COTS技術(shù)的應(yīng)用

　　自1976年以來，集成電路的銷售量由于它們在計算機、電信設(shè)備和電子消費品中應(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。在這同一個時期，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。軍用級部件市場的萎縮以及要對它們進行篩選以滿足MIL-STD-883所需的費用已導(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(shè)備中早日使用經(jīng)濟上負擔(dān)得起的前沿電子技術(shù)產(chǎn)品。

　　美國國防部把COTS（commercia-l of-f the-shelf），即商業(yè)貨架器件定義為是在市場上銷售的產(chǎn)品，并在制造商的產(chǎn)品目錄中以確定的價格出現(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(guī)范。COTS產(chǎn)品可分成消費品/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)被封裝在一個殼體中。

　　盡管PEM具有顯著的優(yōu)點（如新產(chǎn)品，性能好，投放市場的時間短和首批成本低），它們也有一些缺點，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)斗機的設(shè)計人員正在全力對付航空電子設(shè)備過時的問題。這個問題因防務(wù)預(yù)算減少以及軍機市場萎縮而造成的研制和生產(chǎn)時間延長而變得更加嚴峻。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付日益增長的電子元部件過時的重要措施。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個月就有改進。

　　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。單是美國軍用機的處理機改進項目就包括：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，F(xiàn)-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(xiàn)-15新的大氣數(shù)據(jù)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(shù)字式飛行控制系統(tǒng)。

　　美國海軍陸戰(zhàn)隊在其0開放系統(tǒng)民用航空電子設(shè)備要求0（OSCAR）計劃中準備用民用處理機來代替AV-8B中的任務(wù)計算機，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月初交付并在實驗室中進行試驗，生產(chǎn)將于1997年年底前開始，而對AV-8B 的改進將在1998年初開始。民用處理機的性能將比AYK-14提高兩個數(shù)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(tǒng)）的公共模塊，最初的作戰(zhàn)能力預(yù)定在2001年實現(xiàn)。某些OSCAR硬件和軟件將被用于F-15新的先進顯示核心處理機（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)字信號處理機、水銀計算機系統(tǒng)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的電子零件過時的問題，雖然在2004年以前，該機不會進入美國空軍服役。洛克希德#馬丁/波音集團已編了一個在F-22投入使用時，很可能不再生產(chǎn)的400多個部件的目錄，以便用購買零件的生產(chǎn)線和插入新技術(shù)等方法來解決這個問題。

　　洛克希德#馬丁/波音已為改進F-22的CIP制訂了一個發(fā)展規(guī)劃，這個計劃準備引入民用技術(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，將增加存儲容量和可靠性，同時減輕重量和降低費用。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機架中更換插入模塊來實現(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)定的四大指標是：負擔(dān)得起，性能，可改進性和重新使用能力。JSF項目的管理人員試圖扭轉(zhuǎn)航空電子設(shè)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(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)計目標是降低成本，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)標準，以增加應(yīng)用軟件及某些硬件的可移植性和擴充能力，以便應(yīng)用于另一些飛機。采用COTS和開放系統(tǒng)標準的主要目的是增加軟件的壽命，使系統(tǒng)不受硬件技術(shù)過時的影響，而且容易改進。采用這種技術(shù)允許在研制周期更晚的時候作出如何實現(xiàn)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時問題。數(shù)字元件的商業(yè)壽命可能只有18個月，而采用這些元件的武器系統(tǒng)的壽命有幾十年。零件過時的問題增加了系統(tǒng)的運行和保障費用，約為整個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(nèi)降低維修費用10%~15%。這種使用建模和仿真技術(shù)重新設(shè)計過時的電子裝置的方法，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，代替過時的印刷電路板的樣件研制出來之后，就對這個樣件對照原先過時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行符合性測試。在這種仿真環(huán)境中，對過時硬件的重新設(shè)計將主要采用現(xiàn)代元件技術(shù)。由于設(shè)計是按照電子規(guī)范進行的，重新設(shè)計的費用可大為節(jié)省。

　　仿制技術(shù)的優(yōu)點是，重新設(shè)計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)省了費用。美國空軍與洛克希德#馬丁公司已簽訂一個用于傳統(tǒng)電子裝置的VHDL設(shè)計環(huán)境（VDELE），VDELE采用目前的技術(shù)克服了過時問題。

　　洛克希德馬丁公司已用VHDL語言來嚴格描述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行驗證。