新时期航天计算机产品化工作实践

胡巧玉、张峤、李鹏娟 /西安微电子技术研究所

近年来，新研型号的配套产品技术指标和元器件自主可控等要求日益提高，计算机技术发展更加倾向于多功能综合化、系统小型化和工程实现上的高效率与成本控制。而针对特定应用场景进行定制开发的新产品研制模式，存在开发效率低、技术风险高和成本控制难的问题，不能适应新时期型号任务多、批量大、质量要求高、成本控制严的要求。为了适应航天领域快速发展的新形势，破解型号研制周期短、质量要求高、资源保证难、成本控制严的局面，西安微电子技术研究所大胆创新改革型号和产品管理工作模式，推广模块化理念，探索建立通用产品研制、验收、选用新模式，创新激励机制，以解决制约产品化工作管理模式落地的深层次问题，不断开创产品化工作新局面。

随着型号种类快速增加、研制与批生产周期不断压缩、竞争性采购常态化，资源保障紧张、进度压力增大、质量问题多发、经济效益下降等问题日益凸显。研究所作为单机单位，经过多年的产品化经验积累和摸索，总结出单机产品“去任务化、去型号化”工作应从单机产品向标准设计单元、标准板卡、模块级产品以及IP 核纵向拓展，从底层做起，从具有独立功能的模块做起，通过建立标准单元库，更好地满足设计人员的设计需要，提高设计水平，降低设计质量成本。设计人员可以通过复用这些现成的标准单元库资源，高效快速完成设计，以最小的队列使工作单元持续流动，消除设计资源重复投入造成的浪费。

一、工作思路

研究所在产品工程初期对计算机的功能进行分析，同一领域或分系统内的单机除结构外特性存在差异，其余对外功能接口相近，产品继承、设计复用较好；虽然不同领域计算机产品的功能接口差异较大，但由于计算机内部总线体系架构遵循工业标准（CPCI、CPEX、VPX 等）和板卡尺寸标准规范(3U/6U)，构成计算机内部的各种板卡的通用化基础较好。因此，研究所从以下3 个层面开展计算机产品化工作：

（1）在使用领域兼顾技术成熟度和长期供货保障方面的因素，建立型谱目录，作为总体单位型号选型的参考，为分系统和系统产品化提供支持；

（2）形成标准化的通用功能板卡类产品目录，为建立货架式产品做好基础，快速搭建整机产品；

（3）建立标准设计单元，促进标准化设计在不同型号产品的复用。

二、工作推进

针对现阶段产品化工作开展中产品种类多、研制周期长、研制成本高、通用性差等问题，研究所结合航天产品产业特点，以构建标准单元库、建立型号选用的长效机制和灵活的激励政策为主线，推进新时期产品化工作。

1.建立产品化组织

为深入推进产品化工作，研究所结合专业特点完善组织机构，专门设立了包括领域首席和产品首席的专家队伍，高度重视顶层策划，每年年初制定详细的工作策划和分解计划，全面推进产品化工作。

1.2 麻醉方法 术前12 h禁食，术前4 h禁饮。两组患者均给予托咪酯(0.2 mg/kg)、丙泊酚(0.5 mg/kg)、顺苯磺酸阿曲库铵(0.2～0.3 mg/kg)和芬太尼(5.0～6.0 μg/kg)静脉注射，行麻醉诱导。A组患者接受七氟醚(江苏恒瑞医药股份有限公司生产)维持麻醉，浓度为2%～4%；B组患者接受右美托咪定(江苏恒瑞医药股份有限公司生产)维持麻醉，诱导前5 min以0.5～1.0 μg/kg静脉泵入，麻醉维持期间以0.2～0.4 μg/(kg·h)静脉持续泵入。两组患者均在手术结束前20 min停止给药。

领域首席负责产品化总体决策，协调产品化实施过程的重大事项；质量技术部策划产品化推进工作，负责协调落实领导小组的工作部署和要求，制定产品化制度及标准、规范，落实产品化内部激励政策。

产品首席负责产品化设计、定型、成熟度评价及选型工作；各事业部作为产品化实施主体，负责产品化设计、定型工作；产品化专家组负责成熟度评价技术审查，以及型谱产品研究、产品规范及设计定型工作的技术审查。

2.标准单元的定义

“标准单元”是指经过在多型号或项目中使用，具有典型设计经验积累、可推广、成熟的设计技术，经过固化形成的设计图纸（逻辑图、PCB 图）、源代码或设计标准等可视的文档。

3.构建标准单元库

针对产品重复开发的问题，研究所经过整体考虑和有针对性的技术研究，提出建立标准单元库的思路。同时，研究所作为型谱单机产品单位，由于参加飞行的次数较少，产品成熟度很难达到5 级以上，星、船、载产品尤其如此，但实际上不同单机内部往往采用相同的设计单元。因此，可以借鉴宇航单机成熟度的概念，结合微电子与计算机产品中设计单元的实际复用情况，将成熟度的概念在更多产品层次和更广应用范围内加以推广。

（1）建库流程及管理

针对标准单元库，应从准备、审核、入库、发布、使用、更改与维护、奖励7 个方面规定具体的管理思路，如图1 所示。

图1 研究所标准单元库管理思路

按照计算机产品的具体特点，结合各级产品的设计复用性，按照“分级建立、分级管理”的思路建立所级和事业部两级标准单元库，但入库策略有所不同。

事业部级单元库应从型号方案设计开始建立，提出需新研制的标准单元，经过详细设计、系统验证、可复用性扩展、完善文档等流程形成待审入库的标准单元。经科技委审查，对已通过审查的标准单元在研究所内网发布。

所级优选标准单元库应从事业部级单元库中有一定基础、成熟度大于3 级的标准单元库中选取，或者从事业部级单元库中每年复用频次高于5 次的标准单元库中选取，最终提炼为所级优选标准单元库。

各主承事业部负责人对标准单元库的全生命周期进行维护，对使用中发现问题的产品进行更改、验证、升级，直至淘汰出标准单元库为止。对已入库产品的维护，包括淘汰过时的标准单元、提炼有应用背景的标准单元，通过如图2 设计的良性循环，达到丰富标准单元库、增强研究所开发实力的目的。

图2 两级库建库流程

（3）入库准则

事业部库入库准则：①成熟度，通过系统验证且以往归零措施均已验证；②标准化，设计指南的编制应通过所标委会审查；③正确性，产品首席负责审核；④通用性，领域首席负责审核；⑤完备性，全套资料已齐全并完成归档。

所级优选库入库准则根据每年标准单元库的复用频次确定：①对于每年复用频次高于5 次的标准单元库，提炼为研究所核心标准单元库；②对于2年复用频次低于2 次的标准单元库，淘汰为过时的标准单元库；③指导各事业部提炼有应用背景、技术先进的标准单元。

（4）库分类

标准单元库的二级分类依据研究所产品研制的具体特点确定，标准单元库初期分为硬件、软件、IP 核、标准板卡、型谱产品5 类，后续随着库的不断扩充，又增加了标准件、标准模块的分类。

三级分类是按照研究所主承事业部产品研制的特点，按照弹、箭、星、船、地面以及电源进行细分，做到同类产品方便查询，分类、分层的标准设计单元库结构示意如图3 所示。

图3 分类、分层的标准设计单元库结构示意图

（5）创新的激励机制

为了鼓励入库和使用人员，研究所从精神层面和物质层面分别给予奖励，独创了使用第一作者的姓名命名标准单元的创新激励政策，极大地激发了设计人员入库的动力。标准单元的命名由4个部分组成，第1 部分为标准单元第一作者的名字，使用汉字；第2 部分为功能分类，分为通信类、图形处理、固态存储器等；第3 部分为特征参数，例如SPARC V8；第4 部分为序号，由01 开始顺序排列。

研究所每年年底发布已入库的标准单元库目录清单，部分标准单元库清单见表1。

表1 部分标准单元库目录清单

在技术职称评定时，对已入库的设计单元、IP库、标准件、型谱产品的负责人进行量化加分，对提供标准单元首次入库的负责人和选用标准单元库的使用人员均给予相应的奖励，每年年底按照复用率进行统计，并进行专项奖励。

每年由各主承事业部上报本年度型号复用标准单元及型谱产品的次数，由责任总师进行审批，领域首席进行复核，质量技术部对标准单元负责人及型谱产品负责人进行奖励，复用奖励经费由研究所和事业部按照各50%的比例进行兑现。

三、实施体会与成效

经过近5 年的实践，研究所已完成近60 种硬件标准单元库的入库、发布和复用工作，在推动产品化通用组件去型号化工作方面取得了一定成效。

1.货架式板卡初见成效

研究所适应单机产品去型号化要求，单机产品纵向拓展向标准板卡延伸。制定了货架式整机类产品质量管控办法，按照设计复核确认、小批量试生产、设计鉴定、正式批生产4 个阶段提出了控制程序，全面指导货架产品的研制生产工作，目前已推行至10 个板级、模块产品。

2.建立软、硬件标准单元库

一是显著提升了产品质量和研制效率。计算机标准化设计目前应用在22 个型号的55 种产品中，单一产品生产进行所级统筹规划，元器件采购、印制板生产、机加件生产等环节由单台生产模式发展为批量生产模式，显著提高了产品生产、调试效率，研制周期缩短约40%。

二是大幅压缩了物资采购品种。以CPU/DSP、FPGA/CPLD、总线及接口电路、DC/DC 及滤波器、AD/DA 等为代表的关键元器件航天装备型号从 215种压缩为 80 种，压缩比超过60%；其它类物资从46765 条压缩为32153 条，压缩比超过30%。

新时期产品化工作应充分考虑其专业特点和行业地位，针对产品战略规划与型谱建设、通用产品的“去型号化”与货架建设，通过长期激励政策推进产品化工作，重点关注产品在技术、质量、成本、能力等基础性方面达到要求。在未来计算机产品研制上，将从集成设计和用户使用的维度收集产品质量数据，详细分析国产化计算机产品使用特性，紧跟国产化计算机技术发展步伐，提升对新型计算机产品可靠性验证和可靠性评估水平，不断提高计算机通信、数据计算、处理、图形处理等方面的环境适应性和产品集成可靠性，为高质量、高效率、高效益配套航天装备奠定坚实基础。