“Los aficionados discuten tácticas: los profesionales discuten logística”.

- Napoleon

La logística es aún más importante hoy que a principios del siglo XIX. Además, la eficacia de los sistemas de defensa está cada vez más impulsada por la electrónica sofisticada. Como revela el reciente conflicto de Ucrania, armas como municiones de precisión, drones autónomos y otros sistemas similares generan ventajas asimétricas en el campo de batalla. Sin embargo, todos estos sistemas también generan una cola logística electrónica masiva y compleja que debe gestionarse con cuidado. Para el ecosistema de suministro de productos electrónicos, Defense cae en la categoría más amplia de productos de sistema de ciclo de vida largo (LLC).

Desafío "Dos velocidades"

LLC (ciclo de vida largo) son productos que necesitan soporte durante muchos años, generalmente más de cinco años o más. En este momento, estos productos deben proporcionar soporte de piezas heredadas y rara vez manejan volúmenes de chips muy altos. Sin embargo, la economía del diseño de semiconductores implica que los semiconductores personalizados solo tienen sentido para mercados con un gran volumen. Hoy en día, esto consiste principalmente en el mercado de consumo (teléfono celular, computadora portátil, tableta, nube, etc.) que son productos de ciclo de vida corto con un ciclo de vida típico de < 5 años. Este duro hecho económico ha optimizado la industria de semiconductores hacia productos de ciclo de vida corto impulsados ​​por el consumidor. Esto está en contradicción con el requisito de productos de ciclo de vida prolongado, tanto por la obsolescencia frecuente al final de su vida útil como por la confiabilidad del producto a largo plazo. La confiabilidad se ve afectada aún más en Defensa por el hecho de que estos componentes deben funcionar en entornos externos extenuantes con condiciones térmicas, de vibración e incluso de radiación desafiantes. Este desafío de "Dos velocidades" da como resultado fallas y obsolescencia muy frecuentes de los componentes electrónicos.

Avanzar hacia Contratos de “Disponibilidad” en Aeroespacial y Defensa

Tradicionalmente, en la industria aeroespacial y de defensa, a un contrato inicial de desarrollo y fabricación le sigue un contrato separado de repuestos y reparaciones. En el pasado, ha habido una tendencia hacia los contratos de "disponibilidad" en los que la industria ofrece un Sistema de Servicio de Producto (PSS) completo. El desafío clave en dichos contratos es estimar el "Costo de vida total" (WLC) del producto que puede abarcar 30 o incluso 40 años. Como uno podría imaginar, este paradigma PSS dispara el costo de los sistemas y todavía no es infalible debido a su necesidad de predecir el futuro. Esto ha llevado a algunos costos vergonzosos para la adquisición de piezas de defensa en comparación con el equivalente comercial.

El memorándum del Secretario de Defensa de los EE. UU., William Perry, en 1994 dio como resultado un cambio hacia especificaciones basadas en el rendimiento que condujo al abandono virtual del sistema MIL-STD y MIL-SPEC que había sido el pilar de todas las adquisiciones militares en los EE. UU. durante varias décadas. . Junto con las "fuentes de fabricación en disminución" (DMS) para los componentes de grado militar, el imperativo era moverse hacia los componentes COTS (Commercial Of the Shelf) mientras se innovaba a nivel del sistema para satisfacer los estrictos requisitos del entorno operativo. El razonamiento inicial y la creencia en el uso de COTS para eludir los costos del sistema fueron efectivos. Sin embargo, expuso los sistemas de defensa a algunos problemas clave.

Temas clave para la industria de defensa hoy

• Obsolescencia de componentes

Principalmente como resultado del desafío de "Dos velocidades" descrito anteriormente, los componentes se vuelven más difíciles de obtener con el tiempo e incluso se vuelven obsoletos y la tasa de interrupción de la disponibilidad de piezas aumenta constantemente. Muchos programas, como el caza furtivo F22, AWACS, Tornado y Eurofighter, están sufriendo la obsolescencia de tales componentes. Como resultado, los OEM se ven obligados a diseñar reemplazos para esos componentes obsoletos y, como resultado, enfrentan costos de ingeniería no recurrentes. Según las estimaciones recientes de McKinsey [“Cómo los OEM industriales, aeroespaciales y de defensa pueden ganar el desafío de la obsolescencia, abril de 2022, McKinsey Insights” ], los costos agregados no recurrentes relacionados con la obsolescencia solo para el segmento de aviones militares están en el rango de US $ 50 mil millones a US $ 70 mil millones.

• Costo de toda la vida (WLC)

Como se mencionó anteriormente, con un movimiento cada vez mayor hacia los contratos de "disponibilidad" en defensa y aeroespacial, uno de los grandes desafíos ha sido calcular un "Costo de vida total" (WLC) realista de los productos a lo largo del ciclo de vida del producto. Esto conduce a costos masivos de inventario retenido con el desperdicio asociado cuando el inventario retenido ya no es útil. Además, cualquier buena estimación de WLC requerirá una predicción precisa del futuro.

• Fiabilidad

Los semiconductores para el mercado de consumo están optimizados para la vida útil del consumidor, por lo general, 5 años más o menos. Para los mercados de LLC como Defensa, la vida útil más larga del producto en situaciones ambientales no tradicionales a menudo conduce a problemas de confiabilidad y mantenimiento del producto, especialmente con un mayor uso de componentes COTS.

• Cadena logística en áreas de despliegue avanzado

Uno de los problemas únicos en Defensa que se acentúa aún más debido al mayor movimiento hacia los contratos de "disponibilidad" es la pesadilla logística para respaldar los equipos desplegados en áreas avanzadas remotas. Una característica muy deseable sería tener capacidad de mantenimiento y actualización “en el teatro” para los sistemas electrónicos. La última milla es la milla más difícil en logística.

• Función futura

Teniendo en cuenta los plazos de interés, las actualizaciones en la funcionalidad están prácticamente garantizadas. Dado que los productos de Defensa a menudo tienen la característica de estar integrados en el entorno, los costos de actualización suelen ser muy altos. Un ejemplo clásico es uno de un satélite donde el costo de actualización es prohibitivamente alto. De manera similar, con los sistemas de armas desplegados en áreas avanzadas, los costos de actualización son prohibitivos. Otro ejemplo es la obsolescencia de los estándares y protocolos de la industria y la necesidad de adherirse a los más nuevos. De hecho, la electrónica integrada de campo (más aún en defensa) requiere flexibilidad para administrar la función de diseño derivado SIN actualizaciones de hardware. ¿Cómo se diseña para esta capacidad y cómo un gerente de programa entiende la banda de flexibilidad en la definición de nuevos productos, derivados y actualizaciones?

¿Cuál es la solución a estos problemas? Esa respuesta es la necesidad de crear una metodología de diseño para la cadena de suministro y la capacidad asociada de automatización del diseño electrónico (EDA).

Así como la prueba de fabricación se optimizó mediante el "diseño para la prueba" y la potencia se optimizó mediante el "diseño para la potencia" o el rendimiento con el "diseño para el rendimiento", etc., ¡uno debe diseñar para la "cadena de suministro y la confiabilidad"! ¿Cuáles son los aspectos críticos de la capacidad de diseño para la cadena de suministro?

1. Piezas de semiconductores programables: las piezas programables (CPU, GPU, FPGA, etc.) tienen las distintas ventajas de:
   • Obsolescencia de piezas: una cantidad menor de piezas programables minimiza los sesgos de inventario, se puede implementar hacia adelante y se puede reutilizar en una gran cantidad de sistemas electrónicos de defensa. Además, la agregación de funciones en torno a un pequeño número de piezas programables aumenta el volumen de estas piezas y, por lo tanto, minimiza las posibilidades de obsolescencia de las piezas.
   • Redundancia para la confiabilidad: la confiabilidad se puede mejorar en gran medida mediante el uso de redundancia dentro y de múltiples dispositivos programables. Similar al almacenamiento RAID, uno puede dejar grandes partes de un FPGA sin programar y mover dinámicamente la funcionalidad en función de las fallas detectadas.
   • Función futura: la programabilidad permite el uso de actualizaciones "por aire" que actualizan la funcionalidad dinámicamente.
2. Automatización del Diseño Electrónico (EDA): Para facilitar un enfoque de diseño para la cadena de suministro, una pieza crítica es el soporte de EDA. La funcionalidad crítica requerida es:
   • Modelo de costo total de propiedad: con las LLC, es muy importante considerar los costos de por vida en función del mantenimiento posterior y las actualizaciones de funciones. Un sistema EDA debería ayudar a calcular las métricas de costos de por vida en función de estos factores para evitar errores que simplemente optimizan los costos a corto plazo. Este modelo tiene que ser lo suficientemente sofisticado para comprender que los dispositivos programables derivados a menudo pueden proporcionar aumentos de rendimiento/potencia que son favorables en comparación con los dispositivos personalizados de tecnología más antigua.
   • Abstracciones de programación: los dispositivos programables se basan en abstracciones (computadora ISA, Verilog, modelos analógicos, etc.) desde las cuales la función se asigna a los dispositivos físicos. La funcionalidad EDA es fundamental para mantener estas abstracciones y automatizar el proceso de mapeo que optimiza la potencia, el rendimiento, la confiabilidad y otros factores. ¿Pueden estas abstracciones y optimizaciones extenderse aún más hasta la obsolescencia?
   • Tejidos Estáticos y Dinámicos: Cuando no se requiere cambiar la configuración del hardware, la funcionalidad EDA solo se requiere para la programación del sistema electrónico. Sin embargo, si los dispositivos de hardware requieren cambios, existe la necesidad de una estructura flexible para aceptar las actualizaciones de manera elegante. La naturaleza de la tela flexible puede ser mecánica (p. ej., placas de montaje en rack) o química (regiros rápidos de PCB que se pueden hacer en el campo). Todos estos métodos tienen que ser gestionados por un sofisticado sistema EDA. Estos métodos son la clave para la facilidad de integración de los sistemas de armas.

Con la capacidad anterior, se puede realizar una gestión logística proactiva. Una de las mejores prácticas que puede generar grandes dividendos es constituir un equipo multifuncional (con representación de las funciones de compras, I+D, fabricación y calidad) que busque continuamente problemas potenciales. Este equipo puede encargarse de desarrollar un conjunto de indicadores principales para evaluar componentes, identificar problemas a corto plazo y desarrollar contramedidas. Para que estos programas multifuncionales funcionen, la funcionalidad EDA debe estar vinculada a los sistemas de gestión del ciclo de vida del producto (PLM) en la empresa.

Actualmente, una gran parte de la intención del sistema se pierde en la empresa o con el tiempo a medida que el equipo de diseño pasa a otros proyectos. Por lo tanto, incluso los OEM que utilizan las mejores prácticas de gestión proactiva de la obsolescencia se ven obstaculizados significativamente por la falta de información estructurada o herramientas sofisticadas que les permitan predecir con precisión estos problemas y planificar acciones de mitigación, incluidas compras estratégicas de última vez, encontrar proveedores alternativos e incluso encontrar proveedores óptimos. Reemplazos FFF (Fit-Form-Function). Es imperativo que tales funciones de herramientas de software (EDA) estén disponibles ayer.

Resumen

El sesgo de los semiconductores hacia los productos de ciclo de vida corto (también conocidos como productos electrónicos de consumo) ha creado una gran oportunidad para que la industria de defensa acceda a productos electrónicos de bajo costo. Sin embargo, esto también genera problemas cuando existe la necesidad de respaldar productos por más de 30 años como resultado de una rápida obsolescencia y una menor confiabilidad de los componentes. Lo que empeora aún más la situación para Defensa son un par de situaciones únicas para ellos: primero, problemas de logística en el apoyo de equipos desplegados en áreas de despliegue avanzado y, segundo, el uso cada vez mayor de "disponibilidad" o contratos completos del Sistema de Servicio del Producto donde se establecen WLC (Costos de Vida Entera). ) para que el equipo se vuelva crítico. La única forma en que esto se puede resolver de manera eficiente es traer un cambio de paradigma al "Diseño para la cadena de suministro". . McKinsey estimó una reducción de costos del 35 % en los costos no recurrentes relacionados con la obsolescencia utilizando solo una metodología de gestión de la obsolescencia estructurada, aunque todavía reactiva, un enfoque proactivo de "Diseño para la cadena de suministro" puede ser verdaderamente transformador.

Agradecimientos:

1. Anurag Seth: Un agradecimiento especial a Anurag por ser coautor de este artículo.
2. D. “Jake” Polumbo (Mayor General USAF (retirado)): Gracias por la revisión (https://www.twoblueaces.com/)
3. Mark Montgomery (director ejecutivo): Gracias por la revisión (CyberSolarium.org)

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• Fuente: https://semiwiki.com/eda/321621-solutions-for-defense-electronics-supply-chain-challenges/