軍用電子設(shè)備模塊化設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)化方法

四川九洲電器集團(tuán)有限責(zé)任公司 何思亮

引言

隨著現(xiàn)代軍事技術(shù)的需求，軍用電子設(shè)備的構(gòu)成已向綜合化、小型化、模塊化和通用化方向發(fā)展，軍用電子設(shè)備的組成越來越復(fù)雜、功能構(gòu)成也越來越強(qiáng)大，傳統(tǒng)的相對松散的集成方法越來越難以滿足軍用電子設(shè)備的需求，特別是航空軍事電子設(shè)備高度集成化的發(fā)展，使得軍用電子設(shè)備的體積、重量、功耗大幅度降低，設(shè)備的可靠性、維修性、互換性得以顯著提升，也使軍用電子設(shè)備的全壽命成本能夠得到有效控制。

模塊化是標(biāo)準(zhǔn)化的高級形式，模塊化綜合集成在軍用電子設(shè)備設(shè)計(jì)思維上打破了傳統(tǒng)集成的限制，將多個獨(dú)立功能作為整體進(jìn)行統(tǒng)一考慮，在綜合集成中進(jìn)行模塊級劃分，這對現(xiàn)代軍用電子設(shè)備的發(fā)展起到了積極的推動作用。

1.概述

模塊是指可組合成系統(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[1]。

模塊化是指為了取得最佳的效益，從系統(tǒng)觀點(diǎn)出發(fā)，研究產(chǎn)品（或系統(tǒng)）的構(gòu)成形式，用分解和組合的方法，建立模塊體系，并運(yùn)用模塊組合成產(chǎn)品（或系統(tǒng)）的全過程[1]。

在20世紀(jì)60年代，為解決軍用電子設(shè)備模塊的通用互換性問題，美國先后制定發(fā)布了MIL－M－28787D《標(biāo)準(zhǔn)電子模塊總體規(guī)范》[1]、MIL－STD－1389D《標(biāo)準(zhǔn)電子模塊設(shè)計(jì)要求》[2]和MILSTD－1378E《標(biāo)準(zhǔn)電子模塊使用要求》[3]，由于這些模塊標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布早，在地面、海上和航空等領(lǐng)域的電子設(shè)備得到廣泛采用和實(shí)施，有效指導(dǎo)了電子產(chǎn)品的模塊化設(shè)計(jì)。

在國內(nèi)，制定發(fā)布實(shí)施GJB 1422－1992《標(biāo)準(zhǔn)電子模塊總規(guī)范》、GJB 2825－1997《軍用雷達(dá)機(jī)柜、插箱、插件模塊化要求》、GJB 3760－1999《軍用雷達(dá)模塊化通用要求》和GJB 441－1988《機(jī)載電子設(shè)備機(jī)箱、安裝架的安裝形式和基本尺寸》等模塊化標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范了軍用電子設(shè)備的模塊化設(shè)計(jì)和應(yīng)用。

2.模塊化設(shè)計(jì)的目的

從標(biāo)準(zhǔn)化的角度理解，模塊化設(shè)計(jì)是標(biāo)準(zhǔn)化的一種更高形式的體現(xiàn)，其根本目的與標(biāo)準(zhǔn)化的理論思想是相同的，即確保軍用電子設(shè)備的質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率。在軍用裝備引入競爭機(jī)制的市場環(huán)境下，同時在軍用電子設(shè)備多樣化需求和多品種、小批量生產(chǎn)的方式下。如何在市場競爭激烈的前提下，研發(fā)不同品種規(guī)格的設(shè)備，改進(jìn)設(shè)備質(zhì)量和可靠性、維修性、互換性，提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量，使設(shè)備的品種規(guī)格與經(jīng)濟(jì)效益實(shí)現(xiàn)有機(jī)的統(tǒng)一，這就是模塊化設(shè)計(jì)的根本目的。其主要目的一般包括：

a）簡化設(shè)計(jì)

在軍用電子設(shè)備方案階段，將復(fù)雜的軍用電子設(shè)備通過標(biāo)準(zhǔn)化的手段，對設(shè)備的功能組成采用模塊化的設(shè)計(jì)思想進(jìn)行頂層的功能模塊劃分，根據(jù)劃分的獨(dú)立功能模塊，由不同的功能模塊設(shè)計(jì)專業(yè)人員開展設(shè)計(jì)工作，從而達(dá)到簡化設(shè)計(jì)、縮短設(shè)備的研制周期的目的，以快速響應(yīng)軍事裝備領(lǐng)域?qū)﹄娮釉O(shè)備需求的多樣性。

b）提高互換性

軍用電子設(shè)備劃分的各模塊均采用標(biāo)準(zhǔn)化接口進(jìn)行設(shè)計(jì)，以高耦合低內(nèi)聚的方式實(shí)現(xiàn)各功能模塊之間的互換，從而實(shí)現(xiàn)軍用電子設(shè)備各模塊的現(xiàn)場快速可更換，降低軍用電子設(shè)備維修時間。

c）專業(yè)化協(xié)同設(shè)計(jì)

隨著數(shù)字化協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)在軍用電子設(shè)備研制過程中的應(yīng)用，以及技術(shù)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的既高度分化又高度綜合的特點(diǎn)，促使軍用電子設(shè)備的研制向?qū)I(yè)化在線協(xié)同設(shè)計(jì)方向發(fā)展，在完成某軍用電子設(shè)備各功能模塊的頂層策劃和合理劃分后，就可通過信息化平臺將各功能模塊的設(shè)計(jì)要求發(fā)送各模塊設(shè)計(jì)單位，實(shí)現(xiàn)各模塊在線并行設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)效率，縮短研制周期，保障設(shè)計(jì)質(zhì)量。

d）取得良好的綜合經(jīng)濟(jì)效益

軍用電子設(shè)備模塊化設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)效益是顯而易見的。由模塊結(jié)構(gòu)組成的電子設(shè)備，還是開展專業(yè)化協(xié)作設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，許多功能模塊可與專業(yè)化設(shè)計(jì)的企業(yè)簽訂協(xié)議進(jìn)行研制、生產(chǎn)，減少自行研制、生產(chǎn)的工作量，將主要精力集中在核心技術(shù)、關(guān)鍵技術(shù)和產(chǎn)品的創(chuàng)新研發(fā)上。以縮短研制、生產(chǎn)周期，簡化管理，降低成本，同時在及時滿足用戶多樣化需求的前提下，還有能快速有效占領(lǐng)市場，取得良好的綜合經(jīng)濟(jì)效益。

3.標(biāo)準(zhǔn)化方法在模塊化設(shè)計(jì)中的運(yùn)用

3.1 模塊化設(shè)計(jì)中的標(biāo)準(zhǔn)化方法

概要地講：模塊化設(shè)計(jì)的基本思路是系統(tǒng)原理與標(biāo)準(zhǔn)化方法相結(jié)合在工程研制中的綜合應(yīng)用。系統(tǒng)原理是模塊化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，而模塊化設(shè)計(jì)最主要的特征卻是標(biāo)準(zhǔn)化，正因如此，標(biāo)準(zhǔn)化在工程研制中具有很好的實(shí)用價值和顯著的經(jīng)濟(jì)效益，有著廣闊的應(yīng)用前景。在軍用電子設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化中，通用化、系列化、組合化等標(biāo)準(zhǔn)化形式和方法，均為模塊化設(shè)計(jì)過程中最基本的工程應(yīng)用方法，而模塊化設(shè)計(jì)是這些方法的綜合運(yùn)用。實(shí)際上，它是一種嶄新的標(biāo)準(zhǔn)化形式，而且是一種標(biāo)準(zhǔn)化的高級形式，可以說模塊化設(shè)計(jì)具有鮮明的標(biāo)準(zhǔn)化屬性。再如：標(biāo)準(zhǔn)化工程應(yīng)用中所運(yùn)用的協(xié)調(diào)、優(yōu)化、反饋控制等一系列宏觀的方法，以及軍用電子設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化經(jīng)濟(jì)效益的評估和計(jì)算方法等，也是開展模塊化設(shè)計(jì)的有效手段和措施。

3.2 通用化是模塊化設(shè)計(jì)的基本特征

軍用電子設(shè)備模塊化設(shè)計(jì)的過程中，通用化主要以模塊的互換性為前提，是指在不同時間、不同地點(diǎn)制造出來的部件（產(chǎn)品）或零件，在裝配維修時不必經(jīng)過修整，就能任意替換使用。而這正是對模塊化設(shè)計(jì)的基本要求，或者說模塊化具有通用化的特征。

在模塊化設(shè)計(jì)的產(chǎn)品中，產(chǎn)品功能的實(shí)現(xiàn)是由不同的功能模塊組合而成，這些功能模塊可以在設(shè)計(jì)之初規(guī)劃為通用模塊，可以是功能互換的通用模塊；也可以是尺寸互換的通用模塊；還可以是接口互換的通用模塊。模塊化設(shè)計(jì)的本質(zhì)其實(shí)就是通用化的體現(xiàn)，通用化的基本特征才體現(xiàn)出模塊化設(shè)計(jì)的優(yōu)越性，或者說模塊化設(shè)計(jì)的產(chǎn)品具有最大的產(chǎn)品通用化系數(shù)，以及較好的外場保障性和互換性，大大縮短了軍用電子設(shè)備的維修和保障時間。

3.3 系列化是形成模塊化設(shè)計(jì)的必要條件

在軍用電子設(shè)備模塊化設(shè)計(jì)中，系列化是將軍用電子設(shè)備的主要參數(shù)、尺寸、基本結(jié)構(gòu)等作出合理的規(guī)劃與布局，以保證與同類產(chǎn)品和配套產(chǎn)品之間的協(xié)調(diào)配合關(guān)系。即系列化是使軍用電子設(shè)備模塊化設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化、功能最佳的標(biāo)準(zhǔn)化形式。在使用模塊化設(shè)計(jì)的軍用電子設(shè)備中，模塊化設(shè)計(jì)在產(chǎn)品研制過程的廣泛應(yīng)用，使得同類產(chǎn)品的模塊化程度不斷提高，是相同功能的模塊在一定的范圍內(nèi)形成了技術(shù)成熟的系列化型譜模塊，高度系列化的產(chǎn)品，使企業(yè)的市場競爭力越來越強(qiáng)，效益越來越好。所以系列化的水平是衡量一個軍用電子設(shè)備模塊化設(shè)計(jì)優(yōu)劣的重要標(biāo)志。

3.4 組合化是模塊化設(shè)計(jì)的構(gòu)成特點(diǎn)

使用模塊化設(shè)計(jì)的軍用電子設(shè)備不是整體式結(jié)構(gòu)，而是組合式結(jié)構(gòu)，但它不是一般意義上的組合，而是由經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的模塊組合而成。它是由通用模塊和部分專模塊組合而成的，通過不同模塊的組合，可形成功能不同、規(guī)模不同的系列化軍用電子設(shè)備，從而使軍用電子設(shè)備的構(gòu)成具有較好的靈活性和柔性，增強(qiáng)了對市場的適應(yīng)能力，以及快速滿足市場和客戶的需求。

4.結(jié)束語

模塊化設(shè)計(jì)充分體現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化方法在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的實(shí)際應(yīng)用，將標(biāo)準(zhǔn)化中的“三化”（即：通用化、系列化、組合化）及簡化、統(tǒng)一、協(xié)調(diào)的方法貫穿到了模塊化設(shè)計(jì)的全過程。尤其是現(xiàn)代化軍用電子設(shè)備，研發(fā)周期短、技術(shù)難度大，且維修性、可靠性以及內(nèi)外場更換等要求高。因此，運(yùn)用模塊化設(shè)計(jì)可以快速滿足軍用電子設(shè)備的相關(guān)要求，為產(chǎn)品的快速研制、產(chǎn)出提供了極其重要的技術(shù)保障。

[1]Modules standard electronic general specification for[M].Military Specification MIL－M－28787D,1989.

[2]Design requirements for standard electronic modules[M].Military Standard MIL－STD－1389D,1989.

[3]Requirements for employing standard electronic modules[M].Military Standard MIL－STD－1378E,1989.