COTS成為軍用電子未來(lái)發(fā)展的焦點(diǎn)

　　自1976年以來(lái)，集成電路的銷(xiāo)售量由于它們在計算機、電信設備和電子消費品中應用的增多而增加了40倍。這些集成電路的絕大多數(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用。隨著(zhù)它們的應用及可靠性的增加，導致它們也用在航空電子、汽車(chē)和其他長(cháng)壽命的設備中。在這同一個(gè)時(shí)期，集成電路在航空電子設備中的應用保持平穩，引起其市場(chǎng)份額從17%跌到不到1%，使軍事部門(mén)再也不能影響電子器件的發(fā)展。

　　軍用級部件市場(chǎng)的萎縮以及要對它們進(jìn)行篩選以滿(mǎn)足MILSTD-883所需的費用已導致許多大制造商，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(xiàn)。這顯著(zhù)減少了密封封裝的軍用規范部件的供應量，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，鼓勵采用最好的商業(yè)部件，以便在軍用設備中早日使用經(jīng)濟上負擔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(xiāo)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，而且可直接從制造商或通過(guò)制造商的銷(xiāo)售網(wǎng)供應給任何公司或個(gè)人使用。COTS器件有標準的件號和描述其機械、電氣和環(huán)境性質(zhì)與極限的技術(shù)規范。COTS產(chǎn)品可分成消費品/工業(yè)用、軍用和航天用等類(lèi)。在PEM中，半導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(zhù)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，可導致其性能變化越出規定的性能數據。

　　未來(lái)戰斗機的設計人員正在全力對付航空電子設備過(guò)時(shí)的問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題因防務(wù)預算減少以及軍機市場(chǎng)萎縮而造成的研制和生產(chǎn)時(shí)間延長(cháng)而變得更加嚴峻。在軍用航空電子系統中，采用民用0開(kāi)放0型系統硬件和軟件被看作是對付日益增長(cháng)的電子元部件過(guò)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(guò)18個(gè)月就有改進(jìn)。

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

　　美國海軍陸戰隊在其0開(kāi)放系統民用航空電子設備要求0(OSCAR)計劃中準備用民用處理機來(lái)代替AV-8B中的任務(wù)計算機，在航空電子設備改用COTS 技術(shù)方面起了帶頭作用。麥道公司(現已被波音公司收購)是OSCAR計劃的主承包商，其轉包商CDI公司正在采用PowerPC民用處理器研制AV-8B 的AYK-14任務(wù)計算機的代用計算機。新計算機的研制型定于1997年3月初交付并在實(shí)驗室中進(jìn)行試驗，生產(chǎn)將于1997年年底前開(kāi)始，而對AV-8B 的改進(jìn)將在1998年初開(kāi)始。民用處理機的性能將比AYK-14提高兩個(gè)數量級。美國海軍也在尋找代替F-18上使用的AYK-14的民用處理機。

　　OSCAR改進(jìn)計劃將采用具有商業(yè)標準接口(VME底板和符合POSIX的操作系統)的公共模塊，最初的作戰能力預定在2001年實(shí)現。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(ADCP)中。它將與F-15E的多用途顯示處理機(MDPD)和VHSIC綜合在一個(gè)電子箱內，用在F-15C/D上的組裝中將有一些不同。

　　諾斯羅普·格魯門(mén)公司的工程師們正在修改美空軍E-8C飛機上的電子設備，以容納數量增加的COTS元部件。在過(guò)去3年里，E-8C的航空電子設備已從采用專(zhuān)門(mén)技術(shù)，如DEC公司的VAX計算機和國際器件公司的可編程信號處理機發(fā)展為采用開(kāi)放系統部件，如DEC公司的Alpha微處理器，VME底板數據總線(xiàn)和FDDI(光纖分布數據接口)。進(jìn)一步采用COTS技術(shù)可能將包括Windows NT操作系統，模擬器件公司的21060 SHARC數字信號處理機、水銀計算機系統公司發(fā)明的工業(yè)標準的Raceway高速微處理器互聯(lián)裝置。

　　F-22的研制人員已在對付可能要到2004年以后才能投入使用的F-22的電子零件過(guò)時(shí)的問(wèn)題，雖然在2004年以前，該機不會(huì )進(jìn)入美國空軍服役。洛克希德·馬丁/波音集團已編了一個(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(mǎi)零件的生產(chǎn)線(xiàn)和插入新技術(shù)等方法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)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)展規劃，這個(gè)計劃準備引入民用技術(shù)來(lái)代替已經(jīng)停產(chǎn)的零件，并利用民用航空電子設備的迅速發(fā)展來(lái)提高性能。其第一步稱(chēng)為CIP 2000，將增加存儲容量和可靠性，同時(shí)減輕重量和降低費用。CIP2000將保留現有的1960處理器，但將引入開(kāi)放系統數據總線(xiàn)及3伏電源，以允許以后采用民用處理器。CIP 2000將由CIP 2005來(lái)取代，后者簡(jiǎn)單地通過(guò)在F-22的CIP機架中更換插入模塊來(lái)實(shí)現。

　　JSF使軍方在轉向以COTS為基礎的航空電子設備方面走到登峰造極的地步。為JSF航空電子設備規定的四大指標是：負擔得起，性能，可改進(jìn)性和重新使用能力。JSF項目的管理人員試圖扭轉航空電子設備成本在飛機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)展勢頭。JSF航空電子結構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 )結構。這種結構的主要設計目標是降低成本，將采用網(wǎng)絡(luò )、操作系統和應用程序接口的開(kāi)放系統標準，以增加應用軟件及某些硬件的可移植性和擴充能力，以便應用于另一些飛機。采用COTS和開(kāi)放系統標準的主要目的是增加軟件的壽命，使系統不受硬件技術(shù)過(guò)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)現處理機和網(wǎng)絡(luò )的決定，以便更多地采用最新技術(shù)，降低壽命期研制費用。

　　洛克希德·馬丁公司聲稱(chēng)它已獲得技術(shù)突破，可幫助美國空軍對付F-22和其他軍用飛機的電子零件過(guò)時(shí)問(wèn)題。數字元件的商業(yè)壽命可能只有18個(gè)月，而采用這些元件的武器系統的壽命有幾十年。零件過(guò)時(shí)的問(wèn)題增加了系統的運行和保障費用，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(guò)采用協(xié)調的工具和電子規范，首先用仿制的樣件更換過(guò)時(shí)的機載印刷電路組件，公司估計這種仿制更換將在今后一二年內降低維修費用10%~15%。這種使用建模和仿真技術(shù)重新設計過(guò)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(guò)程基于VHSIC硬件描述語(yǔ)言(VHDL)模型，代替過(guò)時(shí)的印刷電路板的樣件研制出來(lái)之后，就對這個(gè)樣件對照原先過(guò)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)行符合性測試。在這種仿真環(huán)境中，對過(guò)時(shí)硬件的重新設計將主要采用現代元件技術(shù)。由于設計是按照電子規范進(jìn)行的，重新設計的費用可大為節省。

　　仿制技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是，重新設計的電子裝置的嵌入軟件和保障設備可保持不變，故不需要重新開(kāi)發(fā)軟件和保障設備，這樣就節省了費用。美國空軍與洛克希德 馬丁公司已簽訂一個(gè)用于傳統電子裝置的VHDL設計環(huán)境(VDELE)，VDELE采用目前的技術(shù)克服了過(guò)時(shí)問(wèn)題。

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

　　相對于其它可以根據特殊情況而特定應用的系統而言，COTS系統更能節省成本和時(shí)間。 目前的軍用開(kāi)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電源濾波器。COTS產(chǎn)品應用特性表現在：可靠性;苛刻的環(huán)境因素;使用壽命長(cháng);嚴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)知識和技術(shù)支持;嚴苛的電磁兼容性等。