来源 | 标准科学
作者 | 倪燕1，吕倩1，张生琨2，马洪波2
单位 | 1.中国电子科技集团公司第十研究所；2.西安电子科技大学机电工程学院
原文 | DOI: 10.3969/j.issn.1674-5698.2022.09.005
摘要：随着基础器件材料、加工工艺以及系统集成的巨大技术进步，电子装备正在向高密度、小型化、多功能、高可靠方向发展，热管理问题已经成为制约电子装备性能和可靠性提高的重要瓶颈之一。由于军用和民用两个领域电子元器件、板级及系统级集成方面交叉通用性越来越强，电子领域热管理标准也随之出现互相借鉴引用、互相渗透融合的趋势。本文在分析国内外电子装备热管理相关领域的标准体系现状基础上，从我国军民通用的大环境和发展趋势出发，论述建立具有中国特色的面向军民通用的电子设备热管理标准体系的必要性和相关基础，针对如何建立相关标准体系进行了探究。
关键词：电子装备，热管理，标准体系，军民通用
01 绪论
军用电子装备热管理是装备环军工电子行业环境适应性工程技术中的关键共性技术之一，是确保军事电子信息系统、装备、设备在恶劣环境中可靠工作的、必需的质量保障技术。
军用电子装备热管理标准体系的发展已历经了40多年的发展历程，初步形成了覆盖热设计、热试验、通风散热及其技术手段等领域的共性技术体系，是确保军事电子信息系统、装备、设备在恶劣环境中高可靠工作的关键保障技术之一。
随着近年来电工电子技术的巨大技术进步，不论是军用还是民用领域电子装备均出现了装备小型化、组装高密度、多功能集成及结构功能一体化的发展趋势，随着单体元器件功耗的上升和组装密度的急遽升高，热管理已成为军用电子设备的功能保障核心问题，是制约电子装备长寿命高可靠服役的瓶颈问题之一。
同时随着电子领域智能制造技术的研发与应用，从元器件级到系统级甚至装备级的军民通用性、可互换性越来越强，历史形成的军用带动民用技术进步的模式已逐渐向军用/民用齐头并进，甚至在某些领域民用技术先成熟，后落地在军用领域的现象也层出不穷，例如：数字化/智能化制造技术、高密度封装/组装技术、5G通信技术等等，有相当一部分军用电子元器件和电路板都可以通过民用采购甚至代工组装，同样可以满足军品的高可靠性要求。
在此背景下，现有热管理标准中的诸多内容已无法适应目前及未来一段时期的指导需求，因此急需对军工电子设备热管理标准体系进行梳理，以适应军工电子装备的快速发展需求。
但就目前而言，我国军用电子装备热管理标准体系的建立制度并不成熟，同时热管理技术是一种以具体结构、具体设备、具体工况作为相关背景的方案，需要借鉴国外相关技术标准，以及国内外通用电子装备热管理现有相关技术标准，并在制造领域和电子领域军/民产品和技术互相融合的大背景下促进军用电子装备热管理领域的标准体系建立和军-民标准体系的借鉴、渗透和融合，为面向军民通用的热管理技术标准体系建立进行现有技术基础的梳理，对军工电子设备热管理标准体系进行体系化的再回顾，以适应我国军工和民用电子装备的快速发展需求。
02 国内外相关技术体系标准综述
国外方面，美军于1978年首次系统性的提出了军用电子设备热管理标准MIL-HDBK-251（Reliability/design thermal applications）。
其后以美军标、ASME、IEEE、IEC、JEDEC等标准为代表的军用和民用电子装备热管理标准涵盖了元器件、子系统级及系统级等各层级的热设计、热试验、热防护等方面，其应用领域覆盖航空、航天、电子、电工等，已经形成了行业领域内较为全面的标准体系架构，且随着军民两个领域先进制造和智能制造技术的巨大技术进步，出现了较为显著的互相借鉴融合的趋势。
其中，从上世纪80年代起，美军标准化工作的指导性文件，DOD4120系列文件和SD系列文件，已经经过了数次改版，不断修改完善，及时根据装备、技术、管理等发展要求，纳入最新的政策和适用的措施，使标准化工作和标准的实施与监督得到具体、明确的指导，并与时俱进；ASME标准对于热管理标准可借鉴引用的主要是测试标准及一些通用性较强的设备标准，如风扇、换热器等IEC标准包含了电力、电子、电信和原子能方面的电工技术，包含了相应的热测试方法及环境试验方法；其他标准如SAE标准、JEDEC标准分别在汽车和微电子领域电子产品方面制定了相关热管理标准。
我国的电子工业发展较晚，在起始阶段充分借鉴了国外的成熟技术和经验，在制定了GB/T系列和GJB系列标准中，专门对电子元件、线缆、设备及系统制定了相关热设计、热试验和测试、评估等方面的标准，其中在1992年制定实施了GJB/Z 27-92《电子设备可靠性热设计手册》，为我国军工电子的技术和保障体系进步提供了标准化、体系化的技术基础。
近年来，随着我国军、民领域电子装备国产化成都不断提高，具有自主知识产权的电子装备设计研发制造能力不断增强，原标准中的诸多内容已无法适应目前及未来一段时期的指导需求。
在国家的大力支持、推动下，我国技术人员通过自己的努力，在军民两个领域得出了一系列新的相关标准。在民用领域，我国已经建立了包含半导体器件、半导体芯片等的相关技术体系标准。同时，在军用装备标准方面，我国又对实验和设计方面的相关标准进行了统一。
03 现有国标/行标/军标体系存在问题
3.1 热管理标准制定缺乏通用性和系统性
国内有关热管理体系的标准的制定存在着从国家标准到行业标准与企业标准等多层级、多标准的现象，例如：在热试验领域就存在国标GB/T 2423.2-2008、国军标GJB 150系列、GJB 1027A-2005、航天QJ 3135-2001、民航MH/T 9007-2014等等标准共存的现象。
这其中尤以企业标准和型号标准层级的标准繁杂现象最为突出，企业在制定性能指标时，因性能指标的考核标准相对单一，所以在指标确定过程中会产生一定的差异甚至互相矛盾的情况，此种现象为军用电子装备实现军民标准融合带来了一定的阻力。国家标准、行业标准二者与军用标准在一定领域存在内容重叠现象。
同时，由于军用标准的特殊性质，军用标准在相当长一段时间内处于独立的管理与应用状态，使其与国家标准、行业标准的信息共享程度较低，导致重叠内容所覆盖的领域逐渐累积，这在一定程度上降低了标准融合工作的开展效率。
3.2 热设计/热试验/热管理标准方面内容交叉重复
由于我国在军民标准互通工作的展开中，缺乏一定的顶层统筹规划设计，所以在面对各个层级所分别制定标准时，我国在努力推动军民标准通用化之后，并未得到了良好的结果反馈，军民标准融合问题并未得到实际性的解决。
例如：在GB/T系列的热管理体系中，对于某些产品类型如：半导体、无源器件等热管理对象规定过细，且针对热设计热测试方面的标准规范存在产品类型、仿真/试验流程、管理方面的交叉重复。而在GJB系列中，在不同领域针对不同对象制定了相应热管理技术标准，但在基础元器件、板级电路及子系统级别由于现行标准较多，采用哪方面的热管理标准没有明确依据。
3.3 热管理标准缺乏统一布局
在新形势下，国防科技工业各领域的融合不断加深，不仅产品配套互相交叉，军选民用采购比例越来越高，其背景主要是随着电子产品和设备技术在近30年的巨大进步，导致在电子产品尤其是元器件和板级电路方面民品已实际领先于军品发展，甚至在引领军品电子装备的技术发展潮流，如：超大规模集成电路、高密度组装/封装、结构功能一体化集成等等，面对新技术革命趋势，电子产品、设备、装备的标准化要求也趋于向统一布局、统一规划、统一实施、军民互通方向发展。
我国对军民两用标准化研究较少，军标、民标布局相对独立，难以协同。军工企业对参与民用标准的认知不够多，意愿不够强烈，对民用技术具有一定的排斥心理。同时，我国对民用领域标准制定并未做过多的统筹干预，制定标准往往是来一批任务组织申报一批标准，没有形成继承性和延续性。
在未来全方面的军民通用状态下，标准化需要从顶层制定政策、建立制度、形成规划、统筹布局，以更好地实现从产品到标准的深入军民通用。
04 国内外军民通用趋势
4.1 国外军民通用趋势
冷战后，美国为保持国防工业长久发展，主要采用“军民一体化”的发展模式。采取调整军工部门和企业、促进军工部门和企业间交流合作、推进军用与民用技术双向转移等措施，尤其在热控领域，美军放弃了冷战之前军民分立的标准建立模式，转而采用军民通用的热控领域标准构建方式，在现代新型国家战略模式背景下，为美军战备保障提供了最为优质的选择，也为其民间工业建立了有利于其生存的良好机制氛围，达到国防建设和经济发展良性互动的目的。
美国政府首先从消除军民通用发展的技术障碍、打破军民通用发展的技术标准壁垒入手，逐步建立“无缝”的国家科技工业体系；其次，引导具有创新活力的中小企业进入国防领域；最后，引导军用技术和民用技术同台竞争，进一步提高国防发展的经济性，完善技术转移绩效评价指标，建立健全国防全球采购体系。
欧洲国家的军事装备研发以英国、德国、法国、意大利等为代表。以英国为例，其国防工业科研发展形成了科研以政府为主、生产经营以企业为主的总体布局，一半以上的国防科研任务由政府科研机构承担，其余则由高校科研机构和企业负责。
这种模式既能充分利用国有科研能力，又能积极适应市场需求和规律，对军民通用、经济发展与国家安全的结合起到了极大的促进作用。二战后德国军事工业全部由民企承担，采取完全的军民通用模式，极其注重军民两用技术发展，强调加强国防部与联邦研究与技术部的合作与协调，并通过建立权威的双向信息发布平台，实现一站式服务。
以色列、日本等国家也拥有自己独立的军民通用体系。是以色列推进“以民代军”的措施主要是将部分国有军企转化为民企私营，并支持军用技术成果向民用产品转化，在法律、政策引领、体制建设等方面加以保证。由于历史原因，日本与德国类似，依靠民间企业实现军用技术和武器装备的创新与发展，建立军民通用国家创新体系，鼓励军工企业发展军民两用技术和产品。
4.2 国内军民通用趋势
改革开放以来，国民经济和高新技术发展迅速，许多重点民营企业在重难点技术创新和技术标准制定方面所具备的能力水平已可以做到匹配甚至超越军企的技术要求。军民企业的相互融合，可以简化军企生产流程，提升生产效率，同时，可以将国家资源进行有效分配，提高民营企业技术利用水平。
中共中央、国务院、中央军委在《关于经济建设和国防建设融合发展的意见》（中发[2016]12）中提出，“将军队标准化需求融入国家标准化体系，积极推动军用装备和设施采用先进适用的民用标准，将先进适用的军用标准转化为民用标准，推动军民标准通用化建设。”这一文件的提出为军民通用标准化工作指明了发展方向和途径。
自2009年以来，原质检总局、国家标准委和中央军委装备发展部相继下发了《关于进一步加强国家标准化和军用标准化工作管理、促进军民融合有关事宜的通知》《关于建立和完善军民结合寓军于民武器装备科研生产体系的若干意见》《国家标准化体系建设发展规划（2016年-2020年）》等重要文件，以一系列重要政策方针为依靠，优化工作布局，确保军民通用工作的有效开展，提高我国装备制造业的生产效益。
标准资源在我国的国防和经济建设方面是不可或缺的重要技术资源。在我国坚决实行军民通用化的大背景下，应当开放标准资源平台，实现资源共享。
标准资源的作用主要体现在两个方面：一是信息资源共享，首先对相关军用标准进行保密程度定级工作，在保密的前提下，依托我国互联网技术优势，建立资源共享平台，实现标准、报告、论文等资料的全面覆盖，逐步且适度地向社会公布相关资源；二是检测资源共享，重点是标准符合性检测资源，推动军地互认，建立共享数据库，最大限度实现军队和国防工业依托民用检测能力，大幅缩短军品的研制和出厂检测周期，对于重点领域重点方向的检测实验室，还可以分方向分步骤进行军民资源整合融合。
基于上述思考，推进标准化军民通用需要我们发挥集中资源办大事的优势，运用体系化思维，以军民通用标准体系建设为突破口，以军民标准通用化工程建设为抓手，进一步统一思想认识、加大工作力度，加快推进军民通用标准制定，全面支撑军民通用发展战略实施。
05 建立面向军民通用的军用电子装备热管理标准体系
5.1 已具备的基础和条件
2018年3月2日，在十九届中央军民融合发展委员会第一次全体会议上，习近平总书记发表重要讲话并指出，党的十九大强调要坚定实施军民融合发展战略，形成军民融合深度发展格局，构建一体化的国家战略体系和能力。党中央、国务院、中央军委已陆续出台了《关于经济建设和国防建设融合发展的意见》《国家标准化体系建设发展规划（2016-2020年）》等一系列顶层指导性文件，为建立军民融合的标准体系提供了实践基础。
近年来，民用工业部门和国防科技企业依托国家数字信息技术优势，不断完成技术转型升级，得到了迅速的发展，军、民企业相关领域由原本的独立开展走向相互融合。相关国防科技企业可以趁此契机，在技术升级的同时，完成军民通用化，最大化利用一切资源，为国家发展做出贡献。
我国原有的军用电子装备热管理标准体系包括国标体系、国军标体系等，如此分割会导致标准体系缺乏联系、标准内容重复、标准宣贯实施不便。
同时，随着企业技术的转型升级，许多新型研产模式不断落地，随之产生的就是旧式标准无法与新的研产模式相匹配。
当前存在的这些问题，使得军民通用标准化不能真正做到有效合一、系统兼容，影响了产品和服务的质暈与成本，也影响了军民技术的相互转换，造成了对建设全要素、多领域、髙效益的军民通用的阻碍。
因此，我们应该积极接受民用技术的先进之处，大胆借鉴其优势技术、利用民间企业的优质资源，提高民用技术在军工产品中的成果转换效率，加速军民互通。
上述有关军用装备标准统一的政策与技术利好，为军用技术与民用技术接口畅通提供了基础，使得技术的有效对接和互操作具有实现的可能性。
5.2 军用电子装备管理标准体系建立模式、保障和体系架构
军民标准通用化使军、民技术标准融合得以实践。军用电子装备管理标准体系的建立，需首先由国家主导，军工、民营部门共同参与建立管理部门，监督相关工作的开展。
其次，搭建军民一体化平台，为军工企业和民企的技术合作与交流提供后台保障服务，提高军民协作效率，实现资源共享，保证军民合作项目的顺利进行。
同时，在协作过程中，双方应持续创新军民通用标准，并在一体化平台进行实时更新，为后续的深入合作打下坚实基础。
军用电子装备管理标准体系依靠“军转民”“民参军”和“军民共用”模式进行建立。在军用装备转向民用的过程中，吸收采纳军用产品的标准要求，使得民营企业深刻了解军工产业装备要求和特点，在具备保密资质的条件下，民营企业将军转民过程中获得的相关技术要求应运到自身产品当中，就可达到与军工企业相同的技术标准，并参与到国防建设当中。
鉴于中国早期“军转民”企业所面临的“不能转”“不愿转”“不敢转”“不会转”的困境，本文所探讨的军民通用技术标准互操作的实施范围，以“民参军”和“军民两用”两类产品为主，而军民通用技术标准互操作的实施则以产品技术标准及生产设备的型号、性能等标准的互操作为主。
5.2.1 军用电子装备管理标准体系建立模式
军民通用技术标准的融合首先要求军民标准制定层面的通用化和标准化。在标准通用化的基础上，鼓励军工企业和民用企业之间开展跨领域、跨部门的技术协同或互通直至互认，从基础层面推动军民通用产业的稳定推广，才能为军民通用技术标准奠定扎实的技术和应用基础。
（1）标准制定的平等参与
随着未来国防工业和民用产业所采用的电子元器件级、设备级及系统集成级的通用性和互换性越来越高，军工部门和民用部门会由于资源的交换产生互相渗透和相互控制。
为了便于军民通用标准制订过程中的军、民双方在政策、资源、技术等方面的协同，在交换和共享过程中双方要主动采取资源融合、技术共享的行为策略，尽量减少标准制订过程的不对等现象，使双方建立较高程度的互信互利，保障军民通用背景下的标准制定稿过程的顺利实施。
（2）军用标准与民用标准技术接口的畅通
国内军用、民用电子装备设计制造在产品研发、管理和应用方面存在体系化差异，二者自成体系，形成了各具生产专用性的技术标准。以雷达的研发与应用为例，在元器件层面和板级电路及部分分系统层面，雷达电子设备已经开始引入民品成品进行组装集成，其性能也足以满足军品性能和可靠性需要，其热管理作为核心可靠性保障技术，在技术接口层面需要军工和民用产品的互采互信。
实现热管理标准的有效对接和融合，最重要的是开放性和兼容性设计。可以通过建立通用开放平台，将不涉密的军工部门和民用部门热管理标准技术信息以跨领域、多层级的形式组织起来，以形成一个全面共享、随时互通的技术接口平台。企业可通过该平台首先进行热管理体系内热设计、热仿真、热试验、热防护等各方面技术标准的对接。
5.2.2 实施架构
未来军用电子装备热管理领域军民通用标准体系包括热实验标准、热设计标准、热仿真标准和通风散热标准及其他标准，以此框架为结构基础，研究制定具备军民通用条件的军用电子装备热管理体系，具体框架结构如图1所示。
图1 军用电子装备管理标准体系架构
从总体架构来看，军用电子装备在面向军民通用大背景下的热管理标准体系设计可遵循横向和纵向两个维度：横向维度主要考虑不同专业背景和应用场景，充分借鉴现有体系架构，从设计、试验、通风散热、防护、评估等等方面进行技术性层面的体系设计；纵向维度主要考虑元器件、板级、系统级等对象及通用、特种或极端环境的标准设计。
除了现有几大应用方向，还有其他方面的热管理体系标准如：评估等，提供对热管理技术水平的评估依据、方法和标准流程。
5.2.3 方法措施
（1）建立顶层规划机制，确保军民通用技术标准有序进行
推进军民通用技术标准制定，需首先建立并健全顶层规划机制，从国家发展战略层面，确立军民通用技术标准制定的发展方向。
以国家总体发展战略为背景，结合军队发展战略与市场经济发展进程，搞好军民通用技术标准制定整体设计与规划，依据不同专业背景与应用场景合理统筹技术标准制定机制，并进行科学论证，验证相应机制的正确性。
（2）健全管理机构，加强军民通用技术标准制定过程的组织领导
由于面向军民通用技术标准制定的实施需要跨领域、跨部门、跨行业专业技术和组织管理的合作，如果无法进行有效的组织管理，标准制定将难以开展并加以推广。
建议以军方为主体，搭建军民标准制定沟通平台，联合民用部门的企业高管和技术专家，共同致力于管理和解决项目实施过程中的标准融合性的具体问题。
（3）完善面向军民通用技术标准的人才培养体系，为标准融合制定的发展提供动力
我国军民标准通用式发展还处于过渡阶段，人才是融合标准制定技术的载体，推进其深度发展的技术前提是军民通用技术人才的培养与应用。
通过例如：定期召开学术会议，组织各类军民联合培训等途径，为所有的参与者提供充分的沟通交流机会，保证标准制定实施过程中的有效协作，从而完善军民通用技术人才培养使用体系，培养造就一大批高素质的新型军民通用技术标准融合性专业技术人员。
（4）解决打通军民双方标准共享通道的技术协同问题
要实现军民通用，技术的融合是核心要素，解决打通军民双方标准共享通道的技术协同问题，具体体现为热管理标准技术平台的建立与标准兼容性的解决。
通过建立开放的技术平台保证技术接口的畅通化，在保密法许可框架下，军工企业和民用企业双方可在该平台上实施技术互换和共享，为生产协同提供条件，打破军民技术分离状态，增强国防工业技术与民用产业现有标准和未来标准的兼容性。
5.2.4 实施保障
政策法规体系的完善，是确保军民通用热管理标准融合性有效实施的基本保障。政策保障是指政府从国家战略层面建立相关政策体系和协调机制。
军民通用技术标准项目的实施需要突破部门、领域和体系间的限制，国家层面的政策保障能够避免重复制定标准的问题，并同时促进军民产业部门的合作共享。
06 结论
20多年来，随着科技的发展，无论是被控对象军用电子设备还是热管理方法均发生了较大的变化，军用电子设备的变化主要体现在电子设备系统集成度越来越高，热流密度急剧增加，热管理的要求（控温精度等方面）越来越严苛，电子设备系统应用工况越来越复杂，而对于热管理系统，材料科学、热科学和结构工艺等的进步不仅从理论上拓展了热管理的方法，同时也提高了原有热管理系统的性能，出现诸多新的热管理手段。
同时随着电工电子、材料科学等学科的发展使得军、民电子装备的元器件设计制造、系统设计与集成、试验检测等各方面技术的兼容性和融合性越来越强，军品生产环节中民品件采购和代工比重逐渐增加，使得在电子装备的军民通用趋势越来越明确，因此无论从国家战略、行业进步还是企业发展层面，电子设备设计制造运维的全周期军民通用已成为大势所趋。
因此，军用电子设备热管理作为一个综合多学科的技术，从实用需求、技术发展出发，一部手册形式的标准已难以满足热管理系统所涉及的问题，因此需要在军用电子设备热管理领域开展面向具体结构、具体设备、具体工况下的调研，建立军用电子设备热管理标准体系，对电子设备热管理的基础理论、设计方法、评价方式到应用校核各个阶段内容进行丰富完善，将其标准化、体系化，促进军用电子装备热管理领域的标准体系建立和军民通用。
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