保卫明天：管理国防系统中的技术过时

由阿德里安·博 保卫明天：管理国防系统中的技术过时问题 从统治到衰落：电子工业中政府角色变化 为了应对那种类型和级别的需求，产品最终被设计成使用廉价组件并辅以边缘升级，从而使其迅速过时，并假设更短的更换周期。 在其20世纪50年代的初期，电子行业主要依赖政府和关键基础设施需求作为电子创新的驱动因素。快进到今天，该部门已经呈指数级增长，自20世纪90年代以来市场份额一直由消费电子产品主导（见图1）。这种转变极大地改变了围绕电子产品设计和新品更新的激励机制，进而给国防采购带来了挑战。 相比之下，美国国防部(DoD)及其他政府部门通常会购买较小批量的相同组件，以支持具有较长生产和测试提前期以及更长的整体生命周期的复杂系统。因此，国防部在购买力和与制造商的议价能力（例如，维持零件库和库存、修改组件设计、提供售后服务，或优先考虑具有较长生命周期的传统资产需求）方面均经历了持续下降。 消费电子领域的快速技术创新激励了一种“计划报废”的做法，以服务于快速增长的公司在扩张的市场中，而消费者期望产品性能和能力持续改进。这最好的例证就是自2007年首次推出以来购买新款iPhone的排长队现象。 这个问题最近在我们的出版物中得到了强调。 赢得2030年：防御先遣队如何进化才能获胜这强调了监管机构和创新者开发能够迅速整合新兴技术的灵活解决方案的必要 性。 图1 快速的技术变革是由消费电子产品的DoD影响所驱动的市场随着时间的推移而减少 市场份额(%) 40%38% 总市场规模国防部占总市场的百分比市场规模（美元） $705.0 $800B 35% $700亿 30% $600B 25% $466.2 $500B 20% $400B 15% 3000亿 10% $200B 5% $0.5 1% 2% $100B 0% $0B 1955 1965 1975 1985 1995 2005 2015 2020 2025P 美国军队是电子技术创新的主要推动 力。 消费电子产品导致一个 商业市场繁荣。 商业市场超越 在规模和研发两方面进行防御。 商业客户正推动电子领域的创新，而不是国防部，因为其市场份额已经下降。国防部仍在学习如何将其流程从维持定制零部件转变为生命周期更短的“商用现货”零部件。 1针对通货膨胀进行了调整 来源：IDA《国防部在集成电路发展中的作用》，半导体行业协会，Gartner《半导体市场份额分析：全球，初步2022》，IDA《半导体产业基地重点研究》，ICE半导体数据；凯文咨询分析 捍卫明天：管理国防系统中的技术过时问题1 一台公用发电厂为这个困境提供了一个有益的例证。该设施可能有超过40年的预期使用寿命，而运行其控制系统所需的计算机处理器通常有一个三到七年的生命周期（见图2）。这种不匹配在设计和管理政府、基础设施以及其他具有长期产品生命周期相关资产的老化电子设备时，带来了许多挑战。 无论是什么导致过时，影响都是运营中断 未来，对于运营大型复杂资产且具有较长时间跨度的行业公司而言，开始主动追求过时策略以最小化投资并提高运营可用性至关重要。 例如，在消费电子产品环境中，计算机和图形芯片硬件（CPU/GPU）通常具有七年生命周期，并提供长达十年的服务支持。一旦设备被更换或达到生命周期终点，技术支持通常就会结束，而且新一代的替换品通常不具备向后兼容性。 在整个政府和国防系统管理领域，过时不仅会影响战备状态和战略能力，还会带来巨大的财政负担。随着政府机构越来越依赖具有不同生命周期的复杂技术和系统，反应式管理的风险——即在部件失效时才做出反应——会增加，并损害运行效率。 为硬件定制重新设计以延长生命周期是可能的，但对于少量高度专业化的组件，重新设计和制造可能需要数百万美元的努力。更换也可能涉及相当大的成本和测试停机时间 ；技术支持通常需要一份新的年度合同，同样为八到十年 ，成本取决于硬件范围。 图2 许多行业的產品生命週期遠遠超過了今天計算機處理器的生命週期 行业产品生命周期 55 50 45 飞机承运人 行业洞察 发电40多年电厂使用寿命延长了缩短COTS生命周期的冲击。 商船建造 功率日益增多的 40生成 35商业 30造船 飞机 航空电子设备在20多年的产品生命周期中极易受到电子设备淘汰的影响。 25 飞机电信 该行业拥有为高可靠性和网络兼容性而设计的复杂基础设施。 20 15电信 10 汽车5 汽车 平均模型生命周期随着现代车辆越来越依赖电子设备而缩短。 消费者 0产品 消费品 该行业已经发展起来以支持更短的产品生命周期，以匹配快速电子创新。 198020002020 1电信包括TOCSC高频无线电和微波系统；不包括塔、电缆和其他使用寿命显著更长的分销资产(~40年)。 注意：COTS是指商用现货产品。 来源：联合国贸易和发展会议、国家可再生能源实验室，“飞机经济寿命关键发现”、“船舶服务寿命及海军舰队结构”、“缩短生命周期与复杂度对汽车行业的影响”，CTA“2022年消费者科技产品生命周期研究”，环保署“电子产品产生与回收方法学回顾”、“预期寿命研究电信与电缆资产”；凯文尼分析 保卫未来：管理国防系统中的技术过时2 三种主要的淘汰类型，在政府部门中常见，每种都带来独特的挑战，并需要定制化的缓解策略（参见图3）。这些包括 ： 技术更新周期有助于缓解过时 1.传统式过时一个单一来源供应商倒闭或退出经营且市场上无替代零件。需要为新的供应商投资或对零件进行重新设计以缓解该状况。 2.生命周期内发生一次。一个原本预期不会失效的部件首次在没有供应基地可以替换它的情况下失效了。为了缓解这个问题，需要为新供应商进行投资、对部件进行重新设计，或从其他已退役资产中回收部件。 3.快速的技术变革。一个关键供应商，受前面所述的市场动态变化领导，生产生命周期较短（五到七年）的部件，以适应商业或消费者需求。必须进行复杂的工程分析，以确定是否可以进行改造，或者是否需要新设计。 由于推动淘汰的更广泛市场趋势不太可能逆转，政府机构— —尤其是项目管理人员——需要弥合资产和电子元件生命周期的差距，以更好地管理淘汰影响，并降低资产终身成本。 最高优先级，尤其是对于那些最初并未设计用于淘汰和服务性的老旧资产，是制定详细的科技更新计划。公司必须首先进行诊断，以识别高风险淘汰部件，并根据其商品类型（例如，离散半导体、微控制器、传感器、机械部件、消耗品）对每个部件进行风险评估。像微控制器和网络交换机这样的组件应被标记以进行更密切的监控，因为它们的升级周期短、频繁的软件升级、网络安全风险以及更高的成本。 报废类型以及描述Reactive方法 主动方法 传統的 单源供应商停业 或者退出业务。 投资站起来 筛选新的供应商在先前供应商退出之后。 重新设计零件和系统以适应备用零件 供应商。 开展供应链 风险评估以识别容量和供应问题(e.g.,PRISM). 站上dual-source 供应商和/或开始早期过渡到替代供应来源。 一旦在一个生命周期中一个未预料到的部分失败，第一次失败没有供应基地来替换它。 投资站起来 筛选新的供应商部分失效。 从...中掠夺 其他飞机。 开发预测性维护能力 检测未来故障（例如，波音公司为F-18）SLEP). 重设计高风险部件。 快速技术变革COTS供应商产生短期使用部件 (5-7岁)以匹配步伐商业客户技术。 进行工程 新版本分析 ofthepart,followed通过车队改造withtheselected替换部件。 延长零件使用寿命 通过bridgebuysand重新设计为更长的生命周期部件。 建立技术更新cyclesalignedtopart生命周期。 图3 政府领域通常遇到三种主要类型的过时 rpapeisthofscuFo 来源：凯恩管理咨询分析 捍卫明天：管理国防系统的技术过时问题3 接下来，从风险最高的部件开始，需要进行生命周期分析，以估算过时事件可能发生的时间。评估包括市场调研、联系供应商和制造商，以及利用专有的第三方行业数据库。有了部件级别的信息、分配的风险等级以及估计或确认的过时日期，并清晰地记录下来，就可以为所有存在过时风险的部件开发技术更新方案。 2.设计供应链韧性。在当前制裁、出口管制和反倾销政策动荡的地缘政治环境中，具有可追溯的零部件来源和供应链弹性成为首要任务，特别是对于政府部门。内部开发的工具和数据库可以快速识别零部件的原产国并寻找替代供应商。 对于有效的预算规划，重要的是要考虑每个部分的复杂性，以及与重新设计和测试相关的成本。这需要工程师、项目管理人员和承包商之间的紧密合作，以估算重新设计和升级的非重复性工程工作，以及相关的劳务和测试设备成本。为每个部分确定预期的总生命周期成本，可以建立系统的总生命周期成本，从而为实现基于部件生命周期的淘汰策略提供更精确的预算规划。 3.平台化，以及为可用性和模块化而设计。一个强大的系统设计在功能性与复杂性之间取得平衡，并根据任务需求与维护频率来考虑可维护性。平台化通过标准化组件和使用通用接口来减少独特零件数量，从而简化供应链并优化成本。模块化设计能够方便地更换单个零件，而不会影响整个系统。按技术更新周期进行划分进一步允许模块化升级、热插拔组件以及在需要时提供冗余。这种方法增强了可维护性，减少了停机时间，并更好地使系统架构与更新节奏保持一致。在遗留资产和设施中，物理可达性可能是一个额外的考虑因素。评估可以探讨无工具设计等选项，以确保组件能够得到轻松维护。 为了进一步降低成本，具有相似寿命、功能或模块的部件可以分组进行打包技术升级，以简化升级和开发，最小化中断，并显著降低生命周期成本。 迈向可持续系统设计与韧性 这些综合方法与工具包使组织能够控制成本、减少停机时间并从设计到售后维护延长产品寿命。Kearney的产品卓越与更新实验室（PERLab）专门从事并开发该工具集，除此之外，还进行以产品为中心的核心转型。 一种管理过时的有效方法是从设计到价值增强产品生命周期管理，应用处理过时、供应链弹性和可服务性问题的工具。在应对过时挑战时，我们关注系统设计的三个不同领域： 1.设计为过时。在设计阶段，选择剩余寿命更长的部件或寻找生命周期更长的替代设计方案非常重要。在部署阶段，监测已知即将到来的淘汰事件并频繁更新非常重要。全面的组件生命周期分析有助于公司确定组件是否被标记为“淘汰”或“不建议用于新设计”，并建议替代方案以减轻淘汰问题。 捍卫明天：管理国防系统中的技术过时问题4 立即分诊处理紧急问题 主动管理技术过时，在突然出现严重问题需要快速响应以避免运营中断时尤其具有挑战性。在许多情况下，这发生在全面主动策略建立之前。 筛选并聘用合格的供应商，针对筛选后的零件发起询价（RFQ）。完成交付周期分析以确保及时交付，并制定移交包以方便供应社区采取行动。 如果无法采购零件，或者需要更可持续的解决方案，可以考虑重新设计或更换过时的组件。这可能涉及对子装配进行改造或重新设计，以确保与现有系统的兼容性。 这里再次建议对可能需要立即解决以确保证务在实施长期解决方案期间持续性的高风险组件进行单独的初步诊断。对于即时过时事件，建议采取以下行动序列： 利用世代规划最大化系统韧性，并实施最小可行度改设计划 ，以促进快速采购或为关键任务领域识别有能力进行全规格改设计的供应商。 快速评估和分诊。从评估零件和控制规范开始。进行初步诊断，明确最小可行产品的必要规范，并审查质量和测试流程，以确保合规性和功能性。 接下来，评估设计要求以了解基本功能和基本原理。这一步确保任何干预措施都与原始设计意图和操作要求相一致。 比较任务需求与部件规范，以确定控制或限制特征。将这些规范与供应约束进行映射，以识别关键过时差距。然后为每个有问题的部件制定详细计划，以替换、改造或重新设计，以满足当前和未来的需求。 解决路径。进行全面的供应市场分析，以了解当前市场动态；这将