面向知識(shí)重用的產(chǎn)品“三化”設(shè)計(jì)方法探究

程斌 王雷

摘 要 當(dāng)前，各個(gè)企業(yè)對(duì)于新產(chǎn)品的開發(fā)逐漸開始采用設(shè)計(jì)重用的方法，不僅有利于提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造、服務(wù)水平，同時(shí)還可以達(dá)到降低產(chǎn)品成本、提升產(chǎn)品的可靠性?；谥R(shí)重用的產(chǎn)品“三化”設(shè)計(jì)方法可以利用已有產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案及成熟的經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)通用化、系列化、組合化的標(biāo)準(zhǔn)化原理和標(biāo)準(zhǔn)化方法使產(chǎn)品的研發(fā)、質(zhì)量、售后等得到更有效保障和更好的成本控制。本文就面向知識(shí)重用的產(chǎn)品“三化”設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞 知識(shí)重用;設(shè)計(jì)管理;標(biāo)準(zhǔn)化;三化

企業(yè)在開展新產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)，為保證工作效率和產(chǎn)品品質(zhì)，基于知識(shí)重用的設(shè)計(jì)方法強(qiáng)調(diào)通過(guò)利用已有的設(shè)計(jì)成果，使產(chǎn)品設(shè)計(jì)得到合理的描述與管理，并且使產(chǎn)品的設(shè)計(jì)知識(shí)得到更廣泛、更持久的有效應(yīng)用，縮減新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期，降低設(shè)計(jì)成本，同時(shí)通過(guò)對(duì)相關(guān)設(shè)計(jì)知識(shí)的獲取、表達(dá)、組織、共享、檢索、運(yùn)用以及更新等手段，使產(chǎn)品設(shè)計(jì)的創(chuàng)新能力和設(shè)計(jì)速度得到提升。當(dāng)前，針對(duì)基于知識(shí)重用的設(shè)計(jì)方法主要是基于標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)而開展的通用化、系列化、組合化設(shè)計(jì)工作，產(chǎn)品設(shè)計(jì)“三化”的程度直接反映了產(chǎn)品設(shè)計(jì)水平的高低。然而目前針對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的“通用化、系列化、組合化”工作因受多種因素的制約，還處于起步階段，在實(shí)際應(yīng)用中還存在諸多急待解決的問(wèn)題。

1 基于知識(shí)重用的設(shè)計(jì)理念

基于知識(shí)重用的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，是通過(guò)可知重復(fù)利用的設(shè)計(jì)相關(guān)知識(shí)用完成相關(guān)設(shè)計(jì)的信息、規(guī)則、方法等為新的設(shè)計(jì)提供依據(jù)的過(guò)程。其中，設(shè)計(jì)信息是指設(shè)計(jì)輸入與設(shè)計(jì)結(jié)果中以信息化形式存在的內(nèi)容，如設(shè)計(jì)需求、設(shè)計(jì)條件等;設(shè)計(jì)規(guī)則則是指包括輸入條件、輸出結(jié)果、推理過(guò)程在內(nèi)的三元形式的表現(xiàn)，如工程設(shè)計(jì)原理、工程設(shè)計(jì)規(guī)范等;設(shè)計(jì)方法則是指利用設(shè)計(jì)信息和設(shè)計(jì)規(guī)則完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)的過(guò)程。在實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程中，常常出現(xiàn)沒有可直接參照的現(xiàn)成的設(shè)計(jì)規(guī)則，但是可以通過(guò)將設(shè)計(jì)規(guī)則分解成各個(gè)子問(wèn)題從而找到解決設(shè)計(jì)規(guī)則的方法。由此可知，以設(shè)計(jì)信息為載體形成的隱式設(shè)計(jì)知識(shí)，可以形成設(shè)計(jì)規(guī)則;而通過(guò)設(shè)計(jì)規(guī)則對(duì)設(shè)計(jì)信息中包含的知識(shí)進(jìn)行歸納和形式化描述，即可形成顯式的設(shè)計(jì)知識(shí)。也就是說(shuō)，基于知識(shí)重用的設(shè)計(jì)，是標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用規(guī)則推理和實(shí)例推理的過(guò)程[1]。

2 “通用化、系列化、組合化”的基本概念

“通用化、系列化、組合化”是面向知識(shí)重用的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的三種形式，也是標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的三種方法。

2.1 通用化（generalization）

通用化是以互換性為前提，將同一單元的使用范圍擴(kuò)大到最大限度的標(biāo)準(zhǔn)化形式，在系統(tǒng)中盡可能使用相同的模塊，可以在降低費(fèi)用的同時(shí)提高系統(tǒng)重構(gòu)能力和后勤保障能力。在實(shí)際應(yīng)用中，通用化單元的重復(fù)性利用越高，應(yīng)用范圍越廣，應(yīng)用效果就越好。目前，連接標(biāo)準(zhǔn)件是最普遍應(yīng)用的通用化件，由于連接件的功能幾乎相同，因此主要采用各種獨(dú)立的通用模塊來(lái)制作螺栓、銷、軸承等零件。通用化在應(yīng)用中的重點(diǎn)是強(qiáng)調(diào)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)，涉及通用化標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容包括系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)、模塊功能技術(shù)規(guī)范、模塊接口規(guī)范和模塊機(jī)械結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)等。通用化在實(shí)際應(yīng)用中于模塊化的關(guān)系非常密切，想要實(shí)現(xiàn)通用化，需要首先做到模塊化，而通用化的準(zhǔn)則是否達(dá)標(biāo)也可直接影響到模塊化的好壞。

2.2 系列化（Seriation）

從同一類產(chǎn)品的發(fā)展規(guī)律和使用需求出發(fā)，對(duì)相關(guān)產(chǎn)品的主要參數(shù)進(jìn)行合理的安排、規(guī)劃，使其同類產(chǎn)品的形式和結(jié)構(gòu)形成規(guī)定統(tǒng)一的形式，即是系列化的特點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中，系列化可以是物理結(jié)構(gòu)的系列化，也可以是功能分配的系列化。

2.3 組合化（combinatorization）

在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，基于產(chǎn)品功能的分析和分解將其產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)形成一整套通用模塊或標(biāo)準(zhǔn)模塊中的某些模塊，與新產(chǎn)品設(shè)計(jì)專用模塊進(jìn)行組合形成不同的產(chǎn)品，即為產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的組合化形式。模塊化強(qiáng)調(diào)功能分割，每一個(gè)獨(dú)立的模塊可單獨(dú)完成一個(gè)相對(duì)完整的任務(wù)。從組合化的功能出發(fā)，可分為組件化（unitization） 和模件化（modularization） 。

模件化指對(duì)可進(jìn)行分解與合成的具有特定功能的基本單元的模塊設(shè)計(jì)，在對(duì)于高新技術(shù)進(jìn)行更新?lián)Q代、品種發(fā)展、簡(jiǎn)化維修、降低成本方面具有非常重要的作用。

組件化則是針對(duì)特定功能進(jìn)行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)關(guān)系的分解與合成，對(duì)于推進(jìn)產(chǎn)品的改進(jìn)和發(fā)展、提高產(chǎn)品綜合保障能力具有重要意義[2]。

3 “通用化、系列化、組合化”的共同點(diǎn)

3.1 具有相同的目的

三者都是在知識(shí)重用的基礎(chǔ)上，充分利用現(xiàn)有成果，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中盡可能減少重復(fù)勞動(dòng)，達(dá)到用最短的設(shè)計(jì)周期、最低的成本，獲得高質(zhì)量、多品種、多規(guī)格的多樣化產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的目的，并使產(chǎn)品的維修簡(jiǎn)化、后勤保障提高。

3.2 具有相似的理論基礎(chǔ)

三者的工作原理都建立在再利用現(xiàn)有技術(shù)成果的繼承性原則和開展系列化、組合化的互換性原理之上。

3.3 具有相同的對(duì)象

三者都是為產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供服務(wù)，涉及的對(duì)象包括產(chǎn)品的硬件、軟件、系統(tǒng)、分系統(tǒng)、設(shè)備、零部件、結(jié)構(gòu)要素等。

3.4“通用化、系列化、組合化”的區(qū)別與聯(lián)系

通用化與系列化之間的聯(lián)系在于兩者在壓縮品種、簡(jiǎn)化事物方面的相同性，產(chǎn)品各種規(guī)格的系列化正是在一定的通用范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)的，也就說(shuō)通用化為系列化奠定了基礎(chǔ)。

組合化則同時(shí)具備通用化和系列化的特征。在組合化的分解和組合過(guò)程中形成具有很強(qiáng)通用性、組合性、系列化的模塊，并可在部、組件級(jí)以上層次通用互換，但通用化不能產(chǎn)生分解產(chǎn)物，且系列化做不到在不同產(chǎn)品的功能體現(xiàn)。從這個(gè)角度來(lái)說(shuō)，組合化是建立于通用性、系列化但高于兩者更高級(jí)形式的標(biāo)準(zhǔn)化方法。

3.5 應(yīng)用實(shí)例

本文以某軍用電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)實(shí)例入手，就基于知識(shí)重用的“三化”設(shè)計(jì)方法進(jìn)行說(shuō)明。