快速發(fā)展的航空航天和國防領(lǐng)域，如何提高測試設(shè)備的利用率并降低成本

根據(jù)航空航天工業(yè)協(xié)會(huì)的數(shù)據(jù)，2017年美國航空航天和國防(A&D)行業(yè)的銷售額達(dá)到8,650億美元，出口額達(dá)1,430億美元，美國就業(yè)崗位約240萬個(gè)。美國國防預(yù)算復(fù)蘇，2018年A&D行業(yè)收入從上一年的2.1%升至4.1%。德勤2019年全球航空航天和國防工業(yè)展望報(bào)告稱，今年A&D行業(yè)將繼續(xù)保持強(qiáng)勁增長。

展望未來，F(xiàn)rost and Sullivan預(yù)計(jì)A&D行業(yè)將在各種趨勢的影響下發(fā)展演進(jìn)，包括模塊化、可定制的測試解決方案，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)高效的設(shè)備升級(jí);工業(yè)4.0在制造和運(yùn)營中的廣泛應(yīng)用;5G通信、NewSpace、mmWave和新雷達(dá);技術(shù)發(fā)展需要先進(jìn)的測試設(shè)備;需要升級(jí)舊系統(tǒng)并避免技術(shù)過時(shí)。

Frost and Sullivan數(shù)據(jù)顯示，雖然測試設(shè)備的最佳利用率在85%的范圍內(nèi)，但由于校準(zhǔn)和維修需求，許多公司的測試資產(chǎn)的典型利用率在30%的范圍內(nèi)。由于日益嚴(yán)格的時(shí)間表和預(yù)算審查，A&D測試和驗(yàn)證壓力也在增加。工程師需要可靠且易于使用的測試設(shè)備，以便始終如一地提供數(shù)據(jù)完整性。他們需要測試資產(chǎn)供應(yīng)商：了解國防工業(yè)及其特殊挑戰(zhàn);為軍事應(yīng)用提供專用儀器;提供管理和提高運(yùn)營效率的服務(wù);備有庫存的設(shè)備，確保測試快速徹底;擁有各種靈活的租賃、新設(shè)備、二手設(shè)備等設(shè)備資產(chǎn)選擇。

國防工業(yè)未來趨勢帶來測試挑戰(zhàn)

全球經(jīng)濟(jì)的不確定性，來自各國A&D行業(yè)的發(fā)展及新興私營中小企業(yè)的加快行動(dòng)，需要更有效地利用預(yù)算。以NewSpace為理念的太空探索初創(chuàng)公司為例，其由尋求利潤的私營公司和企業(yè)家組成，數(shù)量激增，旨在以更低的成本、更短的時(shí)間內(nèi)提供創(chuàng)新的太空產(chǎn)品和服務(wù)。

根據(jù)2018年美國國防戰(zhàn)略總結(jié)，將更加注重通過提高采購效率，使用非傳統(tǒng)供應(yīng)商、原型設(shè)計(jì)、快速迭代和實(shí)驗(yàn)來獲得納稅人在國防上花費(fèi)的附加值。這意味著將優(yōu)先考慮快速的交付、續(xù)適應(yīng)和提高效率。例如，平臺(tái)電子設(shè)備和軟件的常規(guī)更換將比保持十年或更長時(shí)間的靜態(tài)配置越來越受歡迎。

因此，許多A&D公司正在對(duì)其運(yùn)營效率進(jìn)行深入檢查，包括制造流程、采購流程，以及新產(chǎn)品開發(fā)的財(cái)務(wù)和技術(shù)方法。一些A&D公司正在采用全數(shù)字化方法，包括數(shù)字結(jié)對(duì)和虛擬現(xiàn)實(shí)，而其他公司則致力于優(yōu)化供應(yīng)鏈，提高運(yùn)營效率并降低成本，并降低小型衛(wèi)星和可重復(fù)使用組件生產(chǎn)的成本。

隨著創(chuàng)新步伐的加快，A&D公司也開始采用模塊化戰(zhàn)略，其中設(shè)計(jì)集成和驗(yàn)證優(yōu)先于純粹的研發(fā)和內(nèi)部創(chuàng)新。如今，通過專有IP為軟件級(jí)別的現(xiàn)成解決方案增值，而不是在硬件級(jí)別開發(fā)IP，這種情況并不少見。這些情景導(dǎo)致許多制造商減少其資本支出(CapEx)并更密切地管理運(yùn)營支出(OpEx)。

根據(jù)Frost&Sullivan的研究，A&D測試設(shè)備市場將在未來5~8年內(nèi)發(fā)生重大變化，新技術(shù)支持更高的頻率、更大的帶寬和現(xiàn)有系統(tǒng)的附加功能。軍事系統(tǒng)的復(fù)雜性、技術(shù)進(jìn)步，以及不斷發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)將帶來了額外的挑戰(zhàn)。

工業(yè)4.0對(duì)測試測量的挑戰(zhàn)和要求

下一代制造將使用技術(shù)、自動(dòng)化、需求驅(qū)動(dòng)的供應(yīng)鏈和大數(shù)據(jù)分析來加速工廠內(nèi)的信息流動(dòng)，從而提高效率、生產(chǎn)力和產(chǎn)量。據(jù)麥肯錫稱，目前超過60%的制造業(yè)務(wù)可以使用現(xiàn)有技術(shù)自動(dòng)化。然而，一旦工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IIoT)得到廣泛采用，這將發(fā)生重大變化，對(duì)企業(yè)和社會(huì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。世界經(jīng)濟(jì)論壇預(yù)測，到2025年，工業(yè)4.0將創(chuàng)造高達(dá)3.7萬億美元的價(jià)值。

數(shù)字化轉(zhuǎn)型可以使A&D公司受益匪淺。雖然許多人已經(jīng)在工廠制造和供應(yīng)鏈活動(dòng)中采用了工業(yè)4.0，但他們采用跨越整個(gè)企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型計(jì)劃的速度較慢。德勤全球調(diào)查顯示，雖然84%的A&D高管認(rèn)為新的數(shù)字技術(shù)對(duì)市場差異至關(guān)重要，實(shí)際上，只有25%的A&D公司使用數(shù)字技術(shù)實(shí)時(shí)為決策提供信息。

不久的未來，5G NR網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備和服務(wù)將會(huì)廣泛采用，以擴(kuò)大物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)4.0的影響。5G愿景是提供大量帶寬改進(jìn)(每單位面積的設(shè)備數(shù)量比4G LTE多100倍)，速度顯著提高，99.999%的正常運(yùn)行時(shí)間，以及關(guān)鍵任務(wù)應(yīng)用的超低延遲(如連接和自動(dòng)駕駛汽車、工業(yè)機(jī)器人、機(jī)器通信和遠(yuǎn)程機(jī)器人手術(shù))。

不斷演變的趨勢和技術(shù)

A&D領(lǐng)域的許多顯著趨勢之一是對(duì)信息和數(shù)據(jù)流的威脅。除了陸地、海洋、空中和太空之外，網(wǎng)絡(luò)安全被認(rèn)為是安全的第五戰(zhàn)場，預(yù)計(jì)技術(shù)預(yù)算將大幅增長，射頻和微波將發(fā)揮關(guān)鍵作用。

電子戰(zhàn)包括從信號(hào)干擾、雷達(dá)打擊到離散信號(hào)檢測等。其要求之一是需要將獲取或存儲(chǔ)的RF信號(hào)從一個(gè)測試儀器或子設(shè)備移動(dòng)到另一個(gè)，最低速率為10GB/s(相當(dāng)于2GHz RF帶寬)?？梢钥紤]若干數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，包括:10Gb局域網(wǎng);多通道PCle(PXI) Gen 3)。

另一個(gè)新興領(lǐng)域是實(shí)際儀器內(nèi)的高速(實(shí)時(shí))數(shù)據(jù)簡化與分析。過程和方法包括上變頻和下變頻，以及實(shí)時(shí)元數(shù)據(jù)或從獲取的原始數(shù)據(jù)生成的脈沖描述字，或者通過算法生成用于回放。還可以考慮同時(shí)進(jìn)行高分辨率的時(shí)間和頻率顯示。

在雷達(dá)和電子戰(zhàn)中，有源電子掃描陣列(AESA)天線的使用幾乎無處不在。AESA天線允許系統(tǒng)以多種模式運(yùn)行，并通過強(qiáng)大的信號(hào)處理功能同時(shí)接合多個(gè)威脅或目標(biāo)，允許以極高的速率靈活地重新定位。

天線測試存在許多挑戰(zhàn)。其中一些包括相控陣中元件數(shù)量的明顯增加，以支持更多同步功能和波束成型主瓣的窄焦點(diǎn)。另外值得注意的是，數(shù)字(寬帶)信號(hào)正在靠近天線移動(dòng)。有一些討論，最終與每個(gè)元件的發(fā)送/接收(T/R)模塊的唯一連接將是數(shù)字總線(無模擬)。另一個(gè)挑戰(zhàn)是信號(hào)不再是簡單的脈沖，而是寬帶調(diào)制，這產(chǎn)生了對(duì)生成和分析更寬帶寬信號(hào)的不斷增長的要求。

衛(wèi)星行業(yè)變革加快

在衛(wèi)星行業(yè)，變革的步伐正在加快。除了NewSpace的競爭動(dòng)態(tài)之外，通信鏈路中還使用更高的頻率。傳統(tǒng)上，衛(wèi)星通信已經(jīng)在C、L和Ku頻段中進(jìn)行，但這些頻段的頻譜是有限的。因此，許多衛(wèi)星運(yùn)營商正在使用或計(jì)劃使用Ka頻段，Ka頻段通常被認(rèn)為是27~40GHz。

在此范圍內(nèi)發(fā)射允許部署較小的天線。與此趨勢相關(guān)的一個(gè)挑戰(zhàn)是需要可以管理更高頻率的測試設(shè)備。上行鏈路頻率較高，下行鏈路具有功率限制。在大氣層之外，沒有吸收問題，這意味著許多mmWave頻段用于衛(wèi)星之間的通訊，特別是那些在60到65GHz之間的高吸收帶。

另一個(gè)市場驅(qū)動(dòng)因素是需要更高的數(shù)據(jù)速率，這是通過使用更寬的帶寬信號(hào)和更高階的調(diào)制格式來實(shí)現(xiàn)的，這些格式一起可能帶來測試挑戰(zhàn)。直到最近，許多信號(hào)分析儀被限制在大約100MHz的分析帶寬。寬帶寬和高頻信號(hào)的結(jié)合使得難以使用傳統(tǒng)的寬帶測試設(shè)備，例如示波器，其能夠適應(yīng)更寬的帶寬，但不能容納更高的頻率。

測試設(shè)備需要良好的動(dòng)態(tài)范圍，以便處理衛(wèi)星測試中常見的低信噪比(SNR)問題。高階調(diào)制格式意味著信道中的壓縮和輕微幅度誤差等因素增加了出現(xiàn)誤碼的可能性。測試設(shè)備必須保持動(dòng)態(tài)范圍并留下足夠的測試余量來識(shí)別這些問題。

在衛(wèi)星領(lǐng)域，也有向更小、更復(fù)雜的有效載荷的轉(zhuǎn)變，這推動(dòng)了能夠測量多種通信策略的更復(fù)雜的測試設(shè)備的發(fā)展。在驗(yàn)證更高級(jí)別的集成組件和子系統(tǒng)時(shí)，測試設(shè)備制造商提供具有硬件和軟件功能的集成測試系統(tǒng)。衛(wèi)星測試的一些示例包括有效載荷測試站，電力和太陽能電池陣列模擬器子系統(tǒng)，遙測跟蹤和命令子系統(tǒng)，以及命令和數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)。

同樣值得注意的是軟件定義的儀器，它可以靈活地為幾乎任何測試挑戰(zhàn)創(chuàng)建完整的解決方案，而無需使用昂貴且有限的定制系統(tǒng)。軟件定義儀器有許多應(yīng)用，包括頻譜/信號(hào)監(jiān)測、信號(hào)情報(bào)、監(jiān)視、頻譜安全、雷達(dá)目標(biāo)模擬、衛(wèi)星信道仿真和威脅發(fā)射器模擬等。完整解決方案的要素包括用于處理RF信號(hào)到RF輸出的階段;或從RF到存儲(chǔ)或其他處理引擎。

可靠的供應(yīng)商的重要性

鑒于A&D系統(tǒng)日益復(fù)雜，現(xiàn)代設(shè)備的驗(yàn)證和驗(yàn)證可能具有挑戰(zhàn)性。對(duì)于先進(jìn)的雷達(dá)系統(tǒng)，“更寬的帶寬、更高的分辨率、更低的相位噪聲和預(yù)動(dòng)態(tài)范圍以及更高的信號(hào)保真度是最重要的?！痹诤娇蘸教祀娮雍秃娇针娮宇I(lǐng)域，先進(jìn)的測試解決方案由“計(jì)算密集型、高速度和高帶寬航空電子設(shè)備和電子設(shè)備”所驅(qū)動(dòng)。

行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者需要值得信賴的測試設(shè)備合作伙伴，為產(chǎn)品選擇和融資方案提供客觀指導(dǎo)和獨(dú)立建議，來簡化和優(yōu)化他們的測試資產(chǎn)配置，提高運(yùn)營效率并提高員工的工作效率。今天的挑戰(zhàn)包括：

·推動(dòng)研發(fā)實(shí)驗(yàn)室和測試/驗(yàn)證的更高生產(chǎn)力和更快的速度;

·縮短開發(fā)時(shí)間并縮短產(chǎn)品上市時(shí)間;

·定期更新測試設(shè)備以測量新技術(shù)并避免過時(shí);

·優(yōu)化測試資產(chǎn)配置，并剝離未充分利用或未使用的測試資產(chǎn);

·提高全球設(shè)備資產(chǎn)的可視性，共享設(shè)備并提高利用率。

由經(jīng)驗(yàn)豐富的供應(yīng)商了解A&D技術(shù)應(yīng)用并可提供他們所需的專家建議，幫助A&D公司就雷達(dá)、電子戰(zhàn)、衛(wèi)星、導(dǎo)航、通信和無線電監(jiān)測計(jì)劃等做出明智的決策。為了滿足嚴(yán)格的項(xiàng)目時(shí)間表和預(yù)算，A&D領(lǐng)導(dǎo)者還需要各種財(cái)務(wù)采購流程選項(xiàng)，以支持整個(gè)項(xiàng)目生命周期，從概念和原型設(shè)計(jì)到開發(fā)和全面生產(chǎn)。

如今，領(lǐng)先的A&D公司利用各種資產(chǎn)收購戰(zhàn)略來實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)業(yè)務(wù)目標(biāo)。針對(duì)單個(gè)項(xiàng)目時(shí)間表和技術(shù)需求量身定制的混合采購戰(zhàn)略在平衡成本和靈活性方面非常有效。通過充分了解可用選項(xiàng)，公司可以根據(jù)具體情況選擇最佳的設(shè)備組合和采購方法，而無需妥協(xié)。

選項(xiàng)一是租賃。為了保持敏捷并響應(yīng)持續(xù)的技術(shù)進(jìn)步，許多A&D公司選擇租賃來滿足短期和長期要求，最大限度地減少因校準(zhǔn)或維修而無法獲得資產(chǎn)時(shí)的停機(jī)時(shí)間，并滿足意外的緊急需求。與其他選擇相比，租賃允許公司以更低的成本和更高的利用率來管理快速變化。通過在沒有大量資本支出投資的情況下最大限度地利用現(xiàn)有預(yù)算和資金，租賃可以降低測試成本。如果技術(shù)或測試需求發(fā)生變化，可以靈活地退回、更換或升級(jí)設(shè)備，租賃可確保訪問最新的解決方案。

其他采購選擇包括租賃到自有、租賃，購買新設(shè)備、二手設(shè)備和經(jīng)過認(rèn)證的二手項(xiàng)目。經(jīng)過認(rèn)證的二手(CPO)儀器可以節(jié)省大量成本，具有14天的“無問題”退貨政策和一年保修。許多這些高質(zhì)量的二手工具都是以前的租賃單位，在使用中經(jīng)過適當(dāng)維護(hù)。對(duì)于報(bào)廢或出售未充分使用或過剩的測試設(shè)備，我們可以評(píng)估您的不需要的設(shè)備，提供報(bào)價(jià)以及處理運(yùn)輸和物流。

憑借在降低成本和優(yōu)化全球組織在測試資產(chǎn)方面的成功記錄，益萊儲(chǔ)對(duì)A&D領(lǐng)域的公司和供應(yīng)商的需求有著深刻的理解。我們將經(jīng)驗(yàn)、基準(zhǔn)和最佳實(shí)踐帶給軍事國防、航空航天和相關(guān)組織，以幫助他們：

·提高運(yùn)營效率并降低測試成本;

·優(yōu)化測試車隊(duì)，以最大限度地減少資本支出并最大限度地提高預(yù)算;

·提高校準(zhǔn)活動(dòng)的效率并最大限度地減少停機(jī)時(shí)間;

·通過租賃或租賃管理短期或高峰需求;

·處置過時(shí)或不需要的設(shè)備，以從未使用的資產(chǎn)中獲取價(jià)值。

隨著A&D領(lǐng)域技術(shù)的快速發(fā)展，很明顯測試設(shè)備必須不斷發(fā)展和改進(jìn)，以幫助工程師及時(shí)，經(jīng)濟(jì)高效地完成測試。領(lǐng)先的公司使用各種采購方法來降低風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)省時(shí)間和金錢，縮短采購周期，填補(bǔ)短期或緊急需求，提高利用率并避免不必要的支出。