一种基于互联网思维的元器件军民融合数据平台框架研究与实现

作者：党炜 张楠 顾瑞娟 王俊 汪洋 齐敏 冯园圆

1.引言

我国集成电路产值不足全球7%，而市场需求却接近全球1/3。2016年，中国集成电路进口额依然高达2271亿美元，成为最大进口产品 。国外对高端电子元器件的垄断不仅直接阻碍我国电子信息产业发展，而且国外电子元器件面临停产断档、限制出口与禁运、存在安全隐患以及假冒伪劣等问题，严重影响和制约我国航天事业及国防工业的发展，乃至科技创新驱动发展。

元器件是我国航天及国防工业的基础，元器件“又好又快又省”则装备“又好又快又省”。如何克服上述困难，针对元器件，通过军民融合途径，加快实现自主可控，是我国航天及国防科技工业发展的一项重要工程。

元器件军民融合是实现装备自主可控的重要途径，但目前我国元器件军民融合发展受制于多方因素。在“军”方面，首先，装备研制用元器件存在严重信息不对称，研发工程师无法主动了解哪里有适合需求的产品；对于元器件生产厂商，鉴定后的元器件经常会3~5年无其他用户问津，没有大“量”的使用就不会有“质”的提升；这种与国外元器件企业将产品直接展示在门户网站完全不同的做法严重阻碍了这一领域的军民融合发展。其次，元器件国产化“原位替代”策略严重制约了原始创新，以及市场需求周期运行机制。在“民”方面，民品先进元器件与装备研发工程师存在信息壁垒，民品先进元器件与装备使用可靠性要求存在壁垒。

本文以元器件自主可控为目标，实现元器件军民融合为导向，基于互联网思维，建立元器件及其可靠性军民融合数据平台，解决军、民之间信息无法交换的障碍，以改变传统航天及国防工业对元器件的选型方式，实现快捷高效元器件信息搜索，提高元器件的选用效率，更快地获取元器件可靠性数据，提升装备研发效率。

 

2.国内外现状

美国元器件信息的军民融合主要模式为“军民一体化”。以美国政府-工业界数据交换网（GIDEP）为例，GIDEP包含失效经验数据库、产品信息数据库、逐渐消失制造源与材料短缺数据库、计量数据库以及可靠性/维修性数据库等6个数据库，其中产品信息数据库及时反映元器件在型号、规格、功能和生产过程等方面的变化。GIDEP的数据由全民提供，并且不断进行更新，能够向政府和工业界提供每一种技术目前的进展。该网站促使军政部门之间和企业间的合作，真正实现军、民用技术以及资源的双向转化和共享，促使国防科技工业与国民经济两者良性互动发展。这是具备初级“互联网思维”的元器件军民融合数据平台。

欧洲航天局（ESA）注重发展及转化军民两用技术，面对元器件供应商因为高可靠元器件的市场小、成本高逐渐退出航天市场的不利形势，制定欧洲元器件创新计划(ECI)，建成一个集统筹数据、产品体系、标准体系和信息系统为一体的宇航元器件大平台，强调国防部加强与主管民用科研的研究与技术部的合作与协调，促进工业界参与军民两用技术的开发 。这是欧洲空间局为解决元器件信息不对称而采用了互联网方式。

日本宇航局（JAXA）非常重视元器件的质量与可靠性工作。为了摆脱关键元器件对美国的依赖，JAXA 确定了元器件发展的基本政策，重点包括核心元器件国内生产、维护国内生产线的生产能力、加强先进技术的研发等，并建立了JAXA合格元器件和材料数据库。该数据由企业、政府共享，突破军民的界限。日本很多电子企业根据形势变化及时调整产业方向，根据实际需求扮演亦军亦民的角色。日本航天军工也在以互联网方式开展元器件军民融合工作。

我国的航天元器件领域军民融合层级还比较低，与发达国家相比，还有不小差距。但十八大以来，军民融合深度发展，上升为国家战略。一些学者和企业也积极对电子元器件的军民融合开展相关研究，如朱佳曦针对宇航级元器件管理体系，纳入自主可控目标，促进宇航级元器件的国产化，加快实现元器件的军民融合；张显龙 探讨构建以政府、企业、科研院所、中介机构、金融机构五大要素为主体的军民融合管理体系。

总体上来看，以美国、欧洲、日本为代表的发达国家，在航天及国防工业元器件领域均有基于“互联网思维”的军民融合数据平台。而我国，这方面是空白，而且元器件军民融合不够“深度”，亟待解决这一现状，促进元器件自主可控。

 

3.元器件军民融合数据平台总体设计

我国军民元器件信息不流通，元器件选型困难的现状，我们需要聚焦功能性能创新创造，以元器件自主可控为目的，基于互联网思维，解决传统元器件选型效率低下以及元器件无处可选和不能选的问题，建立军民融合的元器件数据平台。

3.1数据平台框架总体方案设计

军民融合的元器件数据平台包含元器件信息库、可靠性资料库、数据的再利用以及系统管理功能。元器件信息库包含元器件基本信息库，可靠性信息库和故障信息库，构建元器件数据标准化体系并增加安全管理，保障不同权限用户的利益。可靠性资料库，包括可靠性文献、文章、知识、新闻等。利用数据挖掘技术和统计分析方法，对信息库数据再利用，统计故障型号，并进行可靠性预计。最后建立系统管理功能并针对用户特点对用户进行分类管理。基于以上思路，设计平台总体方案。

建立元器件信息库，首先需要获取元器件信息，其次需要对元器件信息进行标准化处理，建立元器件信息模型，以便对元器件信息的再利用。基于元器件信息库和元器件信息模型设计元器件军民融合数据平台框架。

3.2元器件信息来源及标准化

3.2.1元器件信息源研究

元器件可靠性信息种类多，来源广泛，产生于各有关部门和人员的实践之中，而各种信息之间往往又相互联系、相互影响。从时间来看，元器件可靠性数据的来源贯穿于元器件的设计、制造、试验、使用和维修等整个过程。从机构来源来看，元器件可靠性信息主要来自生产厂商、第三方试验机构、用户、研究院所、学校等机构，机构属性又分为军用领域和民用领域。建立元器件及其可靠性军民融合数据框架，需要在元器件信息来源方面突破军用和民用的界限，获取尽可能全面的元器件信息。

3.2.2元器件数据标准化研究

元器件及其可靠性数据繁杂而庞大，建立元器件军民融合数据平台，其数据的标准化是基础和前提。根据元器件的特点建立元器件信息标准化体系框架，框架包含元器件基础标准、数据表示标准和数据处理标准。其中数据编码需要遵循一定的原则，否则会造成一物多码或者一码多物的情况。首先命名要规范化，参照厂家数据手册、国家标准、企业标准等进行命名；其次明确并统一元器件的封装形式；最后结合元器件的分类，根据小类的各个特征项进行详细定义、规范。

在故障类信息采集与标准化过程中，涉及多个单位协同参与，并且涉及到大量的故障问题、故障分析、故障纠正等可靠性信息和数据。具体的故障类信息采集过程如图4所示。对采集的数据进行规范化并从中抽取故障元器件的可靠性信息，构建典型故障案例库。通过对故障类信息的采集，建立故障类信息库。在新型号研制中，基于已有的故障案例，通过对故障信息进行分析，定位故障发生的原因，寻找解决措施处理故障，从而对元器件的革新和改进提供支持，避免类似的故障再次发生。

 

4.元器件信息模型研究

4.1元器件信息组织

由于元器件的种类、结构纷繁多样，众多的元器件可靠性信息彼此独立而又互相联系。工程师对不同种类的元器件关注度也不尽相同，所以我们有必要对元器件进行分类，分门别类建立元器件及其可靠性数据库和故障模式。如图5所示，根据元器件的种类，建立对应的可靠性信息库。在实现对元器件可靠性信息融合时，能够以元器件类别作为索引，快速查找定位与该类别相关的所有可靠性信息。

4.2对元器件信息的再利用研究

建立元器件及其可靠性信息库，根据对已有元器件可靠性数据的分析，在航天产品研制过程中，避免选用出现过故障的元器件型号，便于高效选型。并利用经验信息对薄弱环节进行可靠性改进。

（1）可靠性信息统计分析。

可靠性信息统计结果能够直观的反映其可靠性状况。对收集的元器件可靠性信息以及失效分析数据进行统计分析，利用可视化的结果对所关注的元器件可靠性信息进行汇总，使供应商、第三方试验机构和用户都能共享元器件可靠性信息，解决元器件信息孤立的问题。在研制产品中，能够根据对已有元器件可靠性数据的分析，高效选型，并对薄弱环节进行改进，提高产品的整体可靠性。

（2）可靠性预计。

可靠性预计是对产品或系统的可靠性参数进行定量的估计，推测其可能达到的可靠性水平。根据元器件的可靠性信息，一层层递推部件的可靠度、失效率，进而对产品的可靠性进行预计。

 

5.元器件军民融合数据平台框架

设计及实现

5.1元器件军民融合数据平台框架设计

元器件涉及的机构纷繁多样，为了便于对可靠性信息的访问，元器件及其可靠性军民融合数据平台采用基于网络的B/S（浏览器/服务器模式）架构为总体架构。

平台框架如图6所示，主要分三个层次。第一层为访问层，是用户访问系统的入口，元器件的“互联网+”的主要访问者包括元器件供应商、第三方试验机构、元器件用户（包括军民用户）以及其他科研人员等，访问者通过浏览器即可访问系统，访问层既包括军用领域机构也包括民用领域机构。第二层为系统应用层，是系统的应用业务逻辑层，包含可靠性信息数据的业务逻辑，可靠性认证的业务逻辑，可靠性资料业务逻辑以及基础数据维护等。该层的服务包含了对外服务、权限服务、用户定制服务和数据与应用服务。该层的系统管理平台又分为可靠性信息管理层、可靠性认证、可靠性资料的提供以及信息再利用。第三层为系统数据库层，包括可靠性信息数据、可靠性文档等内容，为系统提供数据存储支持。

5.2元器件军民融合数据平台实现

基于前述对元器件可靠性数据采集、可靠性信息模型的研究，对元器件及其可靠性军民融合数据平台框架的设计，开发了名为“赛思库”的元器件可靠性军民融合数据平台并成功运行。强大的元器件可靠性数据库基本涵盖了军用、民用元器件的基本数据、可靠性数据等信息，利用该平台，通过“分类导航”或者“BOM上传”均可在几秒内解决元器件信息查找的问题。克服元器件信息不流畅的缺点，促进元器件自主可控的进程，推进元器件领域的军民融合。此外“赛思库”网站的“赛思目录”页面展示了通过航天系统内认证的产品。该网站实现高速查找元器件可靠性信息的目的，降低时间成本，提高元器件选型效率。

“赛思库”为元器件型号和相关信息查找提供了强大的数据库，展示通过赛思认证的元器件，提高用户的选型和获取更多元器件可靠性数据的效率，从过去的几周缩短到几秒甚至更短的时间，并且该平台对用户是开放的，零成本高效完成元器件和相关可靠性信息的查找。“赛思库”现已面向国家载人航天工程空间应用任务十余家单位成功使用，极大地减少了元器件的搜索时间，提高元器件选用效率。

5.3“赛思库”成果

“赛思库”为元器件型号和相关信息查找提供了强大的数据库，以数据为核心建立了元器件垂直领域的元器件搜索引擎，提高用户的选型和获取更多元器件可靠性数据的效率，链接元器件基础数据、元器件生产厂商、产品研发工程师、元器件采购工程师、元器件检测机构、元器件专家等。目前十余家单位进行试用，反馈良好，认为能够提升元器件搜索效率，由2~3周找到元器件提升至1分钟内搜索找到所需元器件。并且该平台对用户是开放的，零成本高效完成元器件和相关可靠性信息的查找。

该平台为军方用户和民企搭通桥梁，扩大元器件选用范围，极大提高研发人员查找元器件效率，大幅缩短装备研发周期，为军民融合的发展起到很大的促进作用。此外，“赛思库”平台通过分析和利用产品或系统研发过程、生产过程的元器件基础数据和质量可靠性数据，进行数据挖掘、大数据分析和预测，从而进行可靠性增长工作，为元器件可靠性提供了核心重要的数据支持。

 

6.结论与展望

为促进元器件的军民融合，尽快实现元器件自主可控，本文基于互联网思维，根据元器件及其可靠性的特点，对元器件军民融合的可靠性数据平台技术框架展开了研究。首先归纳总结元器件及其可靠性信息来源，建立数据标准化框架，分析元器件信息的组成和特点，提出了以元器件为中心的可靠性信息组织数据模型，包括可靠性信息组织模型和信息再利用模型，设计了元器件可靠性数据平台框架。在理论研究基础上，设计开发了“赛思库”元器件及其可靠性军民融合线上网站，并投入商业应用，成功解决查找元器件型号与可靠性信息途径的问题，提高了元器件信息的利用效率。

元器件是装备的基础、工业的基础，元器件先进则国之重器先进，元器件自主可控则国器自主可控。以元器件军民融合数据平台为杠杆，进一步研发元器件大数据平台，面向工业4.0，为高端制造业提供“高可靠、低成本、快供应”的大数据与人工智能服务，将是源自于军民融合，践行供给侧经济改革的重要发展方向。