電子整機裝備三化工作難點及解決方法研究

滕海云，蘇 偉

（中國電子科技集團公司第38 研究所，安徽合肥 230088）

“通用化、系列化、組合化（也稱模塊化）”（簡稱三化）是標準化的重要形式，是科學的設計方法［1］。提升裝備的三化水平，是我國裝備發展的一項基本要求，總裝備部在《2020 年前軍用標準化發展綱要》中進一步明確提出“加大《全壽命周期標準化工作規定》實施力度，大力推行通用化、系列化、組合化，全面滿足重大工程和重點裝備建設需求”。

我國電子整機裝備的三化工作起步于20 世紀80 年代，經過30 多年的努力，已達到一定的水平，但面對新時代國家安全的更高要求和行業競爭的不斷加劇，三化工作必須探索提升、推陳出新。

1 三化工作存在的主要問題

電子整機裝備多為復雜產品系統，要進一步提升三化水平，必須解決多年來一直存在的兩方面主要問題。

一方面，因每型裝備需求差異大、批量小、定制化等原因，業內習慣采用一型一研的研發模式，難以實施基于產品平臺的集成產品開發模式：

（1）研發人員全面進入型號研制工作，沒有精力進行技術儲備和項目間共性問題的解決與提升，很多同類問題在不同型號中重復出現，研發人員疲于重復設計和修改，人力資源消耗大。

（2）人力資源的不足和問題的重復出現，不僅影響型號產品的質量、進度和成本，而且嚴重制約三化工作的開展，造成難以集中人力構建產品通用平臺，因而也無法真正實施基于產品平臺的集成產品開發，制約了產品研發效率的提升。

另一方面，原有的三化工作缺少頂層規劃，偏重于事后沉淀模塊：

（1）三化頂層規劃（如產品架構等）是三化工作的方向和引領，電子整機裝備的三化頂層規劃要保證先進、可行、通用、可擴充以及清晰的功能界面等，技術難度很大，尤其在當前技術更新與應用速度不斷加快、產品升級換代周期越來越短的大環境下，難度更大，如果沒有相應的機制、條件和方法是無法開展的。

（2）由于頂層規劃的缺失，三化工作只能采用沉淀模塊的方式，即從已有產品中優選出可供后續產品使用的模塊，這種方法在技術發展較慢的時期取得了一定的成效，但隨著技術更新不斷加快，模塊的生命周期不斷縮短，沉淀模塊已越來越難以滿足新產品的需求，后續應用非常有限。

以上兩方面是三化工作的根本問題，此外，領導重視不夠、缺少激勵機制，也是三化工作普遍存在的問題，但如果根本問題不解決，領導重視和激勵機制也是難以發揮作用的，三化工作也不會有根本的改變和提升。

2 探索三化工作新方法

面對問題，各單位都在根據各自產品特點以及外部環境、內部條件等的不同，探尋解決方法。從2012 年開始38 所轉變思路，借鑒IBM 公司的CBB（公用構建模塊）工作理念和方法，針對復雜產品系統的特點和本單位的研發機制，探索三化工作新方法。

2.1 三化工作的要素

我們所說的三化與IBM 公司的CBB 是對一項工作的兩種不同表達方式，三化采用的是方法表達法，CBB 采用的是實體表達法，但兩者的工作對象和目標是相同的。

IBM 公司的CBB 工作包含組織、架構、流程、績效四個要素，簡單地說就是建立工作組織，構建產品架構，明確工作流程，制定評價標準。四要素相互協同、缺一不可，但從工作實踐來看，組織與架構兩要素尤為重要，而構建架構的難度最大。

“組織”即建立什么樣的組織，才能與單位研發機制相適應，保證有效運作，這是開展三化工作的先決條件。“架構”即怎樣才能構建出與單位產品發展相匹配、能夠切實落地的產品架構，這是三化工作產生實效的根本保證。組織與架構，也正是前面分析的三化工作的根本問題所在。

2.2 復雜產品系統的特征

復雜產品系統是指研發投入大、技術含量高、單件或小批量、定制化、集成度高的大型產品、系統或基礎設施［2］。復雜產品系統的概念最早是由英國學者Hobday 提出，并與大規模制造品進行了比較研究，得出了兩者的基本區別（見表1），揭示了復雜產品系統在管理與創新中所面臨的困難［3］。

表1 復雜產品系統與大規模制造品的比較分析

復雜產品系統由眾多模塊組成，需要模塊實現的功能日趨復雜，技術含量不斷提高，開發成本不斷上升。復雜產品系統創新最終成敗與否不僅取決于各模塊開發的成功，還取決于各模塊之間的協調。因此，在復雜產品系統創新過程中，從架構設計、模塊集成，直到系統調試等的技術與管理難度都進一步加大［4］。

電子整機裝備尤其是大型電子整機裝備，具有明顯的復雜產品系統特征，而復雜產品系統開展三化工作的難度遠大于大規模制造品，這也是為什么多年來電子整機裝備的三化工作缺乏頂層規劃、基本停留在“沉淀模塊”層面、難有重大提升的深層原因。

2.3 建立三化管理體系

要提升電子整機裝備的三化水平，必須要設法突破模塊“數量”的限制，不僅要在同類產品的各級組成中找到產品間可以通用的部分，而且還要在非同類產品中找到具有共性技術、可以通用的部分，最大限度地擴大數量，產生規模效益；同時還要確立“系統”的思想，不僅要重點解決束縛三化工作的難點問題，還要建設全面的管理體系，確保三化工作能夠系統、長效地推進提升。

對比大規模制造品，借鑒IBM 公司的CBB 工作方法，38 所對本單位的研發組織模式、市場特性、產品特點、技術創新與應用、產品開發管理等各個方面進行梳理分析，建立了三化管理體系（見圖1）：

（1）組織與制度：三化管理體系的筑路基石，主要與組織、流程兩要素對應，規定工作組織、工作流程、標準體系；

（2）架構與規劃：三化管理體系的策劃核心，主要對應于架構要素，構建產品頂層架構，進行下層模塊規劃，并明確核心模塊；

（3）開發與應用：三化管理體系的執行核心，主要對應于流程要素，規定模塊的開發模式和模塊的應用管控；

（4）激勵與支撐：三化管理體系的助推動能，主要與績效、流程兩要素對應，建立激勵機制，并建立信息系統支撐三化工作；

（5）評估與提升：三化管理體系的驅動核心，主要對應于績效要素，通過成熟度評估持續完善三化管理體系。

圖1 三化管理體系

應用系統思想，通過以上五方面工作的協同開展， 38 所建立了完整、全要素的三化管理體系，為三化工作的規范與提升，全面夯實管理基礎；創新采用綜合方法，在構建產品頂層架構、制定模塊規劃工作中，突破模塊數量限制，為三化工作的落實與推進，提供頂層技術保障。

表2 所列是38 所在建立三化管理體系工作中，基于復雜產品系統的特征，所把握的關鍵點、采用的基本原則和主要方法。

表2 三化管理體系建立的基本原則和主要方法

3 解決三化工作難點問題

在三化管理體系的建立工作中，對于組織、架構兩大難點問題，我們采用以下方法進行重點突破。

3.1 組織

3.1.1 三化工作組織模式分析

三化之間，既有區別又相互關聯、相互滲透，模塊化以通用化、系列化為基礎，又高于通用化、系列化，是一種高級的標準化形式［1］。模塊化思想在國外以及不少國內企業中已然上升到戰略層，而組織機構跟隨戰略而變化，當模塊化思想成為企業的戰略思想時，組織結構就必然要與模塊化戰略相匹配，模塊化思想由此滲透到組織結構中；產品模塊化是對復雜產品的重新整合與流程再設計，在實施模塊化的過程中，企業需要建立相應的組織結構［5］。

過去的三化工作是沉淀方式，沒有專門的工作組織，要將自然“沉淀”方式轉化為主動“規劃”方式，必須建立組織、明確職責。主動規劃方式的三化工作一般有兩種組織模式，一種是基于專業、以“專業技術委員會”為核心的模式，一種是基于平臺、以“產品通用平臺”為核心的模式。

“專業技術委員會”模式是按專業分別成立技術委員會，負責本專業的模塊規劃與研發，團隊成員包括專業技術以及器材、質量、標準化、制造、財務等各類人員。由于電子裝備整機單位研發領域多、產品復雜、專業分工細，所以專業技術委員會不僅團隊數量多，而且團隊成員跨領域、跨部門也多，造成歸口掛靠部門難以有效推進團隊工作，團隊成員也難以長期有效投入；而且，這種基于專業的模式會弱化領域總體的引領作用，也會弱化總體與專業的銜接。

“產品通用平臺”模式主要源自汽車、計算機等行業，對產業規模和產品數量要求高，一般需要形成以通用平臺為中心的產品線，并以通用平臺為核心變革組織機構，構建新的科研生產體系。電子裝備整機單位涉足的裝備領域多樣，產品復雜多變、定制化、批量小，應用于陸基、海基、空基、天基等多種搭載平臺，而且各領域所處的發展階段不同，采用這種模式存在組織機構變革大、風險高、實施難度大等問題。

3.1.2 以“總體牽引、專業拉通”為核心理念，建立三化工作組織

多領域、多平臺發展的很多電子裝備整機單位，其研發部門都采用“總體部門各領域獨立，專業部門領域間合并”的方式設置。基于研發部門的這種設置方式，38所提出不改變單位已有部門格局，以“領域總體牽引、專業技術拉通”為核心理念，技術與管理并重，從決策到執行， 投入高水平人才，組建跨職能、跨專業的三化技術與管理團隊（見圖2）。

圖2 跨職能、跨專業的三化技術與管理團隊

在管理層面，專門設立以所長為主任，主管所領導為副主任，所副總工程師、部門主任等為成員的所級三化管理委員會，領導三化管理體系的建立健全、工作方針的確定、資源協調、重大問題決策和考核激勵。委員會下設秘書處由三化管理辦公室負責，包含質量部門的標準化專業人員、各技術部門兼職的三化工作接口人等。

在技術層面，專門設立以集團首席科學家為主任，集團首席專家為副主任，所副總工程師、所聘專家等為成員的所級三化技術委員會，評審領域總體部門的產品頂層架構和專業技術部門的模塊規劃，并對模塊進行鑒定和評價。委員會下可根據業務領域的發展情況設立頂層架構團隊和模塊規劃團隊，以及具體模塊開發團隊。

在組建跨職能、跨專業的頂層架構團隊和模塊規劃團隊時，采用領域總體牽引、專業技術拉通和高水平人才投入的主導思想：一方面，突出領域總體的引領作用，由領域總體部門領導負責，投入高水平總體技術人員，并吸納專業技術人員，組建基于領域的頂層架構團隊；一方面，注重專業技術的融合統一，并兼顧領域間的共性技術，由專業技術部門領導負責，投入高水平專業技術人員，并吸納總體技術人員，組建基于專業技術且與相關領域總體相融合的模塊規劃團隊。

這種工作組織在不改變單位原有部門設置的情況下，實現了對三化工作的全面管理和技術把控，不僅保證了領域總體的引領作用，強化了總體與專業之間的銜接，并且還促進了相關領域間共性專業技術的拉通融合。

3.2 架構

3.2.1 架構的基本要素

架構即產品架構，體現了系統的分解和集成，產品架構首先作為一個系統整體而存在，這保障了產品的整體性和功能集成，然后包含了模塊和界面，系統、模塊、界面是產品架構的三個基本要素［6］。

3.2.2 IBM 公司的產品架構（CBB 頂層規劃）

企業應根據用戶需求、產品功能等進行模塊劃分和產品架構定義，根據自身的技術創新、制造等能力調整模塊的自制或采購策略，再圍繞設定的目標進行生產的布局和優化。產品架構是模塊化設計階段的關鍵輸出，是企業整合內外資源、構建最有效生產網絡的基礎［7］。

IBM公司在計算機等的產業發展和產品研發中，將產品架構分成“組合/架構”和“構建模塊”兩個部分，共同作為CBB 的頂層規劃。

“組合/架構”的含義是“把產品功能配置到物理組件上的一種模型/圖解方式”，它包含的信息有：產品由多少組件構成，這些組件如何在一起工作，如何構建和裝配，如何被使用，如何被拆解等等。“構建模塊”則是對應于“組合/架構”，確定各層級模塊及指標、接口等。在制定“組合/架構”、確定“構建模塊”的過程中，需要對產品進行逐層分解，直到共用重用的層級（發現重用模塊），或者直到行業標準功能模塊的層級（挑出外部已有的模塊/把自己的模塊賣給外部客戶）。

制定“組合/架構”、確定“構建模塊”需要把握的主要因素包括：市場需求、技術發展、功能分解、結構及軟件分解、接口關系、核心技術、模塊層級等等。

3.2.3 確定三化頂層規劃的核心工作及內容

通過分析架構的基本要素，借鑒IBM 公司CBB頂層規劃的內容實質，38所提出了以“產品頂層架構”和“下層模塊規劃”作為產品架構即三化工作的頂層規劃，在技術層面上引領三化工作。

“產品頂層架構”側重于整機和分系統級的功能分解、結構分解、界面劃分和接口要求等；“下層模塊規劃”則是在產品頂層架構的基礎上進行分系統以下的分解細化，并確定具體的模塊及其功能、指標、界面和接口要求等。

產品頂層架構（簡稱頂層架構）是以單位總體規劃、市場需求和技術發展趨勢為基礎，總體部門牽頭聯合專業部門一起梳理制定。以浮空器領域為例，通過對同類型浮空器產品線的梳理，提煉用戶需求、分析任務使命和作戰對象，重新定義產品的構成，弱化單個型號之間的界限，明確用戶需要的能力組成和指標要求，形成產品的功能架構與分解，進一步細化為可實現的硬件功能分解、軟件功能分解、結構要求、接口與協議要求、模塊需求等。

下層模塊規劃（簡稱模塊規劃）是基于頂層架構，專業部門牽頭聯合相關領域總體部門一起提煉共性技術和模塊，實現更大程度上的通用，確保模塊在某平臺、某領域乃至跨平臺、跨領域的通用。同時，這些共性模塊也可以是系列化的，不同產品可以選擇不同的模塊進行組合，使模塊在不同的產品架構中實現更大的應用價值，擴大規模效應和成本節約空間，這對于多領域、多平臺、多型號、小批量、定制化的裝備整機單位，重要意義不言而喻。

產品頂層架構與下層模塊規劃的綱目和產品組成分解示例見圖3。

圖3 產品頂層架構與下層模塊規劃的綱目與產品組成分解示例

3.2.4 探索基于“市場+技術、總體+專業、平臺+模塊”的三化頂層規劃構建方法

構建頂層架構、制定模塊規劃是一項技術上與管理上都存在很大難度的工作。在技術上，所有模塊必須遵循設計規則才能實現模塊之間的兼容，完善的設計規則對模塊化系統的正常運行至關重要，但設計規則的制定難度往往難以想象：需求變化導致模塊化系統的復雜性提高，而技術變化迅速且不可預測又導致模塊化系統不確定性增加［8］。在管理上，產品的復雜性越高，專業技術分工越細，要實現總體和各類專業人員的工作協調性和認知一致性的難度越大，在設計規則的制定過程中的管理難度也越大。

38 所探索運用“市場+技術、總體+專業、平臺+模塊”的綜合方法（見圖4）解決這道難題：

（1）市場+技術：即市場需求和技術創新互動，牽引頂層架構和模塊規劃的目標方向；

（2）總體+專業：即總體技術與專業技術深度對接，確保頂層架構與模塊規劃的謀劃精準；

（3）平臺+模塊：即平臺化和模塊化方法融合，保證頂層架構與模塊規劃能夠全面落地實施。

這三種方法的綜合運用，保證了對架構基本要素的把握，保證了三化頂層規劃的系統性、先進性、可行性、通用性、可擴充性以及清晰的界面、接口等，為各領域三化工作的落實與推進提供了明確的技術依據。

圖4 產品頂層架構與下層模塊規劃工作的基本方法和主要內涵

3.2.4.1 市場需求與技術創新互動，牽引頂層規劃的目標方向

技術與市場具有互為引領性，兩者的良性互動是產品競爭力的重要保證。技術創新和市場需求都是決定產品平臺演化路徑和方向的重要因素，兩者相互作用、相互影響，兩者綜合作用的模式是以市場的潛在需求為出發點，以技術應用為支撐，共同決定產品平臺的演化［9］。

頂層架構與模塊規劃作為三化工作和產品研發工作的規范和引領，必須兼顧技術創新與市場需求，在保證技術先進性和市場符合性的同時，還必須保證市場需求與技術創新之間的關聯與協調，這是工作成功的關鍵。

新時代高新裝備技術發展快、應用快，準確把握遠期市場需求難度越來越大，面對技術快速趕超、需求變化加快的時代特點，我們在構建產品頂層架構與制定模塊規劃時：一方面把市場目標確定為，在保持對遠期需求關注的前提下，把握中期需求，兼顧近期需求；同時在技術方面，通過全面分析總體和專業各層次的技術儲備、發展趨勢和發展規劃，與市場需求全面對接和互動，確保對中期市場需求的準確預判和對近期項目研發需求的兼顧。

市場需求與技術創新之間的關聯與協調，主要通過建立兩者之間的映射關系進行保證。從創新的源頭切入，建立市場需求和產品技術特征的映射，將市場需要什么直接與產品關聯起來［10］：首先，研究市場需求，并把市場需求和產品特征參數聯接起來；其次，構建技術方案，將市場需求映射到產品的功能性能和具體設計中，并以模塊對應市場的特定需求。采用這種基于模塊化的映射方法，將市場與技術進行合理映射，再通過功能、性能、結構、硬件、軟件等的逐層傳遞與分解，最終轉化為產品架構中的各級模塊，確保市場需求與技術創新之間的關聯與協調。

通過市場需求與技術創新的互動，使構建的頂層架構與模塊規劃既有前瞻性，又有現時性，既能滿足當前產品研發需求，又能準確引領近期和中期的三化工作和產品研發工作。

3.2.4.2 領域總體與專業技術對接，確保頂層規劃的謀劃精準

頂層架構與模塊規劃的重要性和難度決定了其制定工作必須經過總體與專業的雙向、多輪次對接與迭代，而且要權衡利弊、達成共識，不僅需要管理層面的不斷推進，也需要技術層面的合理決策。

由三化管理辦公室推進，組織總體部門負責的架構團隊并邀請專業部門相關人員對頂層架構進行多輪次正式會議形式的對接。對于無法達成共識的問題，則由三化所級技術委員會決策，最終迭代出內容的完整性和顆粒度等方面既符合要求又達到專業部門認可、并經評審通過的頂層架構，以作為專業技術部門開展模塊規劃的依據。

同樣，由三化管理辦公室推進，在雙方對頂層架構達成共識的基礎上，組織專業部門負責的規劃團隊并邀請總體部門相關人員進行多輪次正式會議形式的對接。如遇意見分歧，同樣由三化所級技術委員會決策，最終形成既符合頂層架構又分解到位、細致精準、并經評審通過的模塊規劃，作為下一步模塊開發的依據。

在管理組織的不斷推進下，通過領域總體與專業技術的深度對接，并經過技術組織的合理決策，保證了頂層架構與模塊規劃的全面精準。

3.2.4.3 平臺化與模塊化融合，保證頂層規劃的落地實施

平臺化與模塊化的概念來源于汽車等大規模制造業，平臺化方法的核心在于實現同一平臺下、不同產品間零部整件的通用，模塊化方法則是進一步打通不同平臺之間的藩籬、以實現更大范圍的通用［11］。在實施產品平臺戰略時，如果為每個細分市場都開發一個平臺，而這些平臺之間又缺乏足夠的技術共享，也不利于降低開發成本或縮短開發周期［12］。在科技全球化背景下，模塊化設計在引導企業創新過程中具有重要作用，可以加快核心競爭力的突破式創新：華為在模塊化創新領域一直走在國內企業的前沿，在研發中通過控制產品核心模塊及核心模塊的設計能力來引領創新的趨勢［5］。

對于小批量、定制化的整機裝備，早期的三化工作一般只局限在整機中的部分設備，模塊一般只是在某一類產品中通用。要提升模塊的通用性，突破數量限制，產生規模效益，必須擴大格局，所以在構建頂層架構和制定模塊規劃的過程中，我們將平臺化與模塊化有機融合，不僅滿足單一平臺內小批量、定制化的產品需求，也力求尋找共性技術和共性需求，兼顧多平臺乃至多領域的產品。

在具體實施過程中，我們首先以領域總體為牽引，協同專業技術，對主營產品進行分析、分解和重構，明確產品能力和指標，逐層分解產品功能，映射到產品的硬件架構和軟件架構，并明確結構要求及相互間的機電熱接口等要求，從而形成完整的“平臺化”頂層架構，作為將產品進一步“模塊化”深度解構的輸入和依據。

接下來，以專業技術為牽引，聯合總體部門，對各領域產品進行更深層次的分解和重構，不僅提煉同領域產品的共性技術和模塊，而且還充分發掘相關領域間和不同搭載平臺間的共性技術和模塊，形成層次完整，功能、指標、接口等清晰明確的“模塊化”規劃。

在此基礎上，針對產品的瓶頸和痛點問題確定核心模塊，集中資源研發、突破，以解決長期制約產品降本增效的問題，引領產品的技術創新，提升產品在行業內的核心競爭力。

在構建頂層架構、制定模塊規劃的過程中，領域總體的“平臺化”方法與專業技術的“模塊化”方法互為支撐、緊密融合，實現了對產品各級組成的全面重構，不僅保證了架構的完整、模塊層次的分解到位，以及模塊間功能界面和接口的清晰，還兼顧了平臺間乃至領域間的共性技術和共性需求，為模塊研發工作以及新產品研制中的架構對標和模塊應用提供了全面完整的依據。

4 結束語

針對電子整機裝備三化工作存在的問題，通過查閱近年來關于產品平臺、產品架構、模塊化方面的文獻資料，借鑒其他行業的成功經驗，38 所探索了提升三化工作的新方法。

概括而言，在管理上，以系統的思想全面把握三化工作要素，建立完整、全流程的工作體系和標準體系，規范各環節工作；在技術上，科學制定頂層規劃，設法突破模塊數量的限制，最大限度地擴大規模效益，并且嚴格把控模塊的研發鑒定和產品應用，按需不斷升級頂層規劃和各級各類模塊。

關于組織和架構兩大難點問題，38 所也探索了解決方法：在工作組織方面，以“總體牽引、專業拉通”的理念，組建跨職能、跨專業團隊，為多平臺、多領域發展的裝備整機單位開創了一種簡約實用的三化工作組織模式；在架構即頂層規劃方面，探索運用“市場+技術、總體+專業、平臺+模塊”的綜合方法構建三化頂層規劃，在保證系統、模塊、界面三要素的同時，盡量擴大模塊的數量和規模效益，為新時期裝備整機單位制定三化頂層規劃探索出了一種有效可行的綜合方法。

38 所通過對組織與架構兩大難題的探索，通過全要素、全流程三化管理體系的建立，三化工作正在發生根本改變，初步實現了從自然“沉淀”模塊到主動“規劃”模塊的方式轉變，以及從“模塊”自下而上應用到“平臺+模塊”上下雙向組合應用的方式轉變。下一步，我們將繼續探索、優化三化工作方法，提升工作成熟度，使三化這種科學方法在新時期裝備整機研制發展中煥發新的生機。