浅谈“三化”工作中模块型谱的确立

叶艳娟 赵晓明

（中航工业洛阳电光设备研究所， 河南 洛阳 471009）

“三化”是通用化、系列化和模块化的简称，模块化是核心。只有设计和生产出符合模块化原则的模块，才能形成系列化的模块产品，进而实现通用化的目的。新品研制过程中充分利用已有的模块进行移植和复用，才能优化产品结构，提高产品质量和可靠性，提高产品生产效率降低开发和生产成本。

如何确立模块型谱是模块化工作的一个重要组成部分。模块型谱的确立对企业进行模块化设计，提高设计效率和经济效益有着重要的意义。它不是企业模块的简单排列和汇总，而是要运用科学的理论和方法，在分析研究的基础上遵循一定的标准统筹编排而成。

模块型谱是通用化和系列化两种标准形式的有机结合与发展，能够指导未来该类模块的开发方向和规格型谱，满足较长时期内某一类或多类型号研制的需要。模块型谱的编制对“总结过去、支撑当前、引领未来、提高竞争力”有着重要的作用。本文将对模块型谱的定义及构架、意义及特点以及企业在推进“三化”过程中建立模块型谱的基本步骤，须注意的问题做一简单的探讨，以期对企业编制模块型谱起到一定的推动作用。

1 模块型谱的定义及构架

1.1 模块型谱的定义

模块在目前许多文献和资料中，尚未形成统一的定义。从不同的角度，有不同的理解，能够概括模块的基本特征，又比较简练的描述是：模块指可组合成系统的、具有某种确定功能和接口结构的、典型的通用独立单元。

模块是指由一些零件组装成的部件（单元），一般是指部件级以上的单元。模块作为一个单元一定要能从系统／组件中拆卸、分离和更换。不能从系统中分离出来的单元，不能算是模块。模块必须具有明确的特定功能。这种功能不依附于其他功能而独立存在，并不受其他功能的影响。没有确定功能的单元不能算是模块。模块结构必须具有典型性、通用性或兼容性，并往往可构成系列。模块的通用性通常体现在：互换性（可置换性）和兼容性。非典型的、不通用的单元（部件），不是模块，而是具有可构成系统的接口。具有独立功能，但无标准化或通用化接口结构的单元，不能算是模块，只能算是产品。

“谱”通常是指按照对象的类别或系统，以比较整齐划一的形式编辑而成的图表或文本。“型谱”就是按照对象的不同型号，以某种整齐划一的方式编制而成的图表或文本。

“模块型谱”则是按照模块的型号、规格编制成的表格或图册。某一模块的通用性是有限的，只能满足一定范围、一定条件下的不同使用要求。为了扩大模块的适用范围，就必须增加该类模块的型号和规格，构成模块系列。但模块的规格不能无限制的扩展，需要经过分析、比较、优选，用最小数目的不同规格来满足全部使用要求。将所有这些不同规格产品汇集整理，形成新的模块系列，这就是模块型谱。因此，模块型谱是能以最少数目的不同规格模块为标志、满足较长时间及一定范围内全部使用要求的模块系列。

1.2 模块型谱的构架

传统方法对目标的分析是单一的，美国Hall提出的系统工程方法则是跨学科的三维结构。用系统工程方法指导模块型谱的建立可提出模块型谱的三维矩阵，见图1。

图1 模块型谱的三维矩阵

图1中横坐标表示模块的层次大小。在特定产品系统中，由于模块层次较多，不便设计和查找，所以在制定模块型谱时，按照模块的层次的不同，可将模块分为几级。如在企业中模块可分为部件级、组件级或简单设备级。同时在不同的层次下按照模块的功能、性能、结构尺寸等技术特点进一步细分，可将模块划分为功能上相对独立的不同单元。

模块从设计到生产到定型后成为货架产品，要经过一系列的过程和检验。按照模块成熟度划分，可将模块划分为预研阶段、工程研制阶段、成熟阶段和定型阶段。由此可见，模块型谱实际上是一个由3个独立变量构成的三维体系。

2 建立模块型谱的意义和特点

2.1 建立模块型谱的意义

2.1.1 模块型谱是一种新的设计方法

企业在传统的方式下进行产品设计，是要根据总体提出的要求，按照结构将产品化分成不同的单元，然后再分别指定给特定的设计人员。设计人员对每一部分进行设计，最后将其组合在一起，形成一个产品。在这种方式下，产品的通用性和互换性都较差，每一个部件和组件互相之间都是结构相互独立，功能混在一起。这样既不利于产品的调试也不利于后期通用和维护。

使用模块化的设计方式，要从方案阶段就按功能划分需求。将产品分成不同的功能块，每个功能之间通过标准接口进行连接。然后按功能从企业的模块型谱中进行查询，看是否有符合要求的、可直接使用的通用模块。如果有则可直接用，否则看能否在模块型谱中某类基本模块基础上进行改进，形成符合需求的新模块，并增加在模块型谱中。采用这种方式后，产品设计就像搭积木一样，只要选对模块，就能方便快捷的组合出各类不同的产品。

2.1.2 模块型谱可提高企业的竞争力

目前许多企业都面临竞争日趋激烈，要对不断变化的客户需求做出迅速反应，不断地开发满足用户需求的产品去占领市场赢得竞争的局面。面对市场的变化，企业提出了要建立快速、敏捷的科研生产服务管理体系的要求。通过从市场、企业产品开发现状、产品销售及产品售后维修考察发现，企业为适应激烈市场竞争的需要，总是在不断的开发新产品，经过一段时间后，就形成了大量的产品，这其中不乏一些可以通用的、经典的模块；同时，产品中有很多并不是全新设计的，而仅仅是在以前产品的基础上通过改进改型来开发新产品的，如何快速、有效的利用原有的设计，就成为能否占领市场的关键。针对企业存在的这种问题，我们提出了“基于模块型谱”的模块化设计思想，其中的关键就是要建立起企业的模块型谱。这不仅是对企业核心技术的积累，也是对企业未来发展的引领，对全面提高企业竞争力，提高企业市场占有率有着重要的意义。

2.2 模块型谱的特点

2.2.1 通用性

模块型谱包含了企业产品中现有的、正在开发的以及有待开发所有的通用模块。通过其接口的标准化来实现通用性。凡企业产品需要的该类模块均可从模块型谱中选取。

2.2.2 多样性

对于同一功能但规格不同的需求，可通过模块型谱中的系列化来实现。它能适应多种产品的需求，可满足企业不同产品的选用需求。

2.2.3 稳定性

模块型谱的编制不仅要考虑目前企业的现状，还要考虑未来的发展方向。因此模块型谱应具有较长的生命周期，不会因为科学技术的发展而过早地被淘汰或要在结构上进行较大的变化。

2.2.4 先进性

模块型谱应具有先进性，要能指导企业产品的可持续发展。模块型谱不仅要代表企业已有的设计生产水平，还要代表企业同类产品的技术水平和发展方向。

3 企业建立模块型谱的基本步骤和方法

在企业建立模块型谱的实施过程中我们发现模块型谱绝不是简单的将同类产品中已有的部件、组件进行排列汇总，汇集成表格或图形。而是要在分析研究的基础上，遵循一定的标准编制而成。要建立模块型谱要按照以下几个步骤。

3.1 分析研究企业产品与技术的现状和发展方向，提取典型模块

企业生产的产品往往品种繁多，不仅限于一类或一种产品。在以往的设计方式下，功能相同或相似的产品又会仅仅因为一点小小的改动而形成许多不同的系列。这样就造成了企业产品种类繁多，每类中有又许多小的系列。同时，因为模块型谱是要指导以后的设计生产的，在编制模块型谱时要考虑模块的发展方向。要对当前和今后一段时间内型号研制对拟编制型谱的模块使用要求进行分析研究，了解国内外同类产品的技术现状和发展趋势。因此建立模块型谱时要首先对企业现有的产品进行梳理，完成对现有产品的特征参数、成熟度、与需求符合度及与国外对标等梳理工作，从中挑选出有代表性的、典型的模块。

3.2 对典型模块进行分析、汇总

保留成熟的可继续使用的模块，淘汰落后的、陈旧的模块。同时还要合并规格重复或相近的模块，去粗取精。

3.3 确立模块型谱的分类方式，构建模块型谱的框架

在进行模块划分时要坚持大小适中的原则。模块规模太大（划分的粗）则控制过于复杂，设计、实现、维护都不方便；反之模块规格太小（划分过细），则功能意义消失，模块之间关系增强，模块的独立性降低，从而影响模块的阶层结构。

3.3.1 模块层次大小进行分类

如部件级、组件/简单设备级。

3.3.2 模块结构尺寸进行分类

形成适应不同产品规模需要的结构模块系列。如电工、电子设备模块中，不同高度和深度的机柜模块、机箱模块、不同宽度的插件板模块所构成的模块系列。

3.3.3 模块功能进行分类

如数据处理模块、信号处理模块、图形处理模块、电源转换模块、大容量存储模块、显示驱动模块、总线接口模块等。

3.3.4 模块性能参数进行划分

如3/4ATR 单总线单MBI模块、3/4ATR 双总线双MBI模块、1/2ATR PPC CPU模块、1/2 ATR 8555EPMC-CPU模等。

3.3.5 按基本型和扩展型分类

基本型模块应是构成模块系列型谱中的主导模块，它是构成产品中最典型的、规格适中的、通用性较大的、结构和性能较好且较可靠的模块。而扩展型模块，则是为适应具体产品的功能差异，而对基本型模块作某些修改后所得的模块。由基本型模块系列可以组合成基本型系列产品，在此基础上可以发展出派生、变型系列模块，产生各种派生、变型系列产品。

3.4 编制模块型谱规范

模块型谱的编制需要标准和规范进行支持和补充。通过制定相应的标准和规范来约束和指导型谱的设计和研制。

3.4.1 分类规范

企业中的模块最终以什么标准进行划分，划分的原则和分类的方法都要以标准的形式明确的进行定义，这样才不会在使用时产生重复和歧义。

3.4.2 编号规范

模块来源于产品，但又高于产品。模块型谱中的模块如何进行编号，如何脱离型号产品独立使用，要由相应的编号标准进行规范。

3.4.3 命名规范

模块型谱要看起来整齐划一，必须要有统一的命名规则。为方便查找和使用，名称中可包含简单的尺寸结构、主要性能及模块类型等信息。

3.5 形成模块型谱

把企业产品模块纳入型谱架构中，将梳理出的有需求的、符合特征参数的典型模块按模块型谱的划分标准和编号、命名方法列入型谱之中，形成模块型谱。

4 模块型谱在企业应用中的几点建议

4.1 前瞻性原则

在编制模块型谱时，不能只考虑眼前，还要考虑未来一段时间内的使用需求；不仅要研究企业已有的模块，还要研究国内外同类产品的技术水平和发展趋势。编制的模块型谱不仅能为当前设计服务，还能引领企业未来发展的方向。

4.2 动态构建原则

模块型谱的确立是一个逐步调整、逐步充实，不断完善提高的过程，因此在编制模块型谱时要动态地构建，既要考虑到模块的可扩展性，又要考虑到模块的可维护性。要使编制的型谱在今后一段时间内使用时既不能有重复又要能覆盖到全部的使用要求。在此过程中还需要适当的解决过渡中技术继承性和模块复用性等问题。同时，对模块谱系在投入使用后，不应高枕无忧，而应随时关注模块产品设计动态，运用反馈的信息，及时地、能动地对模块型谱进行必要的调整、修改、扩展，要防止思想僵化、因循守旧，这样才能使整个型谱更具生命力。

4.3 建立数据平台

制定模块型谱可使企业的成熟经验和成熟技术以图表的形式清楚的固定下来。但模块型谱只是模块的一个索引表，其中收录不是模块的实体。要想在产品设计时，充分使用型谱中的模块，则必须要建立一个数据平台存放它们。如我所在信息化的基础上，建立了所通用件库和所标准件库（包括名称、代号、规格、使用说明等），将型谱中的模块按其成熟度分别存放其中。对于新设计的还在预研或工程研制阶段的通用模块，将其归入所通用件库，而将经过定型检验的、生产批量大的模块归入所标准件库。这样通过两个数据库将模块型谱中的模块进行管理，使设计人员在使用时既能在型谱中方便的查到所用模块的型号，也能在库中快速的找到模块实体。

4.4 编制相应的模块规范

模块型谱中的模块是企业经验和技术的积累，最终将转化为企业的核心竞争力。因此在模块型谱编制完成以后，企业还应为型谱中的每一类规范化模块编写模块规范和使用说明书。内容应包括模块的主要功能、性能、物理特性和接口特性、使用环境、适用范围等。这样才能使编制的模块型谱在设计使用时真正的发挥作用。

5 结束语

编制模块型谱要有明确的目的和目标、正确的措施和途径并制定实施计划。目的和目标需透彻明确，必要时要进行调研做出需求预测；措施和途径要包括制定模块型谱的对象、方法和相关规则的标准的制定。制定实施计划要科学分工、逐步实现。充分利用各种资源，力求提高效率，早见成效。

[1] 金烈元. 武器装备的通用化、系列化、组合化[M]. 北京：国防工业出版社，2008.

[2] 童时中. 模块化原理设计方法及应用[M].北京：中国标准出版社，2000.

[3] 贾延林. 模块化设计[M]. 北京：机械工业出版社，1993.