淺談“三化”工作中模塊型譜的確立

葉艷娟 趙曉明

（中航工業(yè)洛陽(yáng)電光設(shè)備研究所， 河南 洛陽(yáng) 471009）

“三化”是通用化、系列化和模塊化的簡(jiǎn)稱，模塊化是核心。只有設(shè)計(jì)和生產(chǎn)出符合模塊化原則的模塊，才能形成系列化的模塊產(chǎn)品，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)通用化的目的。新品研制過(guò)程中充分利用已有的模塊進(jìn)行移植和復(fù)用，才能優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，提高產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性，提高產(chǎn)品生產(chǎn)效率降低開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)成本。

如何確立模塊型譜是模塊化工作的一個(gè)重要組成部分。模塊型譜的確立對(duì)企業(yè)進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)效率和經(jīng)濟(jì)效益有著重要的意義。它不是企業(yè)模塊的簡(jiǎn)單排列和匯總，而是要運(yùn)用科學(xué)的理論和方法，在分析研究的基礎(chǔ)上遵循一定的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)籌編排而成。

模塊型譜是通用化和系列化兩種標(biāo)準(zhǔn)形式的有機(jī)結(jié)合與發(fā)展，能夠指導(dǎo)未來(lái)該類模塊的開(kāi)發(fā)方向和規(guī)格型譜，滿足較長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)某一類或多類型號(hào)研制的需要。模塊型譜的編制對(duì)“總結(jié)過(guò)去、支撐當(dāng)前、引領(lǐng)未來(lái)、提高競(jìng)爭(zhēng)力”有著重要的作用。本文將對(duì)模塊型譜的定義及構(gòu)架、意義及特點(diǎn)以及企業(yè)在推進(jìn)“三化”過(guò)程中建立模塊型譜的基本步驟，須注意的問(wèn)題做一簡(jiǎn)單的探討，以期對(duì)企業(yè)編制模塊型譜起到一定的推動(dòng)作用。

1 模塊型譜的定義及構(gòu)架

1.1 模塊型譜的定義

模塊在目前許多文獻(xiàn)和資料中，尚未形成統(tǒng)一的定義。從不同的角度，有不同的理解，能夠概括模塊的基本特征，又比較簡(jiǎn)練的描述是：模塊指可組合成系統(tǒng)的、具有某種確定功能和接口結(jié)構(gòu)的、典型的通用獨(dú)立單元。

模塊是指由一些零件組裝成的部件（單元），一般是指部件級(jí)以上的單元。模塊作為一個(gè)單元一定要能從系統(tǒng)／組件中拆卸、分離和更換。不能從系統(tǒng)中分離出來(lái)的單元，不能算是模塊。模塊必須具有明確的特定功能。這種功能不依附于其他功能而獨(dú)立存在，并不受其他功能的影響。沒(méi)有確定功能的單元不能算是模塊。模塊結(jié)構(gòu)必須具有典型性、通用性或兼容性，并往往可構(gòu)成系列。模塊的通用性通常體現(xiàn)在：互換性（可置換性）和兼容性。非典型的、不通用的單元（部件），不是模塊，而是具有可構(gòu)成系統(tǒng)的接口。具有獨(dú)立功能，但無(wú)標(biāo)準(zhǔn)化或通用化接口結(jié)構(gòu)的單元，不能算是模塊，只能算是產(chǎn)品。

“譜”通常是指按照對(duì)象的類別或系統(tǒng)，以比較整齊劃一的形式編輯而成的圖表或文本?！靶妥V”就是按照對(duì)象的不同型號(hào)，以某種整齊劃一的方式編制而成的圖表或文本。

“模塊型譜”則是按照模塊的型號(hào)、規(guī)格編制成的表格或圖冊(cè)。某一模塊的通用性是有限的，只能滿足一定范圍、一定條件下的不同使用要求。為了擴(kuò)大模塊的適用范圍，就必須增加該類模塊的型號(hào)和規(guī)格，構(gòu)成模塊系列。但模塊的規(guī)格不能無(wú)限制的擴(kuò)展，需要經(jīng)過(guò)分析、比較、優(yōu)選，用最小數(shù)目的不同規(guī)格來(lái)滿足全部使用要求。將所有這些不同規(guī)格產(chǎn)品匯集整理，形成新的模塊系列，這就是模塊型譜。因此，模塊型譜是能以最少數(shù)目的不同規(guī)格模塊為標(biāo)志、滿足較長(zhǎng)時(shí)間及一定范圍內(nèi)全部使用要求的模塊系列。

1.2 模塊型譜的構(gòu)架

傳統(tǒng)方法對(duì)目標(biāo)的分析是單一的，美國(guó)Hall提出的系統(tǒng)工程方法則是跨學(xué)科的三維結(jié)構(gòu)。用系統(tǒng)工程方法指導(dǎo)模塊型譜的建立可提出模塊型譜的三維矩陣，見(jiàn)圖1。

圖1 模塊型譜的三維矩陣

圖1中橫坐標(biāo)表示模塊的層次大小。在特定產(chǎn)品系統(tǒng)中，由于模塊層次較多，不便設(shè)計(jì)和查找，所以在制定模塊型譜時(shí)，按照模塊的層次的不同，可將模塊分為幾級(jí)。如在企業(yè)中模塊可分為部件級(jí)、組件級(jí)或簡(jiǎn)單設(shè)備級(jí)。同時(shí)在不同的層次下按照模塊的功能、性能、結(jié)構(gòu)尺寸等技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)一步細(xì)分，可將模塊劃分為功能上相對(duì)獨(dú)立的不同單元。

模塊從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)到定型后成為貨架產(chǎn)品，要經(jīng)過(guò)一系列的過(guò)程和檢驗(yàn)。按照模塊成熟度劃分，可將模塊劃分為預(yù)研階段、工程研制階段、成熟階段和定型階段。由此可見(jiàn)，模塊型譜實(shí)際上是一個(gè)由3個(gè)獨(dú)立變量構(gòu)成的三維體系。

2 建立模塊型譜的意義和特點(diǎn)

2.1 建立模塊型譜的意義

2.1.1 模塊型譜是一種新的設(shè)計(jì)方法

企業(yè)在傳統(tǒng)的方式下進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，是要根據(jù)總體提出的要求，按照結(jié)構(gòu)將產(chǎn)品化分成不同的單元，然后再分別指定給特定的設(shè)計(jì)人員。設(shè)計(jì)人員對(duì)每一部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，最后將其組合在一起，形成一個(gè)產(chǎn)品。在這種方式下，產(chǎn)品的通用性和互換性都較差，每一個(gè)部件和組件互相之間都是結(jié)構(gòu)相互獨(dú)立，功能混在一起。這樣既不利于產(chǎn)品的調(diào)試也不利于后期通用和維護(hù)。

使用模塊化的設(shè)計(jì)方式，要從方案階段就按功能劃分需求。將產(chǎn)品分成不同的功能塊，每個(gè)功能之間通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口進(jìn)行連接。然后按功能從企業(yè)的模塊型譜中進(jìn)行查詢，看是否有符合要求的、可直接使用的通用模塊。如果有則可直接用，否則看能否在模塊型譜中某類基本模塊基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，形成符合需求的新模塊，并增加在模塊型譜中。采用這種方式后，產(chǎn)品設(shè)計(jì)就像搭積木一樣，只要選對(duì)模塊，就能方便快捷的組合出各類不同的產(chǎn)品。

2.1.2 模塊型譜可提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力

目前許多企業(yè)都面臨競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，要對(duì)不斷變化的客戶需求做出迅速反應(yīng)，不斷地開(kāi)發(fā)滿足用戶需求的產(chǎn)品去占領(lǐng)市場(chǎng)贏得競(jìng)爭(zhēng)的局面。面對(duì)市場(chǎng)的變化，企業(yè)提出了要建立快速、敏捷的科研生產(chǎn)服務(wù)管理體系的要求。通過(guò)從市場(chǎng)、企業(yè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀、產(chǎn)品銷售及產(chǎn)品售后維修考察發(fā)現(xiàn)，企業(yè)為適應(yīng)激烈市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的需要，總是在不斷的開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，就形成了大量的產(chǎn)品，這其中不乏一些可以通用的、經(jīng)典的模塊；同時(shí)，產(chǎn)品中有很多并不是全新設(shè)計(jì)的，而僅僅是在以前產(chǎn)品的基礎(chǔ)上通過(guò)改進(jìn)改型來(lái)開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品的，如何快速、有效的利用原有的設(shè)計(jì)，就成為能否占領(lǐng)市場(chǎng)的關(guān)鍵。針對(duì)企業(yè)存在的這種問(wèn)題，我們提出了“基于模塊型譜”的模塊化設(shè)計(jì)思想，其中的關(guān)鍵就是要建立起企業(yè)的模塊型譜。這不僅是對(duì)企業(yè)核心技術(shù)的積累，也是對(duì)企業(yè)未來(lái)發(fā)展的引領(lǐng)，對(duì)全面提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，提高企業(yè)市場(chǎng)占有率有著重要的意義。

2.2 模塊型譜的特點(diǎn)

2.2.1 通用性

模塊型譜包含了企業(yè)產(chǎn)品中現(xiàn)有的、正在開(kāi)發(fā)的以及有待開(kāi)發(fā)所有的通用模塊。通過(guò)其接口的標(biāo)準(zhǔn)化來(lái)實(shí)現(xiàn)通用性。凡企業(yè)產(chǎn)品需要的該類模塊均可從模塊型譜中選取。

2.2.2 多樣性

對(duì)于同一功能但規(guī)格不同的需求，可通過(guò)模塊型譜中的系列化來(lái)實(shí)現(xiàn)。它能適應(yīng)多種產(chǎn)品的需求，可滿足企業(yè)不同產(chǎn)品的選用需求。

2.2.3 穩(wěn)定性

模塊型譜的編制不僅要考慮目前企業(yè)的現(xiàn)狀，還要考慮未來(lái)的發(fā)展方向。因此模塊型譜應(yīng)具有較長(zhǎng)的生命周期，不會(huì)因?yàn)榭茖W(xué)技術(shù)的發(fā)展而過(guò)早地被淘汰或要在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行較大的變化。

2.2.4 先進(jìn)性

模塊型譜應(yīng)具有先進(jìn)性，要能指導(dǎo)企業(yè)產(chǎn)品的可持續(xù)發(fā)展。模塊型譜不僅要代表企業(yè)已有的設(shè)計(jì)生產(chǎn)水平，還要代表企業(yè)同類產(chǎn)品的技術(shù)水平和發(fā)展方向。

3 企業(yè)建立模塊型譜的基本步驟和方法

在企業(yè)建立模塊型譜的實(shí)施過(guò)程中我們發(fā)現(xiàn)模塊型譜絕不是簡(jiǎn)單的將同類產(chǎn)品中已有的部件、組件進(jìn)行排列匯總，匯集成表格或圖形。而是要在分析研究的基礎(chǔ)上，遵循一定的標(biāo)準(zhǔn)編制而成。要建立模塊型譜要按照以下幾個(gè)步驟。

3.1 分析研究企業(yè)產(chǎn)品與技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展方向，提取典型模塊

企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品往往品種繁多，不僅限于一類或一種產(chǎn)品。在以往的設(shè)計(jì)方式下，功能相同或相似的產(chǎn)品又會(huì)僅僅因?yàn)橐稽c(diǎn)小小的改動(dòng)而形成許多不同的系列。這樣就造成了企業(yè)產(chǎn)品種類繁多，每類中有又許多小的系列。同時(shí)，因?yàn)槟K型譜是要指導(dǎo)以后的設(shè)計(jì)生產(chǎn)的，在編制模塊型譜時(shí)要考慮模塊的發(fā)展方向。要對(duì)當(dāng)前和今后一段時(shí)間內(nèi)型號(hào)研制對(duì)擬編制型譜的模塊使用要求進(jìn)行分析研究，了解國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品的技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)。因此建立模塊型譜時(shí)要首先對(duì)企業(yè)現(xiàn)有的產(chǎn)品進(jìn)行梳理，完成對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品的特征參數(shù)、成熟度、與需求符合度及與國(guó)外對(duì)標(biāo)等梳理工作，從中挑選出有代表性的、典型的模塊。

3.2 對(duì)典型模塊進(jìn)行分析、匯總

保留成熟的可繼續(xù)使用的模塊，淘汰落后的、陳舊的模塊。同時(shí)還要合并規(guī)格重復(fù)或相近的模塊，去粗取精。

3.3 確立模塊型譜的分類方式，構(gòu)建模塊型譜的框架

在進(jìn)行模塊劃分時(shí)要堅(jiān)持大小適中的原則。模塊規(guī)模太大（劃分的粗）則控制過(guò)于復(fù)雜，設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、維護(hù)都不方便；反之模塊規(guī)格太?。▌澐诌^(guò)細(xì)），則功能意義消失，模塊之間關(guān)系增強(qiáng)，模塊的獨(dú)立性降低，從而影響模塊的階層結(jié)構(gòu)。

3.3.1 模塊層次大小進(jìn)行分類

如部件級(jí)、組件/簡(jiǎn)單設(shè)備級(jí)。

3.3.2 模塊結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行分類

形成適應(yīng)不同產(chǎn)品規(guī)模需要的結(jié)構(gòu)模塊系列。如電工、電子設(shè)備模塊中，不同高度和深度的機(jī)柜模塊、機(jī)箱模塊、不同寬度的插件板模塊所構(gòu)成的模塊系列。

3.3.3 模塊功能進(jìn)行分類

如數(shù)據(jù)處理模塊、信號(hào)處理模塊、圖形處理模塊、電源轉(zhuǎn)換模塊、大容量存儲(chǔ)模塊、顯示驅(qū)動(dòng)模塊、總線接口模塊等。

3.3.4 模塊性能參數(shù)進(jìn)行劃分

如3/4ATR 單總線單MBI模塊、3/4ATR 雙總線雙MBI模塊、1/2ATR PPC CPU模塊、1/2 ATR 8555EPMC-CPU模等。

3.3.5 按基本型和擴(kuò)展型分類

基本型模塊應(yīng)是構(gòu)成模塊系列型譜中的主導(dǎo)模塊，它是構(gòu)成產(chǎn)品中最典型的、規(guī)格適中的、通用性較大的、結(jié)構(gòu)和性能較好且較可靠的模塊。而擴(kuò)展型模塊，則是為適應(yīng)具體產(chǎn)品的功能差異，而對(duì)基本型模塊作某些修改后所得的模塊。由基本型模塊系列可以組合成基本型系列產(chǎn)品，在此基礎(chǔ)上可以發(fā)展出派生、變型系列模塊，產(chǎn)生各種派生、變型系列產(chǎn)品。

3.4 編制模塊型譜規(guī)范

模塊型譜的編制需要標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行支持和補(bǔ)充。通過(guò)制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范來(lái)約束和指導(dǎo)型譜的設(shè)計(jì)和研制。

3.4.1 分類規(guī)范

企業(yè)中的模塊最終以什么標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行劃分，劃分的原則和分類的方法都要以標(biāo)準(zhǔn)的形式明確的進(jìn)行定義，這樣才不會(huì)在使用時(shí)產(chǎn)生重復(fù)和歧義。

3.4.2 編號(hào)規(guī)范

模塊來(lái)源于產(chǎn)品，但又高于產(chǎn)品。模塊型譜中的模塊如何進(jìn)行編號(hào)，如何脫離型號(hào)產(chǎn)品獨(dú)立使用，要由相應(yīng)的編號(hào)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)范。

3.4.3 命名規(guī)范

模塊型譜要看起來(lái)整齊劃一，必須要有統(tǒng)一的命名規(guī)則。為方便查找和使用，名稱中可包含簡(jiǎn)單的尺寸結(jié)構(gòu)、主要性能及模塊類型等信息。

3.5 形成模塊型譜

把企業(yè)產(chǎn)品模塊納入型譜架構(gòu)中，將梳理出的有需求的、符合特征參數(shù)的典型模塊按模塊型譜的劃分標(biāo)準(zhǔn)和編號(hào)、命名方法列入型譜之中，形成模塊型譜。

4 模塊型譜在企業(yè)應(yīng)用中的幾點(diǎn)建議

4.1 前瞻性原則

在編制模塊型譜時(shí)，不能只考慮眼前，還要考慮未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)的使用需求；不僅要研究企業(yè)已有的模塊，還要研究國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品的技術(shù)水平和發(fā)展趨勢(shì)。編制的模塊型譜不僅能為當(dāng)前設(shè)計(jì)服務(wù)，還能引領(lǐng)企業(yè)未來(lái)發(fā)展的方向。

4.2 動(dòng)態(tài)構(gòu)建原則

模塊型譜的確立是一個(gè)逐步調(diào)整、逐步充實(shí)，不斷完善提高的過(guò)程，因此在編制模塊型譜時(shí)要?jiǎng)討B(tài)地構(gòu)建，既要考慮到模塊的可擴(kuò)展性，又要考慮到模塊的可維護(hù)性。要使編制的型譜在今后一段時(shí)間內(nèi)使用時(shí)既不能有重復(fù)又要能覆蓋到全部的使用要求。在此過(guò)程中還需要適當(dāng)?shù)慕鉀Q過(guò)渡中技術(shù)繼承性和模塊復(fù)用性等問(wèn)題。同時(shí)，對(duì)模塊譜系在投入使用后，不應(yīng)高枕無(wú)憂，而應(yīng)隨時(shí)關(guān)注模塊產(chǎn)品設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)，運(yùn)用反饋的信息，及時(shí)地、能動(dòng)地對(duì)模塊型譜進(jìn)行必要的調(diào)整、修改、擴(kuò)展，要防止思想僵化、因循守舊，這樣才能使整個(gè)型譜更具生命力。

4.3 建立數(shù)據(jù)平臺(tái)

制定模塊型譜可使企業(yè)的成熟經(jīng)驗(yàn)和成熟技術(shù)以圖表的形式清楚的固定下來(lái)。但模塊型譜只是模塊的一個(gè)索引表，其中收錄不是模塊的實(shí)體。要想在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，充分使用型譜中的模塊，則必須要建立一個(gè)數(shù)據(jù)平臺(tái)存放它們。如我所在信息化的基礎(chǔ)上，建立了所通用件庫(kù)和所標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)（包括名稱、代號(hào)、規(guī)格、使用說(shuō)明等），將型譜中的模塊按其成熟度分別存放其中。對(duì)于新設(shè)計(jì)的還在預(yù)研或工程研制階段的通用模塊，將其歸入所通用件庫(kù)，而將經(jīng)過(guò)定型檢驗(yàn)的、生產(chǎn)批量大的模塊歸入所標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)。這樣通過(guò)兩個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)將模塊型譜中的模塊進(jìn)行管理，使設(shè)計(jì)人員在使用時(shí)既能在型譜中方便的查到所用模塊的型號(hào)，也能在庫(kù)中快速的找到模塊實(shí)體。

4.4 編制相應(yīng)的模塊規(guī)范

模塊型譜中的模塊是企業(yè)經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)的積累，最終將轉(zhuǎn)化為企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。因此在模塊型譜編制完成以后，企業(yè)還應(yīng)為型譜中的每一類規(guī)范化模塊編寫(xiě)模塊規(guī)范和使用說(shuō)明書(shū)。內(nèi)容應(yīng)包括模塊的主要功能、性能、物理特性和接口特性、使用環(huán)境、適用范圍等。這樣才能使編制的模塊型譜在設(shè)計(jì)使用時(shí)真正的發(fā)揮作用。

5 結(jié)束語(yǔ)

編制模塊型譜要有明確的目的和目標(biāo)、正確的措施和途徑并制定實(shí)施計(jì)劃。目的和目標(biāo)需透徹明確，必要時(shí)要進(jìn)行調(diào)研做出需求預(yù)測(cè)；措施和途徑要包括制定模塊型譜的對(duì)象、方法和相關(guān)規(guī)則的標(biāo)準(zhǔn)的制定。制定實(shí)施計(jì)劃要科學(xué)分工、逐步實(shí)現(xiàn)。充分利用各種資源，力求提高效率，早見(jiàn)成效。

[1] 金烈元. 武器裝備的通用化、系列化、組合化[M]. 北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2008.

[2] 童時(shí)中. 模塊化原理設(shè)計(jì)方法及應(yīng)用[M].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2000.

[3] 賈延林. 模塊化設(shè)計(jì)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1993.