基于数据分析的军用元器件选用控制体系研究∗

李延杰 陈 波 申永青 王 坦

（1.空军研究院系统工程研究所 北京 100076）（2.航天科工防御技术研究试验中心 北京 100854）

1 引言

元器件是武器装备的基本组成单位，其可靠性的高低直接影响整机系统的可靠性水平。元器件设计选用管理是构成系统固有质量的前端控制点，也是提升装备整机质量可靠性的有效手段。当前，元器件选用管理控制信息化水平普遍较低，管控手段指导性不强，管控措施难以落地，直接导致产品因元器件设计选用产生的问题居高不下，亟需结合工程实践开展元器件选用控制方法的优化研究工作［1～4］。

2 元器件选用控制现状分析

为了规范、指导设计师对元器件的设计选用，国内很多单位普遍编制元器件选用目录，但选用目录更新及时性、信息化程度普遍不高，造成了选用目录对设计师开展前端设计指导性不强，导致“超目录”变成一种普遍现象。而且存在技术落后的元器件屡屡出现在新产品上，技术领先应用经验丰富的器件却得不到推广的现象，此外元器件选用目录应贯彻物资压缩、品种压缩的原则，但由于缺乏有效数据支撑，压缩的效果不明显。分析原因，主要有以下几个方面［5～6］:

1）缺乏统一规范的元器件应用信息数据资源库，元器件设计选用缺乏可靠性信息支撑。设计师在元器件设计选型时基本主要关注元器件的性能参数指标，对其可靠性水平、使用履历、应用成熟度等信息的了解往往只能依靠个人或团队经验，缺乏可靠性数据支持的有效途径，直接导致有问题的元器件被重复选用或难以选取最优的元器件，降低了产品的可靠性水平。

2）优选目录更新手段落后，缺少成熟的数据关联算法和模型，传统选用目录仅依靠一小部分专家定期进行识别查新工作，无法保证效率低和动态及时性。从数十万种元器件海量数据中识别出部分器件作为优选元器件，无法直接通过人工手段进行识别、归类、汇总、分析，急需对数据相关性算法和模型进行研究。

3）缺乏先进的元器件选用管理平台，元器件的选用评审、审查信息化程度低。元器件选用目录内元器件的型号多为品种系列，查询不便且难以通过信息化的手段对某产品的元器件选用情况进行评估管理，而且元器件选用超目录审批为线下进行，大大增加了对产品元器件选用的管控难度，导致低可靠性元器件及超目录元器件装机使用的情况时有发生，对产品的可靠性水平十分不利。

3 元器件选用控制体系框架设计

针对存在的问题，面对新形势，元器件选用控制体系应以信息化、知识化与智能化为目标，围绕元器件选用目录信息化系统的建设为中心，通过信息数据收集、选用目录系统数据库建设、基于数据分析与决策的软件架构设计、管理审批流建立、面向应用与管理的功能模块建立等方面着手，搭建元器件选用控制体系［7］，基本框架如下。

1）元器件完备信息数据收集

数据信息是支撑决策的基础，元器件数据的全面性、完备性与准确性对元器件的选用指导至关重要。元器件信息数据的收集应覆盖器件的全寿命周期的关键环节，比如器件的设计环节（性能参数、结构设计、材料选用等）、生产环节（采用标准、质量等级、流片要素、封装要素等）、采购环节（合格供方、物资编码、进口器件颜色等级、国产器件质量保证等级等）、可靠性试验环节（新品鉴定、应用验证、筛选能力及履历、DPA履历）、应用环节（任务性质、应用环境、应用部位、是否禁限用等）以及失效履历情况。

图1 元器件选用控制体系框架

2）元器件可靠性试验信息系统建设

元器件选用目录系统一般在内部网络运行，而元器件的可靠性试验数据由外网分散的试验设备与试验环节产生，数据存储于相关联的工控机上。为了高效、完备地为元器件选用目录信息化系统提供试验信息数据支撑，需要研究建立可靠性试验信息系统，在保证信息安全的前提下建立外网的可靠性试验信息系统与内部网络的元器件选用目录系统的访问机制。

由于各试验设备和工控机未相互连接，因此，可靠性试验信息系统建设的第一步是让所有设备及工控机实现互联，通过交换机和非密服务器的方式进行连接，组成“外部试验网”。搭建完成后试验人员可在外部试验网上完成整个试验流程，同时将所有可靠性试验数据存储在外部服务器中，定期将外部试验网上的所有可靠性试验数据通过光盘等媒介传输到元器件选用目录信息化系统上，如图2所示。

图2 可靠性试验信息系统示意图

3）元器件可靠性数据分析与决策

以当前的选用目录数据信息为基础，建立与导入的可靠性试验信息数据之间的关联算法，利用数理统计的方法对选用目录内的元器件进行可靠性分析，重点对元器件失效数据开展分析。以寻找各型号失效案例之间的共性，找出各型号在研制、生产、元器件选用等方面的薄弱环节，提升系统可靠性为目的，研究系统现有失效数据分析的统计方法，进而将所需的统计查询功能集成在信息系统中，拟利用故障树查找法寻找各类器件在系统上失效的相关性。每个类型的元器件相应的失效模式和可能失效原因都不同，需要对各类元器件失效模式进行分类。由于每类元器件自身也是由各个部分和结构组成，可以等同于一个小系统，因此为了分析的准确性和严谨性也需要建立元器件故障树，故障树中每一类失效原因对应相应的失效案例。

通过设定合理的权重比和数据分析算法，将可靠性试验数据与元器件的推荐指数进行关联，同时将元器件全寿命周期的各个环节的信息进行加权统计，形成元器件选用目录优选排序算法，对库内元器件进行自动识别和判断，及时将早期产品、电参数性能和质量一般、工艺不先进、已有可替代产品的元器件推送审批流进行剔除审批，同时将满足选用目录整体需求的通过应用验证等相关试验的、符合元器件技术发展、性能先进、质量管控良好、通用性强、满足型号要求的尚不在选用目录中的元器件推送审批流进行准入审批，并动态更新元器件推荐指数，为设计师设计选用以及选用目录动态更新提供决策支撑［8］。

4）信息系统应用与管理功能模块建立

面向设计师的使用需求以及上级部门的管理要求，优化元器件选用目录系统的功能性与友好性，实现型号的分类管理，覆盖用户所需的全部信息显示功能，设计强大的信息搜索关联功能，能够实现型号选用进口器件与国产元器件按照型号规格、性能指标等多个字段关联，提供每个型号选用进口元器件所对应的国内可参考替换的器件信息［9～10］（没有可替换产品的除外），同时建立目录内元器件的类别树，可实现元器件按类、字段等关键信息进行模糊查询功能。此外，重点建立元器件目录内外比对功能，能够生成比对分析报告，作为管理评审依据，有效提升元器件的选用控制水平［11～12］。

图4 元器件选用目录系统部分功能示意图

5）元器件选用审批流建立

元器件选用审批流主要包括超目录选用审批流、选用目录准入审批流、选用目录剔除审批流。审批流的建立应充分考虑操作性、有效性、指导性、高效性与复用性，抓重点环节，缩短管理链条，发挥指导性作用，促进元器件选用管控水平的提升。

4 结语

通过围绕搭建元器件选用目录信息化系统，收敛元器件全寿命周期可靠性数据，凝练数据挖掘、分析与决策算法，嵌套管理控制职能，能够在质量管理上实现从“局部引导总体”向“上级引导下级”转变，实现元器件选用的统一有效管理，切实提升高可靠领域用元器件的选用及管控水平，推动元器件国产化的进程，提升产品的可靠性水平。