军用电子元器件质量等级的统计分析研究.pdf

新技术新工艺 2 0 2 3年 第1 1期 7 6 新技术新工艺 质量与检测军用电子元器件质量等级的统计分析研究贾阳光1,韩 迪1,常海峰1,王希彦1,李 靖2(1.中国兵器工业新技术推广研究所,北京 1 0 0 0 8 9;2.北方国际合作股份有限公司,北京 1 0 0 0 4 0)摘 要:军用电子元器件作为电子装备、信息系统的基本单元,直接影响到武器装备性能发挥和功能实现,而质量等级是电子元器件设计选择、采购验收、筛选检验的重要依据,是影响质量和可靠性重要的因素之一。通过梳理分析3 0余万种军用电子元器件,以生产厂商和数据分类为切入点,梳理了3 1种类别电子元器件的质量等级和预计等级,总结电子元器件使用现状和质量等级分布规律。在此基础上,深入调研武器装备使用电子元器件的选用原则及选用现状,并提出质量等级的改进建议,为武器装备军用电子元器件的设计研发以及选用验证提供数据依据。关键词:军用电子元器件;质量等级;武器装备;选用原则;分布中图分类号:T J 0 5 文献标志码:AS t a t i s t i c a l A n a l y s i s a n d R e s e a r c h o n Q u a l i t y G r a d e o f M i l i t a r y E l e c t r o n i c C o m p o n e n t sJ I A Y a n g g u a n g1,HAN D i1,CHAN G H a i f e n g1,WAN G X i y a n1,L I J i n g2(1.C h i n a N o r t h O r d n a n c e N e w T e c h n o l o g y G e n e r a l i z a t i o n I n s t i t u t e,B e i j i n g 1 0 0 0 8 9,C h i n a;2.NO R I N C O I n t e r n a t i o n a l C o o p e r a t i o n L t d.,B e i j i n g 1 0 0 0 4 0,C h i n a)A b s t r a c t:M i l i t a r y e l e c t r o n i c c o m p o n e n t s a s t h e b a s e o f e l e c t r o n i c e q u i p m e n t a n d i n f o r m a t i o n s y s t e m d i r e c t l y a f f e c t e d t h e p e r f o r m a n c e a n d f u n c t i o n r e a l i z a t i o n o f w e a p o n s e q u i p m e n t,a n d t h e q u a l i t y g r a d e w a s a n i m p o r t a n t b a s i s f o r t h e d e s i g n s e l e c t i o n,p r o c u r e m e n t a c c e p t a n c e,s c r e e n i n g a n d t e s t i n g o f e l e c t r o n i c c o m p o n e n t s,a s w e l l a s o n e o f t h e i m p o r t a n t f a c t o r s a f f e c t i n g t h e q u a l i t y a n d r e l i a b i l i t y.B y c o m b i n g a n d a n a l y z i n g m o r e t h a n 3 0 0 0 0 0 k i n d s o f m i l i t a r y e l e c t r o n i c c o m p o n e n t s f r o m t h e p e r s p e c t i v e o f m a n u f a c t u r e r s a n d d a t a c l a s s i f i c a t i o n,a n d s o r t i n g o u t q u a l i t y g r a d e s a n d e x p e c t e d g r a d e s o f 3 1 c a t e-g o r i e s o f e l e c t r o n i c c o m p o n e n t s,w e s u mm a r i z e d t h e c u r r e n t s t a t u s o f e l e c t r o n i c c o m p o n e n t s a n d t h e d i s t r i b u t i o n o f q u a l i t y l e v e l s.O n t h i s b a s i s,i t w a s d e e p l y i n v e s t i g a t e d t h a t t h e s e l e c t i o n p r i n c i p l e s a n d c u r r e n t s t a t u s o f e l e c t r o n i c c o m p o n e n t s u s e d i n w e a p o n r y a n d e q u i p m e n t,a n d w e p r e s e n t e d t h e i m p r o v e m e n t s u g g e s t i o n o f q u a l i t y g r a d e,i t p r o v i d e d d a t a b a s i s f o r t h e d e s i g n a n d d e v e l o p m e n t o f m i l i t a r y e l e c t r o n i c c o m p o n e n t s o f w e a p o n e q u i p m e n t a n d s e l e c t i o n v e r i f i c a t i o n.K e y w o r d s:m i l i t a r y e l e c t r o n i c c o m p o n e n t s,q u a l i t y g r a d e,w e a p o n s a n d e q u i p m e n t,s e l e c t i o n p r i n c i p l e s,d i s t r i b u t i o n 为了保证电子元器件的质量,在2 0世纪八九十年代,我国参照美国军用标准(M I L)体系,结合我国电子元器件实际情况和使用需求,逐步建立了包括元器件的规范、标准、指导性技术文件3种形式国军标体系,构建了电子元器件质量等级的管理体系。目前,市场上的电子元器件种类繁多、标准体系交织、生产厂商鱼龙混杂、产品质量良莠不齐等,给电子元器件产品高质量选用带来了诸多挑战与困难。同时,我国元器件的质量等级提法体系很多:1)用于电子元器件生产控制、选择和采购的质量等级标准,如质量保证等级和失效率等级等;2)用于电子设备可靠性预计的质量等级,如军品级、工业级、商业级等;3)根据温度范围来区分器件的级别,如宇航级、军温级、工业级、商业级等。这种从不同体系来区分电子元器件的质量等级,研制方需根据不同需求制定多种标准,用户方按元器件种类选取、应用划分存在困难,对电子元器件的管理和使用是十分不利的。此外,每一类器件只有一个总规范,但是对于同一类的元件,就可以有不止一个总规范。又如:电子元器件涉及总规范有4 0 0余项,每个总规范又有若干个详细规范配套,电子元器件的产品规范(总规范和详细规范)的数量在电子元器件标准体系中占很大的比例。军用电子元器件的质量等级研究有助于推动武器装备的选用控制,进而可以提升武器装备的质量可靠性,减少使用成本。自2 0世纪9 0年代,国内以现行的军用标准为依据,按照功能、结构、材料等把军用电子元器件划分为微电路、半导体分立器件和附件等3 4类1,按照军用电子元器件质量认证程序规则构建了军用电子元器件合格产品目录(Q P L)和军用电子元器件合格制造厂目录(QML),给质量等级研究奠定了基础。国内学者纷纷开展军用电子元器件的质量等级研究,郑丽香等2剖析了国内外电子元器件生产保证与可靠性预计的两种质量等级体系,给出了国内外详细的质量等级标识及对应关系。彭伟等3对军用电子元器件质量等级的定义、质量 质量检测 新技术新工艺 质量与检测7 7 等级在相关标准规范中的表现形式、各种质量等级的内在关系和国内外元器件应用等级进行了剖析,阐明了军用电子元器件质量等级与应用等级的相互关系。肖凤娟等4剖析了武器装备用电子元器件在质量等级选择方面存在的问题,对新形势下武器装备用元器件自主保障的要求和武器装备高可靠、长贮存寿命、高性能的需要,新一代武器装备提出了改进措施。此外,随着优选目录和统标统型工作的落实落地,武器装备使用军用电子元器件管理和选用出现了集约化、规律性,给军用电子元器件的质量等级研究提供了数据基础,需要按产品类别和生产厂商统计质量等级分布情况,为武器装备军用电子元器件的设计研发以及选用验证提供数据依据。本文基于上述学者专家的理论成果,通过梳理3 0余万种武器装备在用的国产军用电子元器件数据,按生产厂商及数据分类归类分析,总结提炼出各类别的质量等级分布情况及选用原则的规律性和重复性,进而提出按照类别总结质量等级的可能性,并深入开展选用现状及选用原则研究,提出改进建议,进一步指导设计师选型应用和目录建设。1 国产军用电子元器件数据研究军用电子元器件作为电子装备、信息系统的基本单元,直接影响到武器装备功能实现和性能发挥,其选用对于装备信息化、智能化至关重要。目前,武器装备研制、生产、维修、检测等过程中使用了大量的军用电子元器件,为此尝试通过对上装上机使用军用电子元器件的数据进行分析,来总结国产军用电子元器件的质量等级分布规律。本文数据研究过程由4个主要阶段组成:数据采集、数据处理、数据挖掘和数据展示。通过对数据分析研究(见图1),总结发现武器装备使用元器件有如下特点。图1 数据研究的过程 1)生产厂商较为集中。因武器装备研制继承性以及长期稳定供货要求,往往选择行业大厂,同时各军种、工业部门均在积极推进电子元器件合格供方、目录建设、统型工作和型谱布局等工作,加速推进武器装备使用电子元器件的通用化、集约化、系列化,通过对武器装备在用3 0余万条国产军用电子元器件的生产厂商进行统计分析,涉及2 0 0余家生产厂商,集中在北京、四川、陕西、江苏等地,而质量等级与生产厂商密切相关,生产厂商的集中分布给质量等级的研究分析提供了可能。2)数据分类较为规范。通过对武器装备在用3 0余万条国产军用电子元器件的类别进行统计分析,包括微电路、半导体分立器件和附件等3 1类(不涉及电气电子组件、板和卡,其他光纤元器件,燃料电池及其部件和附件等3类),条目超过1万条共涉及 电 阻 器(2 7 8 7 9 4条,占 比7 3.1 6%)、电 容 器(3 6 4 0 7条,占比9.5 5%)、电连接器(2 0 1 3 6条,占比5.2 8%)、半导体分立器件和附件(1 9 4 1 2条,占比5.0 9%)、微电路(1 1 3 0 8条,占比2.9 7%)等5个类别,敏 感 元 器 件 和 传 感 器(件)等2 6个 类 别(1 5 0 1 8条,占比3.9 5%)。各质量等级和预计等级分布情况见表1,涉及质量等级1 2 8项、预计等级1 7 3项,基本摸清各类别的已上装军用电子元器件的质量等级分布情况。目前,设计师的选用工作也是依据类别开展,数据分类较为规范,给质量等级与分类关联研究提供了可能。2 选用现状研究鉴于军用电子元器件对现代武器装备升级换代和现代战争巨大推动作用,以美国、日本、英国为代表国家,建立了军用电子元器件合格制造商目录(QML)认证和可信(T RU S T)认证、供应商管理体系和产品质量体系来保证国防关键技术领域的优势。俄罗斯高度重视武器装备的元器件选用,坚持核心元器件本土生产,禁止外国设备或商品,尤其电子元器件流入国防事业建设5-6。由于我国军用电子元器件基础理论系统性研究不够,生产单位试验和应用数据的积累不足,军用电子元器件产品型谱初步建立,还未形成权威的产品选型指南以及优选目录。此外,受限于保密等诸多因素,武器装备承研承制等用户单位对于国内元器件供应商生产单位的基本情况、产品种类等掌握有限,导致型号设计阶段 新技术新工艺 2 0 2 3年 第1 1期 7 8 新技术新工艺 质量与检测表1 军用电子元器件质量等级和预计等级分布情况分类代码类目名称质量等级预计等级5 9 0 5电阻器G J B、Y C、C A S T B、C A S T C、S A S T、Q J B、GA 1、A 25 9 1 0电容器G J B、Y B、Y C、C A S T B、C A S T C、C A S S C、C I S S A、C I S S C、S A S T、Q J B、G、S JA 1、A 2、军用级5 9 1 1敏感元器件和传感器(件)G J B、C A S T B、C A S T C、S A S T、Q J B、GA 1、A 2、军用级5 9 1 5滤波器和网络G J B、C A S T C、S A S T、Q J BA、B、A 5、军用级5 9 2 0保险丝、避雷器、吸收器和保护装置S A S T、Q J B军用级5 9 2 5断路器Q J B军用级5 9 3 0开关G J B、C A S T C、Q J BA、B 1、军用级5 9 3 5电连接器G J B、Y B、Y C、C A S T B、C A S T C、S A S T、Q J B、GA 1、A 2、军用级5 9 4 5继电器宇航级、G J B、Y C、C A S T B、C A S T C、S A S T、Q J B、G、Q BA 1、A 2、B 1、军用级5 9 5 0线圈、变压器和磁性元件G J B、C A S T C、S A S T、Q J B、GA 1、A 2、军用级5 9 5 5振荡器和压电晶体G J B、C A S T C、S A S T、Q J B、GA 1、A 25 9 5 6声表面波和声体波器件G J B、C A S T C、Q J BA、B、军用级5 9 6 0电子管和附件(真空电子器件)G J B、Q J BA 1、A 2、军用级5 9 6 1半导体分立器件和附件G J B、Y B、Y C、C A S T B、C A S T C、S A S T、Q J B、GA 1、A 2、A 3、A 4、A 5、军用级5 9 6 2微电路G J B、YA、Y B、Y B/K+、Y C、C A S T B、C A S T C、S A S T、Q J B、G、G+、Q B、FMA 1、A 2、A 3、A 4、A 6、B 1、军用级5 9 6 5送受话器和扬声器G J B、Q J B军用级5 9 8 0光电子器件G J B、Y B、C A S T C、Q J B、GA 1、A 2、A 3、A 4、A 5、军用级5 9 8 5天线、波导管和相关设备G J B、C A S T B、C A S T C、S A S T、Q J B军用级5 9 9 0同步器和分解器G J B、Q J BA、B 1、B、军用级5 9 9 5通信设备电缆、软线和电线组件G J B、Y C、C A S T B、C A S T C、S A S T、Q J B军用级5 9 9 8电气电子组件、板和卡5 9 9 9其他电气和电子元器件G J B、C A S T C、Q J B军用级6 0 1 0光纤G J B、Q J B军用级6 0 2 0光缆G J B、Q J B军用级6 0 2 1光纤开关Q J B军用级6 0 3 0光纤装置及器件Q J B军用级6 0 3 2光纤用光源和图像探测器Q J B军用级6 0 3 5光传输和图像传输器件Q J B军用级6 0 6 0光纤互连器件G J B、Q J B、Q B军用级6 0 9 9其他光纤元器件6 1 1 6燃料电池及其部件和附件6 1 1 7太阳能电力系统G J B、Q J BA、B 1、军用级6 1 3 5非充电电池(原电池)G J B、Q J BA、B 16 1 4 0充电电池(蓄电池)G J B、Q J BA、B 1、军用级多优先选用熟悉产品,且C P U、A/D、D/A、总线控制器、数字信号处理器、存储器高端核心器件多选用进口产品;加之型号构成的复杂性、分散性,型号层级涉及系统、分系统、设备、基础产品5级,涉及货架、沿用、改进、新研等多类型产品,其核心器件选用权在设备研制单位而不在总体单位,设计师队伍往往是跨行业、跨单位,造成武器装备用元器件种类纷繁复杂。近年来,各军兵种、工业部门出台了一系列对于武器装备使用电子元器件的文件,积极构建元器件优选目录和研制型谱,并对上机上装元器件的技术成熟度、长期稳定供货能力提出了越来越严格的要求,质量等级的分布性愈发规律7。质量检测 新技术新工艺 质量与检测7 9 近年来,我国出台了一系列武器装备使用电子元器件的文件,积极构建军用电子元器件优选目录、研制型谱、合格供方,并对上机上装元器件的技术成熟度、长期稳定供货能力提出了越来越严格的要求,开展军用电子元器件选用研究,对于质量等级关联分析越发重要。针对选用电子元器件的质量等级,制定了符合工程特点和可靠性设计要求:1)应优先选用 目录 手册、有履历的中的电子元器件;2)应推荐选用 优选目录、Q P L、QML的电子元器件;3)应立足于国情,选用国产元器件;4)关键重要的部件、分配可靠性指标高的产品、可靠性预计手册中基本失效率高的产品,应选用质量等级高的元器件;5)应最大限度地压缩电子元器件的规格和数量。3 改进建议现在战争对于信息化、智能化电子设备、控制组件的需求愈发旺盛,而军用电子元器件是实现武器装备信息化、智能化的关键,所以选用高可靠性和高质量电子元器件的重要性日益凸显。据公开数据报道,近5 0%的电子元器件失效并非源于固有可靠性不高,而是由于元器件选型不当造成。在选用、采购元器件中准确地确定与标识元器件的质量等级和考核标准,不仅可以解决可靠性的一个源头,还可以减少经济与质量方面的损失,应引起元器件选用与采购人员的足够重视。为保证军用电子产品的可靠性,应严格把控选型,需进一步精简质量等级分类标准,规范电子元器件命名原则,加强电子元器件选用管理。3.1 进一步精简质量等级分类标准质量等级标准体系的构建解决了军用电子元器件的质量等级规定的难题,但这种从不同角度衡量军用电子元器件的质量等级,对于元器件的管理和选用是非常不利的。目前设计师选用军用电子元器件时,首先根据元器件隶属的产品分类,再查找各产品分类适合的规范、标准、指导性技术文件等,最后选择适合质量等级的电子元器件产品。但由于元器件的产品种类繁多,规定元器件质量等级文件较多,选择合适质量等级的电子元器件也存在一定的困难。建议由权威部门牵头,制修订质量等级相关文件,做到不同类型元器件质量等级从高到低表述方式一致,简化现有标准代号及种类8,进一步优化元器件的管理和选取。3.2 进一步规范电子元器件命名原则国产电子元器件型号标识汇编了半导体集成电路型号命名方法(标准G B/T 3 4 3 01 9 8 9)、厚膜、薄膜集成电路型号命名方法(标准G B 2 7 0 41 9 8 1)等2 4项电子元器件命名标准9,对不同类别的元器件型号的符号及意义进行规定。但与进口元器件的型号命名相比,国内的命名不要求温度等级、封装、性能等元器件特性信息,设计师无法利用元器件命名规则选用国产元器件型号,应尽快出台相应的产品规范,对于电子元器件命名加以约束,提高选用设计的辨识度,从而提高元器件选型和采购效率1 0-1 1。3.3 进一步加强电子元器件选用管理我国装备构成的复杂性、分散性,型号层级涉及系统、分系统、设备、基础产品5级,涉及货架、沿用、改进、新研等多类型产品,其核心器件选用权在设备研制单位而不在总体单位,设计师队伍往往是跨行业、跨单位,造成武器装备用元器件种类纷繁复杂。据统计,某型装备选用3 7项规格、9 4个中央处理器,在不影响原先功能和性能发挥可压缩至1 1项规格、6 6个中央处理器,本类元器件预计减少4 0%以上采购成本。进一步加强军用电子元器件的选用管理,逐步完善元器件选用、合格供方顶层规定,加强新研元器件产品型谱化工作,同时开发元器件选用管理系统,及时、准确、规范地将优选器件产品信息提供给设计师参考和使用。4 结语军用电子元器件的质量等级关系着武器装备的质量可靠性和战斗力。本文结合武器装备研制任务需求和质量可靠性要求,通过大量统计分析元器件选用数据,总结了生产厂商较为集中、数据分类较为规范等,梳理了各类别下的质量等级和预计等级分布情况,并分析了军用电子元器件的选用现状,提出了精简质量等级分类标准、规范电子元器件命名原则、加强电子元器件选用管理,来支撑新形势下武器装备用元器件自主保障的要求和武器装备高可靠、长贮存寿命、低成本的需要。参考文献1 G J B 8 1 1 82 0 1 3,军用电子元器件分类与代码S.2 郑丽香,聂国健,周军连.国内外电子元器件质量等级体系研究J.电子产品可靠性与环境试验,2 0 0 8,2 6(5):1-8.3 彭伟.军用电子元器件质量等级及应用等级的探究J.安徽电子信息职业技术学院学报,2 0 2 2,2 1(2):2 9-3 3.4 肖凤娟,赵艳涛,祝伟明,等.新形势下武器装备用元器件质量等级选择的合理性研究与应用J.质量与可靠性,2 0 1 4(1):4 5-4 9.5 陈瑜轩,宋亮.军用电子元器件选用及选用准则研究 新技术新工艺 2 0 2 3年 第1 1期 8 0 新技术新工艺 质量与检测J.仪表技术,2 0 1 9(7):4 0-4 2,4 5.6 温济,严真旭.军用电子元器件型谱系列应用推广研究J.电子元件与材料,2 0 0 7,2 6(6):1-3.7 贾阳光,陈曦,韩方丁,等.装甲车辆的腐蚀防护体系化发展研究J.新技术新工艺,2 0 2 1(1 1):7-1 1.8 张慧岳,胡峻,徐鹏超.军用元器件质量控制研究J.航空标准化与质量,2 0 2 1(1):2 8-3 1,5 8.9 G J B 3 3 A1 9 9 7,半导体分立器件总规范S.1 0 史玉琴.空空导弹电子元器件正确选择与控制J.物联网技术,2 0 1 5,5(3):5 4-5 7.1 1 孟令环,刘家伦.国产元器件选型方式及流程分析J.航天工业管理,2 0 2 2(4):2 4-2 7.作者简介:贾阳光(1 9 9 4-),男,硕士,工程师,主要从事腐蚀与防护、基础产品顶层规划、行业科技发展战略、技术研究体系等方面的研究。收稿日期:2 0 2 3-0 2-0 2责任编辑 许晶管理科学部关于征集2 0 2 4年度重大项目立项领域建议的通告 为了进一步完善重大项目立项机制,做好重大项目的立项和资助工作,管理科学部根据国家自然科学基金重大项目管理办法的规定,面向科技界征集重大项目立项领域建议。一、重大项目定位重大项目面向科学前沿和国家经济、社会、科技发展及国家安全的重大需求中的重大科学问题,超前部署,开展多学科交叉研究和综合性研究,充分发挥支撑与引领作用,提升我国基础研究源头创新能力。二、要求及注意事项(一)重大项目立项领域条件。1.建议人应面向国家重大战略需求,积极响应国家“十四五”发展规划,精心凝练科学问题,开展大跨度的交叉研究,提出对国民经济和社会发展具有重大意义的立项领域建议。2.所凝练的关键科学问题需具有基础性、开创性和前瞻性;目标明确,应聚焦中国管理实践中亟待解决的科学问题。3.国内已具备较好的研究工作积累和研究条件,优秀中青年人才储备充足,有望在所提议的研究方向取得较大突破。(二)建议人资格。1.第一建议人应是一线科研人员,具有正高级专业技术职务(职称),且具有长期从事自然科学基础研究的经历。2.第一建议人和共同建议人总数不超过5人。3.第一建议人和共同建议人同年只能提出或参与提出1项重大项目立项领域建议。(三)立项领域建议的主要内容。1.立项依据。论述与建议领域相关的科学前沿及国家重大战略需求,着重阐述重大项目领域建议的必要性与迫切性。2.科学目标、核心科学问题及拟开展的主要研究内容。科学目标简洁明确,核心科学问题要高度凝练并具前瞻性;围绕核心科学问题拟开展的研究内容须有机联系、相互支撑,体现学科交叉性。3.在相关领域国内已有的工作基础。说明我国研究队伍现状及国际地位,着重论述我国是否具备开展相关研究并取得突破的基础和条件。(四)需要说明的事项。重大项目立项领域建议征集将遵循回避制度,现任科学部咨询委员会委员不得作为项目建议人参与提出立项建议;参与重大项目指南论证和编制的专家,不得申请或参与申请该重大项目。(五)提交立项领域建议书。请于2 0 2 3年1 2月2 9日1 6:0 0前,将“管理科学部重大项目立项领域建议书”WO R D版,首页加盖依托单位公章后扫描生成的P D F版,通过电子邮件发送至管理科学部联系人邮箱:h e y i n s f c.g o v.c n。(六)咨询联系方式。国家自然科学基金委员会管理科学部综合与战略规划处联系人:何毅电话:0 1 0-6 2 3 2 6 8 9 8电子信箱:h e y i n s f c.g o v.c n(来源于国家自然科学基金委员会)