面向知識重用的產品“三化”設計方法探究

程斌 王雷

摘 要 當前，各個企業對于新產品的開發逐漸開始采用設計重用的方法，不僅有利于提高產品的設計、制造、服務水平，同時還可以達到降低產品成本、提升產品的可靠性。基于知識重用的產品“三化”設計方法可以利用已有產品設計方案及成熟的經驗，通過通用化、系列化、組合化的標準化原理和標準化方法使產品的研發、質量、售后等得到更有效保障和更好的成本控制。本文就面向知識重用的產品“三化”設計方法的應用進行了分析。

關鍵詞 知識重用;設計管理;標準化;三化

企業在開展新產品的開發設計時，為保證工作效率和產品品質，基于知識重用的設計方法強調通過利用已有的設計成果，使產品設計得到合理的描述與管理，并且使產品的設計知識得到更廣泛、更持久的有效應用，縮減新產品的設計周期，降低設計成本，同時通過對相關設計知識的獲取、表達、組織、共享、檢索、運用以及更新等手段，使產品設計的創新能力和設計速度得到提升。當前，針對基于知識重用的設計方法主要是基于標準化設計而開展的通用化、系列化、組合化設計工作，產品設計“三化”的程度直接反映了產品設計水平的高低。然而目前針對產品設計的“通用化、系列化、組合化”工作因受多種因素的制約，還處于起步階段，在實際應用中還存在諸多急待解決的問題。

1 基于知識重用的設計理念

基于知識重用的產品設計，是通過可知重復利用的設計相關知識用完成相關設計的信息、規則、方法等為新的設計提供依據的過程。其中，設計信息是指設計輸入與設計結果中以信息化形式存在的內容，如設計需求、設計條件等;設計規則則是指包括輸入條件、輸出結果、推理過程在內的三元形式的表現，如工程設計原理、工程設計規范等;設計方法則是指利用設計信息和設計規則完成產品設計的過程。在實際的設計過程中，常常出現沒有可直接參照的現成的設計規則，但是可以通過將設計規則分解成各個子問題從而找到解決設計規則的方法。由此可知，以設計信息為載體形成的隱式設計知識，可以形成設計規則;而通過設計規則對設計信息中包含的知識進行歸納和形式化描述，即可形成顯式的設計知識。也就是說，基于知識重用的設計，是標準化應用規則推理和實例推理的過程[1]。

2 “通用化、系列化、組合化”的基本概念

“通用化、系列化、組合化”是面向知識重用的產品標準化設計的三種形式，也是標準化設計的三種方法。

2.1 通用化（generalization）

通用化是以互換性為前提，將同一單元的使用范圍擴大到最大限度的標準化形式，在系統中盡可能使用相同的模塊，可以在降低費用的同時提高系統重構能力和后勤保障能力。在實際應用中，通用化單元的重復性利用越高，應用范圍越廣，應用效果就越好。目前，連接標準件是最普遍應用的通用化件，由于連接件的功能幾乎相同，因此主要采用各種獨立的通用模塊來制作螺栓、銷、軸承等零件。通用化在應用中的重點是強調規范、標準，涉及通用化標準的內容包括系統標準、模塊功能技術規范、模塊接口規范和模塊機械結構標準等。通用化在實際應用中于模塊化的關系非常密切，想要實現通用化，需要首先做到模塊化，而通用化的準則是否達標也可直接影響到模塊化的好壞。

2.2 系列化（Seriation）

從同一類產品的發展規律和使用需求出發，對相關產品的主要參數進行合理的安排、規劃，使其同類產品的形式和結構形成規定統一的形式，即是系列化的特點。在實際應用中，系列化可以是物理結構的系列化，也可以是功能分配的系列化。

2.3 組合化（combinatorization）

在產品設計中，基于產品功能的分析和分解將其產品設計和生產形成一整套通用模塊或標準模塊中的某些模塊，與新產品設計專用模塊進行組合形成不同的產品，即為產品設計中的組合化形式。模塊化強調功能分割，每一個獨立的模塊可單獨完成一個相對完整的任務。從組合化的功能出發，可分為組件化（unitization） 和模件化（modularization） 。

模件化指對可進行分解與合成的具有特定功能的基本單元的模塊設計，在對于高新技術進行更新換代、品種發展、簡化維修、降低成本方面具有非常重要的作用。

組件化則是針對特定功能進行系統結構關系的分解與合成，對于推進產品的改進和發展、提高產品綜合保障能力具有重要意義[2]。

3 “通用化、系列化、組合化”的共同點

3.1 具有相同的目的

三者都是在知識重用的基礎上，充分利用現有成果，在產品設計過程中盡可能減少重復勞動，達到用最短的設計周期、最低的成本，獲得高質量、多品種、多規格的多樣化產品設計、生產的目的，并使產品的維修簡化、后勤保障提高。

3.2 具有相似的理論基礎

三者的工作原理都建立在再利用現有技術成果的繼承性原則和開展系列化、組合化的互換性原理之上。

3.3 具有相同的對象

三者都是為產品設計提供服務，涉及的對象包括產品的硬件、軟件、系統、分系統、設備、零部件、結構要素等。

3.4“通用化、系列化、組合化”的區別與聯系

通用化與系列化之間的聯系在于兩者在壓縮品種、簡化事物方面的相同性，產品各種規格的系列化正是在一定的通用范圍內實現的，也就說通用化為系列化奠定了基礎。

組合化則同時具備通用化和系列化的特征。在組合化的分解和組合過程中形成具有很強通用性、組合性、系列化的模塊，并可在部、組件級以上層次通用互換，但通用化不能產生分解產物，且系列化做不到在不同產品的功能體現。從這個角度來說，組合化是建立于通用性、系列化但高于兩者更高級形式的標準化方法。

3.5 應用實例

本文以某軍用電子產品的設計實例入手，就基于知識重用的“三化”設計方法進行說明。