实现复杂电子系统长生命周期的几种途径

中国电子科技集团公司第二十九研究所 蒲羽杰 裴 宏 牟欣玥

0 引言

随着电子技术的迅猛发展，电子系统尤其是复杂电子系统在大型工业及军事装备中发挥着日益重要的作用，其自身的功能和性能常常直接决定着装备的性能和水平，是核心竞争力的体现。

这些复杂电子系统通常耗资巨大，由微波、数字、软件、结构等多专业协作，历时数年多次迭代、验证后才能研发完成。正因如此，区别于普通消费类电子产品，工业或军事装备用的复杂的电子系统一旦技术状态固化，要求保持十年至数十年不等的长生命周期，以满足这期间对已出售产品维修维护的需求和继续订货生产的需求。

1 当前面临的挑战

一个复杂的电子系统一般可分为硬件和软件两部份，其中软件部份理论上生命周期没有限制，只要不做人为主动的修改就可以一直使用下去；而作为软件运行的载体以及承载电子系统功能直接实现的硬件部份通常由几百上千种电子元器件组成，而这些组成电子系统的“细胞”都有着有限的生命周期。我们知道，由于技术和工艺的发展，在电子领域存在摩尔定律，即元器件的性能每18个月就会翻一番，因此，电子元器件的淘汰更新速度非常快。

此外，由于政策、资本、商业等方面因素，企业间的并购也非常频繁，如2014年ADI公司收购微波公司Hittite、2016年收购电源公司Linear，2018年3月Cree收购了英飞凌的射频业功率务等等，随着公司间并购整合的推进、产线的调整，进一步加剧了原生产的电子元器件的停产淘汰。

综上，电子元器件这种快速的停产淘汰对复杂电子系统保持稳定的长生命周期带来巨大挑战，缺少任何一个或一种电子元器件都会导致复杂电子系统无法正常或稳定的工作，一套价值昂贵的电子系统因为缺少一只电子元器件而无法正常工作，这无论是对用户还是电子系统研发生产企业都是无法接受的情况.因此，如何有效解决电子元器件停产淘汰影响复杂电子系统生周期，满足长期的维修维护合订货生存的需求具有重要的现实意义和经济意义。

2 几种解决途径

通过总结解决大量电子元器件停产淘汰的实践经验，根据电子系统的设计研发进度和电子元器件停产淘汰的发生时机不同，企业可以通过以下不同的途径来进行解决。

2.1 替代换型

对于已经完成状态固化的电子系统，在批量生产或售后维修维护时发生所使用的电子元器件停产，企业应组织制定一个“替代换型”工作程序，用科学规范的方式和流程将停产的电子元器件替换掉，以保证整个系统正常的生产和运行，该工作应该包含技术、计划、质量、工艺及采购等方面人员参加，同时按照替代换型影响“最小化”的原则进行分类实施。

典型替代换型工作程序如图1所，由问题触发、任务下达、编制方案、方案评审、验证实施、验证评审和图档更改等环节组成。其中，需要注意的是替代换型影响“最小化”原则是基于尽可能维持原系统状态地稳定性和降低替代换型成本而提出，在典型替代换型工作程序中，“最小化”的原则体现在图1所示的三种换型分类上：

A类：指新选用的元器件导致上级模块或关联模块/整件变更需重新设计；

B类：指新选用的元器件结构封装上对原器件可以实现Pin-to-Pin原位替代但上级模块/整件需做匹配性设计调整，或则上级模块/整件不需调整但该元器件属于首次使用；

C类：指新选用的元器件结构封装上对原器件可以实现Pin-to-Pin原位替代且性能指标等同或优于原器件，同时还满足不影响上级模块/整件性能和在类似系统中有成功应用经验。

从以上分类可以看出，由C至A替代换型的影响范围由小至大，难度逐步增加，投入的换型资源和成本也逐步增加。因此，换型的等级因此逐级提升。

图1 替代换型验证流程示意图

以上业务场景是当前大量复杂电子系统研发生产企业面临的情况，该解决途径的优点在于直接有效，可以快速的解决生产维修维护过程中遇到的困难；缺点在于问题暴露时机较晚，留给处理替代换型的时间通常非常紧张，同时，由于试用样本数量有限，验证不够充分，可能给电子系统带来潜在技术的风险。

2.2 风险储备

企业按照年度或半年度对系统选用的电子元器件生产供货状态进行跟踪评估，掌握电子元器件发布年限、年销售量、用户分布、工艺发展、厂家经营情况等，根据掌握的信息对电子元器件进行风险识别和分级。

同时，在面向销售端，市场部门对市场需求形势进行预测评估，产出预测销售清单，将销售端和供应端数据进行结合产出最终有风险有需求的元器件清单，再经销售、计划、财务及采购等相关人员一起评审审核，再完成相关审批批准后实施储备采购。

该解决途径的优点在于可以保证原系统状态的稳定性，对研发生产任务繁重的企业可以减少临时替代换型工作造成的交付压力，以及人力、仪器设备等其他成本的投入，一旦接收到订单任务可以高效组织生产或维修维护工作；缺点在于由于预测总是不太准确，从而可能导致风险储备的电子元器件无法及时是使用，造成企业资金成本的上升。

2.3 选用控制

如同“产品的质量是设计出来的”，一个复杂电子系统的生周期很大程度在研发设计阶段就已经决定，因此，在研发阶段加强对电子元器件选用的控制是最为有效的实现复杂电子系统长生命周期的途径。

加强电子元器件选用控制，首先在介入时机上需要提前，在设计图纸尚未确定前对拟选用的电子元器件开展审查，以避免后期审核出问题造工程更改量较大，一般建议由技术专家、质量专家及供应链专家组成的小组对选用清单进行审查并议；其次，在审查中应遵守以下原则：

（1）禁止选用已知停产的、质量不满足要求的电子元器件。根据木桶原理，这类元器件会成为制约整个复杂电子系统生命周期长度的主要瓶颈，一旦选用就决定了后续的批生产和维修维护会非常困难和代价高昂；

（2）限制选用存在停产风险，但其他厂家已在跟进研制类似可替代产品的电子元器件。由于性能指标的要求、结构尺寸的限制以及研发进度要求等因素，有时不得不选择这类电子元器件作为权宜之计，这类电子元器件的一方面需严格限制选用型号的数量，一方面需要持续跟进其他厂家的替代产品研制进展，以实现在原元器件淘汰停产后有备选元器件可用；

（3）鼓励选用知名大厂的主流产品、密切合作伙伴研发的元器件产品。这是因为知名大厂生产状态较小厂更加稳定，同时由于是主流产品，用户多销量大，厂家不会轻易停产淘汰；而密切合作伙伴则会应要求持续稳定的生产，即使发生必须停产原器件的情况，也会给出较好的解决措施或替代型号。在实际研发过程中，一个复杂的电子系统应以全部选用这类电子元器件为目标，一旦达成可以最大限度实现长生命周期，为企业创造可观的价值。

该解决途径的优点在于从最关键的环节入手，起到事半功倍的效果，为后续高效率的批生产和维修维护奠定良好的基础；缺点在于对设计研发、质量控制、供应链等专业人员的要求非常高，如果参与人员的专业水平不够很容易使的整个控制过程流于形式，不能达到预期目的。

3 结语

电子元器件快速停产淘汰带来的困扰在当前的电子系统研发生产企业普遍存在，本文根据电子系统所处的不同阶段，给出了实现其长生命周期的不同解决途径，这些途径各有优缺点，具备实力和条件的企业可以考虑以上几种方式同时采取，在研发源头控制风险，在平常防范风险，在问题出现时有效的应对风险，为企业长期稳定的经营发展做出贡献。

[1]刘宝红．供应链管理 高成本、高库存、重资产阶级方案[M]．机械工业出版社,2016．