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电子零件淘汰亟需及早规划

华股财经 2008年08月04日 15:00:32 来源:计算机世界
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  据估计,全球电子零件总量大约每个月都要被淘汰3%。而在系统老化时,新的替换部件面临着材料、规格和流程与旧的版本不兼容可能带来严重的成本和可用性问题。   ■ 沈建苗 编译   让老化系统继续发挥作用,是一项困难重重、耗用大量资源的任务。   系统老化时,重要零件势必会出现缺货,这类问题会带来全面、甚至性命攸关的影响。至少,寻找那些过时的零件会带来一笔意外的庞大费用,导致预算严重超支。   电子零件淘汰又叫DMSMS(diminishing manufacturing sources and material shortages,生产来源减少和材料短缺),这对所设计系统使用寿命必须超过下一个技术周期的设计师们来说是一大问题。   问题在于,半导体生产商们主要是为了满足消费者电子行业的要求,它们支持产品的时间很少超过四年。戴尔的笔记本电脑款型在商品目录中大约只存放18个月。这种情况给所设计产品开发周期长、实际使用寿命更长的设计师们带来了不利影响,导致新的材料、零件和流程与旧的版本不兼容。   过时系统的一个主要弊端就是,仅仅为了让系统继续投入使用,就得改变或者更新设计。加利福尼亚州诺科的Qinetiq Technology Extension Corp.公司提供与零件淘汰有关的资源,该公司估计全球电子零件总量大约每个月要被淘汰3%。   受淘汰问题影响最大的系统是运行必须接近完美的系统。公共交通、医疗、军事、空中交通管制及电网管理等领域所用的技术需要漫长的设计与测试周期,所以它们无法在设计出来后不久就能投入运行。由于它们成本高昂,只有运行很长一段时间—常常不少于20年,才能收回投资。   摩尔定律的阴暗面   零件淘汰的几个典型案例来自美国军方,因为美军管理长周期技术项目的时间之长超过世界上几乎其他任何一个机构。不过商用飞机也属于同一种情况,使用寿命几乎长达40年到90年。波音737在1965年推出,波音747在1969年推出; 预计这两款机型不会很快就会退役。   最初生产这些系统时,电子零件淘汰问题没有得到明确解决,原因是军方仍统治着电子零件市场; 军方需要的集成电路保持可用的时间比现在长得多。上世纪60年代,芯片的预计市场供货时间在20年到25年; 如今缩短到了2年到5年。这可以称之为摩尔定律的阴暗面: 没有为零件淘汰作好规划,导致公司和军方以后花越来越多的钱用于消除系统老化带来的不利影响。这样一来,没多少资金用于投资新项目,实际上导致了维护成本急剧增加、升级项目推迟。   美国国防部每年用于管理及缓解电子零件淘汰问题的费用估计高达100亿美元。在某些情况下,淘汰问题会引发系统过早全面检修。比如说,F-16战斗机项目斥资5亿美元重新设计一款过时的雷达系统。在商业领域,电信公司不惜血本管理基础设施产品(如紧急响应电话系统)的淘汰问题。处理这个问题的一个办法是,用完全重新设计的设备来取代出了故障的设备。另一个办法是,仓库里面放满零件,以便在预计的使用寿命期内供系统使用。这两种办法都很费钱,而这些钱原本可以另作他用。   不是只有硬件才会面临淘汰,过时软件同样问题重重,两者又常常是休戚相关。比方说,美国陆军分析了一款直升机的GPS无线电设备是否过时后发现: 为了让直升机能安全飞行,哪怕只要修改一行代码的硬件改动都要花费250万美元。   应对办法   在美国,电子零件淘汰早在上世纪80年代随着冷战的结束,就开始成为一个明显的问题。为了节省资金,同时让军方可以使用商业公司开发的更先进零件,五角大楼开始大大减小对定制的“军用规格”零件的依赖,这些零件遵守的性能要求比商用产品严格。名为采购改革的这项政策同样影响到了许多非军事应用,比如商用航空电子设备、油井钻探和一些电信产品。过去,这些商用产品由于生产周期非常长,所以也依赖军用规格零件。如今,军事通信系统当中至少90%的零件是商用现成产品; 甚至在武器系统中,这个比例也占到了20%,主要用于网络接口。军事系统中的绝大部分存储芯片和处理器都来自商用公司。   欧盟带头发起的禁止电子零件使用铅的禁令在2006年7月生效,这就加剧了电子零件淘汰问题。虽然军事、航空电子及其他大多数使用寿命长的系统实际上被免除遵守这项指令的义务,但这种豁免意义不大。产品面向国际市场的消费类电子市场必须遵守这项禁令,这进而促使集成电路生产商去除生产零件当中的所有铅。禁令的主要影响在于,含有铅的传统焊料只好换成无铅合金,这种合金要成本足够低,又具有铅在机械、导热和电气等方面的优良特性。不过,许多这类合金在一段时间后往往会长出极小的“细丝”,可能会引起短路。比方说,2000年一颗造价2亿美元的波音卫星由于空间控制处理器长出了细丝,结果宣布完全报废。铅基零件短缺以及部分替换零件不可靠,这两个实际问题困扰着寿命较长的系统。   新的商机   如今短缺关键零件催生了一个价值数十亿美元的产业: 零件淘汰预测、反向工程设备、铸造厂; 遗憾的是,假货市场也随之兴旺起来。要是事先未经规划,到头来往往只好采用成本最昂贵或者风险最高的方法应对零件淘汰问题。最直截了当的解决办法是,寻找不同生产商提供的替换零件,或者去eBay上面寻找,但这面临重大障碍。比方说,要是从未经批准的供应商买来零件,可能需要经过成本高、费时间的重新质量检验,确保替换零件完全可靠。   另外就是找到合适的零件,这可不是什么小问题。市场上可能有供应充足的合适零件,但几乎不可能找到。   要是遇到真正关键的情况,采购官员可求助于获得英特尔和德州仪器等公司批准的配件市场(aftermarket)生产商,以便重新使用已停产的集成电路。一家原始生产商可能为Lansdale半导体公司或者罗切斯特电子公司提供未切割过的圆晶片,它们以后就可以根据需要来完成圆晶片的生产。据ARINC这家运营咨询公司声称,这种定制装配方法虽然很可靠,但仅仅出产50套集成电路的流水线生产就可能耗资约5.4万美元(按2006年价格计)。罗切斯特电子公司对这个数字表示异议,称只要5000到2万美元就能重新使用德州仪器公司的圆晶片。   另一种方案就是对零件重新设计或者反向工程,不过这可能需要18个月。如果相关系统很关键,一年半实在太长了。ARINC的分析表明,重新设计可能耗资10万到60万美元,而这可能还是保守数字。   最常见的计划(如果公司或者国防项目订有计划)就是等到供应商宣布结束某产品的生产周期,然后下最后订单,把公司预计将来需要的额外零件储备起来,以便产品在使用寿命期间有零件可用。但事实证明这种采购方案比预期更棘手。   首先,不是所有生产商都会很早告知客户,以便客户有时间向厂商下最后订单。据政府工业数据交换项目组织(GIDEP)估计,它接到的电子零件淘汰通知大约50%到75%与国防部有关。   其次,可能很难知道要储备多少零件。对于成本低廉的零件,客户可能会买来终身够用的零件,数量远远超过预测需求,因为生产商可能规定了最少采购量。以一家知名电信公司为例: 每当零件快要淘汰时,它通常会买进足够数量的零件,以满足预计的终生需要。目前,这家公司储备的淘汰电子零件库存价值超过1亿美元,其中一些零件十年内都用不了。与此同时,零件可能会丢失、性能渐渐下降,或者被另一类产品挪用—这种种情况使项目经理再周到的规划也会落空。   引入全生命周期管理   解决办法不仅仅是消除公司体制上的障碍。项目经理看到某个零件即将停产后,有时会自然而然做出恐慌性反应,更准确的标准化数据库也消除不了这样的反应。最终,只有关注努力预测未来的战略才能帮助面临零件淘汰的产品经理大大改善情况。   一些公司已开发出了通过为零件的生命周期建模,从而预测零件淘汰的商用工具,比如i2 Technologies、Qinetiq、Total Parts Plus和PartMiner等公司。为了得到预测结果,这类工具对产品的技术属性(如最大特征尺寸、逻辑系列、门数量、基层类型和工艺类型)进行加权,按照成熟阶段对零件进行排列,分为起步到发展、成熟、衰退、逐步停产直至完全淘汰。   不同因素导致了不同电子零件的淘汰问题,一定要针对零件类型为其生命周期建模。单片闪存就是一个简单例子: 连续几代存储器有着相当容易预测的销售高峰年,这些年份与内存容量的增加密切相关。为这种关系绘制图表后发现,兆位数这个关键属性导致了单片闪存的淘汰。通过分析不同生产商的历史数据后,可以看到客户什么时候需要对某款闪存产品下最后订单(最后订单下完后,产品被认为淘汰,即便一段时间内仍可以通过配件市场来源来获得)。为了预测某一种零件什么时候可能变成淘汰零件,需要使用生产商的最后订单日期,用偏离销售高峰年的一个标准偏差数字来表示,从而为该产品的不同版本制作直方图。结果发现,对于某一款Atmel闪存芯片的每种容量,最后订单日期偏离销售高峰年的标准偏差平均为0.88。   但是单单预测零件何时会缺货这些信息,还不足以由此制订商业计划。产品经理还要借助更新规划(refresh planning)。更新规划的目的是,找出在哪个日期更新产品最好,并且确认应把重新设计的目标放在系统的哪些零件上。这种淘汰成本缓解分析法(MOCA)可以确定何时应当更新设计、新设计应当实现什么目标、如何管理在这个时间之前淘汰的零件。   MOCA软件从分析系统的材料清单入手。对于每个零件—不管是芯片、电路板甚至还是应用软件,估算预计会淘汰的日期,以及在这个时间之前采购零件的成本。在此基础上,MOCA确定所有可能设计更新日期的时间表,其中更新设计的目的主要是保留而不是改进系统的功能(对许多使用寿命较长的系统而言,这其实是经理的惟一要求)。工具提出了一组可能的设计计划,首先是零设计更新(这意味着最好的办法就是伺机响应,比如查找替换零件或者反向工程),直到采纳这种计划: 需要更新预计会淘汰的每个零件。MOCA同样考虑到了不确定性,于是为每个预计淘汰的事件赋予了概率。   事先知道将来需要采取什么做法当然是好事,而且,这种分析还是节省资金的措施。2005年针对摩托罗拉的无线射频基站
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