航天型号使用方的元器件保证实践

高海英， 何珍珍

（中国电子科技集团公司第三十二研究所， 上海 201800）

0 引言

电子元器件是构成航天型号电子产品的基本单元， 航天型号产品的可靠性在很大程度上取决于装机的元器件的可靠性。 元器件保证贯穿于元器件设计、 制造、 检验、 试验和应用全过程， 其总目标是防止因元器件在应用过程全生命周期内出现问题而使航天工程受到影响[1]。

元器件使用方是航天型号产品元器件保证工作中的重要一环， 是依据型号要求开展元器件包括监制、 验收补充筛选等质量保证工作要求， 保证装机元器件在贮存、 电子装联、 使用环节等方面符合相关标准和规范要求， 以及贯彻型号产品装机元器件失效分析和举一反三工作要求、 最终实施元器件质量检查确认的责任主体。 因此元器件使用方在型号产品研制、 生产过程中的元器件保证工作的有效性是航天型号产品装机元器件固有可靠性及使用可靠性的重要保证。

1 元器件保证策划

对于航天型号新研单机产品的初样、 试（正）样研制阶段的元器件保证工作和现役成熟产品的试（正） 样批投产阶段的元器件保证工作重点和工作项目不完全相同， 因此在型号产品研制生产初期开展元器件保证策划工作， 能够较早地明确产品在不同的研制阶段， 以及同一研制阶段但不同的研制进度下需要开展的元器件保证工作项目及其具体要求， 策划应在充分地识别型号产品特点和型号元器件保证要求的基础上， 依据元器件使用方元器件保证体系及人员配置、 设施/设备等各种特点来开展。因模样研制阶段涉及的元器件保证工作项目较少，故策划工作可不涉及模样研制阶段。

1.1 初样研制阶段的工作策划

一般地， 初样研制阶段工作策划的重点在于：元器件选用工作， 一般包括对选用的首飞进口/国产元器件的元器件级的评价和应用验证的需求分析和调研及组织实施， 对选用的目录外国产元器件的详细规范的审查、 同生产厂家签订补充协议， 元器件应力法的整机可靠性预计、 元器件降额设计分析、 CMOS 电路的抗锁定设计、 热设计分析、 力学设计分析和FMECA 等可靠性分析手段确认元器件设计选用的合理性； 在上述工作的基础上开展初样阶段的设计选用分析及评审工作； 初样阶段的目录外元器件申报和审批工作； 初样阶段投产装机元器件质量保证工作； 对选用的所有元器件通过初样阶段的应力筛选试验、 设计鉴定试验、 验收试验、 系统对接试验及其他可靠性验证试验来确认其单机应用场景下在模拟任务环境剖面、 电应力剖面下的可靠性及系统接口适应性。

1.2 试（正） 样研制阶段的工作策划

试（正） 样研制阶段工作策划的重点在于： 首先， 对于初样阶段元器件选用技术状态基线的保持和控制； 其次， 相对于初样阶段元器件更改进行应用可靠性设计分析及元器件级/整机级应用验证工作； 最后， 试（正） 样阶段的设计选用分析及评审， 重点针对相对于初样阶段元器件更改来进行评审。 试（正） 样研制阶段投产装机元器件的采购、监制、 验收、 补充筛选、 贮存和装机使用阶段的元器件保证工作。

1.3 试（正） 样批投产阶段的工作策划

试（正） 样批投产产品元器件保证工作策划重点在于： 对于元器件选用技术状态基线的保持和控制， 并将其体现在批投产装机元器件的采购、 监制、 验收、 补充筛选、 贮存和装机使用阶段的元器件保证工作中； 同时应针对涉及元器件更改的技术状态进行设计选用分析、 验证及评审工作。

2 设计选用

设计选用环节一般为新研单机产品开展的工作， 处于批投产阶段的产品一般不涉及该环节。

依据航天型号元器件保证要求， 设计选用环节主要的工作项目包括： 确认设计选用准则、 元器件设计选择、 目录外元器件详细规范的审查、 首飞元器件应用验证和元器件应用设计， 以及可靠性分析和设计选用评审等。 使用方设计选用的工作流程如图1 所示。

图1 设计选用工作流程示意图

2.1 确认设计选用准则

设计选用原则一般由型号元器件大纲提出， 是设计师进行元器件设计选用的基本输入， 除了型号元器件大纲要求的设计选用原则外， 相关设计师还应依据产品的应用部位、 六性要求， 确定研制产品元器件的设计选用原则。

因此， 基本的选用原则是： 优先选择型号选用目录内的元器件； 优先选择具有型号应用经历的元器件； 在性价比相当的情况下， 优先选择国产元器件； 依据研制阶段的不同来选择符合型号大纲要求质量等级的元器件； 目录外生产厂商， 国产元器件应选择型号总体认定的合格供应商名录内的生产单位， 进口元器件选择NASA、 ESCC 的合格供方。

2.2 元器件设计选择

元器件的设计选择应依据2.1 章节确定的设计选用原则， 根据型号产品元器件选用目录， 电路设计功能、 性能要求， 单机的可靠性要求， 降额设计要求， 静电防护要求， 电磁兼容性要求， 安全性、环境适应性要求等进行单机的元器件的设计选择，并遵循方案优选、 参数优化和裕度设计的“3 次设计” 原则[2]。

2.3 审查目录外国产元器件的详细规范和签订补充协议

2.3.1 审查详细规范

对于首次选用的低于规定质量等级的目录外国产元器件， 元器件使用方应组织开展元器件详细规范的审查工作。该项工作应在元器件质量保证机构的指导和配合下进行， 必要时还应组织各个相关方对详细规范的评审工作。

使用方应根据元器件功能性能要求， 包括元器件功能性能的可实现性、 关键电参数和设计保证参数等； 元器件可靠性要求， 包括元器件设计、 结构、 工艺、 材料的可靠性要求， 以及预期工作寿命下的可靠性指标、 降额要求、 最坏情况分析等； 宇航工作环境需求， 包括元器件工作的空间辐射环境、 空间原子氧环境、力学环境、 热学环境、 真空环境和电磁环境等[3]； 元器件相关国军标的要求， 对详细规范中的元器件性能参数的测试和考核方法、 质量一致性试验要求、 鉴定试验要求和筛选试验要求等方面与上述需求的符合性进行审查， 并提出审查意见和详细规范的更改意见。

2.3.2 签订补充协议

在上述审查意见的基础上， 若生产厂商的产品为货架产品， 详细规范不宜因用户意见进行修订时， 应与生产厂商在详细规范基础上签订补充协议， 以便提高供货元器件的质量和可靠性、 满足型号要求。

例如： 在为某型号运载火箭时序控制设备选用时序控制输出电路的固体继电器时， 考虑到对于研制的设备来说其大电流负载特性为其关键特性， 而该特性就取决于选用的固体继电器的过负载能力这项参数， 因此在确认了元器件的详细规范中参数满足设计要求的基础上， 对生产厂家提出大电流负载特性的专项测试要求， 并将该要求体现在对该固体继电器的补充协议中。

2.3.3 相关的其他工作

当选用的元器件生产厂商对于元器件使用单位涉及供方名录外或是该供方首次为型号产品配套时， 元器件使用方还应组织对元器件供方的评价工作， 必要时应邀请任务甲方或型号总体及元器件质量保证机构的人员参加， 以有效地识别并控制元器件选用的风险。

型号有要求时元器件使用方应委托质量保证机构在完成详细规范审查和生产厂商资质审查的基础上， 同生产厂商签订型号产品配套元器件的专项采购规范， 如SAST 采购规范、 CAST 采购规范和SAST-G 采购规范。

2.4 元器件评价和应用验证方案的制定和实施

2.4.1 元器件级评价验证

对于属于型号首飞的低于规定质量等级的元器件， 使用方应委托元器件质量保证机构按照Q/QJA 20037 及型号相关要求制定元器件级的应用验证和评价方案， 开展元器件级评价工作。 评价工作一般包括但不仅限于： 结构分析、 极限评估试验和抗辐照能力评估（航天器型号） 等[4]。

2.4.2 整机/模块级评价验证工作

元器件使用方应制定整机/模块级的应用验证评价方案， 处于研制阶段的产品应用验证工作一般随初样阶段的研制及试验验证工作开展， 应将元器件的评价及应用验证工作纳入产品的可靠性、 安全性和环境适应性等的评价验证工作计划， 随产品的研制计划逐步地开展。 尤其要提出的是， 对于可编程逻辑器件， 其评价验证还应包括可编程器件的硬件工具和其适用的软件工具[5]。

对于新研国产元器件或是首次使用的关键低等级进口元器件， 必要时还应考虑开展飞行阶段的试验验证工作； 一般用搭载方式实现， 搭载试验应纳入型号产品的研制计划， 以确保能够满足型号研制进度要求。

2.5 低保方案的制定

对于型号产品选用了低于大纲规定质量等级的进口元器件， 使用方应委托质量保证机构制定低等级的元器件质量保证方案， 并在型号要求的研制及生产阶段实施， 如自初样鉴定产品开始， 或是试/正样研制阶段开展。

2.6 元器件应用设计及可靠性分析

2.6.1 元器件应用的可靠性设计

在前期元器件选用工作的基础上， 应充分地落实型号产品元器件应用可靠性设计要求及相关类型元器件应用可靠性设计规范的要求， 这也是使用方元器件保证工作中的关键工作项目。

该项工作由电路设计师实施开展， 工作依据除了相关电路的设计经验、 继承性设计方案、 元器件手册和相关资料外， 航天标准中各类元器件的应用指南， 型号顶层文件中规定的六性设计准则和设计规范， 及各类元器件的常见失效模式和机理， 均是电路设计师进行电路设计， 开展元器件应用可靠性设计的依据。

2.6.2 元器件相关的应用可靠性分析

航天型号产品需要开展的可靠性工作项目中可靠性预计（应力法）、 降额设计与分析、 FMECA、FTA、 热分析、 力学分析、 容差分析、 电磁兼容性分析工作均和元器件相关， 通过上述分析工作， 可以验证产品的设计是否达到了规定的可靠性要求，也是保证元器件使用可靠性的基础。

2.7 设计选用评审

上述工作完成后， 单机产品具备开展元器件选用评审的条件， 元器件使用方应按照型号要求编制元器件选用分析报告， 该项工作是对前期元器件选用工作的总结。

同时选用分析报告中应对选用过程开展的专项工作一一罗列， 如详细规范的审查和闭环情况， 补充协议的签订情况、 元器件级评价和应用验证工作、 整机/模块级应用验证和评价工作、 低等级元器件质量保证方案的制定工作， 确保充分地反映元器件选用阶段的工作， 以供评审专家决策。

选用评审应逐级开展， 首先开展厂/所级评审，通过后申请开展系统级评审， 并应对每次评审的待办事项进行记录和闭环控制。

2.8 目录外元器件的审批

按相关型号要求对目录外元器件进行申报审批工作， 对于首飞目录外元器件还应编制专项论证报告， 随目录外审批表共同申报。 建议目录外选用的审批工作在元器件选用评审后开展， 可以确保审批工作有据可依， 并防止目录外审批的无效反复。

3 元器件采购

元器件使用方应按照型号产品研制流程要求，在相应的阶段开展元器件的采购工作。 元器件采购工作的实施应在以下工作基础上开展： 1） 元器件技术状态的确认； 2） 元器件采购数量的确定； 3）采购文件的编制和评审。

对于处于试/正样研制阶段的产品来说， 应确保采购元器件的技术状态， 包括型号规格、 生产厂商、 质量等级、 采购规范等与选用评审确定的基线一致。 确定采购数量时应考虑备份、 DPA 损耗及补充筛选的正常损耗并充分考虑利库； 在此基础上编制采购文件， 采购文件中除了上述信息还应反映补充协议要求、 批次要求和进度要求等必要信息。

试/正样批投产阶段产品， 除了上述工作外，应依据投产计划对投产的产品尽量地按型号或领域不同产品的组批投产， 可以实现同一型号、 不同产品共同备份， 减少DPA 损耗， 提高备份件和DPA件的利用率， 降低成本。

在完成上述工作的基础上， 可以编制采购文件， 组织设计、 质量、 科研人员等对编制的采购文件进行评审， 对元器件的合理性、 可获得性和经济性进行把关， 形成评审意见。

元器件采购合同至少包括： 产品名称、 型号规格、 采购数量、 单价、 交货进度、 技术标准、 质量等级、 下厂监制与验收、 DPA 和质量保证单位等信息。

元器件使用方对于采购过程中的质量或进度问题应安排专人进行及时跟踪和处理， 以防止对型号产品的研制和生产进度产生影响。

4 质量保证

质量保证工作， 包括监制、 验收、 DPA 和补充筛选（含低等级质量保证工作）， 这几项工作一般委托型号大纲认可的质量保证机构按照型号要求开展。

对于元器件使用方来说， 可在合同中要求生产厂商在向质量保证机构发送监制、 验收通知的同时向合同甲方抄送通知， 以便元器件使用方及时地了解元器件的生产进度并确认监制、 验收工作的开展。

5 贮存和发放

5.1 型号产品元器件库位的组建

元器件补充筛选合格， 开具了型号产品的装机合格证（老炼证） 后， 元器件可交付使用方入库使用。 依据型号产品元器件管理经验， 航天型号产品使用元器件的库位应按照专项专库、 不同质保要求的库房相对独立的原则建立。 这样可以防止不同型号、 同类型元器件的误领和误用， 并且要求存放的元器件应在物料系统中显示其批次信息和有效期信息。

5.2 元器件的贮存库房

按照型号要求的库房类别及条件存放元器件，对于静电敏感、 湿敏、 磁敏等的元器件应制定专门的制度保证其存放条件和流转符合相关要求。 对于有特殊要求的元器件还应予以特殊关注， 并制定专项贮存和流转要求。

应确保静电敏感的元器件在备料或存货区都有防静电控制， 元器件在流转过程中所用的运输工具、 支撑器或容器， 在电气方面接在一起[6]。

6 电子装联

元器件使用方应按照型号工艺保证大纲、 禁限用工艺要求和各类元器件航天电子装联工艺规范，开展产品的电子元器件电子装联工艺文件编制。 严格地按照元器件装联工艺规程正确装联， 静电敏感元器件按照相关要求规定控制安装过程， 为防止各类过机械应力、 过热应力、 化学应力和过电应力等损伤， 制定电子装联过程及在制品/已制品流转过程的防护要求， 装联后经检查合格后方能进行电子线路板的测试[7]。

7 装机使用

该阶段自产品调试阶段开始， 元器件使用方应按照Q/QJA 119 等相关标准制定在制品/已制品的调试、 测试、 流转过程的防静电损伤、 防机械损伤和防过电应力等方面的防护要求， 保证装机元器件的使用可靠性。

8 失效分析和举一反三

8.1 元器件失效分析和质量问题归零

对于航天产品用元器件在监制及其后段的生产、 验收和复验筛选过程中出现的重大失效， 在使用过程中出现的元器件失效， 需要开展元器件质量问题归零[8]。 而归零的职责划分中， 则按型号相关要求实施。

8.2 举一反三

元器件使用方对于本单位产品发生的及航天型号下发的元器件质量问题归零应全面统筹开展相关产品的举一反三工作， 例如： 指定专人负责元器件的举一反三及信息收集和统计工作， 如此既可以提高举一反三的效率， 还可以确保举一反三的有效性和可追溯性； 建立本单位航天型号元器件质量问题举一反三的数据库， 以便信息的可追溯性。

9 元器件质量检查确认

型号产品的元器件质量检查确认一般在产品转阶段、 交付前开展， 元器件使用方航天型号产品元器件检查确认的要素应按照型号大纲要求开展， 依据相关型号要求形成元器件专项报告， 并交型号总体汇总。

10 结束语

对于单机研制单位来说， 为了确保上述使用方元器件保证工作的实施， 依据型号元器件大纲， 研制和生产的产品特点及本单位的具体情况， 制定本单位不同型号元器件保证要求的实施细则及元器件保证策划， 是单机研制生产单位顺利有效地开展元器件保证工作的必要条件。 同时对于研制型号电子类单机产品的单位， 组织由有型号产品研制经验的人员及具备相关专业知识的人员， 共同组成专门的型号元器件保证队伍， 对型号产品研制生产过程中的元器件保证工作进行组织、 策划、 参与并监督实施， 也是型号产品元器件保证工作的有力保障， 可以提高型号产品元器件保证工作的质量和有效性。