推動宇航元器件自主可控具體工作建議措施

秦雪雪 關(guān)月英 方雷 丁夏 楊驊 徐慧春

摘 要：文章總結(jié)了宇航用戶實際微觀體驗，分析了宇航元器件自主可控過程中生產(chǎn)廠面臨的挑戰(zhàn)，歸納了用戶遇到的實際困難。結(jié)合工作實踐經(jīng)驗，從加強“用研”溝通、信息共享和成果共享三個方面，提出推動宇航元器件自主可控工作具體措施建議。

關(guān)鍵詞：微觀體驗;宇航元器件;自主可控;措施建議;自主研制;研制周期

中圖分類號：TP39文獻標(biāo)識碼：A文章編號：2095-1302（2019）09-0-04

0 引 言

隨著近期國際局勢演變，中美貿(mào)易摩擦的升級，44家中國企業(yè)（包含中國電科多家研究所）被美國列入禁運清單，宇航元器件自主可控十萬火急。

宇航領(lǐng)域自主可控元器件是指元器件產(chǎn)品及形成該產(chǎn)品全過程的全部要素不受制于外國或他人，航天用戶可以公開并穩(wěn)定地獲得元器件的電學(xué)和環(huán)境性能、可靠性、供貨周期和價格等適宜航天型號的元器件。元器件產(chǎn)品當(dāng)前或長久的獲得存在受制于外國或他人的損失風(fēng)險，經(jīng)評估其風(fēng)險可接受或者有規(guī)避風(fēng)險的措施，元器件的電學(xué)或環(huán)境性能、供貨周期、穩(wěn)定性和價格在預(yù)定時間內(nèi)適宜航天型號的元器件稱為可控的元器件[1]。本文討論的重點是宇航元器件領(lǐng)域，替代引進產(chǎn)品的國產(chǎn)化元器件在研制、推廣以及使用過程中涉及的相關(guān)問題。

1 關(guān)于宇航元器件管理體制的宏觀觀點

在過去的十幾年，眾多宇航元器件相關(guān)專家以及學(xué)者從宏觀角度進行了系統(tǒng)分析以及論述。綜合分析，在我國宇航元器件自主研制能力尚顯薄弱的前提下，僅由宇航用戶及型號項目牽引實施的元器件選用控制模式無法在全局范圍實現(xiàn)元器件自主可控目標(biāo)，目前宇航元器件的管理模式尚需改進完善。宇航元器件自主可控領(lǐng)域部分研究觀點摘錄見表1所列。

我國宇航元器件自主研制能力的提高及其宏觀管理模式的發(fā)展與完善需要日積月累、量變引起質(zhì)變的長期工作。針對自主可控形勢，面對我國宇航元器件自主研制能力和管理模式的實際情況，本文在用戶方的微觀體驗基礎(chǔ)上，從生產(chǎn)廠以及用戶兩個角度分析目前宇航元器件自主可控工作遇到的困難和問題，從具體工作角度給出措施建議。

2 宇航元器件自主可控用戶微觀體驗

2.1 生產(chǎn)廠遇到的困難

2.1.1 替代研制，困難重重

按照目前多數(shù)宇航元器件國產(chǎn)化工作模式，國產(chǎn)元器件生產(chǎn)廠根據(jù)宇航用戶的使用需求，啟動替代進口產(chǎn)品的研制工作，原則上要求功能兼容、性能相當(dāng)。

在滿足宇航用戶的特定使用條件前提下，可能受到器件陶瓷封裝、尺寸、管腳定義等多重限制;結(jié)合宇航應(yīng)用，又增加了抗輻照及多種附加可靠性要求，導(dǎo)致生產(chǎn)廠研發(fā)替代進口低等級產(chǎn)品（尤其是塑封非抗輻照產(chǎn)品）過程困難重重。再加上國內(nèi)生產(chǎn)工藝、設(shè)計水平等差距，導(dǎo)致存在研發(fā)周期長、技術(shù)困難大、功能性能不完善等缺陷，在推廣使用時，存在裝聯(lián)工藝、可靠性、電性能隱患多等問題。

甚至有部分項目立項后，由于研制困難太大導(dǎo)致撤項。例如某A/D轉(zhuǎn)換器，某公司承研，經(jīng)過四年艱苦研發(fā)，投入數(shù)百萬元經(jīng)費后，最終由于國內(nèi)工藝技術(shù)水平限制暫停研制，損失重大。

而生產(chǎn)廠在正向研制時遇到的限制就小得多，同時在正向設(shè)計時可以充分結(jié)合設(shè)計師的實際應(yīng)用需求，更好地找到生產(chǎn)廠研制能力與用戶需求的良好結(jié)合點。例如某混合集成電路雙速轉(zhuǎn)換器，從指標(biāo)提出到最終產(chǎn)品交付，在“用研”雙方充分溝通的基礎(chǔ)上進行正向研制。從項目立項到產(chǎn)品交付，進展順利，很好地滿足了用戶的實際需求，同時為生產(chǎn)廠創(chuàng)造了經(jīng)濟效益。

2.1.2 更新迅速，難趕潮流

在現(xiàn)有管理模式下，用戶設(shè)計師選用某款引進器件完成單機設(shè)計后，各級主管部門經(jīng)層層統(tǒng)計上報，國產(chǎn)化詳細(xì)需求才傳遞到各元器件生產(chǎn)廠，從選用到最終申報是一個漫長的過程。而生產(chǎn)廠從接到需求到最終設(shè)計定型，即使在國內(nèi)設(shè)計、工藝水平能夠滿足研制的條件下，至少需要2～3年研制周期。部分難度較大的器件，例如大規(guī)模集成電路，從研制到最終產(chǎn)品批量供貨，可能需要5年甚至更長時間。推廣到市場使用后，還可能發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題并改進。雖然在宇航領(lǐng)域很多應(yīng)用繼承性強的元器件產(chǎn)品的生命周期相對商業(yè)應(yīng)用更長，但有一些單機更新?lián)Q代頻繁的領(lǐng)域，例如衛(wèi)星有效載荷的單機性能也會根據(jù)用戶不斷提高需求而加速相關(guān)元器件更新?lián)Q代。

國產(chǎn)化產(chǎn)品最終研制成功后，推廣應(yīng)用時往往遇到國外更新?lián)Q代產(chǎn)品的競爭，而此時，如果整機用戶對體積、功耗、速度等方面要求提高，那么國產(chǎn)化器件就很難滿足新要求。此時對國外更新?lián)Q代產(chǎn)品的國產(chǎn)化需求又提出來，研制單位只能繼續(xù)開展替代研制工作，長此以往，惡性循環(huán)。

而生產(chǎn)廠如果能夠領(lǐng)先國外量產(chǎn)產(chǎn)品現(xiàn)有水平開始研制，往往能夠助力產(chǎn)品獲取競爭優(yōu)勢。例如某整流二極管，根據(jù)用戶的需求，在國外廠家尚未推出量產(chǎn)產(chǎn)品的情況下，某生產(chǎn)廠已開始研制，使產(chǎn)品研制占領(lǐng)先機，后續(xù)市場推廣預(yù)期良好！

2.2 用戶遇到的問題

2.2.1 遷移成本巨大，耗時費力宇航成熟設(shè)計多為繼承設(shè)計，經(jīng)長期摸索，結(jié)合在軌應(yīng)用經(jīng)歷，在國產(chǎn)化產(chǎn)品直接替代進口的場合下，若簡單參照引進器件參數(shù)，會帶來諸多問題。

用戶設(shè)計師需要對國產(chǎn)器件參數(shù)性能及其與進口產(chǎn)品的差異進行細(xì)致分析評估后調(diào)整外圍設(shè)計，進行匹配應(yīng)用，該過程費時耗力，同時可能存在許多隱性風(fēng)險，其難度與風(fēng)險并不亞于重新設(shè)計。

同時由于產(chǎn)品封裝差異，裝聯(lián)工藝往往存在巨大風(fēng)險，不經(jīng)實際應(yīng)用裝聯(lián)驗證，所遇到的問題往往難以預(yù)料。例如某廠家電源芯片在某用戶單機上首次電裝時發(fā)現(xiàn)芯片19腳SS/TR端與1腳對地短路，后經(jīng)廠家分析為焊接時焊接粘連造成，另外該器件還發(fā)現(xiàn)芯片N1無輸出電壓的情況，經(jīng)分析排查為焊接不良導(dǎo)致。

綜上，國產(chǎn)化器件應(yīng)用時，遷移成本巨大，型號項目應(yīng)用團隊費時耗力。

與此對應(yīng)的，上述正向研制的雙速轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品在實際交付后，由于是與用戶共同定義產(chǎn)品，在研制過程中進行了充分驗證，因此使用效果良好。

2.2.2 試錯成本較高，風(fēng)險巨大

國外主流元器件生產(chǎn)廠家經(jīng)過多年積累，依托全球需求，成熟產(chǎn)品經(jīng)歷多輪設(shè)計迭代和廣泛應(yīng)用;同時產(chǎn)品更新?lián)Q代較快，針對應(yīng)用細(xì)節(jié)設(shè)計考慮充分，產(chǎn)品手冊數(shù)據(jù)詳實，用戶體驗較好。而某些國產(chǎn)化產(chǎn)品，從裝聯(lián)工藝細(xì)節(jié)到調(diào)試等使用細(xì)節(jié)考慮不充分，用戶體驗較差。

例如某生產(chǎn)廠國產(chǎn)化PROM芯片在燒寫時無法對空位自動寫“0”，燒寫過程中需手動填寫，與航天軟件質(zhì)量管理流程不符，導(dǎo)致正樣產(chǎn)品燒寫工作無法進行，后廠家對燒寫器進行升級解決了該問題。

在用戶體驗不好的同時，應(yīng)用國產(chǎn)化替代產(chǎn)品時，裝聯(lián)工藝風(fēng)險、電性能風(fēng)險、可靠性風(fēng)險等多種風(fēng)險并存，器件正式使用時質(zhì)量問題風(fēng)險概率大增。在宇航單機上應(yīng)用后，若發(fā)現(xiàn)器件質(zhì)量問題，一般會進行歸零工作，應(yīng)用單機的進度、質(zhì)量、人員投入等成本高昂，同時項目進展風(fēng)險巨大。

3 建議措施

在自主可控形式急迫的當(dāng)下，針對我國宇航元器件自主研制能力和管理模式現(xiàn)實情況，作為一線宇航元器件相關(guān)從業(yè)者，建議從三個方面加強工作。

3.1 完整定義產(chǎn)品，加強“用研”溝通

生產(chǎn)廠的產(chǎn)品研發(fā)人員與用戶方實際使用設(shè)計師在研發(fā)階段進行充分溝通是國產(chǎn)化器件研制的前提，特別是模擬電路、分立器件等，其外圍電路與器件電參數(shù)等特性密切相關(guān)，國內(nèi)外產(chǎn)品的設(shè)計、工藝和封裝差異往往造成最終指標(biāo)及應(yīng)用細(xì)節(jié)出現(xiàn)偏差。

但實際的“用研”溝通情況尚有很大差距。一方面由于國產(chǎn)化元器件需求統(tǒng)計采用各廠、所上報至各研究院，再上報至集團公司的層層傳遞形式，最終生產(chǎn)廠競標(biāo)拿到的研制任務(wù)需求與用戶實際使用要求錯位。另一方面，很多生產(chǎn)廠對“用研”早期溝通不夠重視，過多依賴競標(biāo)時傳遞的指標(biāo)要求（國外產(chǎn)品規(guī)范等），而較少考慮實際使用時元器件將面臨的應(yīng)用狀態(tài)和其他具體應(yīng)用限制條件。

例如某國產(chǎn)化穩(wěn)壓二極管，廠家研制完成后交付用戶試用時，經(jīng)使用設(shè)計師測試才發(fā)現(xiàn)，其齊納值偏高，無法應(yīng)用。齊納電壓值過高會引起用戶電路保護邏輯錯誤而產(chǎn)生電路誤動作，嚴(yán)重時可導(dǎo)致產(chǎn)品因誤保護而無法開機，由此，生產(chǎn)廠的研制計劃被嚴(yán)重推遲。甚至還出現(xiàn)過生產(chǎn)廠研發(fā)元器件到正樣研制階段后，其研發(fā)人員才第一次與實際使用設(shè)計師對接的情況。

由此，生產(chǎn)廠需高度重視對“產(chǎn)品定義”的理解，在產(chǎn)品滿足用戶提出的指標(biāo)前提下，需要對產(chǎn)品本身的功能性能進行完整定義，明確應(yīng)用邊界條件，除顯性技術(shù)指標(biāo)外，應(yīng)充分分析產(chǎn)品應(yīng)用隱含的技術(shù)要求和特性。研發(fā)人員在對產(chǎn)品的技術(shù)認(rèn)識不斷清晰的基礎(chǔ)上，加強“用研”溝通意識，提高設(shè)計人員的溝通表達能力，從用戶單機實際使用角度考慮元器件指標(biāo)和關(guān)鍵功能性能，與實際使用設(shè)計師進行深入有效的溝通交流。

同時，對一線使用設(shè)計師需求的分析梳理，往往會促成正向自主研制的寶貴機會，可以規(guī)避逆向替代研制的種種問題。一線使用設(shè)計師的需求是生產(chǎn)廠最重要的市場線索。

3.2 全面歸集研制進展及使用信息，及時全面共享

如前論述，國產(chǎn)化新型器件相較引進器件可能存在更多工藝、可靠性、電性能等方面的隱患，前期生產(chǎn)廠研制過程中遇到的問題，以及用戶在初期發(fā)現(xiàn)的使用問題是一筆特殊的財富，可以使后期研制與使用者少走彎路，有效避免“重復(fù)交學(xué)費”現(xiàn)象，具有很強的參考價值。另外，不同渠道立項的國產(chǎn)化項目除了項目申報用戶之外，往往存在多個潛在用戶。突破國產(chǎn)化項目申報用戶限制，及時向潛在用戶通報研制進展，將非常有利于國產(chǎn)化器件推廣，為后期各用戶選用奠定基礎(chǔ)。

目前各生產(chǎn)廠以及相關(guān)宇航物資管理部門在信息共享方面尚有較大差距。首先，生產(chǎn)廠內(nèi)部不同項目之間，不同研發(fā)團隊之間遇到問題各個擊破，缺乏統(tǒng)籌與積累。其次，同一款產(chǎn)品不同用戶使用時有可能遇到相同的問題，未及時通報，往往遇到問題解決問題，就事論事、以解決當(dāng)前用戶問題為目標(biāo)。最后，由于多種立項渠道，例如各型號的自主可控項目，多渠道的新品任務(wù)，個別用戶發(fā)起的自主可控任務(wù)等，主管部門不同，管理模式各不相同，缺少公共信息平臺，無法實時收集、通報各研制項目進展，往往產(chǎn)品最終進入用戶方選用目錄時才能被應(yīng)用設(shè)計師查到，但在前期研制階段的相關(guān)信息很難廣泛為一線用戶所知。

信息共享缺失導(dǎo)致的使用問題、推廣問題實例很多。例如某國產(chǎn)化D/A存在接地焊盤與管腳之間間距過小，焊接時易橋連短路，同時存在采用雙時鐘模式時開機時延隨溫度變化的現(xiàn)象。某單位某型號正樣單機使用時發(fā)現(xiàn)了這些問題，導(dǎo)致多塊正樣單板封存，嚴(yán)重影響科研生產(chǎn)進度的同時造成較大經(jīng)濟損失。后經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，數(shù)月前，另一家用戶單位使用該器件時已發(fā)現(xiàn)該問題，但無專門機構(gòu)及時對其他用戶進行通告。另外，某生產(chǎn)廠二極管國產(chǎn)化產(chǎn)品已進入某院元器件優(yōu)選目錄，但由于信息未公開通報，其他用戶依然選用對應(yīng)的引進器件，直到一次偶然的國產(chǎn)化論證清查，用戶才從某院目錄網(wǎng)站查到，自此才開始改用國產(chǎn)化產(chǎn)品。

建議生產(chǎn)廠建立包含標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計準(zhǔn)則等內(nèi)容在內(nèi)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，并根據(jù)技術(shù)發(fā)展不斷修正，不同產(chǎn)品可以在不同標(biāo)準(zhǔn)模塊基礎(chǔ)上堆疊，這樣的技術(shù)架構(gòu)有利于生產(chǎn)廠內(nèi)部不同項目、不同團隊之間的技術(shù)信息共享。在此基礎(chǔ)上，生產(chǎn)廠需進一步完善細(xì)化產(chǎn)品使用手冊、應(yīng)用指南等產(chǎn)品數(shù)據(jù)包，對用戶從工藝、電性能調(diào)試、燒錄等角度進行全面規(guī)范，有效指導(dǎo)用戶使用。

建議宇航元器件相關(guān)管理部門增強對國產(chǎn)化元器件研制進展以及質(zhì)量問題統(tǒng)一通報的意識。密切關(guān)注各生產(chǎn)廠在研的不同國產(chǎn)化項目，及時通報研制進展，為各型號的一線使用設(shè)計師在選型之初提供參考。另外相關(guān)部門應(yīng)密切關(guān)注各用戶在國產(chǎn)化器件試用、使用過程中遇到的問題、解決方案、失效分析結(jié)論、后期注意事項等，采用案例法列舉、問題處理進展通報等形式開拓信息化渠道，實時通報、更新，最終建立起自主可控元器件使用數(shù)據(jù)庫，更好地服務(wù)廣大用戶。

3.3 加強應(yīng)用支持，認(rèn)可用戶付出，“用研”共享成果

用戶的應(yīng)用驗證數(shù)據(jù)及使用經(jīng)驗對國產(chǎn)化器件的改版完善彌足珍貴，有時甚至是一款產(chǎn)品成敗的關(guān)鍵。從某種意義上說，離開用戶的驗證、試用（試錯）過程，一款國產(chǎn)化器件不能算完成研制。而目前的國產(chǎn)化項目構(gòu)成很少考慮用戶應(yīng)用成本，用戶很難分享到國產(chǎn)化元器件成功的成果，與用戶方在實際使用過程中所承擔(dān)的巨大風(fēng)險和投入極不相稱。

在具體工作中，除安排的應(yīng)用驗證工作外，其他國產(chǎn)化元器件研制過程中用戶需要對初樣樣品、正樣樣品進行試用。若無合適試用場合，樣品試用需要單獨投產(chǎn)驗證、進行額外調(diào)試等工作;在無經(jīng)費支持的前提下，試用工作往往不被用戶列入科研生產(chǎn)管理流程，在用戶單位科研生產(chǎn)進度緊張的背景下，試用周期較長、推動困難。

建議相關(guān)管理部門在國產(chǎn)化項目中充分認(rèn)可用戶的作用和價值，在項目立項時考慮實際用戶的驗證（試用）成本以及最終使用時所承擔(dān)的風(fēng)險成本（試錯成本、遷移成本、用戶體驗下降等）。爭取進一步完善應(yīng)用驗證工作安排，將實際試用工作列入用戶方科研生產(chǎn)管理流程，并給予國產(chǎn)化產(chǎn)品首用單位和相關(guān)設(shè)計師適當(dāng)?shù)臉s譽和獎勵;從政策上真正重視用戶，重視試用及使用，使用戶也可以同生產(chǎn)廠共同分享國產(chǎn)化成果。

4 結(jié) 語

本文從用戶微觀體驗層面總結(jié)了宇航元器件自主可控工作中，生產(chǎn)廠與用戶面臨的實際困難，結(jié)合實際工作，從加強溝通、信息共享和成果共享三個方面給出推動宇航元器件自主可控工作切實可行的建議。

在紛繁復(fù)雜的國際形勢下，在技術(shù)、管理均與發(fā)達國家存在明顯差距的現(xiàn)實條件下，宇航元器件自主可控工作的推動需要各級管理機構(gòu)、元器件生產(chǎn)廠、第三方質(zhì)量保證機構(gòu)、宇航型號及最終用戶等統(tǒng)一思想，群策群力，從小處著眼，從具體工作入手，兢兢業(yè)業(yè)、腳踏實地開展工作！

參 考 文 獻

[1]夏泓，李京苑，李應(yīng)選，等.航天元器件自主與可控概念及量化研究[J].電子元件與材料，2013（7）：50-53.

[2]朱佳曦.基于自主可控目標(biāo)的宇航元器件管理體系研究[D].武漢：武漢工程大學(xué)，2015.

[3]張延.歐美航天元器件保障體系經(jīng)驗探討[J].電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗，2013，31（S1）：341-345.

[4]晉文亮.國外航天元器件發(fā)展現(xiàn)狀與思考[J].航天標(biāo)準(zhǔn)化，2009（3）：30-35.

[5]王敬賢，江理東，張偉.航天關(guān)鍵元器件國產(chǎn)化分析及工程實施[J].航天標(biāo)準(zhǔn)化，2012（4）：6-9.

[6]孫鵬.半導(dǎo)體器件壽命影響因素分析及處理辦法[J].工業(yè)技術(shù)，2016（6）：24.

[7]朱旭斌，張偉，張皓東.航天關(guān)鍵元器件自主可控需求工作思考[J].航天標(biāo)準(zhǔn)化，2013（3）：26-28.

[8]鄭磊.電子設(shè)備企業(yè)元器件自主可控推進工作探討[J].電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗，2016，34（5）：47-50.

[9]朱旭斌，付婉月，靖連天，等.航天元器件自主可控工程風(fēng)險管控技術(shù)研究[J].質(zhì)量與可靠性，2015（6）：39-43.

[10]肖鳳娟，趙艷濤.航天型號元器件自主可控工作的實踐與思考[J].航天工業(yè)管理，2013（4）：23-26.