COTS成為軍用電子未來發(fā)展的焦點(diǎn)

　　自1976年以來，集成電路的銷售量由于它們?cè)谟?jì)算機(jī)、電信設(shè)備和電子消費(fèi)品中應(yīng)用的增多而增加了40倍。這些集成電路的絕大多數(shù)(98%)是塑料封裝的微電路(PEM)。

　　PEM首先是在60年代引入的，由于它們的低成本、小尺寸和輕重量而得到廣泛應(yīng)用。隨著它們的應(yīng)用及可靠性的增加，導(dǎo)致它們也用在航空電子、汽車和其他長壽命的設(shè)備中。在這同一個(gè)時(shí)期，集成電路在航空電子設(shè)備中的應(yīng)用保持平穩(wěn)，引起其市場(chǎng)份額從17%跌到不到1%，使軍事部門再也不能影響電子器件的發(fā)展。

　　軍用級(jí)部件市場(chǎng)的萎縮以及要對(duì)它們進(jìn)行篩選以滿足MILSTD-883所需的費(fèi)用已導(dǎo)致許多大制造商，如摩托羅拉、英特爾和飛利浦關(guān)閉了它們的軍用電子元件生產(chǎn)線。這顯著減少了密封封裝的軍用規(guī)范部件的供應(yīng)量，特別是最新的和技術(shù)上最先進(jìn)的集成電路緊缺，迫使防務(wù)工業(yè)考慮采用商業(yè)技術(shù)的PEM部件。美國國防部已于1994年制訂政策，鼓勵(lì)采用最好的商業(yè)部件，以便在軍用設(shè)備中早日使用經(jīng)濟(jì)上負(fù)擔(dān)得起的前沿電子技術(shù)產(chǎn)品。

　　美國國防部把COTS(Commercial-off-the-shelf)，即商業(yè)貨架器件定義為是在市場(chǎng)上銷售的產(chǎn)品，并在制造商的產(chǎn)品目錄中以確定的價(jià)格出現(xiàn)，而且可直接從制造商或通過制造商的銷售網(wǎng)供應(yīng)給任何公司或個(gè)人使用。COTS器件有標(biāo)準(zhǔn)的件號(hào)和描述其機(jī)械、電氣和環(huán)境性質(zhì)與極限的技術(shù)規(guī)范。COTS產(chǎn)品可分成消費(fèi)品/工業(yè)用、軍用和航天用等類。在PEM中，半導(dǎo)體芯片采用模壓塑料技術(shù)被封裝在一個(gè)殼體中。

　　盡管PEM具有顯著的優(yōu)點(diǎn)(如新產(chǎn)品，性能好，投放市場(chǎng)的時(shí)間短和首批成本低)，它們也有一些缺點(diǎn)，如密封性差，抗熱循環(huán)和沖擊的性能差及較小的工作溫度范圍。制造工藝的變化，甚至制造商和批量的變化，可導(dǎo)致其性能變化越出規(guī)定的性能數(shù)據(jù)。

　　未來戰(zhàn)斗機(jī)的設(shè)計(jì)人員正在全力對(duì)付航空電子設(shè)備過時(shí)的問題。這個(gè)問題因防務(wù)預(yù)算減少以及軍機(jī)市場(chǎng)萎縮而造成的研制和生產(chǎn)時(shí)間延長而變得更加嚴(yán)峻。在軍用航空電子系統(tǒng)中，采用民用0開放0型系統(tǒng)硬件和軟件被看作是對(duì)付日益增長的電子元部件過時(shí)的重要措施。如果改用COTS技術(shù)，航空電子產(chǎn)品將不再一成不變， 其處理器芯片每過18個(gè)月就有改進(jìn)。

　　在航空電子和計(jì)算機(jī)方面，商業(yè)貨架(COTS)技術(shù)已是很有市場(chǎng)。單是美國軍用機(jī)的處理機(jī)改進(jìn)項(xiàng)目就包括：F-14和F/A-18的AN/AYK-14任務(wù)計(jì)算機(jī)采用COTS 技術(shù)的改進(jìn)，F(xiàn)-16的新的模塊式任務(wù)計(jì)算機(jī)(MMC)，供另一些F-16使用的M372通用處理火控計(jì)算機(jī)，F(xiàn)-15新的大氣數(shù)據(jù)處理機(jī)和新的IBM CP-1075C VH-SIC中央計(jì)算機(jī)及F-14新的GEC-馬可尼公司的數(shù)字式飛行控制系統(tǒng)。

　　美國海軍陸戰(zhàn)隊(duì)在其0開放系統(tǒng)民用航空電子設(shè)備要求0(OSCAR)計(jì)劃中準(zhǔn)備用民用處理機(jī)來代替AV-8B中的任務(wù)計(jì)算機(jī)，在航空電子設(shè)備改用COTS 技術(shù)方面起了帶頭作用。麥道公司(現(xiàn)已被波音公司收購)是OSCAR計(jì)劃的主承包商，其轉(zhuǎn)包商CDI公司正在采用PowerPC民用處理器研制AV-8B 的AYK-14任務(wù)計(jì)算機(jī)的代用計(jì)算機(jī)。新計(jì)算機(jī)的研制型定于1997年3月初交付并在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行試驗(yàn)，生產(chǎn)將于1997年年底前開始，而對(duì)AV-8B 的改進(jìn)將在1998年初開始。民用處理機(jī)的性能將比AYK-14提高兩個(gè)數(shù)量級(jí)。美國海軍也在尋找代替F-18上使用的AYK-14的民用處理機(jī)。

　　OSCAR改進(jìn)計(jì)劃將采用具有商業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接口(VME底板和符合POSIX的操作系統(tǒng))的公共模塊，最初的作戰(zhàn)能力預(yù)定在2001年實(shí)現(xiàn)。某些OSCAR硬件和軟件將被用于F-15新的先進(jìn)顯示核心處理機(jī)(ADCP)中。它將與F-15E的多用途顯示處理機(jī)(MDPD)和VHSIC綜合在一個(gè)電子箱內(nèi)，用在F-15C/D上的組裝中將有一些不同。

　　諾斯羅普·格魯門公司的工程師們正在修改美空軍E-8C飛機(jī)上的電子設(shè)備，以容納數(shù)量增加的COTS元部件。在過去3年里，E-8C的航空電子設(shè)備已從采用專門技術(shù)，如DEC公司的VAX計(jì)算機(jī)和國際器件公司的可編程信號(hào)處理機(jī)發(fā)展為采用開放系統(tǒng)部件，如DEC公司的Alpha微處理器，VME底板數(shù)據(jù)總線和FDDI(光纖分布數(shù)據(jù)接口)。進(jìn)一步采用COTS技術(shù)可能將包括Windows NT操作系統(tǒng)，模擬器件公司的21060 SHARC數(shù)字信號(hào)處理機(jī)、水銀計(jì)算機(jī)系統(tǒng)公司發(fā)明的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的Raceway高速微處理器互聯(lián)裝置。

　　F-22的研制人員已在對(duì)付可能要到2004年以后才能投入使用的F-22的電子零件過時(shí)的問題，雖然在2004年以前，該機(jī)不會(huì)進(jìn)入美國空軍服役。洛克希德·馬丁/波音集團(tuán)已編了一個(gè)在F-22投入使用時(shí)，很可能不再生產(chǎn)的400多個(gè)部件的目錄，以便用購買零件的生產(chǎn)線和插入新技術(shù)等方法來解決這個(gè)問題。

　　洛克希德·馬丁/波音已為改進(jìn)F-22的CIP制訂了一個(gè)發(fā)展規(guī)劃，這個(gè)計(jì)劃準(zhǔn)備引入民用技術(shù)來代替已經(jīng)停產(chǎn)的零件，并利用民用航空電子設(shè)備的迅速發(fā)展來提高性能。其第一步稱為CIP 2000，將增加存儲(chǔ)容量和可靠性，同時(shí)減輕重量和降低費(fèi)用。CIP2000將保留現(xiàn)有的1960處理器，但將引入開放系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線及3伏電源，以允許以后采用民用處理器。CIP 2000將由CIP 2005來取代，后者簡單地通過在F-22的CIP機(jī)架中更換插入模塊來實(shí)現(xiàn)。

　　JSF使軍方在轉(zhuǎn)向以COTS為基礎(chǔ)的航空電子設(shè)備方面走到登峰造極的地步。為JSF航空電子設(shè)備規(guī)定的四大指標(biāo)是：負(fù)擔(dān)得起，性能，可改進(jìn)性和重新使用能力。JSF項(xiàng)目的管理人員試圖扭轉(zhuǎn)航空電子設(shè)備成本在飛機(jī)總成本中所占比例不斷上升，即從F-4的12%上升到F-18的30%的發(fā)展勢(shì)頭。JSF航空電子結(jié)構(gòu)將在各方面盡最大可能采用COTS技術(shù)，包括處理和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的主要設(shè)計(jì)目標(biāo)是降低成本，將采用網(wǎng)絡(luò)、操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序接口的開放系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，以增加應(yīng)用軟件及某些硬件的可移植性和擴(kuò)充能力，以便應(yīng)用于另一些飛機(jī)。采用COTS和開放系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的主要目的是增加軟件的壽命，使系統(tǒng)不受硬件技術(shù)過時(shí)的影響，而且容易改進(jìn)。采用這種技術(shù)允許在研制周期更晚的時(shí)候作出如何實(shí)現(xiàn)處理機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的決定，以便更多地采用最新技術(shù)，降低壽命期研制費(fèi)用。

　　洛克希德·馬丁公司聲稱它已獲得技術(shù)突破，可幫助美國空軍對(duì)付F-22和其他軍用飛機(jī)的電子零件過時(shí)問題。數(shù)字元件的商業(yè)壽命可能只有18個(gè)月，而采用這些元件的武器系統(tǒng)的壽命有幾十年。零件過時(shí)的問題增加了系統(tǒng)的運(yùn)行和保障費(fèi)用，約為整個(gè)壽命期投資的三分之二。洛克希德·馬丁的技術(shù)革新通過采用協(xié)調(diào)的工具和電子規(guī)范，首先用仿制的樣件更換過時(shí)的機(jī)載印刷電路組件，公司估計(jì)這種仿制更換將在今后一二年內(nèi)降低維修費(fèi)用10%~15%。這種使用建模和仿真技術(shù)重新設(shè)計(jì)過時(shí)的電子裝置的方法，不僅可用于F-22，還可用于JSF。用于研制樣件的過程基于VHSIC硬件描述語言(VHDL)模型，代替過時(shí)的印刷電路板的樣件研制出來之后，就對(duì)這個(gè)樣件對(duì)照原先過時(shí)的印刷電路板在虛擬研制環(huán)境中采用商用的軟件和硬件進(jìn)行符合性測(cè)試。在這種仿真環(huán)境中，對(duì)過時(shí)硬件的重新設(shè)計(jì)將主要采用現(xiàn)代元件技術(shù)。由于設(shè)計(jì)是按照電子規(guī)范進(jìn)行的，重新設(shè)計(jì)的費(fèi)用可大為節(jié)省。

　　仿制技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是，重新設(shè)計(jì)的電子裝置的嵌入軟件和保障設(shè)備可保持不變，故不需要重新開發(fā)軟件和保障設(shè)備，這樣就節(jié)省了費(fèi)用。美國空軍與洛克希德 馬丁公司已簽訂一個(gè)用于傳統(tǒng)電子裝置的VHDL設(shè)計(jì)環(huán)境(VDELE)，VDELE采用目前的技術(shù)克服了過時(shí)問題。

　　洛克希德·馬丁公司已用VHDL語言來嚴(yán)格描述F-16外掛管理系統(tǒng)(SMS)中已停產(chǎn)電路板的外形、安裝和功能，并將它仿制出來以后進(jìn)行驗(yàn)證。

　　相對(duì)于其它可以根據(jù)特殊情況而特定應(yīng)用的系統(tǒng)而言，COTS系統(tǒng)更能節(jié)省成本和時(shí)間。 目前的軍用開關(guān)電源或軍用電源模塊通常由COTS產(chǎn)品組成，主要包括軍用電源和軍規(guī)電源濾波器。COTS產(chǎn)品應(yīng)用特性表現(xiàn)在：可靠性;苛刻的環(huán)境因素;使用壽命長;嚴(yán)苛的尺寸和重要要求;特殊的輸入電壓;生產(chǎn)商可提供行業(yè)知識(shí)和技術(shù)支持;嚴(yán)苛的電磁兼容性等。