人工智能在商業(yè)元器件保證中的應(yīng)用

蔡娜 王敬賢 張偉 劉文寶 李艷波 付婉月

（航天標準化與產(chǎn)品保證研究院，北京，100071）

文 摘：從人工智能相關(guān)技術(shù)出發(fā)，根據(jù)商業(yè)航天元器件供應(yīng)保證的新需求，探討人工智能在商業(yè)航天元器件供應(yīng)保證中的應(yīng)用，提出將人工智能技術(shù)應(yīng)用于元器件供應(yīng)保證系統(tǒng)、元器件的研制生產(chǎn)、元器件的質(zhì)量保證中，構(gòu)建起智慧標準、智慧制造和智慧保證三大體系，實施面向商業(yè)航天的全新的供應(yīng)保證模式。

人工智能是機器 （計算機）執(zhí)行某些與人的智能有關(guān)的復(fù)雜功能的能力。在20世紀50年代出現(xiàn)的人工智能，是利用計算機模擬人類的學(xué)習(xí)和推理能力。在計算機性能大幅提升之后，人工智能的深度學(xué)習(xí)成為可能，讓其在各個領(lǐng)域的應(yīng)用更為靈活且可靠[1]。人工智能的應(yīng)用領(lǐng)域包括專家系統(tǒng)、博弈、定理證明、自然語言理解、圖像理解和機器人等[2]。

航天是高技術(shù)產(chǎn)業(yè)，是前沿技術(shù)領(lǐng)域，對人工智能系統(tǒng)需求很大。隨著人工智能技術(shù)的迅速發(fā)展并逐漸成熟，人工智能技術(shù)在航天領(lǐng)域的應(yīng)用不斷拓展，從衛(wèi)星上的機械臂，到月球探測器上的空間機器人，再到空間站上的人工智能技術(shù)。近年來，在全球新一輪工業(yè)革命的大背景下，中國商業(yè)航天熱度上升，逐漸成為航天事業(yè)發(fā)展的一個主要方向。商業(yè)航天與軍用和民用航天在運營模式上完全不同，需要構(gòu)建一套全新的運營和管理體系。

筆者從航天系統(tǒng)最基礎(chǔ)也最關(guān)鍵通用的元器件入手，探討如何利用最前沿的人工智能技術(shù)有效解決商業(yè)航天元器件保證新需求，實施商業(yè)航天元器件保證新體系。

1 商業(yè)航天元器件保證新需求

商業(yè)航天活動是指按照市場規(guī)則配置技術(shù)、資金、人才等資源要素，以盈利為目的的航天活動。商業(yè)航天從資本需求角度進行運作，旨在通過市場化競爭，降低航天活動成本，帶來全新的思維方式、發(fā)展理念和商業(yè)模式。從世界范圍來看，發(fā)展商業(yè)航天，不僅需要設(shè)計研發(fā)、制造總裝、運營服務(wù)等組合支撐的產(chǎn)業(yè)鏈，更需要按照市場化模式運作的商業(yè)鏈條。

近年來，國內(nèi)外商業(yè)航天蓬勃發(fā)展，OneWeb有600多顆衛(wèi)星的星座計劃，SpaceX則提出驚人的總數(shù)為4425顆衛(wèi)星的星座計劃；中國也有上百顆星座計劃。成百、上千顆的衛(wèi)星交付使用，給作為系統(tǒng)基礎(chǔ)的元器件的性能和可靠性提出了更為復(fù)雜的要求，給元器件的選用、采購、配套和質(zhì)量保證工作帶來了前所未有的壓力[3]。

面對商業(yè)航天低成本、低風(fēng)險、批量化、市場化等特點，商業(yè)航天元器件保證需要突破現(xiàn)有以國家投入為主的航天元器件供應(yīng)和保證模式，以 “好、快、省”為原則，創(chuàng)建中國商業(yè)航天元器件供應(yīng)和保證新體系。

2 人工智能應(yīng)用于商業(yè)航天元器件保證

商業(yè)航天用元器件要求在質(zhì)量、成本和進度上都能滿足工程應(yīng)用，需要系統(tǒng)化和體系化，做到平衡優(yōu)化，降低工程風(fēng)險，滿足商業(yè)航天工程適度的質(zhì)量與可靠性。根據(jù)商業(yè)航天工程特點，優(yōu)化元器件供應(yīng)保證模式，分析影響元器件的質(zhì)量、成本和進度的主要因素，利用人工智能相關(guān)技術(shù)，提出系統(tǒng)性的解決方案。從影響商業(yè)航天元器件保證的全流程出發(fā)，分析確定主要影響因素為元器件的質(zhì)量、成本和進度，通過實現(xiàn)系統(tǒng)三要素的優(yōu)化平衡，建立商業(yè)航天元器件供應(yīng)保證模式，如圖1所示。將上述三要素配置要求及輸出結(jié)果，進一步規(guī)范化、體系化，形成智慧型標準，指導(dǎo)智慧制造和智慧保證，覆蓋元器件設(shè)計、生產(chǎn)、采購、應(yīng)用等全部供應(yīng)保證環(huán)節(jié)，供應(yīng)保證全鏈條一體化、智能化。

2.1 元器件標準智能化，實現(xiàn)智慧標準

專家系統(tǒng)[4]的概念于20世紀60年代提出，它是一種能夠仿效某專業(yè)領(lǐng)域?qū)＜一驅(qū)＜医M的知識和推理能力的計算機程序，是人工智能領(lǐng)域最活躍、關(guān)注最多的一個分支。它與數(shù)據(jù)庫的本質(zhì)區(qū)別在于，它將事實與描述事實之間關(guān)系的規(guī)則聯(lián)系起來，從而具有初級的類似人智能的推理能力。

商業(yè)航天元器件標準從標準研制、標準應(yīng)用和標準管理等方面都需要充分利用人工智能技術(shù)實現(xiàn)標準的高質(zhì)量和高效益，實現(xiàn)智慧標準。

● 在標準研制中，利用大數(shù)據(jù)和專家系統(tǒng)，建立質(zhì)量成本效益模型，從成熟的軍用元器件標準、宇航元器件標準中分析、判斷和提煉出能夠滿足商業(yè)航天元器件的技術(shù)指標參數(shù)體系、試驗項目和條件、抽樣方案等，實現(xiàn)標準的適應(yīng)性、正確性和可操作性。

● 在標準應(yīng)用中，利用大數(shù)據(jù)和專家系統(tǒng)，快速識別和選出適用的標準，根據(jù)型號元器件應(yīng)用環(huán)境等要求，指導(dǎo)實現(xiàn)標準要求和試驗環(huán)境的選配。如利用元器件封裝、結(jié)構(gòu)等相似性分析，在質(zhì)量一致性的A組～D組試驗中實現(xiàn)已有試驗數(shù)據(jù)的替代，從而大大節(jié)省試驗成本。

● 在標準管理中，特別是在標準審查環(huán)節(jié)，利用大數(shù)據(jù)和專家系統(tǒng)，在確定標準技術(shù)指標和質(zhì)量保證要求正確性、全面性及可操作性方面將更加科學(xué)和量化。在標準動態(tài)管理中，利用大數(shù)據(jù)和專家系統(tǒng)，通過科學(xué)比對，及時更新標準技術(shù)內(nèi)容，并實現(xiàn)快速動態(tài)發(fā)布和應(yīng)用。

2.2 元器件研制智能化，實現(xiàn)智慧制造

元器件研制生產(chǎn)是供應(yīng)保證的源頭，現(xiàn)有軍用航天元器件由于要求高質(zhì)量與可靠性，試驗項目和條件嚴苛，卻又是多品種、小批量，從而導(dǎo)致軍用航天元器件成本高、周期長。需要借助人工智能的相關(guān)技術(shù)，構(gòu)建商業(yè)航天元器件研制模式。

建立智能化數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，充分利用試驗數(shù)據(jù)，優(yōu)化試樣組合，合理設(shè)計試驗項目，節(jié)約試驗成本。目前軍用航天元器件的試驗基本是針對每一品種開展，在產(chǎn)品供貨檢驗即QCI檢驗上實行逐批檢驗，對于試驗時間、應(yīng)力、溫度等試驗條件均采用最嚴格的要求，致使研制試驗成本居高不下。面向商業(yè)航天對元器件低成本要求，需要設(shè)計出在滿足適度質(zhì)量與可靠性要求下的低試驗費用的方案。①在試驗項目設(shè)計上合理組合、樣品復(fù)用，在試驗條件上合理分級，或利用已有如軍品試驗結(jié)果數(shù)據(jù)替代等方案，節(jié)省試驗和樣品成本。②利用相似性原理，如在結(jié)構(gòu)、工藝、封裝等一致的情況下，可采用已有同類產(chǎn)品或同樣封裝的試驗數(shù)據(jù)替代，節(jié)省試驗費用。③利用人工智能的圖像識別技術(shù)判斷產(chǎn)品本身是否有缺陷，改變顯微鏡等人工檢測手段，提高試驗速度，降低試驗成本和人力成本。

智能化生產(chǎn)控制設(shè)備是確保供應(yīng)大批量、短周期的商業(yè)航天用元器件的基礎(chǔ)。商業(yè)航天元器件由于數(shù)量大，具備批產(chǎn)條件，但如果過程控制不到位，就會出現(xiàn)量越大，不合格產(chǎn)品越多，成本攀高的惡性循環(huán)。商業(yè)航天元器件的生產(chǎn)控制需要智能化手段。在現(xiàn)有MES（Manufacturing Execution System）系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過對產(chǎn)品研制中關(guān)鍵技術(shù)指標或用戶關(guān)心的技術(shù)指標進行全過程監(jiān)控，數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常及時調(diào)整，生產(chǎn)過程全程受控，并可實現(xiàn)與客戶信息的及時反饋，實現(xiàn)智能制造，就可以在提高產(chǎn)品質(zhì)量一致性的同時降低生產(chǎn)成本。

2.3 元器件保證智能化，實現(xiàn)智慧保證

航天元器件的高可靠除了產(chǎn)品固有可靠性高外，用戶方的保證發(fā)揮了巨大作用，包含元器件目錄管理、供應(yīng)商管理、優(yōu)化選型、評價認定、應(yīng)用驗證、采購、監(jiān)制驗收等重要工作，但同時也容易導(dǎo)致航天元器件成本高、周期長。為了滿足商業(yè)航天元器件保證工作的新需要，需要科學(xué)合理地建立元器件保證新模式。

●在目錄和供應(yīng)商管理方面，充分利用人工智能技術(shù)，借鑒已有航天元器件目錄產(chǎn)品和供應(yīng)商數(shù)據(jù)。一方面，對擬進入目錄的產(chǎn)品和供應(yīng)商進行全面評價，將產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良、綜合實力優(yōu)秀的供應(yīng)商納入商業(yè)航天供應(yīng)鏈系統(tǒng)，提供優(yōu)質(zhì)資源；另一方面，對已在目錄內(nèi)的元器件和供應(yīng)商進行動態(tài)管理，智能識別判斷出風(fēng)險點，提前預(yù)防控制，做好源頭控制。

● 在優(yōu)化選型方面，利用智能技術(shù)，利用大數(shù)據(jù)和專家系統(tǒng)等，開展系統(tǒng)設(shè)計，開展價格成本分析，從總體到單機到部組件、元器件一體化設(shè)計，不單依靠元器件選用降低成本，應(yīng)綜合考慮性價比、質(zhì)量和供貨周期方面，實現(xiàn)單機設(shè)計、總體設(shè)計效益最大化。如高價格抗輻射元器件的選用，開展已有數(shù)據(jù)適用性分析診斷和整機防護方案的比對分析，給出一體化的低成本抗輻射方案。在元器件選型方面要壓縮型號規(guī)格，盡可能選用成熟元器件，開展新型器件 （SOCSIP等）、COTS器件選型研究。

●在評價認定和應(yīng)用驗證方面，利用人工智能開展元器件分級分類和已有數(shù)據(jù)適用性分析判斷工作，對確需開展的評價認定和應(yīng)用驗證工作實施一體化和類別化，提高專業(yè)覆蓋率和數(shù)據(jù)效益最大化。

●在采購管理方面，利用智能化的物聯(lián)系統(tǒng)，綜合考慮各種影響因素，判斷和匹配出最佳的采購進度和經(jīng)費組合方案，實施集中采購和分批分期采購。在滿足工程進度要求的同時，更為重要的是降低采購和管理成本。

● 在監(jiān)制驗收、失效分析等質(zhì)量保證方面，要充分利用生產(chǎn)廠產(chǎn)品資料數(shù)據(jù)和已有的用戶監(jiān)制驗收和失效數(shù)據(jù)，對于產(chǎn)品質(zhì)量進行智能化的分析與判斷，節(jié)約人力成本，實現(xiàn)質(zhì)量保證結(jié)果的共享共用，提高保證工作效益。

本文根據(jù)商業(yè)航天工程特點，通過利用人工智能技術(shù)中的大數(shù)據(jù)、圖像識別，專家系統(tǒng)等技術(shù)，提出建立面向商業(yè)航天的元器件供應(yīng)保證新模式，搭建智慧標準，智慧制造，智慧保證三大體系，實現(xiàn)商業(yè)航天元器件 “好、快、省”目標，全面支撐商業(yè)航天工程發(fā)展。隨著人工智能技術(shù)不斷發(fā)展，其在商業(yè)航天領(lǐng)域的應(yīng)用將不斷深入和拓展，后續(xù)還應(yīng)持續(xù)地進行跟蹤研究，不斷創(chuàng)新和完善商業(yè)航天元器件供應(yīng)保證工作。