机载电子信息系统电磁兼容性设计和管理规范体系研究

刘民

（中国电子科技集团公司电子科学研究院 北京 100041）

国内EMC技术的发展经历了30余年，当前EMC设计方法主要有：测试修改法、标准法和系统法等。在工程实践中创造性地运用了分层与综合设计法，其设计思想是：将设计指标进行层层分解，从器件级、设备、分系统以及系统级，按照各级别的工作特性和重要程度分层次设计，最后进行综合分析和全局控制。提出了机载电子信息系统电磁兼容的设计→验证→控制→评估的流程和方法，并且开展了仿真计算预测分析与大量模拟试验，采用自顶向下设计、自底向上测试验证的方法，采取了诸如天线干扰抑制、线缆、机箱壳体、电磁防护、接地屏蔽滤波和频谱管理等一系列控制措施，解决了大型机载平台复杂电子系统的电磁干扰问题，在产品研制全寿命质量管理过程中起到了重要的作用。基于长期以来的工程经验和大量试验数据，并参考国内外相关标准和技术资料，对以往的工作进行认真的提炼和梳理，构建了机载电子信息系统电磁兼容性设计和管理规范。

1 构建电磁兼容质量管理规范体系的重要性

产品的质量是设计出来、生产出来和管理出来的，提高产品的质量需要科学的设计、生产和管理技术。设计决定了产品的固有电磁兼容的性能。电磁兼容性设计是产品质量控制的重要内容。它包括将产品的电磁兼容指标分解后分配给各级组成部分；根据设计方案对产品的电磁兼容性进行预估分析；在设计阶段就寻找电磁兼容薄弱环节，分析环境及其它应力对产品的影响。在产品研制和开发过程中，通过试验及实践发现产品问题并加以改进和提高。电磁兼容试验是对产品电磁兼容符合性进行的调查、分析和评价的一种手段。其目的是发现产品在设计、器件、布线和工艺方面的各种缺陷。

在军工电子产品研制中，规范性文件（包括技术法规、标准、规范、规程、导则、规则、指南等）为产品质量提供了科学的衡量依据，规范性文件为系统总体和军方用户的验收及监督提供了依据。各种技术规范是型号产品设计成功经验的总结，有成功的设计计算方法，有经验数据公式，有技术诀窍，是一笔宝贵的技术财富，这对型号产品的研制与发展将起到重要的促进作用，编制产品规范工作是一项十分重要而又紧迫的任务[1]。

2 机载电子信息系统电磁兼容质量管理规范体系

机载电子信息系统电磁兼容质量管理规范体系必须纳入到整个产品质量管理体系中，并不断完善和持续改进。

2.1 电磁兼容质量管理控制策略

产品电磁兼容质量管理控制是建立在大量的试验、统计和分析的基础上的，应把现有的与产品电磁兼容质量有关的各项工作以产品电磁兼容设计为主线贯穿起来。产品电磁兼容的质量管理控制采取分阶段、分层次的管理控制策略。

具体来说，需要成立系统电磁兼容工作组，通常是由一位项目副总设计师担任电磁兼容工作组的组长，统筹负责产品电磁兼容质量的设计，管理和控制，根据产品规范制定电磁兼容控制计划，电磁兼容性大纲和设计规范等顶层文件。采取有效措施保证对产品电磁兼容性进行有效控制。通过认真分析各种数据，总结经验逐步建立和完善机载预警平台电磁兼容质量控制的保证体系[2]。

1）设计控制。产品电磁兼容的质量管理控制的第一个环节是设计控制，电磁兼容的性能主要在开发阶段进行控制，尤其是产品的电磁干扰预测分析以及设备机箱（机柜）、线缆和天线布局设计阶段，这是机载预警平台系统电磁兼容控制的关键阶段。分阶段的管理控制是把各阶段的电磁兼容设计和整改融入到整机的设计方案之中，设计结果形成了一系列的设备清单、原理组成图、接口文件和技术规范等，经过检验确认整机符合电磁兼容标准要求后，这些文件就转为正式的设计文件。

2）文件和资料的控制。军工产品研制单位应根据最新的电磁兼容标准和产品技术规范形成自己的电磁兼容执行文件。应根据预警指挥机的使用特点制定一个合适的标准限值控制裕度。

3）订购和采购控制。设备和元器件的采购都有一个质量确认过程，系统总体应主动向分系统、设备和元器件研制和供应单位提出电磁兼容的性能要求，并在设备交付时提供有资质第三方实验室的检验证明或在集成联试现场进行电磁兼容验收测试。

软件工程课程改革将实践项目贯穿到整个教学过程中，以学生为中心，基于企业角色浸入式模拟学习，通过项目实践加强对理论知识的理解和运用。将软件工程课程目标分解为可考核的指标点，建立工程认证指标点与课程教学活动之间的关联关系，形成课程教学活动与专业毕业要求达成度的关联[2]。软件工程课程内容分解教学与实际项目阶段实施计划如表1所示[3]。

4）最关键的环节是过程控制。当产品设计通过了电磁兼容设计评审后，产品生产就要严格按照设计文件进行操作，对关键工序、屏蔽、接地、关键件安装和布线等工艺进行控制，并坚持对日常生产的抽样检验和试验。

5）必须严格把关的是关键件的控制。关键件的控制主要是确认新的设备和元器件供应商时应进行相应的电磁兼容测试，必须经过专门的电磁兼容工程师审核确认后才可以更换。比如整改中增加的一条接地线，则接地线的长度、粗细、接地点的位置、接地线的连接方式都是关键的。

6）最后是电磁兼容性能的一致性保证。通过建立完善的控制机制，指定专门电磁兼容质量负责人，对设计更改的过程按照相关标准和程序进行严格监督、审核和确认，使设计更改后的电磁兼容性能不降低，保证性能与认证样机的一致性。

通过采取一系列的措施来保证电磁兼容设计方案的合理性和可靠性，以最合理的零件成本和生产工艺达到最可靠的电磁兼容性能。

2.2 预警指挥机电磁兼容质量管理规范体系内容

机载电子信息系统电磁兼容质量管理规范主要包括顶层文件的制定，分为设计规范、试验规范和工艺规范等三大类。产品电磁兼容质量管理规范体系内容如图1。

图1 产品电磁兼容质量管理规范体系图Fig.1 EMCquality management standard system chart

3 电磁兼容质量管理规范编制方法

编制产品规范一定要坚持正确性、有效性和可操作性即“三性”的编制原则。在电磁兼容质量管理规范编制和开发方法方面，可借鉴结构化方法、面向对象方法、模块化方法和软件复用方法，并对其进行取舍。在具体开发模型和开发方法的指导下，明确开发流程。具体的规范制定的方法流程为如图 2所示[3-4]。

图2 产品电磁兼容设计和管理规范的制定方法Fig.2 Methods to make design and standardize the management of product electromagnetic compatibility

3.1 需求与环境分析

针对研制总要求中预警指挥机系统功能、性能、战技指标以及作战使用环境进行分析，确定电磁兼容工作的目标和任务。主要开展电磁兼容性模拟与分析，以及进行系统电磁兼容状态清理。

3.2 分类剖析

按照军工产品研制阶段进行分解，确定论证阶段、方案阶段、工程研制阶段和设计定型阶段需要开展的设计、管理和评审工作。

3.3 信息收集

在信息收集时，要通过多种形式和各种渠道获取信息，从而使管理和决策更科学，真正提高规范质量。通过座谈讨论、问卷调查、调阅技术档案和工程报告、走访等形式，广泛收集分系统、设备及元器件的技术发展动态信息，建立完整的数据档案。同时通过对结构制造、加工工艺、设备安装、线缆敷设以及外场使用情况进行调研，将有关屏蔽、滤波、接地和电磁防护等内容反映到电磁兼容管理规范中。

3.4 统计计算

对产品电磁兼容性进行预测分析计算，估算出其极限应力，并进行必要的内外场电磁兼容性摸底试验，以获取电磁发射和敏感性数据。通过对产品试验和试用情况出现的故障和干扰进行统计分析，找出规律性，总结出电磁兼容技术要求的限值数据、技术指标和应用条件等。

3.5 指标选取

认真分析当前成熟有效的国标、国军标和行业标准，结合产品研制的系统特点和使用条件对标准进行选取和剪裁，根据预测分析、统计计算结果以及借鉴其他工程经验确定分系统和设备的电磁兼容限值指标，使指标既能满足产品要求又不会过设计，以确保规范的可操作性、有效性和质量，在此基础上编制预警指挥机电磁兼容设计和管理规范。

3.6 设计评审

主要开展系统电磁兼容性设计规范评审、电磁兼容控制计划评审和电磁兼容试验规范评审。评审不应面面俱到，要突出重点，抓住核心，着重从下述6个方面进行评审。

1）规范构成

审查设计规范的构成是否符合相关要求。由于各项设计规范的内容不同，则要求也不同。但对于设计依据、设计准则、设计内容、设计方法这四章必不可少。

2）设计依据

设计规范中的设计依据，即设计输入。审查时，要着重审查设计依据的正确性，是否应为该项目的已知条件，还要审查其是否全面和充分，既不能遗漏，也不能把中间结果作为依据。

3）设计准则

设计准则是设计过程中必须遵循的设计原则和指导思想。编写的设计准则不要出现不确定的词汇和语句，一要明确，不能模棱两可；二要恰当，不能提得太苛刻；三要可操作。

4）设计内容

设计内容要简练明确，抓住中心，不可面面俱到，因为规范需要的是关键技术和技术诀窍。对一般内容，即专业人员都会做的事项可以不必列入。

5）设计方法

设计方法是设计规范的核心，审查时注意以下3点：①“方法”要与“内容”相协调。设计内容中有的项目必须要有相应的作业方法。②作业方法要求有最小的自由度。一项设计内容往往有多种作业方法，不必一一都罗列出来让使用者选择，要写出经过优选的一种（最多二种）最佳作业方法。③作业方法要详细、具体、可操作，越详细越具体越好。给出的经验公式、经验数据，要说明使用条件或范围。

6）文字表达

文字表达要确切，不能有不易理解或不同理解的语句。文字表达不确切，容易产生误解和歧义，还可能使设计规范丧失应有的使用价值，达不到制定设计规范的目的。

3.7 试验验证

总体单位编制的各种设计和试验规范必须要经过不断的内外场试验以及用户使用的检验，以此来验证规范的内容是否完整，指标是否合理，方法是否正确[5]。

3.8 质量改进

总体单位应根据质量目标的实现情况、产品质量评审存在的问题、过程控制等方面进行系统分析，制定纠正和预防措施，持续改进电磁兼容质量管理规范文件。对出现的干扰和故障进行系统分析，要求：机理清晰、定位准确、措施合理、举一反三，并验证实施效果的有效性。同时查找是否有潜在的不合格项，并制定预防措施[6]。

4 结 论

通过开展“三大规范”的实践，我们体会到要做好产品规范编制工作，领导重视是关键，经费到位是基础，周密计划是保障；要确保编写质量，选好编者是前提，严格评审是关键，贯彻实施是目的。应大力加强对标准规范的宣传和推广，要求在整个预警指挥机产品研制过程中严格贯彻和执行电磁兼容设计和管理的标准和规范，才能起到良好的工程效果。

总之，产品规范是机载电子信息系统产品设计和研制过程中应遵循的技术准则、方法和基本要求的规定，是研制单位组织设计工作、控制设计质量和开展设计评审的依据。为了型号研制的需要，把多年来积累的宝贵设计经验、设计诀窍保留和固化下来，变经验设计为规范化设计，上升为规范和标准，无疑对提高型号产品电磁兼容设计质量和管理水平将起到很重要的作用。

[1]王黎明．GJB 9001B-2009．质量管理体系要求[S].北京：解放军总装备部，2009.

[2]毛宏涛．产品电磁兼容设计和生产可靠性探讨[J].电子质量，2002（7）:48-50．MAO Hong-tao.The electromagnetic compatibility design and production reliability of[J].Beijing:Electronic Quality，2002（7）:48-50.

[3]葛含益．武器装备论证仿真模型规范体系总体设计研究[J].北京：军事运筹与系统工程，2008（9）:50-55．GE Han-yi.Weapons and equipment demonstration simulation model specification on overall design system[J].Beijing:Military Operations Research and Systems Engineering，2008（9）:50-55.

[4]李传秀．进一步做好设计规范的编制工作[J].北京：航天标准化，2000（6）:22-25．LI Chuan-xiu.Further improve the design specification for the[J].Beijing:Aerospace Standardization，2000（6）:22-25.

[5]唐晓斌．XXX工程全机系统电磁兼容技术总结报告[R].北京：电子科学研究院，2007．

[6]唐晓斌．XXX工程电磁兼容性设计规范[R].北京：电子科学研究院，2003．