航空元器件应用验证模式探讨

王旭亮

（93128部队，北京，100000）

文 摘：面对航空装备元器件自主可控的严峻形势，开展元器件应用验证不失为当前工业基础水平下，提升国产元器件工程保障能力的一种有效方法。在对航空元器件以往验证模式及其存在问题进行分析的基础上，对新的应用验证模式进行研究探讨，提出具体解决措施及实施方法，目的在推动当前元器件自主可控工作的开展。

航空装备为了满足使用要求，对所使用的元器件性能、可靠性和环境适应性要求越来越高。元器件应用验证是元器件质量与可靠性保证工作在积累多年经验、教训的基础上，面对新形势，应运而生的新需求。应用验证是指在型号工程应用前开展的一系列试验、分析、评估和综合评价工作，用以确定元器件研制成熟度和型号工程适用度，并综合分析评价得出其可用度[1-3]。通过验证试验，能够尽早发现设计、制造缺陷和质量隐患等 “不好用”问题，改进产品进而促进其成熟；通过对元器件全面指标体系试验评价，解决用户数据缺乏、应用风险不明而决策困难的 “不敢用”问题；通过发布应用指南，有效指导应用，解决用户选择错误、应用不合理等 “用不好”问题。应用验证是在目前的元器件工业基础上，立足用户，为解决国产元器件 “不好用、不敢用、用不好”问题，使国产元器件达到满足装备性能需求，实现装备元器件自主可控的一项重要工作。

1 验证模式现状

1.1 以前应用验证情况

航空元器件应用验证主要针对新研制的、成熟度低的国产元器件进行，包括自定义新研元器件和国产化替代元器件。目前航空元器件的应用验证需求虽然得到了主管部门和航空用户的重视，但所进行的验证工作仅是在某些厂、所自发进行的一些零散试验。

以航空工业某院为例，之前开展元器件应用验证主要是借助承担的型号任务及试验平台，进行基于装机的验证试验，主要有两种模式。

a）国产化替代元器件。采购部门在出现进口元器件采购困难时，提出替代需求及可能用于替代的国产元器件建议，设计人员进行替代可行性分析。如可行，则制定替代验证试验大纲，验证试验分为原理性验证和装机验证，原理性验证采用工艺件进行；装机验证为结合产品交付进行。但是，无论是这里所说的原理性验证还是装机验证，实际上都是针对元器件单个使用部位和使用环境的局限性的装机验证。

b）自定义新研元器件。按照研制程序 （方案、初样、正样和鉴定阶段）开展元器件研制工作，新研元器件应用验证是以元器件研制初样阶段的装机试用和研制正样阶段的装机验证的形式进行的，并不是在元器件完成鉴定后开展的完全立足于用户的应用验证。所以这种应用验证的性质本质上是元器件研制阶段的一个简单的用户验证，其目的主要是验证产品是否达到了该阶段的研制要求，是否具备转入下一个研制阶段的条件。比如，初样阶段的用户试用主要验证产品的功能性能是否满足研制要求，正样阶段的装机验证主要验证产品的联适性和局限于某一单个系统的环境适应性。

1.2 存在问题

根据对以往验证情况的梳理和分析，可以看出，以前的应用验证与真正意义上的应用验证是存在差距的。我们开展应用验证的目的是通过一系列的试验、分析、评估和综合评价工作，来确定元器件的研制成熟度和型号工程适用度，并综合分析评价出可用度。而以往的应用验证只注重试验及其结果是否满足特定部位的使用要求，而未对元器件本身的成熟度、工程适用度进行较为全面的评估，验证不充分。具体来说，存在以下几方面主要问题。

a）验证项目不完整。要分析评估元器件的研制成熟度，就应关注元器件的研制要素。从成品元器件角度，应针对元器件的固有可靠性开展充分验证。而以往的验证，缺少了元器件级的验证项目，不能针对元器件的固有可靠性进行充分验证。

b）验证环境未全面覆盖。以往的验证总是基于某个型号的某个使用部位进行，验证环境条件就是该部件进行环境试验的条件，没有对航空元器件的使用环境进行归纳分析，形成共性验证环境。因此，经过这种验证的元器件只能保证在指定部位和指定环境下适用，不具有普适性，无法推广应用。

c）验证平台未建立健全。以往的板级以上验证，一般随型号进行，成本高、周期长，且带来的问题是验证用的工艺系统一个型号一个样，各型号间不通用，验证设备也复杂庞大且不通用。

d）新研元器件缺乏基于提高成熟度为目的的应用验证。以往对新研元器件的验证，实际上是元器件研制过程中的用户试用，缺少了在元器件通过鉴定后开展的应用验证环节，验证不充分，没有形成良好的用研闭环，以致于新研元器件往往在通过鉴定后的批产交付使用中，质量问题频发。究其原因，是新技术、新设计、新工艺、新材料等带来的新研元器件成熟度低所导致。

2 解决措施及方法

针对以上问题，迫切需要对航空元器件应用的特殊性和典型性进行分析，在现有基础上，统筹规划，加紧建设航空元器件应用验证平台，建立航空元器件应用验证标准和相关制度，提升航空元器件应用验证技术和能力，带动与元器件制造厂商的良好互动，形成用研闭环，解决航空元器件应用突出问题，推动提升国产航空元器件保障能力。

2.1 梳理航空元器件应用验证需求，明确目标

变以往 “来什么验证什么”的被动验证为主动规划验证。梳理航空装备型号进口元器件使用情况，分析进口元器件的对外依存度与可行的自主可控途径 （储备、替代、研制），从而主动确定应用验证需求 （对替代和研制进行应用验证）。根据全面推进自主可控的要求，统筹规划应用验证工作，根据国产化急迫程度制定应用验证工作计划，并按计划开展应用验证。

这里的统筹，是对不同型号使用的同一规格元器件统筹进行应用验证。因此，在开展国产化替代和国产新研时涉及到元器件选用统型的问题，最好由军方或相关工业集团主管部门牵头，组织航空元器件统型工作，归拢元器件规格与厂家，以提高应用验证的经济性。

2.2 分析航空元器件应用环境特点，确定条件

航空武器装备飞行过程中会经受温度、气压、湿度等各种环境影响 （如经受严寒、高温、湿热、暴晒等各种恶劣环境）。姿态、振动、加速度等各种应力影响，复杂电磁环境下强电磁干扰，以及以上各种环境和应力的反复变化和相互交变。在未来，航空武器装备逐渐向海上和临近空间领域拓展，也使得航空武器装备的环境适应性要求更为严苛。因此，航空武器装备对使用的电子元器件提出了更多更高的要求。

为保证航空武器装备长航时、重复性使用的需求，航空元器件需要具备小体积、轻重量、低功耗，适应低气压、高温、低温、高相对湿度、大温度梯度变化等严酷环境要求的特点。此外，航空武器装备使用的一个重要特征是在装备服役期的几十年里，需要在功能和性能满足要求的前提下，保证产品的可靠性和系统稳定性。尤其是导弹产品，具有 “长期存放，一次使用”的鲜明特征，其长期贮存稳定性要求极高。因此航空元器件必须在满足功能、性能以及各种环境适应性的同时，具有高可靠性，包括瞬态可靠性和长期可靠性。

鉴于航空装备产品多样性、各型产品环境条件差异较大的实际情况，航空元器件要想实现在一个包络全部航空产品使用环境的条件下进行一次验证是困难的。因此，可将航空元器件的应用环境归为机载环境、挂载环境和地面环境等几类。按照分类，研究制定每一类的共性验证环境条件，以尽可能达到 “一次验证、多型使用”的目的。

2.3 探索航空元器件应用验证方法，创新模式

针对以往元器件验证在方法上存在的弊端，应本着 “一次验证、多型使用”的普适性原则，探索航空元器件应用验证的新方法，并在实践基础上，完善固化，要注意以下几个关键环节。

a）要进行全面的元器件级验证。元器件应用验证的重点工作应放在元器件级别，只有关注元器件级别的验证，才能摸清元器件设计、生产的真实情况，摸清元器件的边界能力和固有可靠性，才能为使用提供裕度范围。元器件级验证要包括全参数测试、关键参数特性曲线绘制、结构分析、极限评估、寿命强化[2]等内容。具体如下：①在进行全参数测试时，应以进口元器件的参数指标及测试条件为依据，进行全覆盖的参数测试；②在进行关键参数特性曲线绘制时，应以进口元器件参数手册提供的典型曲线为参考，结合实际使用情况，确定需进行绘制曲线的参数和影响参数的条件，如温度变化下的电流曲线 （I-T曲线）等；③在进行结构分析时，应将元器件分解到最小结构单元，对每一结构单元的全部结构要素进行检查，分析元器件结构是否适合相应工程应用范围；④在进行极限评估时，应选取关注的要素，并制定合理的试验范围以及步进条件；⑤寿命强化时可在鉴定检验的寿命试验基础上加强进行。

b）开展基于典型使用电路的板级验证。为达到普适性的目的，板级验证不能只基于实际使用的某个电路进行，应更加注重典型使用电路的验证。具体可将国产器件分为几类开展板级验证：①功能性能简单的器件，可仅按典型使用电路开展板级验证；②功能性能复杂的器件，可在基于典型电路验证的基础上，增加基于实际使用电路的专用性验证，以确保验证的覆盖性；③ASIC（专用集成电路）等专用器件，则可仅按实际使用电路进行板级验证。

c）选取按典型电路进行设计使用的系统进行系统级验证。验证的环境条件应充分包络实际使用时可能存在的环境条件。按照前面所述的航空应用环境分类，选择合适的验证环境条件进行，如果器件功能复杂，尤其是涉及系统时序设计、软件适配性等，则可采取随实际产品进行试验的方式进行，以保证系统可靠性得到充分验证。