面向复杂元器件应用风险的预警机制研究

2020-04-14熊园园蔡娜靖连天

航天标准化 2020年1期

熊园园蔡娜靖连天

（中国航天标准化与产品保证研究院，北京，100071）

文摘：以风险理论为基础，按工程项目和元器件所属阶段对应用风险分类，构建风险预警指标体系，根据变化趋势予以预警警示，从源头降低元器件应用风险，建立复杂元器件应用风险预警系统，提出 “多判断-多响应”预警流程，为复杂元器件的成功应用提供有力支撑。

预警思想起源于军事领域，最早应用于金融经济方面。风险预警在经济领域已经形成相对成熟的体系[1-3]，逐渐推广至各行业领域。其中，关于元器件风险预警的研究主要集中在预警制度、预警方法和模型、预警管理体系等方面。2006年，孙华山[4]根据企业生产状态曲线，将预警管理分为三项内容：风险预警策划、风险诊断和风险干预，用具体数值表示预警监测指标，确定危机预警值域及等级划分，并根据数值的变化或变化趋势，发出不同程度的警报。2013年，侯茜[5]提出安全风险管理应由 “被动应对型”向 “主动预警型”转变的思想，并选取新员工比例、员工工龄结构、事故隐患以及事故等作为预警指标，建立一种简单易行的安全生产管理预警模型。

复杂元器件是航天武器装备的重要基础和战略性资源，对装备性能提升作用重大；对装备自主保障影响重大；是技术难度和带动作用重大的关键器件，对于我国国防建设和国家安全具有重要的意义。为加速复杂元器件成果推广，全面提升航天型号元器件自主保障能力，有必要对复杂元器件应用风险预警机制展开研究，将事后处理变成事前预防和控制，保证工程目标的顺利实现。

1 复杂元器件应用风险分类

复杂元器件应用风险可视为元器件应用过程中导致目标不能完成的因素发生的概率及其产生的后果。复杂元器件由于采用了大量的新设计、新工艺、新材料，具有一般风险的客观性、突发性、多变性和相对性等特征外，还具有其独有的特征。为了更好的分析复杂元器件应用风险，对应用风险进行分类研究。

1.1 按工程项目划分

我国武器装备研制工程项目中，一般将元器件应用风险分为三大类：技术风险、管理风险和保障风险等，如图1所示。

a）技术风险。技术风险是指使用新技术、新材料、新工艺、新设计带来的技术上风险，具体体现在技术途径、工艺方法和技术方案的不成熟性引起的损失，设备、检测手段达不到要求等产生的风险。具体可细分为器件无法满足要求、产品技术状态不受控、器件结构不合理等。

b）管理风险。管理风险是指由于计划、组织、控制等管理工作达不到预定的要求造成的研制时间延迟、成本上升或研制失败等风险，由于项目研制过程复杂、协作面广，在研制过程中受到各种不确定因素的影响，造成管理缺陷。可细分为有效沟通协调不足，采购计划不合理，过程控制不严等。

c）保障风险。保障风险是指在元器件研制过程中，人、物、料不足以提供保障，延误元器件研制进度，影响元器件生产。具体可细分为人员能力和素质不足、外购材料渠道不顺畅、设备不满足试验需求等。

图1 复杂元器件应用风险按工程项目分类

1.2 按元器件阶段划分

根据元器件所属阶段，可将元器件应用风险分为研制生产和装机应用两个阶段，包括研制、生产、使用设计和分析、装联、调试、验证试验等6个方面内容。

1.2.1 研制生产阶段

研制生产阶段包括元器件研制和生产，由元器件研制单位实施，复杂元器件在研制生产中主要存在以下风险。

a）技术状态未充分固化风险。部分复杂元器件虽完成鉴定，但由于未进行批量生产，缺少供货的经历，导致生产工艺和生产过程未完全固化，产品的参数一致性和可靠性仍有待进一步的验证和提高，从而造成产品的技术状态的变更。

b）外协外购多、生产周期长风险。复杂元器件研制难度大、原材料生产成本高，导致部分工序外协（如信号处理器件的芯片流片外协）、部分原材料外购（如管壳材料）。延长了复杂元器件的生产周期，增加了研制过程的风险因素。

c）生产环境控制不严、操作不当风险。元器件生产环境（防静电、洁净度、温湿度等）对元器件批次质量至关重要，如果控制不严格、生产过程中可能引进多余物、芯片静电损伤、水汽含量超标等问题。

1.2.2 装机应用阶段

装机应用阶段包括4方面工作：使用设计和分析、装联、调试、验证试验等。此阶段相关工作均由用户主导，但由于器件的复杂性，需要研制单位提供更多的应用支持。复杂元器件在装机应用阶段主要存在以下风险。

a）系统设计不合理风险。元器件在装联前，系统需要全面考虑可靠性设计要素（如降额设计、热设计、电磁兼容设计、静电防护设计、耐环境设计等），并且要关注元器件封装结构是否发生变化、对接口设计是否作了相应更改。

b）装联操作不当风险。器件装联需要经历引线成形处理、安装/焊装、清洗、三防等操作步骤，在操作过程中防护措施不到位，可能引入过应力（电、热、机械）和多余物等，可能对器件造成损伤。

c）调试风险。器件在调试过程中可能存在调试程序不合理、调试软件不匹配、调试操作规程不完善，导致调试工作无法顺利进行。

d）验证项目不全面、考核不当风险。对整机工作中经历的环境剖面过考核或者欠考核都会对器件使用可靠性产生影响。验证试验项目的设置没有充分考虑器件的特性和应用要求，没有在地面进行充分验证，都可能导致器件缺陷没有及时暴露出来。

2 风险预警系统

2.1 风险预警系统组成要素

顾海兵[6]提出预警三阶段理论：明确警义、寻找警源、分析警兆并预报警度，用五种颜色分析归纳预警方法：黑色预警、黄色预警、红色预警、绿色预警和白色预警。本文在预警三阶段理论的基础上，结合复杂元器件风险预警工作特点，将预警工作分为明确警义、寻找警源、分析警情、预报警度及防控警情等五部分内容。根据研究对象的具体特征明确警义，以风险评估理论为指导，运用科学的技术手段寻找警源，按风险可接受水平设定风险的警限，通过分析警情与警限的偏离值确定警度，采取有效措施实现排除隐患、防控警情的目的。根据预警工作内容确定风险预警组成要素包括警情、警义、警源、警限及警度，复杂元器件应用风险预警系统组成要素的详细说明如图2所示。

图2 复杂元器件应用风险预警系统组成要素

2.2 风险预警系统指标体系

风险预警系统指标体系构建是风险预警的第一步，其指标体系以复杂元器件应用风险研究为输入，对复杂元器件应用风险进行识别，形成风险清单，从风险的可能性、敏感性、严重性三方面建立三维预警指标，如图3所示。在风险识别的过程中，每步都有反馈环节，且在得到风险识别结果后，还需修正、完善风险识别输入，通过不断迭代，使应用风险指标体系更加准确。

2.3 风险预警系统流程

典型的预警流程以项目全过程及参与生产活动的各单元为主，从事故预防的角度，制定合理可行的应急救援方案，意在变事后处理为事前预防。预警流程将风险预警理论思路转化为具体应用，以风险预警指标体系为基础，通过构建预警模型实施风险预警。本文提出的 “多判断-多响应”复杂元器件应用风险预警流程如图4所示，“多判断”是指：①所关注的风险实际情况与管控目标之间是否出现偏差；②偏差的范围是否超出警限。 “多响应”是指：针对两个判断做出的行动决策，既包括确定警情、分析警源、构建预警指标体系，提出防控警情方案，又包括在实施各项风险预警的基础上，定期收集反映各项风险实际情况的相关数据。一般包括以下几个方面内容。

a）确定预警输入，即构建风险预警指标体系，基于对可能性、严重性和敏感性因素的分析，构建三维风险预警指标。

b）明确预警输出结果，即确定预警界限与预警信号输出。

c）由预警输入到输出结果的逻辑分析，即建立风险预警模型。

d）预警模型的应用研究，由预警结果确定预警管控对策。