推动宇航元器件自主可控具体工作建议措施

秦雪雪 关月英 方雷 丁夏 杨骅 徐慧春

摘 要：文章总结了宇航用户实际微观体验，分析了宇航元器件自主可控过程中生产厂面临的挑战，归纳了用户遇到的实际困难。结合工作实践经验，从加强“用研”沟通、信息共享和成果共享三个方面，提出推动宇航元器件自主可控工作具体措施建议。

关键词：微观体验;宇航元器件;自主可控;措施建议;自主研制;研制周期

中图分类号：TP39文献标识码：A文章编号：2095-1302（2019）09-0-04

0 引 言

随着近期国际局势演变，中美贸易摩擦的升级，44家中国企业（包含中国电科多家研究所）被美国列入禁运清单，宇航元器件自主可控十万火急。

宇航领域自主可控元器件是指元器件产品及形成该产品全过程的全部要素不受制于外国或他人，航天用户可以公开并稳定地获得元器件的电学和环境性能、可靠性、供货周期和价格等适宜航天型號的元器件。元器件产品当前或长久的获得存在受制于外国或他人的损失风险，经评估其风险可接受或者有规避风险的措施，元器件的电学或环境性能、供货周期、稳定性和价格在预定时间内适宜航天型号的元器件称为可控的元器件[1]。本文讨论的重点是宇航元器件领域，替代引进产品的国产化元器件在研制、推广以及使用过程中涉及的相关问题。

1 关于宇航元器件管理体制的宏观观点

在过去的十几年，众多宇航元器件相关专家以及学者从宏观角度进行了系统分析以及论述。综合分析，在我国宇航元器件自主研制能力尚显薄弱的前提下，仅由宇航用户及型号项目牵引实施的元器件选用控制模式无法在全局范围实现元器件自主可控目标，目前宇航元器件的管理模式尚需改进完善。宇航元器件自主可控领域部分研究观点摘录见表1所列。

我国宇航元器件自主研制能力的提高及其宏观管理模式的发展与完善需要日积月累、量变引起质变的长期工作。针对自主可控形势，面对我国宇航元器件自主研制能力和管理模式的实际情况，本文在用户方的微观体验基础上，从生产厂以及用户两个角度分析目前宇航元器件自主可控工作遇到的困难和问题，从具体工作角度给出措施建议。

2 宇航元器件自主可控用户微观体验

2.1 生产厂遇到的困难

2.1.1 替代研制，困难重重

按照目前多数宇航元器件国产化工作模式，国产元器件生产厂根据宇航用户的使用需求，启动替代进口产品的研制工作，原则上要求功能兼容、性能相当。

在满足宇航用户的特定使用条件前提下，可能受到器件陶瓷封装、尺寸、管脚定义等多重限制;结合宇航应用，又增加了抗辐照及多种附加可靠性要求，导致生产厂研发替代进口低等级产品（尤其是塑封非抗辐照产品）过程困难重重。再加上国内生产工艺、设计水平等差距，导致存在研发周期长、技术困难大、功能性能不完善等缺陷，在推广使用时，存在装联工艺、可靠性、电性能隐患多等问题。

甚至有部分项目立项后，由于研制困难太大导致撤项。例如某A/D转换器，某公司承研，经过四年艰苦研发，投入数百万元经费后，最终由于国内工艺技术水平限制暂停研制，损失重大。

而生产厂在正向研制时遇到的限制就小得多，同时在正向设计时可以充分结合设计师的实际应用需求，更好地找到生产厂研制能力与用户需求的良好结合点。例如某混合集成电路双速转换器，从指标提出到最终产品交付，在“用研”双方充分沟通的基础上进行正向研制。从项目立项到产品交付，进展顺利，很好地满足了用户的实际需求，同时为生产厂创造了经济效益。

2.1.2 更新迅速，难赶潮流

在现有管理模式下，用户设计师选用某款引进器件完成单机设计后，各级主管部门经层层统计上报，国产化详细需求才传递到各元器件生产厂，从选用到最终申报是一个漫长的过程。而生产厂从接到需求到最终设计定型，即使在国内设计、工艺水平能够满足研制的条件下，至少需要2～3年研制周期。部分难度较大的器件，例如大规模集成电路，从研制到最终产品批量供货，可能需要5年甚至更长时间。推广到市场使用后，还可能发现质量问题并改进。虽然在宇航领域很多应用继承性强的元器件产品的生命周期相对商业应用更长，但有一些单机更新换代频繁的领域，例如卫星有效载荷的单机性能也会根据用户不断提高需求而加速相关元器件更新换代。

国产化产品最终研制成功后，推广应用时往往遇到国外更新换代产品的竞争，而此时，如果整机用户对体积、功耗、速度等方面要求提高，那么国产化器件就很难满足新要求。此时对国外更新换代产品的国产化需求又提出来，研制单位只能继续开展替代研制工作，长此以往，恶性循环。

而生产厂如果能够领先国外量产产品现有水平开始研制，往往能够助力产品获取竞争优势。例如某整流二极管，根据用户的需求，在国外厂家尚未推出量产产品的情况下，某生产厂已开始研制，使产品研制占领先机，后续市场推广预期良好！

2.2 用户遇到的问题

2.2.1 迁移成本巨大，耗时费力宇航成熟设计多为继承设计，经长期摸索，结合在轨应用经历，在国产化产品直接替代进口的场合下，若简单参照引进器件参数，会带来诸多问题。

用户设计师需要对国产器件参数性能及其与进口产品的差异进行细致分析评估后调整外围设计，进行匹配应用，该过程费时耗力，同时可能存在许多隐性风险，其难度与风险并不亚于重新设计。

同时由于产品封装差异，装联工艺往往存在巨大风险，不经实际应用装联验证，所遇到的问题往往难以预料。例如某厂家电源芯片在某用户单机上首次电装时发现芯片19脚SS/TR端与1脚对地短路，后经厂家分析为焊接时焊接粘连造成，另外该器件还发现芯片N1无输出电压的情况，经分析排查为焊接不良导致。

综上，国产化器件应用时，迁移成本巨大，型号项目应用团队费时耗力。

与此对应的，上述正向研制的双速转换器产品在实际交付后，由于是与用户共同定义产品，在研制过程中进行了充分验证，因此使用效果良好。

2.2.2 试错成本较高，风险巨大

国外主流元器件生产厂家经过多年积累，依托全球需求，成熟产品经历多轮设计迭代和广泛应用;同时产品更新换代较快，针对应用细节设计考虑充分，产品手册数据详实，用户体验较好。而某些国产化产品，从装联工艺细节到调试等使用细节考虑不充分，用户体验较差。

例如某生产厂国产化PROM芯片在烧写时无法对空位自动写“0”，烧写过程中需手动填写，与航天软件质量管理流程不符，导致正样产品烧写工作无法进行，后厂家对烧写器进行升级解决了该问题。

在用户体验不好的同时，应用国产化替代产品时，装联工艺风险、电性能风险、可靠性风险等多种风险并存，器件正式使用时质量问题风险概率大增。在宇航单机上应用后，若发现器件质量问题，一般会进行归零工作，应用单机的进度、质量、人员投入等成本高昂，同时项目进展风险巨大。

3 建議措施

在自主可控形式急迫的当下，针对我国宇航元器件自主研制能力和管理模式现实情况，作为一线宇航元器件相关从业者，建议从三个方面加强工作。

3.1 完整定义产品，加强“用研”沟通

生产厂的产品研发人员与用户方实际使用设计师在研发阶段进行充分沟通是国产化器件研制的前提，特别是模拟电路、分立器件等，其外围电路与器件电参数等特性密切相关，国内外产品的设计、工艺和封装差异往往造成最终指标及应用细节出现偏差。

但实际的“用研”沟通情况尚有很大差距。一方面由于国产化元器件需求统计采用各厂、所上报至各研究院，再上报至集团公司的层层传递形式，最终生产厂竞标拿到的研制任务需求与用户实际使用要求错位。另一方面，很多生产厂对“用研”早期沟通不够重视，过多依赖竞标时传递的指标要求（国外产品规范等），而较少考虑实际使用时元器件将面临的应用状态和其他具体应用限制条件。

例如某国产化稳压二极管，厂家研制完成后交付用户试用时，经使用设计师测试才发现，其齐纳值偏高，无法应用。齐纳电压值过高会引起用户电路保护逻辑错误而产生电路误动作，严重时可导致产品因误保护而无法开机，由此，生产厂的研制计划被严重推迟。甚至还出现过生产厂研发元器件到正样研制阶段后，其研发人员才第一次与实际使用设计师对接的情况。

由此，生产厂需高度重视对“产品定义”的理解，在产品满足用户提出的指标前提下，需要对产品本身的功能性能进行完整定义，明确应用边界条件，除显性技术指标外，应充分分析产品应用隐含的技术要求和特性。研发人员在对产品的技术认识不断清晰的基础上，加强“用研”沟通意识，提高设计人员的沟通表达能力，从用户单机实际使用角度考虑元器件指标和关键功能性能，与实际使用设计师进行深入有效的沟通交流。

同时，对一线使用设计师需求的分析梳理，往往会促成正向自主研制的宝贵机会，可以规避逆向替代研制的种种问题。一线使用设计师的需求是生产厂最重要的市场线索。

3.2 全面归集研制进展及使用信息，及时全面共享

如前论述，国产化新型器件相较引进器件可能存在更多工艺、可靠性、电性能等方面的隐患，前期生产厂研制过程中遇到的问题，以及用户在初期发现的使用问题是一笔特殊的财富，可以使后期研制与使用者少走弯路，有效避免“重复交学费”现象，具有很强的参考价值。另外，不同渠道立项的国产化项目除了项目申报用户之外，往往存在多个潜在用户。突破国产化项目申报用户限制，及时向潜在用户通报研制进展，将非常有利于国产化器件推广，为后期各用户选用奠定基础。

目前各生产厂以及相关宇航物资管理部门在信息共享方面尚有较大差距。首先，生产厂内部不同项目之间，不同研发团队之间遇到问题各个击破，缺乏统筹与积累。其次，同一款产品不同用户使用时有可能遇到相同的问题，未及时通报，往往遇到问题解决问题，就事论事、以解决当前用户问题为目标。最后，由于多种立项渠道，例如各型号的自主可控项目，多渠道的新品任务，个别用户发起的自主可控任务等，主管部门不同，管理模式各不相同，缺少公共信息平台，无法实时收集、通报各研制项目进展，往往产品最终进入用户方选用目录时才能被应用设计师查到，但在前期研制阶段的相关信息很难广泛为一线用户所知。

信息共享缺失导致的使用问题、推广问题实例很多。例如某国产化D/A存在接地焊盘与管脚之间间距过小，焊接时易桥连短路，同时存在采用双时钟模式时开机时延随温度变化的现象。某单位某型号正样单机使用时发现了这些问题，导致多块正样单板封存，严重影响科研生产进度的同时造成较大经济损失。后经调查发现，数月前，另一家用户单位使用该器件时已发现该问题，但无专门机构及时对其他用户进行通告。另外，某生产厂二极管国产化产品已进入某院元器件优选目录，但由于信息未公开通报，其他用户依然选用对应的引进器件，直到一次偶然的国产化论证清查，用户才从某院目录网站查到，自此才开始改用国产化产品。

建议生产厂建立包含标准设计准则等内容在内的基础数据库，并根据技术发展不断修正，不同产品可以在不同标准模块基础上堆叠，这样的技术架构有利于生产厂内部不同项目、不同团队之间的技术信息共享。在此基础上，生产厂需进一步完善细化产品使用手册、应用指南等产品数据包，对用户从工艺、电性能调试、烧录等角度进行全面规范，有效指导用户使用。

建议宇航元器件相关管理部门增强对国产化元器件研制进展以及质量问题统一通报的意识。密切关注各生产厂在研的不同国产化项目，及时通报研制进展，为各型号的一线使用设计师在选型之初提供参考。另外相关部门应密切关注各用户在国产化器件试用、使用过程中遇到的问题、解决方案、失效分析结论、后期注意事项等，采用案例法列举、问题处理进展通报等形式开拓信息化渠道，实时通报、更新，最终建立起自主可控元器件使用数据库，更好地服务广大用户。

3.3 加强应用支持，认可用户付出，“用研”共享成果

用戶的应用验证数据及使用经验对国产化器件的改版完善弥足珍贵，有时甚至是一款产品成败的关键。从某种意义上说，离开用户的验证、试用（试错）过程，一款国产化器件不能算完成研制。而目前的国产化项目构成很少考虑用户应用成本，用户很难分享到国产化元器件成功的成果，与用户方在实际使用过程中所承担的巨大风险和投入极不相称。

在具体工作中，除安排的应用验证工作外，其他国产化元器件研制过程中用户需要对初样样品、正样样品进行试用。若无合适试用场合，样品试用需要单独投产验证、进行额外调试等工作;在无经费支持的前提下，试用工作往往不被用户列入科研生产管理流程，在用户单位科研生产进度紧张的背景下，试用周期较长、推动困难。

建议相关管理部门在国产化项目中充分认可用户的作用和价值，在项目立项时考虑实际用户的验证（试用）成本以及最终使用时所承担的风险成本（试错成本、迁移成本、用户体验下降等）。争取进一步完善应用验证工作安排，将实际试用工作列入用户方科研生产管理流程，并给予国产化产品首用单位和相关设计师适当的荣誉和奖励;从政策上真正重视用户，重视试用及使用，使用户也可以同生产厂共同分享国产化成果。

4 结 语

本文从用户微观体验层面总结了宇航元器件自主可控工作中，生产厂与用户面临的实际困难，结合实际工作，从加强沟通、信息共享和成果共享三个方面给出推动宇航元器件自主可控工作切实可行的建议。

在纷繁复杂的国际形势下，在技术、管理均与发达国家存在明显差距的现实条件下，宇航元器件自主可控工作的推动需要各级管理机构、元器件生产厂、第三方质量保证机构、宇航型号及最终用户等统一思想，群策群力，从小处着眼，从具体工作入手，兢兢业业、脚踏实地开展工作！

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