基于产品化的电源货架建设研究与实践

赵晶、戴艺凯、王建军、赵志刚、白玉玲 /北京航天发射技术研究所

近年来，我国的国防支出预算稳步增长，但目前新装备数量及结构占比与美俄等军事强国相比仍有较大的差距，“补偿式”发展空间巨大。随着武器装备向智能化、集成化、网联化发展升级换代，负责电能转换的电源产品需求将会大幅增加，在航空、航天、车辆、电子、核工业及船舶等重要领域，随着国家政策对国防力量建设和支撑力度不断加大，新一代武器装备在“十四五”期间加速列装必将带动上游配套需求提升。

北京航天发射技术研究所在电源领域具备较为丰富的军品研制配套经验、较为完备的研发体系，掌握着产品核心技术、具备完备试验设施等优势，但是其小批量定制化的研制生产模式存在的问题逐步显现。主要体现在以下几个方面：一是定制化研发模式以功能实现为主，实现功能的技术途径因设计者而异，不利于技术风险管控与核心技术能力发展；二是不同型号项目在成本预算和可靠性上有较大的差异化需求，满足功能性需求的电源产品难以覆盖预算需求，在项目竞标中处于不利地位；三是定制化研发模式下产品通用性不佳，随着型号种类增加，存在重复研制问题；四是定制化研发模式产品批量小、成本高，产品的实际质量特性难以把控。因此，研究所从2013 年开始针对地面电源产品开展了一系列基于产品化的货架建设研究与实践工作。

一、电源产品货架建设

经过货架构建调研论证，研究所对电源产品及下级零部组件进行了梳理，按产品成熟度以及型号应用情况逐步构建出产品货架、产品储备库和产品零部组件2 级货架，并形成一套产品化制度体系框架，包括产品化工作管理、型谱管理、产品管理以及配套保障条件实施办法，并着重针对电源货架产品的规划、产品选用控制、产品成熟度管理、产品批产质量控制进行了探索与实践。

1.货架产品规划

货架产品规划工作由所内研究室承担，在产品化电源货架建设模式下，型谱特征参数是划分电源类产品型谱规格序列的主要依据，按照模块化、系列化、功率可扩展为基本原则建立型谱。

针对技术途径因设计者而异的问题，确立了单机产品开发基于技术平台的原则。以开关电源产品为例，目前基于LLC 软开关技术规划出两大技术平台，形成PDA 系列、PDB 系列电源。其中，PDA 系列产品采用半桥LLC 技 术，属 于DC/AC-DC 开关电源；PDB 系列产品采用移相全桥LLC 技术，属于DC-DC 开关电源。

以PDA 系列为例，以输出电压等级为分类根据，采用模块并联方式进行功率扩展，最终覆盖用户需求。目前已形成3.5kW、1.2kW 和300W 级 别 共 有13 种产品可供选用，并有10 种产品在研或完成规划，针对航天系统内地面电源供电需求形成较为完备的产品型谱，如图1 所示。

图1 PDA系列电源型谱

针对不同型号项目在成本预算和可靠性上有较大差异化需求，提高竞标产品竞争力，通过快速设计拓展出适应不同可靠性需求、成本需求的同功能子系列产品，子系列产品的型号尾缀用于表示可靠性及成本情况，具体含义如下：

（1）无尾缀。选用工业级器件，一般为原理样机阶段产品、中试产品，成本低、生产周期短，可作为横向产品使用和系统研制初期使用；

（2）A。满足国产化“双九五”标准，属于国产化进程中的中间过渡产品；

（3）B。价格适中且可靠性与进口件相当的器件，如阻容器件及低功率半导体器件选用国产普军级，为现阶段主打性价比产品；

（4）C。满足器件国产化“百分之百”要求，器件质量等级较低，成本较低，可满足军方对国产化的要求；

（5）D。满足器件国产化“百分之百”要求，器件质量等级较高，成本较高，可靠性较高，可同时满足军方对高可靠性和国产化的要求。

2.货架产品选用控制

针对不同型号项目单机重复研制的问题，提高研制效率、效益和质量与可靠性，实现基于产品型谱的产品规划、开发与选用的良性循环，研究所修订了《电源产品选用控制流程及要素》，给出产品选用控制要求和选用要素，以规范电源产品选用，提高型号产品的产品化率。

型号从货架选用产品的一般原则是：一是优先选用货架中成熟度高的产品，同一成熟度产品优先选用批产量大、故障率低产品；二是同一规格不同尾缀的产品，从性价比角度考虑，一般来说选择顺序为B、A、C、D；三是产品的选择要综合考虑可靠性、价格、器件国产化情况、生产周期、库存状况、售后、技术先进性、性能指标等；四是如果货架无可直接选用产品，优先在成熟技术平台上开发新品。开发新品时以改动最小为原则，重点关注变化的部分。产品选用控制一般流程如图2 所示。

图2 产品选用控制流程

产品选用控制要素从系统使用角度进行分类，分为关键要素与一般要素。关键要素为产品不可或缺功能，涉及到重新研制的问题；一般要素则为用户可协商项，专门为该要素新研单机并不划算。电源产品选用流程中的控制要素见表1。一般要素涉及指标较多，一般均按标准或行业惯例执行，要素表中不一一列出。

表1 电源类产品控制要素表

3.货架产品成熟度管理

针对电源产品的技术特点，研究所根据中国运载火箭技术研究院标准编制了电气类产品成熟度定级标准，将电气类产品成熟度划分为8 个等级。各级的定义及对应的研制阶段见表2。在产品化研制生产模式中，电源单机的生产数量远远超过以往的定制化型号电源，因此新的成熟度定级标准中不再使用宇航单机产品成熟度定级标准以飞行考核次数作为成熟度定级依据，而是以更加严格的可靠性增长试验、多型号应用考核以及批产数量作为成熟度定级的依据。

表2 电气类产品成熟度等级划分和定义

产品成熟度作为进入产品货架的依据之一，产品进入货架的条件包括（必须同时满足）：一是在产品型谱内；二是产品达到3级成熟度要求，完成成熟度评定工作；三是有2 个及以上用户选用。

储备库入库条件包括（满足条件之一，但必须在产品型谱内）：一是HTF 产品中具有通用性能，但成熟度未达到3 级；二是成熟度达到3 级但用户未达到2 个；三是原1TY、TY 产品中具有广泛应用前景；四是产品化牵引研制但成熟度未达到3 级。

4.货架产品批产质量控制

在实现了产品化货架建设后，针对实际质量特性难以把控的问题，有了批产数据的支撑。为提高货架产品批产质量控制，深入推进电源产品合格率与稳定性控制工作的开展，研究所建立了产品控制清单，面向产品生产制造流程，基于全寿命周期实测质量数据分解产品结构，展开过程工序；面向产品制造全流程分析薄弱环节，确定影响合格率与稳定性的因素。

二、产品化货架建设成果

目前，电源单一规格产品生产数量已从几十台发展到几百台，2019 年实现了千台批产，从样机小批研制到产品化的组批投产，实现了从量变到质变的跨越，电源产品的质量也经过逐年的批量化生产得到有效提升。

以质量控制中的合格率为例，研究所详细梳理了每年批产任务电源产品的出厂合格率及存在的问题和设计及工艺改进方案。表3 为某型号电源历年出厂数量（模糊处理）及出厂合格率数据。

表3 某型号电源历年出厂合格率

从具体数据可以看出，电源货架产品在经过多轮次批量生产及生产工艺改进后，其出厂合格率逐步提升至98.9%。截止2021年底，通过验收进入研究所货架名录的电源类产品已多达16 款，年批产量达3000 台套。形成的输出电压覆盖28V、48V、96V、160V、270V，可并联使用，远程监测与控制满载效率可达95%以上的直流稳压系列电源产品。产品在多个型号项目中被选用并承担着重要任务，成熟的货架电源产品为现代武器装备的自动化、信息化、智能化提供了稳定可靠的电力保障。

通过基于产品化的货架建设研究与实践，基本解决了传统研制模式不适应产业发展新常态的问题，形成了丰富的电源货架产品，在航天系统内多个院所中推广使用，目前该货架建设管理模式已初步进入良性循环。后续，研究所将继续贯彻落实航天科技集团新时期产品化工作总体方案，以预研、型号和竞争性采购任务为牵引，进一步推进新产品开发，持续推进货架建设，以电源产品货架建设为样板，丰富各专业产品货架，提升货架产品成熟度，加大型号选用力度，提高型号产品化率；进一步推进产品标准体系建设，持续推动单位产品验收的全面实施。将产品管理融入型号研制流程，明确产品与型号职责，共同支撑“三高”“双一流”目标的实现。