軍用電子設備模塊化設計與標準化方法

四川九洲電器集團有限責任公司 何思亮

引言

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

模塊化是標準化的高級形式，模塊化綜合集成在軍用電子設備設計思維上打破了傳統集成的限制，將多個獨立功能作為整體進行統一考慮，在綜合集成中進行模塊級劃分，這對現代軍用電子設備的發展起到了積極的推動作用。

1.概述

模塊是指可組合成系統的、具有某種確定功能和接口結構的、典型的通用獨立單元[1]。

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

在20世紀60年代，為解決軍用電子設備模塊的通用互換性問題，美國先后制定發布了MIL－M－28787D《標準電子模塊總體規范》[1]、MIL－STD－1389D《標準電子模塊設計要求》[2]和MILSTD－1378E《標準電子模塊使用要求》[3]，由于這些模塊標準發布早，在地面、海上和航空等領域的電子設備得到廣泛采用和實施，有效指導了電子產品的模塊化設計。

在國內，制定發布實施GJB 1422－1992《標準電子模塊總規范》、GJB 2825－1997《軍用雷達機柜、插箱、插件模塊化要求》、GJB 3760－1999《軍用雷達模塊化通用要求》和GJB 441－1988《機載電子設備機箱、安裝架的安裝形式和基本尺寸》等模塊化標準，規范了軍用電子設備的模塊化設計和應用。

2.模塊化設計的目的

從標準化的角度理解，模塊化設計是標準化的一種更高形式的體現，其根本目的與標準化的理論思想是相同的，即確保軍用電子設備的質量、提高生產效率。在軍用裝備引入競爭機制的市場環境下，同時在軍用電子設備多樣化需求和多品種、小批量生產的方式下。如何在市場競爭激烈的前提下，研發不同品種規格的設備，改進設備質量和可靠性、維修性、互換性，提高生產效率和質量，使設備的品種規格與經濟效益實現有機的統一，這就是模塊化設計的根本目的。其主要目的一般包括：

a）簡化設計

在軍用電子設備方案階段，將復雜的軍用電子設備通過標準化的手段，對設備的功能組成采用模塊化的設計思想進行頂層的功能模塊劃分，根據劃分的獨立功能模塊，由不同的功能模塊設計專業人員開展設計工作，從而達到簡化設計、縮短設備的研制周期的目的，以快速響應軍事裝備領域對電子設備需求的多樣性。

b）提高互換性

軍用電子設備劃分的各模塊均采用標準化接口進行設計，以高耦合低內聚的方式實現各功能模塊之間的互換，從而實現軍用電子設備各模塊的現場快速可更換，降低軍用電子設備維修時間。

c）專業化協同設計

隨著數字化協同設計技術在軍用電子設備研制過程中的應用，以及技術和產業結構的既高度分化又高度綜合的特點，促使軍用電子設備的研制向專業化在線協同設計方向發展，在完成某軍用電子設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計要求發送各模塊設計單位，實現各模塊在線并行設計，提高設計效率，縮短研制周期，保障設計質量。

d）取得良好的綜合經濟效益

軍用電子設備模塊化設計的經濟效益是顯而易見的。由模塊結構組成的電子設備，還是開展專業化協作設計的基礎，許多功能模塊可與專業化設計的企業簽訂協議進行研制、生產，減少自行研制、生產的工作量，將主要精力集中在核心技術、關鍵技術和產品的創新研發上。以縮短研制、生產周期，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市場，取得良好的綜合經濟效益。

3.標準化方法在模塊化設計中的運用

3.1 模塊化設計中的標準化方法

概要地講：模塊化設計的基本思路是系統原理與標準化方法相結合在工程研制中的綜合應用。系統原理是模塊化設計的基礎，而模塊化設計最主要的特征卻是標準化，正因如此，標準化在工程研制中具有很好的實用價值和顯著的經濟效益，有著廣闊的應用前景。在軍用電子設備標準化中，通用化、系列化、組合化等標準化形式和方法，均為模塊化設計過程中最基本的工程應用方法，而模塊化設計是這些方法的綜合運用。實際上，它是一種嶄新的標準化形式，而且是一種標準化的高級形式，可以說模塊化設計具有鮮明的標準化屬性。再如：標準化工程應用中所運用的協調、優化、反饋控制等一系列宏觀的方法，以及軍用電子設備標準化經濟效益的評估和計算方法等，也是開展模塊化設計的有效手段和措施。

3.2 通用化是模塊化設計的基本特征

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

在模塊化設計的產品中，產品功能的實現是由不同的功能模塊組合而成，這些功能模塊可以在設計之初規劃為通用模塊，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。模塊化設計的本質其實就是通用化的體現，通用化的基本特征才體現出模塊化設計的優越性，或者說模塊化設計的產品具有最大的產品通用化系數，以及較好的外場保障性和互換性，大大縮短了軍用電子設備的維修和保障時間。

3.3 系列化是形成模塊化設計的必要條件

在軍用電子設備模塊化設計中，系列化是將軍用電子設備的主要參數、尺寸、基本結構等作出合理的規劃與布局，以保證與同類產品和配套產品之間的協調配合關系。即系列化是使軍用電子設備模塊化設計的結構優化、功能最佳的標準化形式。在使用模塊化設計的軍用電子設備中，模塊化設計在產品研制過程的廣泛應用，使得同類產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形成了技術成熟的系列化型譜模塊，高度系列化的產品，使企業的市場競爭力越來越強，效益越來越好。所以系列化的水平是衡量一個軍用電子設備模塊化設計優劣的重要標志。

3.4 組合化是模塊化設計的構成特點

使用模塊化設計的軍用電子設備不是整體式結構，而是組合式結構，但它不是一般意義上的組合，而是由經過標準化設計的模塊組合而成。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、規模不同的系列化軍用電子設備，從而使軍用電子設備的構成具有較好的靈活性和柔性，增強了對市場的適應能力，以及快速滿足市場和客戶的需求。

4.結束語

模塊化設計充分體現了標準化方法在產品設計中的實際應用，將標準化中的“三化”（即：通用化、系列化、組合化）及簡化、統一、協調的方法貫穿到了模塊化設計的全過程。尤其是現代化軍用電子設備，研發周期短、技術難度大，且維修性、可靠性以及內外場更換等要求高。因此，運用模塊化設計可以快速滿足軍用電子設備的相關要求，為產品的快速研制、產出提供了極其重要的技術保障。

[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.