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快速发展的航空航天和国防领域,如何提高测试设备的利用率并降低成本

2019-08-06 12:15:20 来源:益莱储 / Electro Rent
根据航空航天工业协会的数据,2017年美国航空航天和国防(A&D)行业的销售额达到8,650亿美元,出口额达1,430亿美元,美国就业岗位约240万个。美国国防预算复苏,2018年A&D行业收入从上一年的2.1%升至4.1%。德勤2019年全球航空航天和国防工业展望报告称,今年A&D行业将继续保持强劲增长。

展望未来,Frost and Sullivan预计A&D行业将在各种趋势的影响下发展演进,包括模块化、可定制的测试解决方案,实现经济高效的设备升级;工业4.0在制造和运营中的广泛应用;5G兴发娱乐、NewSpace、mmWave和新雷达;技术发展需要先进的测试设备;需要升级旧系统并避免技术过时。

Frost and Sullivan数据显示,虽然测试设备的最佳利用率在85%的范围内,但由于校准和维修需求,许多公司的测试资产的典型利用率在30%的范围内。由于日益严格的时间表和预算审查,A&D测试和验证压力也在增加。工程师需要可靠且易于使用的测试设备,以便始终如一地提供数据完整性。他们需要测试资产供应商:了解国防工业及其特殊挑战;为军事应用提供专用仪器;提供管理和提高运营效率的服务;备有库存的设备,确保测试快速彻底;拥有各种灵活的租赁、新设备、二手设备等设备资产选择。


国防工业未来趋势带来测试挑战

全球经济的不确定性,来自各国A&D行业的发展及新兴私营中小企业的加快行动,需要更有效地利用预算。 以NewSpace为理念的太空探索初创公司为例,其由寻求利润的私营公司和企业家组成,数量激增,旨在以更低的成本、更短的时间内提供创新的太空产品和服务。

根据2018年美国国防战略总结,将更加注重通过提高采购效率,使用非传统供应商、原型设计、快速迭代和实验来获得纳税人在国防上花费的附加值。这意味着将优先考虑快速的交付、续适应和提高效率。例如,平台兴发娱乐设备和软件的常规更换将比保持十年或更长时间的静态配置越来越受欢迎。

因此,许多A&D公司正在对其运营效率进行深入检查,包括制造流程、采购流程,以及新产品开发的财务和技术方法。一些A&D公司正在采用全数字化方法,包括数字结对和虚拟现实,而其他公司则致力于优化供应链,提高运营效率并降低成本,并降低小型卫星和可重复使用组件生产的成本。

随着创新步伐的加快,A&D公司也开始采用模块化战略,其中设计集成和验证优先于纯粹的研发和内部创新。如今,通过专有IP为软件级别的现成解决方案增值,而不是在硬件级别开发IP,这种情况并不少见。这些情景导致许多制造商减少其资本支出(CapEx)并更密切地管理运营支出(OpEx)。

根据Frost&Sullivan的研究,A&D测试设备市场将在未来5~8年内发生重大变化,新技术支持更高的频率、更大的带宽和现有系统的附加功能。军事系统的复杂性、技术进步,以及不断发展的标准和法规将带来了额外的挑战。

工业4.0对测试测量的挑战和要求


下一代制造将使用技术、自动化、需求驱动的供应链和大数据分析来加速工厂内的信息流动,从而提高效率、生产力和产量。据麦肯锡称,目前超过60%的制造业务可以使用现有技术自动化。然而,一旦工业物联网(IIoT)得到广泛采用,这将发生重大变化,对企业和社会产生深远影响。世界经济论坛预测,到2025年,工业4.0将创造高达3.7万亿美元的价值。

数字化转型可以使A&D公司受益匪浅。虽然许多人已经在工厂制造和供应链活动中采用了工业4.0,但他们采用跨越整个企业的数字化转型计划的速度较慢。德勤全球调查显示,虽然84%的A&D高管认为新的数字技术对市场差异至关重要,实际上,只有25%的A&D公司使用数字技术实时为决策提供信息。

不久的未来,5G NR网络、设备和服务将会广泛采用,以扩大物联网和工业4.0的影响。 5G愿景是提供大量带宽改进(每单位面积的设备数量比4G LTE多100倍),速度显著提高,99.999%的正常运行时间,以及关键任务应用的超低延迟(如连接和自动驾驶汽车、工业机器人、机器兴发娱乐和远程机器人手术)。

不断演变的趋势和技术

A&D领域的许多显著趋势之一是对信息和数据流的威胁。除了陆地、海洋、空中和太空之外,网络安全被认为是安全的第五战场,预计技术预算将大幅增长,射频和微波将发挥关键作用。

兴发娱乐战包括从信号干扰、雷达打击到离散信号检测等。其要求之一是需要将获取或存储的RF信号从一个测试仪器或子设备移动到另一个,最低速率为10 GB/s(相当于2 GHz RF带宽)。可以考虑若干数据传输技术,包括:10Gb局域网;多通道PCle (PXI) Gen 3)。

另一个新兴领域是实际仪器内的高速(实时)数据简化与分析。过程和方法包括上变频和下变频,以及实时元数据或从获取的原始数据生成的脉冲描述字,或者通过算法生成用于回放。还可以考虑同时进行高分辨率的时间和频率显示。

在雷达和兴发娱乐战中,有源兴发娱乐扫描阵列(AESA)天线的使用几乎无处不在。 AESA天线允许系统以多种模式运行,并通过强大的信号处理功能同时接合多个威胁或目标,允许以极高的速率灵活地重新定位。

天线测试存在许多挑战。其中一些包括相控阵中元件数量的明显增加,以支持更多同步功能和波束成型主瓣的窄焦点。另外值得注意的是,数字(宽带)信号正在靠近天线移动。有一些讨论,最终与每个元件的发送/接收(T / R)模块的唯一连接将是数字总线(无模拟)。另一个挑战是信号不再是简单的脉冲,而是宽带调制,这产生了对生成和分析更宽带宽信号的不断增长的要求。

卫星行业变革加快

在卫星行业,变革的步伐正在加快。除了NewSpace的竞争动态之外,兴发娱乐链路中还使用更高的频率。传统上,卫星兴发娱乐已经在C、L和Ku频段中进行,但这些频段的频谱是有限的。因此,许多卫星运营商正在使用或计划使用Ka频段,Ka频段通常被认为是27~40 GHz。

在此范围内发射允许部署较小的天线。与此趋势相关的一个挑战是需要可以管理更高频率的测试设备。上行链路频率较高,下行链路具有功率限制。在大气层之外,没有吸收问题,这意味着许多mmWave频段用于卫星之间的通讯,特别是那些在60到65 GHz之间的高吸收带。

另一个市场驱动因素是需要更高的数据速率,这是通过使用更宽的带宽信号和更高阶的调制格式来实现的,这些格式一起可能带来测试挑战。直到最近,许多信号分析仪被限制在大约100 MHz的分析带宽。宽带宽和高频信号的结合使得难以使用传统的宽带测试设备,例如示波器,其能够适应更宽的带宽,但不能容纳更高的频率。


测试设备需要良好的动态范围,以便处理卫星测试中常见的低信噪比(SNR)问题。高阶调制格式意味着信道中的压缩和轻微幅度误差等因素增加了出现误码的可能性。测试设备必须保持动态范围并留下足够的测试余量来识别这些问题。

在卫星领域,也有向更小、更复杂的有效载荷的转变,这推动了能够测量多种兴发娱乐策略的更复杂的测试设备的发展。在验证更高级别的集成组件和子系统时,测试设备制造商提供具有硬件和软件功能的集成测试系统。卫星测试的一些示例包括有效载荷测试站,电力和太阳能电池阵列模拟器子系统,遥测跟踪和命令子系统,以及命令和数据处理子系统。

同样值得注意的是软件定义的仪器,它可以灵活地为几乎任何测试挑战创建完整的解决方案,而无需使用昂贵且有限的定制系统。软件定义仪器有许多应用,包括频谱/信号监测、信号情报、监视、频谱安全、雷达目标模拟、卫星信道仿真和威胁发射器模拟等。完整解决方案的要素包括用于处理RF信号到RF输出的阶段;或从RF到存储或其他处理引擎。

可靠的供应商的重要性

鉴于A&D系统日益复杂,现代设备的验证和验证可能具有挑战性。对于先进的雷达系统,“更宽的带宽、更高的分辨率、更低的相位噪声和预动态范围以及更高的信号保真度是最重要的。”在航空航天兴发娱乐和航空兴发娱乐领域,先进的测试解决方案由“计算密集型、高速度和高带宽航空兴发娱乐设备和兴发娱乐设备“所驱动。


行业领导者需要值得信赖的测试设备合作伙伴,为产品选择和融资方案提供客观指导和独立建议,来简化和优化他们的测试资产配置,提高运营效率并提高员工的工作效率。今天的挑战包括:
  •  推动研发实验室和测试/验证的更高生产力和更快的速度;
  • 缩短开发时间并缩短产品上市时间;
  • 定期更新测试设备以测量新技术并避免过时;
  • 优化测试资产配置,并剥离未充分利用或未使用的测试资产;
  • 提高全球设备资产的可视性,共享设备并提高利用率。
由经验丰富的供应商了解A&D技术应用并可提供他们所需的专家建议,帮助A&D公司就雷达、兴发娱乐战、卫星、导航、兴发娱乐和无线电监测计划等做出明智的决策。为了满足严格的项目时间表和预算,A&D领导者还需要各种财务采购流程选项,以支持整个项目生命周期,从概念和原型设计到开发和全面生产。

如今,领先的A&D公司利用各种资产收购战略来实现各项业务目标。针对单个项目时间表和技术需求量身定制的混合采购战略在平衡成本和灵活性方面非常有效。通过充分了解可用选项,公司可以根据具体情况选择最佳的设备组合和采购方法,而无需妥协。

选项一是租赁。为了保持敏捷并响应持续的技术进步,许多A&D公司选择租赁来满足短期和长期要求,最大限度地减少因校准或维修而无法获得资产时的停机时间,并满足意外的紧急需求。与其他选择相比,租赁允许公司以更低的成本和更高的利用率来管理快速变化。通过在没有大量资本支出投资的情况下最大限度地利用现有预算和资金,租赁可以降低测试成本。如果技术或测试需求发生变化,可以灵活地退回、更换或升级设备,租赁可确保访问最新的解决方案。

其他采购选择包括租赁到自有、租赁,购买新设备、二手设备和经过认证的二手项目。经过认证的二手(CPO)仪器可以节省大量成本,具有14天的“无问题”退货政策和一年保修。许多这些高质量的二手工具都是以前的租赁单位,在使用中经过适当维护。对于报废或出售未充分使用或过剩的测试设备,我们可以评估您的不需要的设备,提供报价以及处理运输和物流。

凭借在降低成本和优化全球组织在测试资产方面的成功记录,益莱储对A&D领域的公司和供应商的需求有着深刻的理解。我们将经验、基准和最佳实践带给军事国防、航空航天和相关组织,以帮助他们:
  • 提高运营效率并降低测试成本;
  • 优化测试车队,以最大限度地减少资本支出并最大限度地提高预算;
  • 提高校准活动的效率并最大限度地减少停机时间;
  • 通过租赁或租赁管理短期或高峰需求;
  • 处置过时或不需要的设备,以从未使用的资产中获取价值。
随着A&D领域技术的快速发展,很明显测试设备必须不断发展和改进,以帮助工程师及时,经济高效地完成测试。领先的公司使用各种采购方法来降低风险,节省时间和金钱,缩短采购周期,填补短期或紧急需求,提高利用率并避免不必要的支出。
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