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      低成本批產(chǎn)商業(yè)通信衛(wèi)星用元器件保障模式探索

      2018-09-03 05:44:08胡楠楠
      數(shù)字通信世界 2018年8期
      關(guān)鍵詞:通信衛(wèi)星質(zhì)量保證元器件

      胡楠楠,南 方

      (1.中國(guó)空間技術(shù)研究院通信衛(wèi)星事業(yè)部,北京 100094;2.中國(guó)空間技術(shù)研究院通信衛(wèi)星物資部,北京 100094)

      1 引言

      商業(yè)衛(wèi)星研制以企業(yè)為主體,以滿足用戶需求和實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)價(jià)值為基本目標(biāo),在保證產(chǎn)品可靠性的前提下,最大化控制成本,獲得商業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。同時(shí)商業(yè)衛(wèi)星一般還具有研制周期緊、批量生產(chǎn),滿足用戶在快響應(yīng)、個(gè)性化等方面不斷增長(zhǎng)的需求的特點(diǎn),這就要求商業(yè)衛(wèi)星在保證可靠性的前提下,有針對(duì)性地優(yōu)化流程,以更低的成本、更快地速度投入市場(chǎng)。

      商業(yè)航天的迅猛發(fā)展,尤其是商業(yè)通信星座組網(wǎng)發(fā)展趨勢(shì)強(qiáng)烈,結(jié)合衛(wèi)星生產(chǎn)批量化、研制低成本等特點(diǎn),對(duì)降低成本、縮短研制周期上對(duì)衛(wèi)星研制生產(chǎn)流程優(yōu)化提出了迫切需求,給傳統(tǒng)的衛(wèi)星研制模式提出了新的挑戰(zhàn),傳統(tǒng)的元器件配套模式已不能滿足其研制需求。

      2 商業(yè)通信背景

      近年來,國(guó)外掀起新一輪商業(yè)通信星座建設(shè)熱潮,目前已有了多個(gè)典型通信星座,然而國(guó)內(nèi)商業(yè)通信星座僅僅處于調(diào)研需求、立項(xiàng)起步階段。

      國(guó)外商業(yè)通信星座主要有:泰雷茲-阿萊尼亞公司的Iridium,設(shè)計(jì)壽命12.5年,衛(wèi)星數(shù)量81顆(第二代,66工作星+9在軌備份星+6地面?zhèn)浞菪牵L├灼?阿萊尼亞公司的Globalstar,設(shè)計(jì)壽命15年,第二代32顆已完成部署。一網(wǎng)與空客聯(lián)合生產(chǎn)的OneWeb “一網(wǎng)”系統(tǒng)目前共規(guī)劃有3代,第一代衛(wèi)星星座計(jì)劃于2018年啟動(dòng)部署,第二代星座計(jì)劃于2021年啟動(dòng),第三代星座計(jì)劃于2023年啟動(dòng),目標(biāo)是到2025年將能夠?yàn)槿虺^10億用戶提供寬帶服務(wù)。SpaceX公司于2017年3月提交V頻段低軌星座運(yùn)營(yíng)申請(qǐng),并命名為“SpaceX V頻段非靜止軌道衛(wèi)星系統(tǒng)”,SpaceX星座由7518顆衛(wèi)星構(gòu)成,包含接近12000顆衛(wèi)星,將成為迄今為止人類提出發(fā)展的規(guī)模最大的星座項(xiàng)目。以Iridium、OneWeb等商業(yè)衛(wèi)星星座的建設(shè)為契機(jī),出于應(yīng)對(duì)批量生產(chǎn)衛(wèi)星的需要,以設(shè)計(jì)可制造性、可測(cè)試性、可驗(yàn)證性為重要特征的并行工程模式日益成為商業(yè)衛(wèi)星科研生產(chǎn)模式的基礎(chǔ)性理念。

      以Iridium項(xiàng)目為例,它采取的優(yōu)化措施有面向制造的設(shè)計(jì),采用離散事件模擬仿真進(jìn)行時(shí)間管理,運(yùn)用COTS部件等實(shí)現(xiàn)低成本和快速生產(chǎn)。在Iridium系統(tǒng)一期,大量采用COTS部件,許多COTS器件完全能夠滿足任務(wù)需求,但也有一些需要額外加固、降級(jí)和篩選,而一些關(guān)鍵部件則需要采用高可靠器件以提高效費(fèi)比。

      以O(shè)neWeb衛(wèi)星項(xiàng)目為例,采取了研制流程優(yōu)化措施,包括以生產(chǎn)制造為中心的研制流程,開展面向成本設(shè)計(jì)的初步設(shè)計(jì)評(píng)審等流程?;陬A(yù)算和進(jìn)度的控制,提供額外獎(jiǎng)金,要求供應(yīng)商最大限度地降低部件重量,減少部件數(shù)量,并優(yōu)化生產(chǎn)進(jìn)度和加快集成過程。構(gòu)建同步快速的生產(chǎn)線與供應(yīng)鏈,大幅減少供應(yīng)商數(shù)量,一般是獨(dú)家供貨,部件基本外包,通過獎(jiǎng)金提高協(xié)同效率和進(jìn)度控制能力,外包企業(yè)對(duì)交付產(chǎn)品的質(zhì)量負(fù)責(zé),一般不對(duì)供應(yīng)商部件進(jìn)行驗(yàn)收測(cè)試。

      3 針對(duì)性的元器件保障模式

      3.1 明確核心思想

      一直以來,國(guó)內(nèi)商業(yè)衛(wèi)星仍處于起步階段,國(guó)內(nèi)研制的通信衛(wèi)星由于軌道高度和在軌長(zhǎng)壽命的要求,對(duì)高可靠的指標(biāo)要求較高,就需要在元器件選擇和應(yīng)用方面加強(qiáng)控制,滿足系統(tǒng)可靠性指標(biāo)要求。

      以往元器件選型控制多依賴于單機(jī)設(shè)計(jì)完成之后的選用審查,對(duì)于存在可靠性風(fēng)險(xiǎn)或采購(gòu)風(fēng)險(xiǎn)的元器件識(shí)別較晚,難以進(jìn)行設(shè)計(jì)更改和替代方案考慮,有時(shí)影響了型號(hào)研制進(jìn)度和質(zhì)量控制。從元器件種類和技術(shù)指標(biāo)角度來看,同類型元器件不同生產(chǎn)廠、規(guī)格名稱、技術(shù)指標(biāo)的差異,導(dǎo)致型號(hào)選用的元器件規(guī)格較亂,成本較高,不利于組批綜合管理和配套。

      綜合國(guó)外商業(yè)衛(wèi)星研制流程優(yōu)化的相關(guān)實(shí)踐,總結(jié)國(guó)外研制流程優(yōu)化的理念以及關(guān)注的核心要素,可以為我國(guó)商業(yè)通信衛(wèi)星星座研制模式提供借鑒和參考。全面保證通信商業(yè)衛(wèi)星用元器件的可靠性與穩(wěn)定供應(yīng),必須明確樹立”保成功、保供應(yīng)、降成本”的核心思想。

      3.2 制定商業(yè)通信衛(wèi)星用元器件選型策略

      制定商業(yè)通信批產(chǎn)衛(wèi)星的元器件選型策略,建立選型規(guī)范,統(tǒng)一規(guī)劃選型,對(duì)部分元器件的選用種類、規(guī)格以及性能指標(biāo)要求進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)范,壓縮品種規(guī)格,指導(dǎo)型號(hào)正確選用,同時(shí)也可以降低周期成本和采購(gòu)成本。有必要轉(zhuǎn)變?cè)O(shè)計(jì)、生產(chǎn)、組織管理模式,實(shí)現(xiàn)“通信衛(wèi)星向衛(wèi)星通信”轉(zhuǎn)變、實(shí)現(xiàn)“型號(hào)研制向大批量組批生產(chǎn)”模式轉(zhuǎn)變,對(duì)現(xiàn)有管理模式也帶來了巨大挑戰(zhàn)。

      (1)開展COTS貨架器件選用策略研究;

      (2)開展SoC、SiP等定制集成電路選型設(shè)計(jì)研究;

      (3)制定通信批產(chǎn)衛(wèi)星選型規(guī)范(包括編制FPGA、DSP、存儲(chǔ)器等關(guān)鍵元器件選型指南),減少選用元器件類型,固化元器件技術(shù)狀態(tài),便于批量采購(gòu)、批量保證、降低成本。

      3.3 制定差異化元器件質(zhì)量保證模式

      通過對(duì)后續(xù)實(shí)際任務(wù)需求分析,主要包括型號(hào)的壽命、工作軌道、可靠性指標(biāo)、任務(wù)剖面、研制周期、產(chǎn)品承研單位、自主可控需求等方面的綜合分析,同時(shí)基于型號(hào)差異化的工作模式(不同任務(wù)衛(wèi)星分類實(shí)施),制定型號(hào)專門的元器件保證總體技術(shù)方案以及元器件保證要求,針對(duì)不同類型、不同應(yīng)用等級(jí)、不同質(zhì)量等級(jí)的元器件制定差異化質(zhì)量保證方案。

      (1)批量、通用元器件和復(fù)雜、關(guān)鍵元器件差異化保證;

      (2)元器件組批開展質(zhì)量保證,降低質(zhì)量保證成本;

      (3)SiP和SoC等復(fù)雜元器件,將保證過程與元器件研制過程緊密結(jié)合,在元器件研制過程中分別開展方案保證、設(shè)計(jì)保證、生產(chǎn)保證、鑒定、應(yīng)用驗(yàn)證、質(zhì)量保證等各項(xiàng)保證工作。

      (4)開展基于元器件應(yīng)用等級(jí)的質(zhì)量保證模式,通過“單機(jī)”和“元器件”兩級(jí)關(guān)鍵性表征元器件的應(yīng)用等級(jí)。元器件應(yīng)用等級(jí)確定程序見圖1。

      圖1 元器件應(yīng)用等級(jí)確定程序

      (5)不同類型、不同應(yīng)用等級(jí)、不同質(zhì)量等級(jí)元器件制定差異化質(zhì)量保證方案,針對(duì)上述元器件應(yīng)用等級(jí),將開展具有差異化的元器件選用和質(zhì)量保證措施。允許選用工業(yè)級(jí)、商業(yè)級(jí)器件的同時(shí)為了保證可靠性,不同的應(yīng)用等級(jí)下開展不同的質(zhì)量保證工作。

      3.4 形成面向批產(chǎn)衛(wèi)星的經(jīng)濟(jì)可行的元器件采購(gòu)保障模式

      總體的采購(gòu)原則是保證選用的元器件在性能、質(zhì)量、進(jìn)度、成本和可獲得性等方面的風(fēng)險(xiǎn)可控,優(yōu)先基于國(guó)產(chǎn)成熟產(chǎn)品選用,嚴(yán)控進(jìn)口元器件使用;在采購(gòu)渠道方面,盡量采購(gòu)國(guó)內(nèi)或國(guó)際上成熟的宇航級(jí)、軍級(jí)、工業(yè)級(jí)或商業(yè)級(jí)元器件供應(yīng)商,確保質(zhì)量穩(wěn)定;在采購(gòu)模式方面,應(yīng)合并壓縮選型,采用批量、集中采購(gòu)模式,降低元器件采購(gòu)成本;在采購(gòu)批次方面,相同應(yīng)用條件下盡量選用同規(guī)格、同等級(jí)元器件,采購(gòu)時(shí)充分考慮元器件存儲(chǔ)壽命周期,確定采購(gòu)批次大小與供應(yīng)的關(guān)系。

      (1)面向全球采購(gòu),原則上確保每種元器件有1-2個(gè)廠家,建立鴻雁星座型號(hào)元器件采購(gòu)策略;

      (2)對(duì)于國(guó)產(chǎn)和引進(jìn)元器件統(tǒng)一組織采購(gòu),選定廠家并與供應(yīng)商洽談尋求階梯價(jià)格;

      (3)調(diào)研廠家,研究組批采購(gòu)的最佳經(jīng)濟(jì)點(diǎn),優(yōu)化形成合理組批模式,總結(jié)具有代表性的研制單位在批量采購(gòu)中有效降低成本的經(jīng)驗(yàn)值,針對(duì)幾個(gè)重點(diǎn)元器件生產(chǎn)單位的采購(gòu)數(shù)量和價(jià)格的優(yōu)化值進(jìn)行匹配分析,開展批產(chǎn)采購(gòu)優(yōu)化模式研究,制定批產(chǎn)采購(gòu)實(shí)施方案。

      (4)國(guó)產(chǎn)元器件進(jìn)行批量?jī)?chǔ)備采購(gòu),統(tǒng)一組織與廠家簽訂協(xié)議、合同,廠家可提前按照用量備貨,統(tǒng)一驗(yàn)收,統(tǒng)一發(fā)貨。

      4 結(jié)束語(yǔ)

      綜合以上分析,影響衛(wèi)星元器件質(zhì)量和成本的主要要素有選型策略、質(zhì)量等級(jí)、質(zhì)量保證措施、采購(gòu)方式等。后續(xù)在工程實(shí)踐過程中應(yīng)加強(qiáng)元器件質(zhì)量等級(jí)與任務(wù)壽命情況,產(chǎn)品可靠性與產(chǎn)品性價(jià)比等統(tǒng)計(jì)分析,識(shí)別元器件應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵要素,保障商業(yè)通信衛(wèi)星在快響應(yīng)、低成本的元器件保障模式上不斷創(chuàng)新。

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