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作者：GAIA Converter 作為一個(gè)致力于持續(xù)優(yōu)化設(shè)計(jì)和制造戰(zhàn)略的快速發(fā)展行業(yè)，電子行業(yè)不斷面臨著舊組件和子系統(tǒng)被新產(chǎn)品淘汰并從供應(yīng)鏈中移除的前景。 供應(yīng)商提供的替代品可能會(huì)表現(xiàn)出類似的功能，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(rèn)證。由于包裝或需要改變?cè)O(shè)計(jì)的功能的變化，這個(gè)過(guò)程可能會(huì)變得更加復(fù)雜。在最壞的情況下，沒(méi)有替代品，需要對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行更大的改變，然后重新鑒定。 軍事和國(guó)防項(xiàng)目的時(shí)間尺度可能導(dǎo)致過(guò)時(shí)成為一個(gè)主要問(wèn)題。美國(guó)海軍在 2000 年代中期對(duì)聲納系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，70% 的電子部件在系統(tǒng)投入使用之前就被認(rèn)為是過(guò)時(shí)的。 美國(guó)國(guó)防標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)劃辦公室 2021 年進(jìn)行的一項(xiàng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，因過(guò)時(shí)事件引發(fā)的重新設(shè)計(jì)平均花費(fèi)軍事硬件項(xiàng)目 120 萬(wàn)美元。復(fù)雜的重新設(shè)計(jì)導(dǎo)致大規(guī)模更換組件，導(dǎo)致成本超過(guò) 1150 萬(wàn)美元。研究發(fā)現(xiàn)，不太嚴(yán)格的修復(fù)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(fèi) 14,200 美元。 在系統(tǒng)的整個(gè)生命周期內(nèi)維持零件供應(yīng)的一種機(jī)制是執(zhí)行終身購(gòu)買。在一個(gè)案例中，供應(yīng)商決定關(guān)閉相關(guān)生產(chǎn)設(shè)施后，美國(guó)空軍需要支付 20 億美元才能獲得足夠的微處理器。 防御計(jì)劃生命周期內(nèi)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(shè)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(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)提前數(shù)年預(yù)測(cè)。然而，供應(yīng)商有他們?nèi)绾螒?yīng)對(duì)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(fù)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(shè)計(jì)，這些產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期和使用壽命要短得多，但以適合軍事系統(tǒng)使用的形式重新封裝。如果商業(yè)銷售低迷，這些產(chǎn)品往往面臨比預(yù)期更早下架的風(fēng)險(xiǎn)。供應(yīng)商可能會(huì)選擇將其重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到依賴于不同半導(dǎo)體工藝的后續(xù)設(shè)計(jì)，并在此過(guò)程中重新調(diào)整其生產(chǎn)線的用途來(lái)生產(chǎn)該新產(chǎn)品。 電力系統(tǒng)也可能面臨類似的問(wèn)題。供應(yīng)商可以改變對(duì)他們提供的組件類型的關(guān)注。例如，功率半導(dǎo)體制造商正在不斷評(píng)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(tǒng)體硅功率晶體管的主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。這些轉(zhuǎn)變很容易導(dǎo)致過(guò)時(shí)問(wèn)題。有時(shí)，新工藝的優(yōu)勢(shì)無(wú)法轉(zhuǎn)化為市場(chǎng)成功。在其他情況下，新設(shè)備的成功可能會(huì)導(dǎo)致焦點(diǎn)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致生產(chǎn)線從舊產(chǎn)品轉(zhuǎn)變。但這些轉(zhuǎn)變并不普遍。 許多組件已經(jīng)生產(chǎn)多年，因?yàn)樗鼈兊墓⿷?yīng)商認(rèn)識(shí)到他們擁有可行的長(zhǎng)期市場(chǎng)地位，也因?yàn)樗麄冏⒅夭少?gòu)也有長(zhǎng)期供應(yīng)保證的材料和生產(chǎn)機(jī)械。供應(yīng)商對(duì)待市場(chǎng)方法的這種差異為設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)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(xiàng)目的承包商經(jīng)常使用終身購(gòu)買，但在許多情況下可以避免這種需要。在決定零部件供應(yīng)安排的持久性方面，密切的供應(yīng)商關(guān)系更為重要。這對(duì)最終用戶來(lái)說(shuō)很難實(shí)現(xiàn)。然而，特定領(lǐng)域的專家，例如涉及電源模塊設(shè)計(jì)的專家，可以與關(guān)鍵部件供應(yīng)商的設(shè)計(jì)和制造團(tuán)隊(duì)進(jìn)行詳細(xì)的技術(shù)討論。通常，在組件設(shè)計(jì)過(guò)程中，特別是如果它是諸如脈寬調(diào)制控制器之類的復(fù)雜部件，制造商會(huì)希望從其直接客戶中獲得該領(lǐng)域?qū)＜业姆答仯哉{(diào)整他們的設(shè)計(jì)。模塊設(shè)計(jì)人員可以就最適合他們所依賴的功率半導(dǎo)體的時(shí)序偏移和輸出行為提供建議。 對(duì)于不太復(fù)雜的零件，延長(zhǎng)使用壽命的關(guān)鍵是從多個(gè)供應(yīng)商處采購(gòu)產(chǎn)品。這通常可以通過(guò)分立元件來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如無(wú)源元件和單獨(dú)的晶體管。這導(dǎo)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(fù)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(shè)計(jì)，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(kuò)展到電路拓?fù)溥x擇。造成高過(guò)時(shí)風(fēng)險(xiǎn)的因素之一是電路設(shè)計(jì)依賴于各種各樣的元件。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(yīng)更有可能遇到壽命終止 (EoL) 情況。更實(shí)際的做法是實(shí)現(xiàn)更小的 BoM，其中分立元件和其他不太復(fù)雜的元件在電路中多次使用，并使用有利于這種方法的拓?fù)洹ＴO(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)可以利用供應(yīng)商關(guān)系以及生產(chǎn)技術(shù)和材料可用性方面的知識(shí)，確保這些多用途組件以后不會(huì)導(dǎo)致過(guò)時(shí)問(wèn)題。此外，對(duì)行業(yè)趨勢(shì)的持續(xù)跟蹤有助于確保設(shè)計(jì)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(xiǎn)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(duì)較長(zhǎng)的平均無(wú)故障時(shí)間 (MTBF) 進(jìn)行設(shè)計(jì)是一種成功的策略，因?yàn)樗鼫p少了支持維修操作所需的零件數(shù)量。與避免過(guò)時(shí)的設(shè)計(jì)技術(shù)一樣，高 MTBF 是設(shè)計(jì)紀(jì)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(shè)計(jì)者考慮的是預(yù)計(jì)具有較長(zhǎng)使用壽命的組件，或者基于已知穩(wěn)定的新興技術(shù)的組件，這可能是長(zhǎng)壽命測(cè)試的結(jié)果。另一個(gè)關(guān)鍵的設(shè)計(jì)方法是使用降額來(lái)延長(zhǎng)使用壽命。這涉及選擇額定電壓、電流和溫度高于目標(biāo)電路所需的組件。工作應(yīng)力的降低延長(zhǎng)了部件的使用壽命。 類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，管理熱裕度是一門重要的學(xué)科，經(jīng)驗(yàn)豐富的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)使用廣泛的熱性能測(cè)量來(lái)確保避免在運(yùn)行中形成熱點(diǎn)。 有時(shí)，停產(chǎn)情況很難避免，可能是因?yàn)楣⿷?yīng)商無(wú)法控制的情況，例如生產(chǎn)設(shè)施被迫關(guān)閉或收購(gòu)改變了其市場(chǎng)策略。主動(dòng)解決策略有助于維持現(xiàn)有產(chǎn)品的組件供應(yīng)，其中包括在終身購(gòu)買選項(xiàng)不可用時(shí)從分銷網(wǎng)絡(luò)采購(gòu)現(xiàn)有庫(kù)存。另一種選擇是，如果替代組件導(dǎo)致設(shè)計(jì)發(fā)生變化，則接受重新鑒定的需要。 GAIA 的內(nèi)部政策最大限度地減少了需要采取反應(yīng)策略的可能性。該公司鼓勵(lì)工程師質(zhì)疑設(shè)計(jì)選擇，并始終規(guī)劃組件的可用性。該公司設(shè)計(jì)方法的一個(gè)例子是對(duì)每個(gè)模塊進(jìn)行全面的過(guò)時(shí)風(fēng)險(xiǎn)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(shè)計(jì)和制造過(guò)程中，以確保公司電源模塊的較長(zhǎng)生產(chǎn)壽命。成功的另一個(gè)關(guān)鍵是專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?fù)涞慕缦蕖? 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，為客戶提供了提高系統(tǒng)性能的選擇，但仍然享有長(zhǎng)壽命保證。原始 4W 系列轉(zhuǎn)換器系列可提供大約 80% 的效率。其現(xiàn)代對(duì)應(yīng)產(chǎn)品 MGDD-08N 于 2015 年創(chuàng)建，實(shí)現(xiàn)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(zhuǎn)換器在過(guò)去 28 年中一直可靠運(yùn)行，大量現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)證實(shí)了其可靠性。 盡管由于生命周期長(zhǎng)，組件報(bào)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(xiǎn)是可以的。實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)產(chǎn)品較長(zhǎng)使用壽命的一種方法是使用供應(yīng)商提供的電源模塊和其他子系統(tǒng)，并采取廣泛的避免過(guò)時(shí)策略。 GAIA 對(duì)此問(wèn)題的承諾確保客戶能夠自信地將電源模塊集成到他們自己的長(zhǎng)壽命產(chǎn)品計(jì)劃中。 |
