產品研制中開展“三化”工作的思路研究

孟翠玲

（南京機電液壓工程研究中心，江蘇 南京 211102）

在市場競爭日益激烈的今天，客戶對產品的需求越來越個性化，導致產品的形式越來越多樣化，承制方為滿足需求而生產的產品品種也變得越來越繁雜，很容易造成產品品種及其相關要素的重復和混亂。針對這一現狀，只有建立起一個結構、功能齊備且能滿足需求的人工產品系統，才能既滿足市場需求又對產品生產進行有效的規范化管理。“通用化、系列化、組合化（模塊化）”（簡稱“三化”）就是對產品進行系統的規范化控制的有效手段，它通過對產品的優化設計，使之簡化和統一，對發展進行預測，使已有技術成果被綜合利用、開發，逐步實現對產品的有序控制和管理。2004年2月19日，國防科工委頒布了科工法[2004]176號文《武器裝備研制生產標準化工作規定》，強調深化型號標準化工作應重點開展產品通用化、系列化、組合化（模塊化）設計工作，將“三化”設計作為重要的設計思想和設計準則之一；型號產品的設計也將“三化”作為發展武器裝備的重要原則，并列為軍用標準化的任務之一。由此看來，“三化”已成為我國發展武器裝備的一項重要技術政策，作為航空機電研究中心，我們應與時俱進，積極開展“三化”工作，在確保圓滿完成型號任務的同時，有效實現對產品的規范化管理。

本文通過對“三化”工作的研究與探討，剖析產品研制中開展“三化”工作的具體思路。

1 “三化”工作的研究內容

1.1 通用化

通用化是最大限度地擴大同一單元使用范圍的一種標準化方法或形式。即通用化是選擇或研制具有互換性的通用單元，它是以互換性為前提的。通用化單元的通用性越強，應用范圍越廣，其效果越好。

通用化是在系統中最大限度地使用通用單元。這里的通用單元可以小到某個零件，甚至某種結構要素、某種原材料的品種和規格，也可以大到分系統、系統。以提高系統重構能力及后勤保障能力并降低費用。例如在海灣戰爭中，美軍將空軍用JP-8煤油型渦輪噴氣燃油通用于坦克、地面車輛、飛機和部分艦船，大大方便了油料補給，有效提高后勤保障能力。南京中心飛機燃油系統附件產品種類很多，目前已申請型號的產品有200多項，但按其結構和功能可以歸類為：油泵類、控制活門類、管路附件類、油面信號類等。各類型的活門在不同種類或同一種類不同型號產品中使用率很高，主要用于打開和關閉燃油管路，常用形式有壓膠活門、錐形活門、球形活門、菌狀活門、碟形活門、浮子活門……（有些是以獨立產品形式出現，有些作為產品的構成單元出現）其中結構、功能相似者眾多。這些若可以歸類做成各種獨立的通用單元（通用零部件），如電磁活門、球面密封單向活門等，就大大減少了整個產品中構成單元的種類及所需配件的數目。

通用化與通用單元有著密切的關系，要實現產品通用化必須首先做到產品構成單元的通用化；反之，通用單元的好壞又以通用化程度為衡量準則。通用化是通過貫徹統一的標準和規范來實現的。通常需制定通用單元機械結構標準、接口標準、產品規范等。產品研制部門可根據功能要求靈活地選用各種通用單元，配以少量的專用件構成專用產品。

1.2 系列化

系列化是根據同一類產品的發展規律和使用需求，將其主要參數按一定數列作合理安排或規劃，并對其類型和結構進行規定或統一，從而有目的地指導同類產品發展的一種標準化方法或形式。

系列化既包括了整機產品的系列化，又包含了通用單元自身的系列化。系列化包含了二層意義：一是制定基本參數系列，編制產品系列型譜。基本參數是確定產品功能范圍、規格尺寸的依據，基本參數系列是指導產品品種發展的依據；系列型譜是在基本參數系列基礎上，表示基型與變型產品關系以及產品發展總趨勢的品種系列表。例如：活門類產品是否可按密封形式分成多種系列，每種系列再按主參數（如單向活門、電磁活門按通徑來分）分為多種規格，供新產品研制時選用。二是產品結構系列設計。產品結構系列設計是指以有代表性的典型結構為基型，對產品進行同一系列不同參數的設計。基型選擇時，應選擇有代表性，規格適中、用量大、結構先進、有發展前途的型號產品或通用單元作為基型。

1.3 組合化（模塊化）

組合化（模塊化）是在對一定范圍內的同類產品進行功能分析和結構分解的基礎上，劃分并設計、生產出一系列通用模塊或標準模塊，然后從其中選取相應的模塊，并補充新設計的專用模塊和零部件一起進行相應的組合，以構成滿足各種不同需要的產品的一種標準化方法或形式。

組合化（模塊化）是采用分解和組合的原理。在航空武器裝備中，組合化的對象一般是分系統和設備級產品，通用模塊應具有獨立的功能和結構。例如南京中心壓力加油控制活門類產品即可開展組合化（模塊化）設計，壓力加油控制活門產品按其功能和結構一般可分解為正常控制部分和應急控制部分，其每一部分的控制功能基本是通過相應的活門來完成的，如果預先建立各類活門通用模塊系列，那么就可以在各類活門通用模塊系列中選擇相應活門模塊組合成新產品壓力加油控制活門，縮短產品研制周期，快捷滿足用戶需求。某設計部首次研制的地面壓力加油系統由壓力加油控制活門、油面控制器、磁浮子開關、壓力加油控制盒等組合而成，其壓力加油控制活門、油面控制器、磁浮子開關等均為成熟技術產品，如果能夠有目的進行開發研究，作出壓力加油控制活門系列產品模塊、油面控制器系列產品模塊、磁浮子開關系列產品模塊等，那么，在系統設計時，采用組合化設計，我們就可以組合出多種壓力加油系統。組合化有利于產品的改進和品種發展，組合化可使生產形成專業化、降低成本，大大提高產品綜合保障能力。

1.4 “三化”的共同點

1.4.1 具有相同的目的

都是為了充分利用現有成果，最大限度地減少同一水平上的重復勞動，以有限的品種、規格滿足多樣化需求，達到縮短研制周期、降低成本、提高質量和可靠性、簡化維修和后勤保障及提高效益的目的。

1.4.2 具有相似的理論基礎

都是建立在繼承性原則和互換性原理之上的。

1.4.3 具有相同的對象

“三化”的對象極其廣泛。就產品而言，既可是硬件，又可是軟件。從系統、分系統、設備直到零部件和結構要素都是“三化”的對象。

1.5 “三化”的聯系與區別

“通用化、系列化、組合化（模塊化）”都從不同的角度體現了標準的統一、簡化、協調和選優的原理，它們屬于標準化工作范疇，通用化和系列化兩者在壓縮品種、簡化事物方面都是相同的。從某種意義上講，系列化的各種規格的產品實質上都在相應的一定范圍內通用。通用化是系列化的基礎和前提。組合化（模塊化）不但具有通用化的特征，而且具有系列化的特征。組合化（模塊化）是分解和組合的過程，而通用化則不是這樣。組合化（模塊化）的模塊是分解的產物，具有很強的通用性和組合性，而且通用互換的層次是部、組件級以上，其更強調的是功能的獨立性，而通用化的通用單元不是功能分解的產物，絕大多數不具備模塊（即功能的獨立性）的特征。系列化也是組合化（模塊化）的一個特征。如果通用模塊不形成系列，就不能滿足對系統多樣的要求。系列化是在實現同樣功能的情況下，具有不同技術參數、不同結構尺寸的一組產品。組合化（模塊化）是為了研制具有多種功能的不同產品，不是某一產品，而是一組不同功能的不同產品。組合化（模塊化）是以通用化、系列化為基礎，又高于通用化、系列化的一種高級形式的標準化方法。

2 “三化”研究工作的必要性

“三化”設計的實質是在對同類產品進行功能和結構分析的基礎上，優化設計出通用的功能結構，提供給同類產品直接選用，以實現重復利用現有的技術成果，最大限度地減少重復性的勞動，從而縮短研制周期、節省研制費用。

新產品研制可分為成熟技術的繼承和新技術創新兩部分。在技術創新部分中，有屬于技術性能提高和發展的內容，有改善及提高可靠性和工藝性等方面的問題，包含面甚廣，要解決的問題也比較多。針對產品研制中的共性問題，需選擇與“三化”密切聯系的課題，開展“三化”研究工作。

我國某型號導彈導引頭從研制到定型用了17年時間，由于預先開展了 “三化”研究，在隨后的派生改型中，52種部件中有24種是通用的，其它28種也是在原有基礎上進行改進，這樣在產品研制中設計、試制、試驗工作量大大減少，只用了2年半時間就完成設計定型。

南京中心某型號中3項燃油泵類產品在設計定型前由于開展了通用化研究，設計定型時采用了通用化設計，產品中某部件的零組件數量由原來的39個專用零組件減少為13個通用零組件，這13個通用零組件構成一個通用部件，且按成件管理，每年統一投產。據統計計算，采用通用化設計后產品設計費用可節約1.23萬元，工藝文件編制費用可節約4.68萬元，工裝設計費用可節約17.55萬元，復制費用可節約1.88萬元，工裝制造費用可節約50.4萬元。又如南京中心某型號中多處使用的柔性接頭，多項霧化噴嘴產品等，其結構相似，具備“三化”研究的條件；熱交換器類產品目前約42項，其中已初具系列的種類有不銹鋼制熱交換器（板翅式）、初級熱交換器、次級熱交換器、回熱器、冷凝器等；控制系統電子產品的單元電路，如電源電路部分，數據采集部分，數據處理部分，控制輸出部分等，也需加強“三化”研究。在國外，美國機載計算機研究最具堅實基礎，為了實現其機載計算機的通用化、模塊化，就運用了典型的有關機載計算機的3個軍用標準，即MIL–1750A、MIL–SFD–1553B、MIL–SFD–1589C（指令系統結構、數據傳輸總線和軍用高級語言），據此形成了一系列符合上述標準的計算機模塊。從而簡化了設備間的連接，減輕了質量，減小了電磁干擾，實現了信息共享，解決了系統功能和處理能力的綜合，改變了相互獨立的分散式系統結構方式，建立了模塊化結構方式。使用此種通用模塊的航空電子系統，主要裝備在F–15E、F–16等軍用戰斗機上，且在海灣戰爭中證明是卓有成效的。由此可見，為做好產品的“三化”工作，開展一些“三化”研究工作是必要的，可以為“三化”工作的深入開展，建立良好的基礎。

3 產品研制中如何開展“三化”工作

提高產品“三化”水平的有效途徑是：具體運用系統工程的理論和方法，在產品研制中開展“三化”工作。如何組織實施“三化”工作，下面談幾點看法。

3.1 將“三化”研究課題納入型號預先研究中

“三化”研究工作需系統籌劃，進行大量的分析、試驗驗證。由于經費有限，可將“三化”研究工作納入型號預先研究中，解決經費問題，使 “三化”研究工作得到全面有效的開展。首先，可在型號的預先研究中利用繼承性原則科學地確定預先研究產品的品種、規格和系列，利用標準化的基本原理，對在研的各種產品，進行統計分析、充分論證，分別將其主要參數、形式、尺寸和基本結構等進行選優、簡化、作出合理的安排，研制出一些基本型產品，并盡可能作成具有高度使用兼容性的產品（即一物多用）；然后，在隨后的型號研制中，合理利用基本型產品標準，應用在具體型號的科研生產上，以避免大量的重復勞動；最后，根據需求有繼承的發展，形成派生型產品。逐步形成系列后，可編制一系列標準，如：產品標準、系列型譜標準、接口標準。這些標準，對內，可直接或間接地體現出顯著的經濟效益；對外，可獲取“標準的話語權”，并利用先進的技術占據“標準的制高點”，最終可望出現挾 “標準”以令“諸侯”的最佳局面。

3.2 進行各型號同類產品的系統論證

各型號同類產品的系統論證，是指要摒棄以往按型號開展“三化”設計工作的習慣，把用于各型號的同一類產品作為一個整體進行系統考慮，以同類產品作為一個整體進行 “三化”研究，在對同類產品系統分析的基礎上進行目標分析。從而找出實現整體最佳的要求，確立最佳的目標，從各類型產品的原材料、元器件、設計、工藝、檢驗、試驗、測試、使用、維修、運輸、貯存和管理等現有的主要環節，都要研究其相應的標準化問題，提出關于結構、參數、試驗方法等方面的通用化、系列化、組合化（模塊化）要求。然后，根據型號研制的要求和國內外技術發展的趨勢，初步分析“三化”的可行性，提出“三化”研究課題。

3.3 研制新產品時，結構要具有繼承性

“三化”是設計思路、管理思路和發展思路的變革，要從過去單純按型號思維和管理的模式中轉變過來，正確認識繼承和創新的關系，摒棄那些無實際意義的標新立異。樹立技術創新與繼承相結合的思想；在產品的換代發展中，在研制新產品時，合理地使用老產品上具有高技術性能的部件的結構設計，實現繼承性這條原則，一方面可使新產品在結構上達到一定程度的通用性，降低對新工藝設備的需求量，另一方面可穩定產品的結構，降低研制風險、提高產品可靠性。目前我們南京中心的“三化”工作雖然取得了一些成績，但還存在一定的問題，如部分設計人員沒有從全局考慮，不愿意采用借用件，認為用計算機多繪幾張圖也很方便，免得以后登記、蓋借用件章；有的設計人員將計算機中其它相同的零件圖樣調出，只修改其型號、代號，稍作改頭換面將其變為專用件圖樣。這種現象長期發展下去，必將導致繼承性設計的重要載體——借用件逐漸銷聲匿跡，失去借用件也就失去了通用化工作的一項重要途徑。從一個孤立的產品來看，這種現象并不感到其嚴重和危害，但從整個產品系統來看，就會發現這種狀況導致資源浪費、效率低下。從長遠看，不能滿足產品技術發展的需求。

3.4 加強零部件的通用化設計,改進生產管理模式

“三化”最基本的工作是進行零部件的通用化設計，建立“‘三化’資源數據庫”。

美國在研制第三代飛機F–16時，其備件種類多達437種，而第四代飛機F–22由于大力推行通用化、模塊化，使所需備件種類降為43種，大大提高了武器裝備的可靠性、維修性和后勤保障能力；1993年美國國防部將海軍A/F–X先進攻擊機計劃和空軍MRF多用途戰斗機合并，搞了一個空海軍通用的 “聯合先進攻擊機計劃”，這樣使空海軍飛機71%零部件可以通用，電子設備硬件90%～95%通用，軟件100%通用。僅此一項全機的全壽命周期費用降低約40%。為提高通用化，我國的小口徑槍族各分系統聯合開展通用化設計，各種槍的通用化程度均很高，例如：步槍全槍零件種數95種（不含彈具和附件），通用件零件種數高達74種（不含彈具和附件）；機槍全槍零件種數97種（不含彈具和附件），通用件零件種數高達74種（不含彈具和附件），根據需要，可隨時組裝，80%的零部件在步槍、機槍、短步槍之間通用，從而使零部件品種大大減少，快捷滿足戰時需求，提高互換性。因此，在型號研制中，須加強零部件的通用化設計。

加強零部件的通用化設計，離不開利于零部件通用化的有效的生產管理模式。目前，以型號產品為單位進行生產管理，這種生產管理模式使得我們的借用產品、通用產品無法以產品的形式充分發揮其應有的作用，借用產品變成了借用圖紙。在計算機繪圖的年代，繪制一張相似的圖紙實在太容易了，設計人員不愿意僅僅為少畫幾張圖紙而去采用借用件。所以，借用件、通用件、系列件的生產迫切需要改變現在的生產管理模式，以零組件為單元統一管理、投產。

3.5 注重理論與應用的研究

隨著“三化”工作的逐步深化，要注重“三化”理論與應用的研究。結合各專業產品的特點，應組織力量作好頂層設計和長遠規劃，使“三化”研究與型號預研、型號研制有機結合，形成良性循環機制，避免“三化”和型號預研、型號研制的脫節，減少失誤，使“三化”工作始終建立在正確的理論指導和牢固的技術基礎之上，在產品研制中發揮重要的作用。

3.6 通力合作、發揮各方作用 建立有效激勵機制

“三化”是一項涉及面廣，協調關系復雜的技術工作，產品工程技術人員和標準化人員，是開展“三化”工作的骨干力量，開展“三化”工作無論對工程技術人員，還是對標準化人員都提出了更高的要求，雙方要通力合作，充分發揮各自的作用。標準化人員應把開展產品“三化”設計作為標準化工作的出發點、落腳點，切實起好先導、保障和服務作用。為型號開展“三化”工作充分準備和提供可執行的標準，并指導標準的實施，參與研制過程中對“三化”工作的監督檢查和階段評審，為型號開展“三化”工作提供各種技術服務。

為鼓勵設計人員采納 “三化”設計思想，應將產品“三化”程度作為產品設計水平高低的重要標準之一，建議建立專項資金開展 “三化”工作，用于開發大量的“三化”產品應用于眾多型號，使創新與繼承得到真正有效結合，并在保證進度和質量上發揮重要作用，同時建立有效的激勵機制，對在產品設計中開展“三化”設計的有功人員進行獎勵，促進 “三化”工作的深入開展。