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作者：GAIA Converter 作為一個致力于持續優化設計和制造戰略的快速發展行業，電子行業不斷面臨著舊組件和子系統被新產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表現出類似的功能，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（例如軍事和航空航天）中重新進行資格認證。由于包裝或需要改變設計的功能的變化，這個過程可能會變得更加復雜。在最壞的情況下，沒有替代品，需要對設計進行更大的改變，然后重新鑒定。 軍事和國防項目的時間尺度可能導致過時成為一個主要問題。美國海軍在 2000 年代中期對聲納系統設計進行的一項研究發現，70% 的電子部件在系統投入使用之前就被認為是過時的。 美國國防標準化計劃辦公室 2021 年進行的一項調查發現，因過時事件引發的重新設計平均花費軍事硬件項目 120 萬美元。復雜的重新設計導致大規模更換組件，導致成本超過 1150 萬美元。研究發現，不太嚴格的修復過程會帶來巨大的成本。即使是簡單的組件更換也可能花費 14,200 美元。 在系統的整個生命周期內維持零件供應的一種機制是執行終身購買。在一個案例中，供應商決定關閉相關生產設施后，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。過時通常是由市場力量、立法變化以及生產設備和關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。軍事和航空航天領域的一個關鍵問題是需要先進的處理器和其他復雜產品來支持其苛刻的要求。這些組件通常主要為商業產品設計，這些產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。如果商業銷售低迷，這些產品往往面臨比預期更早下架的風險。供應商可能會選擇將其重點轉移到依賴于不同半導體工藝的后續設計，并在此過程中重新調整其生產線的用途來生產該新產品。 電力系統也可能面臨類似的問題。供應商可以改變對他們提供的組件類型的關注。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，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時問題。有時，新工藝的優勢無法轉化為市場成功。在其他情況下，新設備的成功可能會導致焦點發生變化，從而導致生產線從舊產品轉變。但這些轉變并不普遍。 許多組件已經生產多年，因為它們的供應商認識到他們擁有可行的長期市場地位，也因為他們注重采購也有長期供應保證的材料和生產機械。供應商對待市場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 為盡可能避免過時而采取的策略之一。 盡管軍事和航空航天項目的承包商經常使用終身購買，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，密切的供應商關系更為重要。這對最終用戶來說很難實現。然而，特定領域的專家，例如涉及電源模塊設計的專家，可以與關鍵部件供應商的設計和制造團隊進行詳細的技術討論。通常，在組件設計過程中，特別是如果它是諸如脈寬調制控制器之類的復雜部件，制造商會希望從其直接客戶中獲得該領域專家的反饋，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的功率半導體的時序偏移和輸出行為提供建議。 對于不太復雜的零件，延長使用壽命的關鍵是從多個供應商處采購產品。這通常可以通過分立元件來實現，例如無源元件和單獨的晶體管。這導致了另一個重要策略，即在有意義的情況下使用離散功能，而不是來自單一來源的集成部件。更復雜的部分更容易受到過時問題的影響。盡管它可能會簡化電路設計，但使用分立元件卻提供了避免過時問題的更有效方法。 這種方法擴展到電路拓撲選擇。造成高過時風險的因素之一是電路設計依賴于各種各樣的元件。由于難以確定每個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。更實際的做法是實現更小的 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系以及生產技術和材料可用性方面的知識，確保這些多用途組件以后不會導致過時問題。此外，對行業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。 最小化過時風險的一個不太明顯的策略是關注生命周期可靠性。在這方面，針對較長的平均無故障時間 (MTBF) 進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。與避免過時的設計技術一樣，高 MTBF 是設計紀律的問題：使用不會將組件推入更容易發生故障的操作狀態的電路。 保守的設計者考慮的是預計具有較長使用壽命的組件，或者基于已知穩定的新興技術的組件，這可能是長壽命測試的結果。另一個關鍵的設計方法是使用降額來延長使用壽命。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科，經驗豐富的設計團隊使用廣泛的熱性能測量來確保避免在運行中形成熱點。 有時，停產情況很難避免，可能是因為供應商無法控制的情況，例如生產設施被迫關閉或收購改變了其市場策略。主動解決策略有助于維持現有產品的組件供應，其中包括在終身購買選項不可用時從分銷網絡采購現有庫存。另一種選擇是，如果替代組件導致設計發生變化，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例子是對每個模塊進行全面的過時風險分析。這包括每個組件的影響分析和概率聲明。這些做法有助于將避免過時的情況納入設計和制造過程中，以確保公司電源模塊的較長生產壽命。成功的另一個關鍵是專注于利用核心電力電子原理進行產品創新，并突破熱管理、磁優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。其中包括 1996 年創建的 MGDS-04-J-C，至今仍以其原始形式以及 2000 年代中期開發的符合 ROHS 的版本提供。較新的產品提高了效率，為客戶提供了提高系統性能的選擇，但仍然享有長壽命保證。原始 4W 系列轉換器系列可提供大約 80% 的效率。其現代對應產品 MGDD-08N 于 2015 年創建，實現了 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 轉換器在過去 28 年中一直可靠運行，大量現場數據證實了其可靠性。 盡管由于生命周期長，組件報廢是軍事和航空航天領域的一個主要問題，但管理這些風險是可以的。實現設計產品較長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時策略。 GAIA 對此問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壽命產品計劃中。 |
