航空元器件應用驗證模式探討

王旭亮

（93128部隊，北京，100000）

文 摘：面對航空裝備元器件自主可控的嚴峻形勢，開展元器件應用驗證不失為當前工業基礎水平下，提升國產元器件工程保障能力的一種有效方法。在對航空元器件以往驗證模式及其存在問題進行分析的基礎上，對新的應用驗證模式進行研究探討，提出具體解決措施及實施方法，目的在推動當前元器件自主可控工作的開展。

航空裝備為了滿足使用要求，對所使用的元器件性能、可靠性和環境適應性要求越來越高。元器件應用驗證是元器件質量與可靠性保證工作在積累多年經驗、教訓的基礎上，面對新形勢，應運而生的新需求。應用驗證是指在型號工程應用前開展的一系列試驗、分析、評估和綜合評價工作，用以確定元器件研制成熟度和型號工程適用度，并綜合分析評價得出其可用度[1-3]。通過驗證試驗，能夠盡早發現設計、制造缺陷和質量隱患等 “不好用”問題，改進產品進而促進其成熟；通過對元器件全面指標體系試驗評價，解決用戶數據缺乏、應用風險不明而決策困難的 “不敢用”問題；通過發布應用指南，有效指導應用，解決用戶選擇錯誤、應用不合理等 “用不好”問題。應用驗證是在目前的元器件工業基礎上，立足用戶，為解決國產元器件 “不好用、不敢用、用不好”問題，使國產元器件達到滿足裝備性能需求，實現裝備元器件自主可控的一項重要工作。

1 驗證模式現狀

1.1 以前應用驗證情況

航空元器件應用驗證主要針對新研制的、成熟度低的國產元器件進行，包括自定義新研元器件和國產化替代元器件。目前航空元器件的應用驗證需求雖然得到了主管部門和航空用戶的重視，但所進行的驗證工作僅是在某些廠、所自發進行的一些零散試驗。

以航空工業某院為例，之前開展元器件應用驗證主要是借助承擔的型號任務及試驗平臺，進行基于裝機的驗證試驗，主要有兩種模式。

a）國產化替代元器件。采購部門在出現進口元器件采購困難時，提出替代需求及可能用于替代的國產元器件建議，設計人員進行替代可行性分析。如可行，則制定替代驗證試驗大綱，驗證試驗分為原理性驗證和裝機驗證，原理性驗證采用工藝件進行；裝機驗證為結合產品交付進行。但是，無論是這里所說的原理性驗證還是裝機驗證，實際上都是針對元器件單個使用部位和使用環境的局限性的裝機驗證。

b）自定義新研元器件。按照研制程序 （方案、初樣、正樣和鑒定階段）開展元器件研制工作，新研元器件應用驗證是以元器件研制初樣階段的裝機試用和研制正樣階段的裝機驗證的形式進行的，并不是在元器件完成鑒定后開展的完全立足于用戶的應用驗證。所以這種應用驗證的性質本質上是元器件研制階段的一個簡單的用戶驗證，其目的主要是驗證產品是否達到了該階段的研制要求，是否具備轉入下一個研制階段的條件。比如，初樣階段的用戶試用主要驗證產品的功能性能是否滿足研制要求，正樣階段的裝機驗證主要驗證產品的聯適性和局限于某一單個系統的環境適應性。

1.2 存在問題

根據對以往驗證情況的梳理和分析，可以看出，以前的應用驗證與真正意義上的應用驗證是存在差距的。我們開展應用驗證的目的是通過一系列的試驗、分析、評估和綜合評價工作，來確定元器件的研制成熟度和型號工程適用度，并綜合分析評價出可用度。而以往的應用驗證只注重試驗及其結果是否滿足特定部位的使用要求，而未對元器件本身的成熟度、工程適用度進行較為全面的評估，驗證不充分。具體來說，存在以下幾方面主要問題。

a）驗證項目不完整。要分析評估元器件的研制成熟度，就應關注元器件的研制要素。從成品元器件角度，應針對元器件的固有可靠性開展充分驗證。而以往的驗證，缺少了元器件級的驗證項目，不能針對元器件的固有可靠性進行充分驗證。

b）驗證環境未全面覆蓋。以往的驗證總是基于某個型號的某個使用部位進行，驗證環境條件就是該部件進行環境試驗的條件，沒有對航空元器件的使用環境進行歸納分析，形成共性驗證環境。因此，經過這種驗證的元器件只能保證在指定部位和指定環境下適用，不具有普適性，無法推廣應用。

c）驗證平臺未建立健全。以往的板級以上驗證，一般隨型號進行，成本高、周期長，且帶來的問題是驗證用的工藝系統一個型號一個樣，各型號間不通用，驗證設備也復雜龐大且不通用。

d）新研元器件缺乏基于提高成熟度為目的的應用驗證。以往對新研元器件的驗證，實際上是元器件研制過程中的用戶試用，缺少了在元器件通過鑒定后開展的應用驗證環節，驗證不充分，沒有形成良好的用研閉環，以致于新研元器件往往在通過鑒定后的批產交付使用中，質量問題頻發。究其原因，是新技術、新設計、新工藝、新材料等帶來的新研元器件成熟度低所導致。

2 解決措施及方法

針對以上問題，迫切需要對航空元器件應用的特殊性和典型性進行分析，在現有基礎上，統籌規劃，加緊建設航空元器件應用驗證平臺，建立航空元器件應用驗證標準和相關制度，提升航空元器件應用驗證技術和能力，帶動與元器件制造廠商的良好互動，形成用研閉環，解決航空元器件應用突出問題，推動提升國產航空元器件保障能力。

2.1 梳理航空元器件應用驗證需求，明確目標

變以往 “來什么驗證什么”的被動驗證為主動規劃驗證。梳理航空裝備型號進口元器件使用情況，分析進口元器件的對外依存度與可行的自主可控途徑 （儲備、替代、研制），從而主動確定應用驗證需求 （對替代和研制進行應用驗證）。根據全面推進自主可控的要求，統籌規劃應用驗證工作，根據國產化急迫程度制定應用驗證工作計劃，并按計劃開展應用驗證。

這里的統籌，是對不同型號使用的同一規格元器件統籌進行應用驗證。因此，在開展國產化替代和國產新研時涉及到元器件選用統型的問題，最好由軍方或相關工業集團主管部門牽頭，組織航空元器件統型工作，歸攏元器件規格與廠家，以提高應用驗證的經濟性。

2.2 分析航空元器件應用環境特點，確定條件

航空武器裝備飛行過程中會經受溫度、氣壓、濕度等各種環境影響 （如經受嚴寒、高溫、濕熱、暴曬等各種惡劣環境）。姿態、振動、加速度等各種應力影響，復雜電磁環境下強電磁干擾，以及以上各種環境和應力的反復變化和相互交變。在未來，航空武器裝備逐漸向海上和臨近空間領域拓展，也使得航空武器裝備的環境適應性要求更為嚴苛。因此，航空武器裝備對使用的電子元器件提出了更多更高的要求。

為保證航空武器裝備長航時、重復性使用的需求，航空元器件需要具備小體積、輕重量、低功耗，適應低氣壓、高溫、低溫、高相對濕度、大溫度梯度變化等嚴酷環境要求的特點。此外，航空武器裝備使用的一個重要特征是在裝備服役期的幾十年里，需要在功能和性能滿足要求的前提下，保證產品的可靠性和系統穩定性。尤其是導彈產品，具有 “長期存放，一次使用”的鮮明特征，其長期貯存穩定性要求極高。因此航空元器件必須在滿足功能、性能以及各種環境適應性的同時，具有高可靠性，包括瞬態可靠性和長期可靠性。

鑒于航空裝備產品多樣性、各型產品環境條件差異較大的實際情況，航空元器件要想實現在一個包絡全部航空產品使用環境的條件下進行一次驗證是困難的。因此，可將航空元器件的應用環境歸為機載環境、掛載環境和地面環境等幾類。按照分類，研究制定每一類的共性驗證環境條件，以盡可能達到 “一次驗證、多型使用”的目的。

2.3 探索航空元器件應用驗證方法，創新模式

針對以往元器件驗證在方法上存在的弊端，應本著 “一次驗證、多型使用”的普適性原則，探索航空元器件應用驗證的新方法，并在實踐基礎上，完善固化，要注意以下幾個關鍵環節。

a）要進行全面的元器件級驗證。元器件應用驗證的重點工作應放在元器件級別，只有關注元器件級別的驗證，才能摸清元器件設計、生產的真實情況，摸清元器件的邊界能力和固有可靠性，才能為使用提供裕度范圍。元器件級驗證要包括全參數測試、關鍵參數特性曲線繪制、結構分析、極限評估、壽命強化[2]等內容。具體如下：①在進行全參數測試時，應以進口元器件的參數指標及測試條件為依據，進行全覆蓋的參數測試；②在進行關鍵參數特性曲線繪制時，應以進口元器件參數手冊提供的典型曲線為參考，結合實際使用情況，確定需進行繪制曲線的參數和影響參數的條件，如溫度變化下的電流曲線 （I-T曲線）等；③在進行結構分析時，應將元器件分解到最小結構單元，對每一結構單元的全部結構要素進行檢查，分析元器件結構是否適合相應工程應用范圍；④在進行極限評估時，應選取關注的要素，并制定合理的試驗范圍以及步進條件；⑤壽命強化時可在鑒定檢驗的壽命試驗基礎上加強進行。

b）開展基于典型使用電路的板級驗證。為達到普適性的目的，板級驗證不能只基于實際使用的某個電路進行，應更加注重典型使用電路的驗證。具體可將國產器件分為幾類開展板級驗證：①功能性能簡單的器件，可僅按典型使用電路開展板級驗證；②功能性能復雜的器件，可在基于典型電路驗證的基礎上，增加基于實際使用電路的專用性驗證，以確保驗證的覆蓋性；③ASIC（專用集成電路）等專用器件，則可僅按實際使用電路進行板級驗證。

c）選取按典型電路進行設計使用的系統進行系統級驗證。驗證的環境條件應充分包絡實際使用時可能存在的環境條件。按照前面所述的航空應用環境分類，選擇合適的驗證環境條件進行，如果器件功能復雜，尤其是涉及系統時序設計、軟件適配性等，則可采取隨實際產品進行試驗的方式進行，以保證系統可靠性得到充分驗證。