淺談“三化”工作中模塊型譜的確立

葉艷娟 趙曉明

（中航工業洛陽電光設備研究所， 河南 洛陽 471009）

“三化”是通用化、系列化和模塊化的簡稱，模塊化是核心。只有設計和生產出符合模塊化原則的模塊，才能形成系列化的模塊產品，進而實現通用化的目的。新品研制過程中充分利用已有的模塊進行移植和復用，才能優化產品結構，提高產品質量和可靠性，提高產品生產效率降低開發和生產成本。

如何確立模塊型譜是模塊化工作的一個重要組成部分。模塊型譜的確立對企業進行模塊化設計，提高設計效率和經濟效益有著重要的意義。它不是企業模塊的簡單排列和匯總，而是要運用科學的理論和方法，在分析研究的基礎上遵循一定的標準統籌編排而成。

模塊型譜是通用化和系列化兩種標準形式的有機結合與發展，能夠指導未來該類模塊的開發方向和規格型譜，滿足較長時期內某一類或多類型號研制的需要。模塊型譜的編制對“總結過去、支撐當前、引領未來、提高競爭力”有著重要的作用。本文將對模塊型譜的定義及構架、意義及特點以及企業在推進“三化”過程中建立模塊型譜的基本步驟，須注意的問題做一簡單的探討，以期對企業編制模塊型譜起到一定的推動作用。

1 模塊型譜的定義及構架

1.1 模塊型譜的定義

模塊在目前許多文獻和資料中，尚未形成統一的定義。從不同的角度，有不同的理解，能夠概括模塊的基本特征，又比較簡練的描述是：模塊指可組合成系統的、具有某種確定功能和接口結構的、典型的通用獨立單元。

模塊是指由一些零件組裝成的部件（單元），一般是指部件級以上的單元。模塊作為一個單元一定要能從系統／組件中拆卸、分離和更換。不能從系統中分離出來的單元，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立存在，并不受其他功能的影響。沒有確定功能的單元不能算是模塊。模塊結構必須具有典型性、通用性或兼容性，并往往可構成系列。模塊的通用性通常體現在：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，而是具有可構成系統的接口。具有獨立功能，但無標準化或通用化接口結構的單元，不能算是模塊，只能算是產品。

“譜”通常是指按照對象的類別或系統，以比較整齊劃一的形式編輯而成的圖表或文本。“型譜”就是按照對象的不同型號，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、規格編制成的表格或圖冊。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。為了擴大模塊的適用范圍，就必須增加該類模塊的型號和規格，構成模塊系列。但模塊的規格不能無限制的擴展，需要經過分析、比較、優選，用最小數目的不同規格來滿足全部使用要求。將所有這些不同規格產品匯集整理，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目的不同規格模塊為標志、滿足較長時間及一定范圍內全部使用要求的模塊系列。

1.2 模塊型譜的構架

傳統方法對目標的分析是單一的，美國Hall提出的系統工程方法則是跨學科的三維結構。用系統工程方法指導模塊型譜的建立可提出模塊型譜的三維矩陣，見圖1。

圖1 模塊型譜的三維矩陣

圖1中橫坐標表示模塊的層次大小。在特定產品系統中，由于模塊層次較多，不便設計和查找，所以在制定模塊型譜時，按照模塊的層次的不同，可將模塊分為幾級。如在企業中模塊可分為部件級、組件級或簡單設備級。同時在不同的層次下按照模塊的功能、性能、結構尺寸等技術特點進一步細分，可將模塊劃分為功能上相對獨立的不同單元。

模塊從設計到生產到定型后成為貨架產品，要經過一系列的過程和檢驗。按照模塊成熟度劃分，可將模塊劃分為預研階段、工程研制階段、成熟階段和定型階段。由此可見，模塊型譜實際上是一個由3個獨立變量構成的三維體系。

2 建立模塊型譜的意義和特點

2.1 建立模塊型譜的意義

2.1.1 模塊型譜是一種新的設計方法

企業在傳統的方式下進行產品設計，是要根據總體提出的要求，按照結構將產品化分成不同的單元，然后再分別指定給特定的設計人員。設計人員對每一部分進行設計，最后將其組合在一起，形成一個產品。在這種方式下，產品的通用性和互換性都較差，每一個部件和組件互相之間都是結構相互獨立，功能混在一起。這樣既不利于產品的調試也不利于后期通用和維護。

使用模塊化的設計方式，要從方案階段就按功能劃分需求。將產品分成不同的功能塊，每個功能之間通過標準接口進行連接。然后按功能從企業的模塊型譜中進行查詢，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上進行改進，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，產品設計就像搭積木一樣，只要選對模塊，就能方便快捷的組合出各類不同的產品。

2.1.2 模塊型譜可提高企業的競爭力

目前許多企業都面臨競爭日趨激烈，要對不斷變化的客戶需求做出迅速反應，不斷地開發滿足用戶需求的產品去占領市場贏得競爭的局面。面對市場的變化，企業提出了要建立快速、敏捷的科研生產服務管理體系的要求。通過從市場、企業產品開發現狀、產品銷售及產品售后維修考察發現，企業為適應激烈市場競爭的需要，總是在不斷的開發新產品，經過一段時間后，就形成了大量的產品，這其中不乏一些可以通用的、經典的模塊；同時，產品中有很多并不是全新設計的，而僅僅是在以前產品的基礎上通過改進改型來開發新產品的，如何快速、有效的利用原有的設計，就成為能否占領市場的關鍵。針對企業存在的這種問題，我們提出了“基于模塊型譜”的模塊化設計思想，其中的關鍵就是要建立起企業的模塊型譜。這不僅是對企業核心技術的積累，也是對企業未來發展的引領，對全面提高企業競爭力，提高企業市場占有率有著重要的意義。

2.2 模塊型譜的特點

2.2.1 通用性

模塊型譜包含了企業產品中現有的、正在開發的以及有待開發所有的通用模塊。通過其接口的標準化來實現通用性。凡企業產品需要的該類模塊均可從模塊型譜中選取。

2.2.2 多樣性

對于同一功能但規格不同的需求，可通過模塊型譜中的系列化來實現。它能適應多種產品的需求，可滿足企業不同產品的選用需求。

2.2.3 穩定性

模塊型譜的編制不僅要考慮目前企業的現狀，還要考慮未來的發展方向。因此模塊型譜應具有較長的生命周期，不會因為科學技術的發展而過早地被淘汰或要在結構上進行較大的變化。

2.2.4 先進性

模塊型譜應具有先進性，要能指導企業產品的可持續發展。模塊型譜不僅要代表企業已有的設計生產水平，還要代表企業同類產品的技術水平和發展方向。

3 企業建立模塊型譜的基本步驟和方法

在企業建立模塊型譜的實施過程中我們發現模塊型譜絕不是簡單的將同類產品中已有的部件、組件進行排列匯總，匯集成表格或圖形。而是要在分析研究的基礎上，遵循一定的標準編制而成。要建立模塊型譜要按照以下幾個步驟。

3.1 分析研究企業產品與技術的現狀和發展方向，提取典型模塊

企業生產的產品往往品種繁多，不僅限于一類或一種產品。在以往的設計方式下，功能相同或相似的產品又會僅僅因為一點小小的改動而形成許多不同的系列。這樣就造成了企業產品種類繁多，每類中有又許多小的系列。同時，因為模塊型譜是要指導以后的設計生產的，在編制模塊型譜時要考慮模塊的發展方向。要對當前和今后一段時間內型號研制對擬編制型譜的模塊使用要求進行分析研究，了解國內外同類產品的技術現狀和發展趨勢。因此建立模塊型譜時要首先對企業現有的產品進行梳理，完成對現有產品的特征參數、成熟度、與需求符合度及與國外對標等梳理工作，從中挑選出有代表性的、典型的模塊。

3.2 對典型模塊進行分析、匯總

保留成熟的可繼續使用的模塊，淘汰落后的、陳舊的模塊。同時還要合并規格重復或相近的模塊，去粗取精。

3.3 確立模塊型譜的分類方式，構建模塊型譜的框架

在進行模塊劃分時要堅持大小適中的原則。模塊規模太大（劃分的粗）則控制過于復雜，設計、實現、維護都不方便；反之模塊規格太小（劃分過細），則功能意義消失，模塊之間關系增強，模塊的獨立性降低，從而影響模塊的階層結構。

3.3.1 模塊層次大小進行分類

如部件級、組件/簡單設備級。

3.3.2 模塊結構尺寸進行分類

形成適應不同產品規模需要的結構模塊系列。如電工、電子設備模塊中，不同高度和深度的機柜模塊、機箱模塊、不同寬度的插件板模塊所構成的模塊系列。

3.3.3 模塊功能進行分類

如數據處理模塊、信號處理模塊、圖形處理模塊、電源轉換模塊、大容量存儲模塊、顯示驅動模塊、總線接口模塊等。

3.3.4 模塊性能參數進行劃分

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 按基本型和擴展型分類

基本型模塊應是構成模塊系列型譜中的主導模塊，它是構成產品中最典型的、規格適中的、通用性較大的、結構和性能較好且較可靠的模塊。而擴展型模塊，則是為適應具體產品的功能差異，而對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品，在此基礎上可以發展出派生、變型系列模塊，產生各種派生、變型系列產品。

3.4 編制模塊型譜規范

模塊型譜的編制需要標準和規范進行支持和補充。通過制定相應的標準和規范來約束和指導型譜的設計和研制。

3.4.1 分類規范

企業中的模塊最終以什么標準進行劃分，劃分的原則和分類的方法都要以標準的形式明確的進行定義，這樣才不會在使用時產生重復和歧義。

3.4.2 編號規范

模塊來源于產品，但又高于產品。模塊型譜中的模塊如何進行編號，如何脫離型號產品獨立使用，要由相應的編號標準進行規范。

3.4.3 命名規范

模塊型譜要看起來整齊劃一，必須要有統一的命名規則。為方便查找和使用，名稱中可包含簡單的尺寸結構、主要性能及模塊類型等信息。

3.5 形成模塊型譜

把企業產品模塊納入型譜架構中，將梳理出的有需求的、符合特征參數的典型模塊按模塊型譜的劃分標準和編號、命名方法列入型譜之中，形成模塊型譜。

4 模塊型譜在企業應用中的幾點建議

4.1 前瞻性原則

在編制模塊型譜時，不能只考慮眼前，還要考慮未來一段時間內的使用需求；不僅要研究企業已有的模塊，還要研究國內外同類產品的技術水平和發展趨勢。編制的模塊型譜不僅能為當前設計服務，還能引領企業未來發展的方向。

4.2 動態構建原則

模塊型譜的確立是一個逐步調整、逐步充實，不斷完善提高的過程，因此在編制模塊型譜時要動態地構建，既要考慮到模塊的可擴展性，又要考慮到模塊的可維護性。要使編制的型譜在今后一段時間內使用時既不能有重復又要能覆蓋到全部的使用要求。在此過程中還需要適當的解決過渡中技術繼承性和模塊復用性等問題。同時，對模塊譜系在投入使用后，不應高枕無憂，而應隨時關注模塊產品設計動態，運用反饋的信息，及時地、能動地對模塊型譜進行必要的調整、修改、擴展，要防止思想僵化、因循守舊，這樣才能使整個型譜更具生命力。

4.3 建立數據平臺

制定模塊型譜可使企業的成熟經驗和成熟技術以圖表的形式清楚的固定下來。但模塊型譜只是模塊的一個索引表，其中收錄不是模塊的實體。要想在產品設計時，充分使用型譜中的模塊，則必須要建立一個數據平臺存放它們。如我所在信息化的基礎上，建立了所通用件庫和所標準件庫（包括名稱、代號、規格、使用說明等），將型譜中的模塊按其成熟度分別存放其中。對于新設計的還在預研或工程研制階段的通用模塊，將其歸入所通用件庫，而將經過定型檢驗的、生產批量大的模塊歸入所標準件庫。這樣通過兩個數據庫將模塊型譜中的模塊進行管理，使設計人員在使用時既能在型譜中方便的查到所用模塊的型號，也能在庫中快速的找到模塊實體。

4.4 編制相應的模塊規范

模塊型譜中的模塊是企業經驗和技術的積累，最終將轉化為企業的核心競爭力。因此在模塊型譜編制完成以后，企業還應為型譜中的每一類規范化模塊編寫模塊規范和使用說明書。內容應包括模塊的主要功能、性能、物理特性和接口特性、使用環境、適用范圍等。這樣才能使編制的模塊型譜在設計使用時真正的發揮作用。

5 結束語

編制模塊型譜要有明確的目的和目標、正確的措施和途徑并制定實施計劃。目的和目標需透徹明確，必要時要進行調研做出需求預測；措施和途徑要包括制定模塊型譜的對象、方法和相關規則的標準的制定。制定實施計劃要科學分工、逐步實現。充分利用各種資源，力求提高效率，早見成效。

[1] 金烈元. 武器裝備的通用化、系列化、組合化[M]. 北京：國防工業出版社，2008.

[2] 童時中. 模塊化原理設計方法及應用[M].北京：中國標準出版社，2000.

[3] 賈延林. 模塊化設計[M]. 北京：機械工業出版社，1993.