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作者：GAIA Converter 作為一個(gè)致力于持續優(yōu)化設計和制造戰略的快速發(fā)展行業(yè)，電子行業(yè)不斷面臨著(zhù)舊組件和子系統被新產(chǎn)品淘汰并從供應鏈中移除的前景。 供應商提供的替代品可能會(huì )表現出類(lèi)似的功能，但這種變化通常需要在需要高可靠性、安全性和性能的市場(chǎng)（例如軍事和航空航天）中重新進(jìn)行資格認證。由于包裝或需要改變設計的功能的變化，這個(gè)過(guò)程可能會(huì )變得更加復雜。在最壞的情況下，沒(méi)有替代品，需要對設計進(jìn)行更大的改變，然后重新鑒定。 軍事和國防項目的時(shí)間尺度可能導致過(guò)時(shí)成為一個(gè)主要問(wèn)題。美國海軍在 2000 年代中期對聲納系統設計進(jìn)行的一項研究發(fā)現，70% 的電子部件在系統投入使用之前就被認為是過(guò)時(shí)的。 美國國防標準化計劃辦公室 2021 年進(jìn)行的一項調查發(fā)現，因過(guò)時(shí)事件引發(fā)的重新設計平均花費軍事硬件項目 120 萬(wàn)美元。復雜的重新設計導致大規模更換組件，導致成本超過(guò) 1150 萬(wàn)美元。研究發(fā)現，不太嚴格的修復過(guò)程會(huì )帶來(lái)巨大的成本。即使是簡(jiǎn)單的組件更換也可能花費 14,200 美元。 在系統的整個(gè)生命周期內維持零件供應的一種機制是執行終身購買(mǎi)。在一個(gè)案例中，供應商決定關(guān)閉相關(guān)生產(chǎn)設施后，美國空軍需要支付 20 億美元才能獲得足夠的微處理器。 防御計劃生命周期內的組件陳舊并非不可避免。過(guò)時(shí)通常是由市場(chǎng)力量、立法變化以及生產(chǎn)設備和關(guān)鍵材料的可用性共同造成的。其中一些事件很難由設計團隊提前數年預測。然而，供應商有他們如何應對變化的跟蹤記錄。軍事和航空航天領(lǐng)域的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是需要先進(jìn)的處理器和其他復雜產(chǎn)品來(lái)支持其苛刻的要求。這些組件通常主要為商業(yè)產(chǎn)品設計，這些產(chǎn)品的設計周期和使用壽命要短得多，但以適合軍事系統使用的形式重新封裝。如果商業(yè)銷(xiāo)售低迷，這些產(chǎn)品往往面臨比預期更早下架的風(fēng)險。供應商可能會(huì )選擇將其重點(diǎn)轉移到依賴(lài)于不同半導體工藝的后續設計，并在此過(guò)程中重新調整其生產(chǎn)線(xiàn)的用途來(lái)生產(chǎn)該新產(chǎn)品。 電力系統也可能面臨類(lèi)似的問(wèn)題。供應商可以改變對他們提供的組件類(lèi)型的關(guān)注。例如，功率半導體制造商正在不斷評估能夠提供更高性能和更低損耗的新工藝。近年來(lái)，基于氮化鎵和碳化硅的器件已成為傳統體硅功率晶體管的主要競爭對手。這些轉變很容易導致過(guò)時(shí)問(wèn)題。有時(shí)，新工藝的優(yōu)勢無(wú)法轉化為市場(chǎng)成功。在其他情況下，新設備的成功可能會(huì )導致焦點(diǎn)發(fā)生變化，從而導致生產(chǎn)線(xiàn)從舊產(chǎn)品轉變。但這些轉變并不普遍。 許多組件已經(jīng)生產(chǎn)多年，因為它們的供應商認識到他們擁有可行的長(cháng)期市場(chǎng)地位，也因為他們注重采購也有長(cháng)期供應保證的材料和生產(chǎn)機械。供應商對待市場(chǎng)方法的這種差異為設計團隊提供了成功管理組件壽命的能力。這是 GAIA 為盡可能避免過(guò)時(shí)而采取的策略之一。 盡管軍事和航空航天項目的承包商經(jīng)常使用終身購買(mǎi)，但在許多情況下可以避免這種需要。在決定零部件供應安排的持久性方面，密切的供應商關(guān)系更為重要。這對最終用戶(hù)來(lái)說(shuō)很難實(shí)現。然而，特定領(lǐng)域的專(zhuān)家，例如涉及電源模塊設計的專(zhuān)家，可以與關(guān)鍵部件供應商的設計和制造團隊進(jìn)行詳細的技術(shù)討論。通常，在組件設計過(guò)程中，特別是如果它是諸如脈寬調制控制器之類(lèi)的復雜部件，制造商會(huì )希望從其直接客戶(hù)中獲得該領(lǐng)域專(zhuān)家的反饋，以調整他們的設計。模塊設計人員可以就最適合他們所依賴(lài)的功率半導體的時(shí)序偏移和輸出行為提供建議。 對于不太復雜的零件，延長(cháng)使用壽命的關(guān)鍵是從多個(gè)供應商處采購產(chǎn)品。這通�？梢酝ㄟ^(guò)分立元件來(lái)實(shí)現，例如無(wú)源元件和單獨的晶體管。這導致了另一個(gè)重要策略，即在有意義的情況下使用離散功能，而不是來(lái)自單一來(lái)源的集成部件。更復雜的部分更容易受到過(guò)時(shí)問(wèn)題的影響。盡管它可能會(huì )簡(jiǎn)化電路設計，但使用分立元件卻提供了避免過(guò)時(shí)問(wèn)題的更有效方法。 這種方法擴展到電路拓撲選擇。造成高過(guò)時(shí)風(fēng)險的因素之一是電路設計依賴(lài)于各種各樣的元件。由于難以確定每個(gè)零件的可能使用壽命，因此物料清單 (BoM) 上的零件供應更有可能遇到壽命終止 (EoL) 情況。更實(shí)際的做法是實(shí)現更小的 BoM，其中分立元件和其他不太復雜的元件在電路中多次使用，并使用有利于這種方法的拓撲。設計團隊可以利用供應商關(guān)系以及生產(chǎn)技術(shù)和材料可用性方面的知識，確保這些多用途組件以后不會(huì )導致過(guò)時(shí)問(wèn)題。此外，對行業(yè)趨勢的持續跟蹤有助于確保設計人員做出正確的決策，并避免被組件制造方式的變化所困擾。 最小化過(guò)時(shí)風(fēng)險的一個(gè)不太明顯的策略是關(guān)注生命周期可靠性。在這方面，針對較長(cháng)的平均無(wú)故障時(shí)間 (MTBF) 進(jìn)行設計是一種成功的策略，因為它減少了支持維修操作所需的零件數量。與避免過(guò)時(shí)的設計技術(shù)一樣，高 MTBF 是設計紀律的問(wèn)題：使用不會(huì )將組件推入更容易發(fā)生故障的操作狀態(tài)的電路。 保守的設計者考慮的是預計具有較長(cháng)使用壽命的組件，或者基于已知穩定的新興技術(shù)的組件，這可能是長(cháng)壽命測試的結果。另一個(gè)關(guān)鍵的設計方法是使用降額來(lái)延長(cháng)使用壽命。這涉及選擇額定電壓、電流和溫度高于目標電路所需的組件。工作應力的降低延長(cháng)了部件的使用壽命。 類(lèi)似的降額方法在于溫度控制。極端高溫是早期失效的主要原因之一。因此，管理熱裕度是一門(mén)重要的學(xué)科，經(jīng)驗豐富的設計團隊使用廣泛的熱性能測量來(lái)確保避免在運行中形成熱點(diǎn)。 有時(shí)，停產(chǎn)情況很難避免，可能是因為供應商無(wú)法控制的情況，例如生產(chǎn)設施被迫關(guān)閉或收購改變了其市場(chǎng)策略。主動(dòng)解決策略有助于維持現有產(chǎn)品的組件供應，其中包括在終身購買(mǎi)選項不可用時(shí)從分銷(xiāo)網(wǎng)絡(luò )采購現有庫存。另一種選擇是，如果替代組件導致設計發(fā)生變化，則接受重新鑒定的需要。 GAIA 的內部政策最大限度地減少了需要采取反應策略的可能性。該公司鼓勵工程師質(zhì)疑設計選擇，并始終規劃組件的可用性。該公司設計方法的一個(gè)例子是對每個(gè)模塊進(jìn)行全面的過(guò)時(shí)風(fēng)險分析。這包括每個(gè)組件的影響分析和概率聲明。這些做法有助于將避免過(guò)時(shí)的情況納入設計和制造過(guò)程中，以確保公司電源模塊的較長(cháng)生產(chǎn)壽命。成功的另一個(gè)關(guān)鍵是專(zhuān)注于利用核心電力電子原理進(jìn)行產(chǎn)品創(chuàng )新，并突破熱管理、磁優(yōu)化和電源拓撲的界限。 這些策略使得GAIA能夠維持自己的電源模塊的生產(chǎn)。其中包括 1996 年創(chuàng )建的 MGDS-04-J-C，至今仍以其原始形式以及 2000 年代中期開(kāi)發(fā)的符合 ROHS 的版本提供。較新的產(chǎn)品提高了效率，為客戶(hù)提供了提高系統性能的選擇，但仍然享有長(cháng)壽命保證。原始 4W 系列轉換器系列可提供大約 80% 的效率。其現代對應產(chǎn)品 MGDD-08N 于 2015 年創(chuàng )建，實(shí)現了 87% 的效率，并在相似的外殼尺寸下提供了更高的功率和更多的功能。然而，4W 轉換器在過(guò)去 28 年中一直可靠運行，大量現場(chǎng)數據證實(shí)了其可靠性。 盡管由于生命周期長(cháng)，組件報廢是軍事和航空航天領(lǐng)域的一個(gè)主要問(wèn)題，但管理這些風(fēng)險是可以的。實(shí)現設計產(chǎn)品較長(cháng)使用壽命的一種方法是使用供應商提供的電源模塊和其他子系統，并采取廣泛的避免過(guò)時(shí)策略。 GAIA 對此問(wèn)題的承諾確�？蛻�(hù)能夠自信地將電源模塊集成到他們自己的長(cháng)壽命產(chǎn)品計劃中。 |
