新時(shí)期航天計(jì)算機(jī)產(chǎn)品化工作實(shí)踐

胡巧玉、張嶠、李鵬娟 /西安微電子技術(shù)研究所

近年來，新研型號(hào)的配套產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)和元器件自主可控等要求日益提高，計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展更加傾向于多功能綜合化、系統(tǒng)小型化和工程實(shí)現(xiàn)上的高效率與成本控制。而針對特定應(yīng)用場景進(jìn)行定制開發(fā)的新產(chǎn)品研制模式，存在開發(fā)效率低、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)高和成本控制難的問題，不能適應(yīng)新時(shí)期型號(hào)任務(wù)多、批量大、質(zhì)量要求高、成本控制嚴(yán)的要求。為了適應(yīng)航天領(lǐng)域快速發(fā)展的新形勢，破解型號(hào)研制周期短、質(zhì)量要求高、資源保證難、成本控制嚴(yán)的局面，西安微電子技術(shù)研究所大膽創(chuàng)新改革型號(hào)和產(chǎn)品管理工作模式，推廣模塊化理念，探索建立通用產(chǎn)品研制、驗(yàn)收、選用新模式，創(chuàng)新激勵(lì)機(jī)制，以解決制約產(chǎn)品化工作管理模式落地的深層次問題，不斷開創(chuàng)產(chǎn)品化工作新局面。

隨著型號(hào)種類快速增加、研制與批生產(chǎn)周期不斷壓縮、競爭性采購常態(tài)化，資源保障緊張、進(jìn)度壓力增大、質(zhì)量問題多發(fā)、經(jīng)濟(jì)效益下降等問題日益凸顯。研究所作為單機(jī)單位，經(jīng)過多年的產(chǎn)品化經(jīng)驗(yàn)積累和摸索，總結(jié)出單機(jī)產(chǎn)品“去任務(wù)化、去型號(hào)化”工作應(yīng)從單機(jī)產(chǎn)品向標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)單元、標(biāo)準(zhǔn)板卡、模塊級(jí)產(chǎn)品以及IP 核縱向拓展，從底層做起，從具有獨(dú)立功能的模塊做起，通過建立標(biāo)準(zhǔn)單元庫，更好地滿足設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)需要，提高設(shè)計(jì)水平，降低設(shè)計(jì)質(zhì)量成本。設(shè)計(jì)人員可以通過復(fù)用這些現(xiàn)成的標(biāo)準(zhǔn)單元庫資源，高效快速完成設(shè)計(jì)，以最小的隊(duì)列使工作單元持續(xù)流動(dòng)，消除設(shè)計(jì)資源重復(fù)投入造成的浪費(fèi)。

一、工作思路

研究所在產(chǎn)品工程初期對計(jì)算機(jī)的功能進(jìn)行分析，同一領(lǐng)域或分系統(tǒng)內(nèi)的單機(jī)除結(jié)構(gòu)外特性存在差異，其余對外功能接口相近，產(chǎn)品繼承、設(shè)計(jì)復(fù)用較好；雖然不同領(lǐng)域計(jì)算機(jī)產(chǎn)品的功能接口差異較大，但由于計(jì)算機(jī)內(nèi)部總線體系架構(gòu)遵循工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（CPCI、CPEX、VPX 等）和板卡尺寸標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范(3U/6U)，構(gòu)成計(jì)算機(jī)內(nèi)部的各種板卡的通用化基礎(chǔ)較好。因此，研究所從以下3 個(gè)層面開展計(jì)算機(jī)產(chǎn)品化工作：

（1）在使用領(lǐng)域兼顧技術(shù)成熟度和長期供貨保障方面的因素，建立型譜目錄，作為總體單位型號(hào)選型的參考，為分系統(tǒng)和系統(tǒng)產(chǎn)品化提供支持；

（2）形成標(biāo)準(zhǔn)化的通用功能板卡類產(chǎn)品目錄，為建立貨架式產(chǎn)品做好基礎(chǔ)，快速搭建整機(jī)產(chǎn)品；

（3）建立標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)單元，促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)在不同型號(hào)產(chǎn)品的復(fù)用。

二、工作推進(jìn)

針對現(xiàn)階段產(chǎn)品化工作開展中產(chǎn)品種類多、研制周期長、研制成本高、通用性差等問題，研究所結(jié)合航天產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)，以構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)單元庫、建立型號(hào)選用的長效機(jī)制和靈活的激勵(lì)政策為主線，推進(jìn)新時(shí)期產(chǎn)品化工作。

1.建立產(chǎn)品化組織

為深入推進(jìn)產(chǎn)品化工作，研究所結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)完善組織機(jī)構(gòu)，專門設(shè)立了包括領(lǐng)域首席和產(chǎn)品首席的專家隊(duì)伍，高度重視頂層策劃，每年年初制定詳細(xì)的工作策劃和分解計(jì)劃，全面推進(jìn)產(chǎn)品化工作。

1.2 麻醉方法 術(shù)前12 h禁食，術(shù)前4 h禁飲。兩組患者均給予托咪酯(0.2 mg/kg)、丙泊酚(0.5 mg/kg)、順苯磺酸阿曲庫銨(0.2～0.3 mg/kg)和芬太尼(5.0～6.0 μg/kg)靜脈注射，行麻醉誘導(dǎo)。A組患者接受七氟醚(江蘇恒瑞醫(yī)藥股份有限公司生產(chǎn))維持麻醉，濃度為2%～4%；B組患者接受右美托咪定(江蘇恒瑞醫(yī)藥股份有限公司生產(chǎn))維持麻醉，誘導(dǎo)前5 min以0.5～1.0 μg/kg靜脈泵入，麻醉維持期間以0.2～0.4 μg/(kg·h)靜脈持續(xù)泵入。兩組患者均在手術(shù)結(jié)束前20 min停止給藥。

領(lǐng)域首席負(fù)責(zé)產(chǎn)品化總體決策，協(xié)調(diào)產(chǎn)品化實(shí)施過程的重大事項(xiàng)；質(zhì)量技術(shù)部策劃產(chǎn)品化推進(jìn)工作，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)落實(shí)領(lǐng)導(dǎo)小組的工作部署和要求，制定產(chǎn)品化制度及標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，落實(shí)產(chǎn)品化內(nèi)部激勵(lì)政策。

產(chǎn)品首席負(fù)責(zé)產(chǎn)品化設(shè)計(jì)、定型、成熟度評價(jià)及選型工作；各事業(yè)部作為產(chǎn)品化實(shí)施主體，負(fù)責(zé)產(chǎn)品化設(shè)計(jì)、定型工作；產(chǎn)品化專家組負(fù)責(zé)成熟度評價(jià)技術(shù)審查，以及型譜產(chǎn)品研究、產(chǎn)品規(guī)范及設(shè)計(jì)定型工作的技術(shù)審查。

2.標(biāo)準(zhǔn)單元的定義

“標(biāo)準(zhǔn)單元”是指經(jīng)過在多型號(hào)或項(xiàng)目中使用，具有典型設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)積累、可推廣、成熟的設(shè)計(jì)技術(shù)，經(jīng)過固化形成的設(shè)計(jì)圖紙（邏輯圖、PCB 圖）、源代碼或設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)等可視的文檔。

3.構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)單元庫

針對產(chǎn)品重復(fù)開發(fā)的問題，研究所經(jīng)過整體考慮和有針對性的技術(shù)研究，提出建立標(biāo)準(zhǔn)單元庫的思路。同時(shí)，研究所作為型譜單機(jī)產(chǎn)品單位，由于參加飛行的次數(shù)較少，產(chǎn)品成熟度很難達(dá)到5 級(jí)以上，星、船、載產(chǎn)品尤其如此，但實(shí)際上不同單機(jī)內(nèi)部往往采用相同的設(shè)計(jì)單元。因此，可以借鑒宇航單機(jī)成熟度的概念，結(jié)合微電子與計(jì)算機(jī)產(chǎn)品中設(shè)計(jì)單元的實(shí)際復(fù)用情況，將成熟度的概念在更多產(chǎn)品層次和更廣應(yīng)用范圍內(nèi)加以推廣。

（1）建庫流程及管理

針對標(biāo)準(zhǔn)單元庫，應(yīng)從準(zhǔn)備、審核、入庫、發(fā)布、使用、更改與維護(hù)、獎(jiǎng)勵(lì)7 個(gè)方面規(guī)定具體的管理思路，如圖1 所示。

圖1 研究所標(biāo)準(zhǔn)單元庫管理思路

按照計(jì)算機(jī)產(chǎn)品的具體特點(diǎn)，結(jié)合各級(jí)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)復(fù)用性，按照“分級(jí)建立、分級(jí)管理”的思路建立所級(jí)和事業(yè)部兩級(jí)標(biāo)準(zhǔn)單元庫，但入庫策略有所不同。

事業(yè)部級(jí)單元庫應(yīng)從型號(hào)方案設(shè)計(jì)開始建立，提出需新研制的標(biāo)準(zhǔn)單元，經(jīng)過詳細(xì)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)驗(yàn)證、可復(fù)用性擴(kuò)展、完善文檔等流程形成待審入庫的標(biāo)準(zhǔn)單元。經(jīng)科技委審查，對已通過審查的標(biāo)準(zhǔn)單元在研究所內(nèi)網(wǎng)發(fā)布。

所級(jí)優(yōu)選標(biāo)準(zhǔn)單元庫應(yīng)從事業(yè)部級(jí)單元庫中有一定基礎(chǔ)、成熟度大于3 級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)單元庫中選取，或者從事業(yè)部級(jí)單元庫中每年復(fù)用頻次高于5 次的標(biāo)準(zhǔn)單元庫中選取，最終提煉為所級(jí)優(yōu)選標(biāo)準(zhǔn)單元庫。

各主承事業(yè)部負(fù)責(zé)人對標(biāo)準(zhǔn)單元庫的全生命周期進(jìn)行維護(hù)，對使用中發(fā)現(xiàn)問題的產(chǎn)品進(jìn)行更改、驗(yàn)證、升級(jí)，直至淘汰出標(biāo)準(zhǔn)單元庫為止。對已入庫產(chǎn)品的維護(hù)，包括淘汰過時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)單元、提煉有應(yīng)用背景的標(biāo)準(zhǔn)單元，通過如圖2 設(shè)計(jì)的良性循環(huán)，達(dá)到豐富標(biāo)準(zhǔn)單元庫、增強(qiáng)研究所開發(fā)實(shí)力的目的。

圖2 兩級(jí)庫建庫流程

（3）入庫準(zhǔn)則

事業(yè)部庫入庫準(zhǔn)則：①成熟度，通過系統(tǒng)驗(yàn)證且以往歸零措施均已驗(yàn)證；②標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計(jì)指南的編制應(yīng)通過所標(biāo)委會(huì)審查；③正確性，產(chǎn)品首席負(fù)責(zé)審核；④通用性，領(lǐng)域首席負(fù)責(zé)審核；⑤完備性，全套資料已齊全并完成歸檔。

所級(jí)優(yōu)選庫入庫準(zhǔn)則根據(jù)每年標(biāo)準(zhǔn)單元庫的復(fù)用頻次確定：①對于每年復(fù)用頻次高于5 次的標(biāo)準(zhǔn)單元庫，提煉為研究所核心標(biāo)準(zhǔn)單元庫；②對于2年復(fù)用頻次低于2 次的標(biāo)準(zhǔn)單元庫，淘汰為過時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)單元庫；③指導(dǎo)各事業(yè)部提煉有應(yīng)用背景、技術(shù)先進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)單元。

（4）庫分類

標(biāo)準(zhǔn)單元庫的二級(jí)分類依據(jù)研究所產(chǎn)品研制的具體特點(diǎn)確定，標(biāo)準(zhǔn)單元庫初期分為硬件、軟件、IP 核、標(biāo)準(zhǔn)板卡、型譜產(chǎn)品5 類，后續(xù)隨著庫的不斷擴(kuò)充，又增加了標(biāo)準(zhǔn)件、標(biāo)準(zhǔn)模塊的分類。

三級(jí)分類是按照研究所主承事業(yè)部產(chǎn)品研制的特點(diǎn)，按照彈、箭、星、船、地面以及電源進(jìn)行細(xì)分，做到同類產(chǎn)品方便查詢，分類、分層的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)單元庫結(jié)構(gòu)示意如圖3 所示。

圖3 分類、分層的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)單元庫結(jié)構(gòu)示意圖

（5）創(chuàng)新的激勵(lì)機(jī)制

為了鼓勵(lì)入庫和使用人員，研究所從精神層面和物質(zhì)層面分別給予獎(jiǎng)勵(lì)，獨(dú)創(chuàng)了使用第一作者的姓名命名標(biāo)準(zhǔn)單元的創(chuàng)新激勵(lì)政策，極大地激發(fā)了設(shè)計(jì)人員入庫的動(dòng)力。標(biāo)準(zhǔn)單元的命名由4個(gè)部分組成，第1 部分為標(biāo)準(zhǔn)單元第一作者的名字，使用漢字；第2 部分為功能分類，分為通信類、圖形處理、固態(tài)存儲(chǔ)器等；第3 部分為特征參數(shù)，例如SPARC V8；第4 部分為序號(hào)，由01 開始順序排列。

研究所每年年底發(fā)布已入庫的標(biāo)準(zhǔn)單元庫目錄清單，部分標(biāo)準(zhǔn)單元庫清單見表1。

表1 部分標(biāo)準(zhǔn)單元庫目錄清單

在技術(shù)職稱評定時(shí)，對已入庫的設(shè)計(jì)單元、IP庫、標(biāo)準(zhǔn)件、型譜產(chǎn)品的負(fù)責(zé)人進(jìn)行量化加分，對提供標(biāo)準(zhǔn)單元首次入庫的負(fù)責(zé)人和選用標(biāo)準(zhǔn)單元庫的使用人員均給予相應(yīng)的獎(jiǎng)勵(lì)，每年年底按照復(fù)用率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并進(jìn)行專項(xiàng)獎(jiǎng)勵(lì)。

每年由各主承事業(yè)部上報(bào)本年度型號(hào)復(fù)用標(biāo)準(zhǔn)單元及型譜產(chǎn)品的次數(shù)，由責(zé)任總師進(jìn)行審批，領(lǐng)域首席進(jìn)行復(fù)核，質(zhì)量技術(shù)部對標(biāo)準(zhǔn)單元負(fù)責(zé)人及型譜產(chǎn)品負(fù)責(zé)人進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)，復(fù)用獎(jiǎng)勵(lì)經(jīng)費(fèi)由研究所和事業(yè)部按照各50%的比例進(jìn)行兌現(xiàn)。

三、實(shí)施體會(huì)與成效

經(jīng)過近5 年的實(shí)踐，研究所已完成近60 種硬件標(biāo)準(zhǔn)單元庫的入庫、發(fā)布和復(fù)用工作，在推動(dòng)產(chǎn)品化通用組件去型號(hào)化工作方面取得了一定成效。

1.貨架式板卡初見成效

研究所適應(yīng)單機(jī)產(chǎn)品去型號(hào)化要求，單機(jī)產(chǎn)品縱向拓展向標(biāo)準(zhǔn)板卡延伸。制定了貨架式整機(jī)類產(chǎn)品質(zhì)量管控辦法，按照設(shè)計(jì)復(fù)核確認(rèn)、小批量試生產(chǎn)、設(shè)計(jì)鑒定、正式批生產(chǎn)4 個(gè)階段提出了控制程序，全面指導(dǎo)貨架產(chǎn)品的研制生產(chǎn)工作，目前已推行至10 個(gè)板級(jí)、模塊產(chǎn)品。

2.建立軟、硬件標(biāo)準(zhǔn)單元庫

一是顯著提升了產(chǎn)品質(zhì)量和研制效率。計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)目前應(yīng)用在22 個(gè)型號(hào)的55 種產(chǎn)品中，單一產(chǎn)品生產(chǎn)進(jìn)行所級(jí)統(tǒng)籌規(guī)劃，元器件采購、印制板生產(chǎn)、機(jī)加件生產(chǎn)等環(huán)節(jié)由單臺(tái)生產(chǎn)模式發(fā)展為批量生產(chǎn)模式，顯著提高了產(chǎn)品生產(chǎn)、調(diào)試效率，研制周期縮短約40%。

二是大幅壓縮了物資采購品種。以CPU/DSP、FPGA/CPLD、總線及接口電路、DC/DC 及濾波器、AD/DA 等為代表的關(guān)鍵元器件航天裝備型號(hào)從 215種壓縮為 80 種，壓縮比超過60%；其它類物資從46765 條壓縮為32153 條，壓縮比超過30%。

新時(shí)期產(chǎn)品化工作應(yīng)充分考慮其專業(yè)特點(diǎn)和行業(yè)地位，針對產(chǎn)品戰(zhàn)略規(guī)劃與型譜建設(shè)、通用產(chǎn)品的“去型號(hào)化”與貨架建設(shè)，通過長期激勵(lì)政策推進(jìn)產(chǎn)品化工作，重點(diǎn)關(guān)注產(chǎn)品在技術(shù)、質(zhì)量、成本、能力等基礎(chǔ)性方面達(dá)到要求。在未來計(jì)算機(jī)產(chǎn)品研制上，將從集成設(shè)計(jì)和用戶使用的維度收集產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)據(jù)，詳細(xì)分析國產(chǎn)化計(jì)算機(jī)產(chǎn)品使用特性，緊跟國產(chǎn)化計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展步伐，提升對新型計(jì)算機(jī)產(chǎn)品可靠性驗(yàn)證和可靠性評估水平，不斷提高計(jì)算機(jī)通信、數(shù)據(jù)計(jì)算、處理、圖形處理等方面的環(huán)境適應(yīng)性和產(chǎn)品集成可靠性，為高質(zhì)量、高效率、高效益配套航天裝備奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。