集成模塊技術在5G通訊設備結構設計的應用

厲建峰

(南京中興軟件有限責任公司，江蘇 南京 210012)

0 前言

近期國家確定了2020年“新基建”戰(zhàn)略規(guī)劃，其中5G通訊設備的快速迭代發(fā)展被擺在最重要的位置，新型基礎設施建設中，5G設備建設提速規(guī)模商用是未來通訊業(yè)的主題工作。伴隨著用戶對網(wǎng)絡信息的需求量增加，需要在網(wǎng)絡信號覆蓋、通訊網(wǎng)絡建設不斷加大投入，為更好地解決這些問題，設備結構設計的集成模塊技術成為突破傳統(tǒng)設備零散的設計變成創(chuàng)造快速化迭代的有效工具，對提高設備通用性和設計與裝配的成本方面有著重要的作用。特別是5G時代通訊設備業(yè)的快速迭代發(fā)展，產(chǎn)品模塊設計與生產(chǎn)越來越顯示出其在設備制造業(yè)中的重要地位，同時作為通訊設備制造商，可以通過設計的模塊集成，實現(xiàn)供應鏈的整合，從而提高供應鏈各環(huán)節(jié)的效率和效能，降低供應鏈全成本，縮短設計制造與供貨周期，成為智能化制造的重要一環(huán)[1]。

本文通過分析模塊化設計與集成技術在通訊設備機械結構設計的作用入手，提出了一種基于通訊設備結構設計的集成模塊控制架構，并且在這一構架下定義定制功能模塊，設置模塊依存關系以及集成方式，實現(xiàn)產(chǎn)品設計的集成化運作。為我國快速發(fā)展的5G通訊設備制造商轉(zhuǎn)化創(chuàng)造成本優(yōu)勢奠定理論基礎。

1 集成模塊技術在通訊結構設計的作用

眾所周知，模塊化技術在傳統(tǒng)行業(yè)，如重工業(yè)機械、汽車、鋼鐵等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展已經(jīng)非常成熟并對企業(yè)的發(fā)展起到了重要作用[2]。同時通訊設備制造行業(yè)也逐漸接受了模塊化設計的思路，主要原因是通訊設備行業(yè)相比以前集成度和規(guī)模性已經(jīng)發(fā)生了質(zhì)的變化，在催生批量加工與發(fā)貨的同時，亟需解決從產(chǎn)品小批量發(fā)貨到批量設計生產(chǎn)與發(fā)貨的系列化問題[3]。通訊設備行業(yè)推行集成模塊化設計，可以最大限度地利用使用成熟結構和模塊，最大限度地使用通用設備模塊中的材料，減少使用材料的品種，既可以降低材料采購成本，又可以保證供貨渠道，提高采購競爭力，利于與供方建立戰(zhàn)略伙伴關系，從而達成成為領先的目的。

2 5G通訊設備結構設計集成模塊實踐

2.1 通訊產(chǎn)品集成模塊化設計思路

模塊化是一種處理復雜系統(tǒng)的產(chǎn)品或過程的新方法，對于結構產(chǎn)品模塊化設計來說，需要對產(chǎn)品系統(tǒng)有著深刻的理解，并且運用系統(tǒng)的功能分析法對產(chǎn)品系統(tǒng)進行功能性的分析和分解[4]。通訊產(chǎn)品結構設計的模塊集成技術，從根本上說就是將模塊控制思路引入通訊設備結構產(chǎn)品設計中的過程，比如將通信設備按照配置模塊各種組合產(chǎn)品進行整合，優(yōu)化設計思路，進行集中設計與使用，可以大大降低產(chǎn)品裝配成本和采購成本，這在各種通信機模塊如電源模塊、功能板卡模塊、交直流電源模塊、強迫風冷模塊等有很好的應用前景。總體來說，在通訊設備集成模塊技術的實現(xiàn)方面，一般都是按照功能結構、加工工藝、集成度高低、用途、外形尺寸等方面進行細分，特別是通信設備功能模塊較多且復雜，在分類方面占據(jù)較大范圍。

圖1 通訊業(yè)集成模塊技術設計思路簡圖

通過面向通訊產(chǎn)品結構設計的集成模塊組織設計來提高設計組織運作效率，須對產(chǎn)品結構以及工藝、生產(chǎn)流程有準確的了解，主要分為以下幾個步驟：

第一步，通訊設備結構設計部門確定結構產(chǎn)品功能系統(tǒng)是否能夠或需要集成模塊化。盡管很多系統(tǒng)可以模塊化，但并不是能夠模塊化的系統(tǒng)都必須模塊化。一個系統(tǒng)能否模塊化主要取決于系統(tǒng)的可分性與系統(tǒng)投入的多樣性，在大規(guī)模定制中實施模塊化就是要追求高效與整體可變性和多樣性。

第二步，運用功能分析法分解系統(tǒng)形成模塊集成。作為模塊化的設計者必須有整體、全局的觀念，能夠運用功能分析的方法，從需求、功能、結構、特征的角度把系統(tǒng)當作一個不可分割的整體，系統(tǒng)內(nèi)部某些有著密切內(nèi)在聯(lián)系而又承擔系統(tǒng)某一功能，且是系統(tǒng)不可或缺的組成部分就構成一個模塊。

第三步，面向產(chǎn)品模塊設計以集成模塊化的思路完成劃分，并挑選、整合定制所需的社會資源(包括機遇產(chǎn)品定制設計商、零部件制造供應商、物流商等)，在此基礎上，與將組建供應鏈的眾合作伙伴洽談，在達成合作意向的基礎上確定各自的職能以實現(xiàn)定制所需的供應鏈模塊化功能要求，并以一定的方式形成初步方案。

同時還必須要重視的一點就是，模塊化是以網(wǎng)絡組織與虛擬組織為基礎，供應鏈中的產(chǎn)品模塊化設計商、核心企業(yè)和合作供應商等共同構成一個網(wǎng)絡型結構，這些成員之間需要大量的溝通與協(xié)調(diào)，才能確保模塊的匹配、系統(tǒng)的精確。因此，產(chǎn)品設計商、核心企業(yè)以及模塊供應商們必須根據(jù)所在供應鏈實際，建立一套有效的組織模塊間的界面管理機制，實現(xiàn)組織模塊間高效的溝通與協(xié)調(diào)。

通訊設備制造行業(yè)的供應鏈整合可以達到很高的水平，這主要得益于設備的模塊化產(chǎn)生的幾個優(yōu)勢：

1) 通訊設備組件的兼容和標準化，允許供應商或者制造商存儲相對少的標準化組件，取代大量不兼容的組件，大大降低了庫存風險和成本；

2) 產(chǎn)品模塊化讓通訊設備商快速地完成產(chǎn)品組裝成為可能，降低了制造周期時間，進一步降低制造商的持有產(chǎn)品庫存的風險；

3) 很多通訊設備企業(yè)最先利用先進的信息與通信技術，將即時獲得顧客的需求信息，迅速地傳遞到內(nèi)部組裝部門并及時地通知組件供應商，率先實現(xiàn)了大量定制(Mass Customization)生產(chǎn)方式。

總體上來講，高度模塊化的設備結構給設計和實際使用用戶均帶來了極大的好處。集成模塊開發(fā)不僅允許模塊之間的水平開發(fā)，而且可以通過對類似模塊之間的創(chuàng)新和競爭(開發(fā)新的模塊或者對原有的模塊進行改進)充分改善系統(tǒng)的功能作為新系統(tǒng)的有效補充。

2.2 通訊設備結構設計模塊集成實踐

對于大部分通訊結構件的設計，集成模塊化設計分兩大塊，一類是通訊機房類結構功能模塊的設計(如電源功能模塊、風扇功能模塊)。二類是通訊基站類設備的功能模塊設計(如無線接入設備、無線發(fā)射點及其天線等功能模塊)。以下就以對標準機房內(nèi)風扇功能集成模塊化演變設計為例闡述。

如下圖演化過程看到，在之前一個布局位置可能設置了4集風扇或者2集風扇模塊，是因為在3G/4G設備中互相切換平滑過渡的需要，導致需要通過較復雜的配置來實現(xiàn)。通過整合后充分考慮到布局控件的合理利用和模塊的更換，設計為4模來實現(xiàn)所有功能，達到集成模塊的目標。

圖2 風扇功能模塊模塊化演化

表1 集成模塊演化效果

從集成模塊整合設計的結果可以看到，通過模塊集成的技術應用，風扇功能模塊的裝配操作時間和操作復雜度有了根本的改善，對應的配置管理成本可以降低，增加了配置的靈活性，滿足大規(guī)模定制的需求，在一定程度上降低了配置成本。當然模塊集成化需要綜合考慮不同產(chǎn)品的需要，還要結合當前通訊設備的階段現(xiàn)狀和繼承性要求。

結構部件的集成化設計是基于兩個方面的需求來進行的，一方面是國內(nèi)外相關標準的支持，另一方面是結合產(chǎn)品功能的需求，根據(jù)同類產(chǎn)品發(fā)展的需要，以滿足最終的產(chǎn)品需求為目標來開展集成模塊設計。

3 總結

本文提出了一種基于結構產(chǎn)品設計的集成模塊化控制架構，研究系統(tǒng)集成模塊化的過程中設計和成本的控制問題，并且在這一構架下定義定制功能模塊，設置模塊依存關系以及集成方式，實現(xiàn)產(chǎn)品設計的集成化運作。針對通訊設備結構產(chǎn)品的成本控制和結構件的整合設計，以實踐為基礎，通過分析基于結構產(chǎn)品設計的模塊化成本控制架構思路。同時作為通訊設備制造商，可以從所舉例子中學習到供應鏈整合的優(yōu)勢所在，轉(zhuǎn)化成適合于通訊設備的供應關系，從源頭上降低采購周期。