够在各成员国之间提供行业互认标准，充分利用各个成员国的有效资源，建立了统一的ESA航天元器件的选择目录（EPPL），以实现用户多元化选择，能覆盖大多数设计应用的元器件类型，从而减少品种种类、降低成本、提高效率和航天系统的可靠性。

3.2 使用新设备提高质量管理水平

航天元器件的质量保障是实现航天产品可靠性的基础，也是高技术系统工程研制部门经常采用的一种先进、有效的质量管理方法。通过对美国NASA和ESA的航天元器件质量保证工作的发展现状研究得出，航天工程系统对使用元器件质量的可靠性要求越来越高。由于我国元器件质量管理的设备和技术水平较为落后，导致其与航天日益增长的需求之间的矛盾不断加剧。因此，为了使我国航天工程协调、可持续地发展，需革新传统管理设备和管理模式，在元器件的采购、筛选、检测和使用过程中使用新技术和新设备，通过跟踪最新的可靠性筛选方法确保元器件的质量。

3.3 大数据背景下的元器件主动式管理

传统的被动式元器件管理模式已经无法满足日益复杂的航天工程系统。随着我国探月计划第二阶段的顺利完成，以及未来的火星探测计划，传统的基于静态、浅层特征的统计和建模已经无法满足需要，应充分利用大数据背景下数据处理的优势，采用技术先进的软、硬件设备，利用统计分析、聚类分析和BP神经网络等先进的处理方式，对管理过程中运行的数据进行实时处理并深层建模，分析并利用元器件管理的深层规律，从而为即将展开的航天工程提供可靠参考。

4 结束语

航天元器件的管理急需深层次的更新，在传统航天元器件管理依然占据主流的前提下，应采用新技术、新设备与传统模式结合的方式，使用新设备更新可靠性筛选实验技术手段，保障元器件的质量，合理利用大数据处理方法，变被动管理为主动管理，从而实现航天元器件管理的可持续发展。

参考文献

[1]姚莉，王敬贤，蔡娜.国内外航天关键元器件发展初探[J].航天标准化，2013（1）：26-29.

[2]何叶华.元器件可靠性筛选简介[J].无线电工程，1982（8）：44，56-57.

[3]谈清辉.国有企业科技档案检索方法提升与大数据管理探究[J].档案学研究，2014（10）：60-63.

〔编辑：张思楠〕

Abstract： The management is an important aspect of aerospace components aerospace engineering systems， directly determines aerospace engineering can proceed smoothly. New technology equipment（including laboratory equipment and analytical systems）can effectively improve the management capacity of components. Analysis of the components to enhance the role of domestic management and new technology equipment parts management capabilities， according to the traditional management model put forward new equipment components with the traditional model of combining Some Ideas for sustainable development.

Key words： parts management； big data； reliability screening； QPL aerospace components