产品研制中开展“三化”工作的思路研究

孟翠玲

（南京机电液压工程研究中心，江苏 南京 211102）

在市场竞争日益激烈的今天，客户对产品的需求越来越个性化，导致产品的形式越来越多样化，承制方为满足需求而生产的产品品种也变得越来越繁杂，很容易造成产品品种及其相关要素的重复和混乱。针对这一现状，只有建立起一个结构、功能齐备且能满足需求的人工产品系统，才能既满足市场需求又对产品生产进行有效的规范化管理。“通用化、系列化、组合化（模块化）”（简称“三化”）就是对产品进行系统的规范化控制的有效手段，它通过对产品的优化设计，使之简化和统一，对发展进行预测，使已有技术成果被综合利用、开发，逐步实现对产品的有序控制和管理。2004年2月19日，国防科工委颁布了科工法[2004]176号文《武器装备研制生产标准化工作规定》，强调深化型号标准化工作应重点开展产品通用化、系列化、组合化（模块化）设计工作，将“三化”设计作为重要的设计思想和设计准则之一；型号产品的设计也将“三化”作为发展武器装备的重要原则，并列为军用标准化的任务之一。由此看来，“三化”已成为我国发展武器装备的一项重要技术政策，作为航空机电研究中心，我们应与时俱进，积极开展“三化”工作，在确保圆满完成型号任务的同时，有效实现对产品的规范化管理。

本文通过对“三化”工作的研究与探讨，剖析产品研制中开展“三化”工作的具体思路。

1 “三化”工作的研究内容

1.1 通用化

通用化是最大限度地扩大同一单元使用范围的一种标准化方法或形式。即通用化是选择或研制具有互换性的通用单元，它是以互换性为前提的。通用化单元的通用性越强，应用范围越广，其效果越好。

通用化是在系统中最大限度地使用通用单元。这里的通用单元可以小到某个零件，甚至某种结构要素、某种原材料的品种和规格，也可以大到分系统、系统。以提高系统重构能力及后勤保障能力并降低费用。例如在海湾战争中，美军将空军用JP-8煤油型涡轮喷气燃油通用于坦克、地面车辆、飞机和部分舰船，大大方便了油料补给，有效提高后勤保障能力。南京中心飞机燃油系统附件产品种类很多，目前已申请型号的产品有200多项，但按其结构和功能可以归类为：油泵类、控制活门类、管路附件类、油面信号类等。各类型的活门在不同种类或同一种类不同型号产品中使用率很高，主要用于打开和关闭燃油管路，常用形式有压胶活门、锥形活门、球形活门、菌状活门、碟形活门、浮子活门……（有些是以独立产品形式出现，有些作为产品的构成单元出现）其中结构、功能相似者众多。这些若可以归类做成各种独立的通用单元（通用零部件），如电磁活门、球面密封单向活门等，就大大减少了整个产品中构成单元的种类及所需配件的数目。

通用化与通用单元有着密切的关系，要实现产品通用化必须首先做到产品构成单元的通用化；反之，通用单元的好坏又以通用化程度为衡量准则。通用化是通过贯彻统一的标准和规范来实现的。通常需制定通用单元机械结构标准、接口标准、产品规范等。产品研制部门可根据功能要求灵活地选用各种通用单元，配以少量的专用件构成专用产品。

1.2 系列化

系列化是根据同一类产品的发展规律和使用需求，将其主要参数按一定数列作合理安排或规划，并对其类型和结构进行规定或统一，从而有目的地指导同类产品发展的一种标准化方法或形式。

系列化既包括了整机产品的系列化，又包含了通用单元自身的系列化。系列化包含了二层意义：一是制定基本参数系列，编制产品系列型谱。基本参数是确定产品功能范围、规格尺寸的依据，基本参数系列是指导产品品种发展的依据；系列型谱是在基本参数系列基础上，表示基型与变型产品关系以及产品发展总趋势的品种系列表。例如：活门类产品是否可按密封形式分成多种系列，每种系列再按主参数（如单向活门、电磁活门按通径来分）分为多种规格，供新产品研制时选用。二是产品结构系列设计。产品结构系列设计是指以有代表性的典型结构为基型，对产品进行同一系列不同参数的设计。基型选择时，应选择有代表性，规格适中、用量大、结构先进、有发展前途的型号产品或通用单元作为基型。

1.3 组合化（模块化）

组合化（模块化）是在对一定范围内的同类产品进行功能分析和结构分解的基础上，划分并设计、生产出一系列通用模块或标准模块，然后从其中选取相应的模块，并补充新设计的专用模块和零部件一起进行相应的组合，以构成满足各种不同需要的产品的一种标准化方法或形式。

组合化（模块化）是采用分解和组合的原理。在航空武器装备中，组合化的对象一般是分系统和设备级产品，通用模块应具有独立的功能和结构。例如南京中心压力加油控制活门类产品即可开展组合化（模块化）设计，压力加油控制活门产品按其功能和结构一般可分解为正常控制部分和应急控制部分，其每一部分的控制功能基本是通过相应的活门来完成的，如果预先建立各类活门通用模块系列，那么就可以在各类活门通用模块系列中选择相应活门模块组合成新产品压力加油控制活门，缩短产品研制周期，快捷满足用户需求。某设计部首次研制的地面压力加油系统由压力加油控制活门、油面控制器、磁浮子开关、压力加油控制盒等组合而成，其压力加油控制活门、油面控制器、磁浮子开关等均为成熟技术产品，如果能够有目的进行开发研究，作出压力加油控制活门系列产品模块、油面控制器系列产品模块、磁浮子开关系列产品模块等，那么，在系统设计时，采用组合化设计，我们就可以组合出多种压力加油系统。组合化有利于产品的改进和品种发展，组合化可使生产形成专业化、降低成本，大大提高产品综合保障能力。

1.4 “三化”的共同点

1.4.1 具有相同的目的

都是为了充分利用现有成果，最大限度地减少同一水平上的重复劳动，以有限的品种、规格满足多样化需求，达到缩短研制周期、降低成本、提高质量和可靠性、简化维修和后勤保障及提高效益的目的。

1.4.2 具有相似的理论基础

都是建立在继承性原则和互换性原理之上的。

1.4.3 具有相同的对象

“三化”的对象极其广泛。就产品而言，既可是硬件，又可是软件。从系统、分系统、设备直到零部件和结构要素都是“三化”的对象。

1.5 “三化”的联系与区别

“通用化、系列化、组合化（模块化）”都从不同的角度体现了标准的统一、简化、协调和选优的原理，它们属于标准化工作范畴，通用化和系列化两者在压缩品种、简化事物方面都是相同的。从某种意义上讲，系列化的各种规格的产品实质上都在相应的一定范围内通用。通用化是系列化的基础和前提。组合化（模块化）不但具有通用化的特征，而且具有系列化的特征。组合化（模块化）是分解和组合的过程，而通用化则不是这样。组合化（模块化）的模块是分解的产物，具有很强的通用性和组合性，而且通用互换的层次是部、组件级以上，其更强调的是功能的独立性，而通用化的通用单元不是功能分解的产物，绝大多数不具备模块（即功能的独立性）的特征。系列化也是组合化（模块化）的一个特征。如果通用模块不形成系列，就不能满足对系统多样的要求。系列化是在实现同样功能的情况下，具有不同技术参数、不同结构尺寸的一组产品。组合化（模块化）是为了研制具有多种功能的不同产品，不是某一产品，而是一组不同功能的不同产品。组合化（模块化）是以通用化、系列化为基础，又高于通用化、系列化的一种高级形式的标准化方法。

2 “三化”研究工作的必要性

“三化”设计的实质是在对同类产品进行功能和结构分析的基础上，优化设计出通用的功能结构，提供给同类产品直接选用，以实现重复利用现有的技术成果，最大限度地减少重复性的劳动，从而缩短研制周期、节省研制费用。

新产品研制可分为成熟技术的继承和新技术创新两部分。在技术创新部分中，有属于技术性能提高和发展的内容，有改善及提高可靠性和工艺性等方面的问题，包含面甚广，要解决的问题也比较多。针对产品研制中的共性问题，需选择与“三化”密切联系的课题，开展“三化”研究工作。

我国某型号导弹导引头从研制到定型用了17年时间，由于预先开展了 “三化”研究，在随后的派生改型中，52种部件中有24种是通用的，其它28种也是在原有基础上进行改进，这样在产品研制中设计、试制、试验工作量大大减少，只用了2年半时间就完成设计定型。

南京中心某型号中3项燃油泵类产品在设计定型前由于开展了通用化研究，设计定型时采用了通用化设计，产品中某部件的零组件数量由原来的39个专用零组件减少为13个通用零组件，这13个通用零组件构成一个通用部件，且按成件管理，每年统一投产。据统计计算，采用通用化设计后产品设计费用可节约1.23万元，工艺文件编制费用可节约4.68万元，工装设计费用可节约17.55万元，复制费用可节约1.88万元，工装制造费用可节约50.4万元。又如南京中心某型号中多处使用的柔性接头，多项雾化喷嘴产品等，其结构相似，具备“三化”研究的条件；热交换器类产品目前约42项，其中已初具系列的种类有不锈钢制热交换器（板翅式）、初级热交换器、次级热交换器、回热器、冷凝器等；控制系统电子产品的单元电路，如电源电路部分，数据采集部分，数据处理部分，控制输出部分等，也需加强“三化”研究。在国外，美国机载计算机研究最具坚实基础，为了实现其机载计算机的通用化、模块化，就运用了典型的有关机载计算机的3个军用标准，即MIL–1750A、MIL–SFD–1553B、MIL–SFD–1589C（指令系统结构、数据传输总线和军用高级语言），据此形成了一系列符合上述标准的计算机模块。从而简化了设备间的连接，减轻了质量，减小了电磁干扰，实现了信息共享，解决了系统功能和处理能力的综合，改变了相互独立的分散式系统结构方式，建立了模块化结构方式。使用此种通用模块的航空电子系统，主要装备在F–15E、F–16等军用战斗机上，且在海湾战争中证明是卓有成效的。由此可见，为做好产品的“三化”工作，开展一些“三化”研究工作是必要的，可以为“三化”工作的深入开展，建立良好的基础。

3 产品研制中如何开展“三化”工作

提高产品“三化”水平的有效途径是：具体运用系统工程的理论和方法，在产品研制中开展“三化”工作。如何组织实施“三化”工作，下面谈几点看法。

3.1 将“三化”研究课题纳入型号预先研究中

“三化”研究工作需系统筹划，进行大量的分析、试验验证。由于经费有限，可将“三化”研究工作纳入型号预先研究中，解决经费问题，使 “三化”研究工作得到全面有效的开展。首先，可在型号的预先研究中利用继承性原则科学地确定预先研究产品的品种、规格和系列，利用标准化的基本原理，对在研的各种产品，进行统计分析、充分论证，分别将其主要参数、形式、尺寸和基本结构等进行选优、简化、作出合理的安排，研制出一些基本型产品，并尽可能作成具有高度使用兼容性的产品（即一物多用）；然后，在随后的型号研制中，合理利用基本型产品标准，应用在具体型号的科研生产上，以避免大量的重复劳动；最后，根据需求有继承的发展，形成派生型产品。逐步形成系列后，可编制一系列标准，如：产品标准、系列型谱标准、接口标准。这些标准，对内，可直接或间接地体现出显著的经济效益；对外，可获取“标准的话语权”，并利用先进的技术占据“标准的制高点”，最终可望出现挟 “标准”以令“诸侯”的最佳局面。

3.2 进行各型号同类产品的系统论证

各型号同类产品的系统论证，是指要摒弃以往按型号开展“三化”设计工作的习惯，把用于各型号的同一类产品作为一个整体进行系统考虑，以同类产品作为一个整体进行 “三化”研究，在对同类产品系统分析的基础上进行目标分析。从而找出实现整体最佳的要求，确立最佳的目标，从各类型产品的原材料、元器件、设计、工艺、检验、试验、测试、使用、维修、运输、贮存和管理等现有的主要环节，都要研究其相应的标准化问题，提出关于结构、参数、试验方法等方面的通用化、系列化、组合化（模块化）要求。然后，根据型号研制的要求和国内外技术发展的趋势，初步分析“三化”的可行性，提出“三化”研究课题。

3.3 研制新产品时，结构要具有继承性

“三化”是设计思路、管理思路和发展思路的变革，要从过去单纯按型号思维和管理的模式中转变过来，正确认识继承和创新的关系，摒弃那些无实际意义的标新立异。树立技术创新与继承相结合的思想；在产品的换代发展中，在研制新产品时，合理地使用老产品上具有高技术性能的部件的结构设计，实现继承性这条原则，一方面可使新产品在结构上达到一定程度的通用性，降低对新工艺设备的需求量，另一方面可稳定产品的结构，降低研制风险、提高产品可靠性。目前我们南京中心的“三化”工作虽然取得了一些成绩，但还存在一定的问题，如部分设计人员没有从全局考虑，不愿意采用借用件，认为用计算机多绘几张图也很方便，免得以后登记、盖借用件章；有的设计人员将计算机中其它相同的零件图样调出，只修改其型号、代号，稍作改头换面将其变为专用件图样。这种现象长期发展下去，必将导致继承性设计的重要载体——借用件逐渐销声匿迹，失去借用件也就失去了通用化工作的一项重要途径。从一个孤立的产品来看，这种现象并不感到其严重和危害，但从整个产品系统来看，就会发现这种状况导致资源浪费、效率低下。从长远看，不能满足产品技术发展的需求。

3.4 加强零部件的通用化设计,改进生产管理模式

“三化”最基本的工作是进行零部件的通用化设计，建立“‘三化’资源数据库”。

美国在研制第三代飞机F–16时，其备件种类多达437种，而第四代飞机F–22由于大力推行通用化、模块化，使所需备件种类降为43种，大大提高了武器装备的可靠性、维修性和后勤保障能力；1993年美国国防部将海军A/F–X先进攻击机计划和空军MRF多用途战斗机合并，搞了一个空海军通用的 “联合先进攻击机计划”，这样使空海军飞机71%零部件可以通用，电子设备硬件90%～95%通用，软件100%通用。仅此一项全机的全寿命周期费用降低约40%。为提高通用化，我国的小口径枪族各分系统联合开展通用化设计，各种枪的通用化程度均很高，例如：步枪全枪零件种数95种（不含弹具和附件），通用件零件种数高达74种（不含弹具和附件）；机枪全枪零件种数97种（不含弹具和附件），通用件零件种数高达74种（不含弹具和附件），根据需要，可随时组装，80%的零部件在步枪、机枪、短步枪之间通用，从而使零部件品种大大减少，快捷满足战时需求，提高互换性。因此，在型号研制中，须加强零部件的通用化设计。

加强零部件的通用化设计，离不开利于零部件通用化的有效的生产管理模式。目前，以型号产品为单位进行生产管理，这种生产管理模式使得我们的借用产品、通用产品无法以产品的形式充分发挥其应有的作用，借用产品变成了借用图纸。在计算机绘图的年代，绘制一张相似的图纸实在太容易了，设计人员不愿意仅仅为少画几张图纸而去采用借用件。所以，借用件、通用件、系列件的生产迫切需要改变现在的生产管理模式，以零组件为单元统一管理、投产。

3.5 注重理论与应用的研究

随着“三化”工作的逐步深化，要注重“三化”理论与应用的研究。结合各专业产品的特点，应组织力量作好顶层设计和长远规划，使“三化”研究与型号预研、型号研制有机结合，形成良性循环机制，避免“三化”和型号预研、型号研制的脱节，减少失误，使“三化”工作始终建立在正确的理论指导和牢固的技术基础之上，在产品研制中发挥重要的作用。

3.6 通力合作、发挥各方作用 建立有效激励机制

“三化”是一项涉及面广，协调关系复杂的技术工作，产品工程技术人员和标准化人员，是开展“三化”工作的骨干力量，开展“三化”工作无论对工程技术人员，还是对标准化人员都提出了更高的要求，双方要通力合作，充分发挥各自的作用。标准化人员应把开展产品“三化”设计作为标准化工作的出发点、落脚点，切实起好先导、保障和服务作用。为型号开展“三化”工作充分准备和提供可执行的标准，并指导标准的实施，参与研制过程中对“三化”工作的监督检查和阶段评审，为型号开展“三化”工作提供各种技术服务。

为鼓励设计人员采纳 “三化”设计思想，应将产品“三化”程度作为产品设计水平高低的重要标准之一，建议建立专项资金开展 “三化”工作，用于开发大量的“三化”产品应用于众多型号，使创新与继承得到真正有效结合，并在保证进度和质量上发挥重要作用，同时建立有效的激励机制，对在产品设计中开展“三化”设计的有功人员进行奖励，促进 “三化”工作的深入开展。