淺談產(chǎn)品方案設計階段的“三化”設計

陳安升 薛濤

（中國航天科工集團公司三院33所，北京，100074）

淺談產(chǎn)品方案設計階段的“三化”設計

陳安升 薛濤

（中國航天科工集團公司三院33所，北京，100074）

文摘：簡析微機電慣性系統(tǒng)的特點及其在方案設計階段開展“三化”工作的意義，通過介紹某微機電慣性系統(tǒng)方案設計中的“三化”工作實踐，總結產(chǎn)品方案設計階段的“三化”設計經(jīng)驗。

方案設計；“三化”設計；微機電慣性系統(tǒng)（MINS）。

“三化”（通用化、系列化、組合化/模塊化）是標準化的三種形式，也稱標準化的三種方法。“通用化”即最大限度地擴大同一單元的使用范圍；“系列化”是根據(jù)同一類產(chǎn)品的發(fā)展規(guī)律和使用要求，對主要參數(shù)作合理規(guī)劃，將其型式與結構進行統(tǒng)一和規(guī)定；“組合化/模塊化”是對一定范圍內(nèi)的不同產(chǎn)品進行功能分析和分解，設計生產(chǎn)出一系列通用模塊或標準模塊，選取補充新設計的專用模塊、零件進行相應的組合。推行“三化”設計是發(fā)展武器裝備的一項基本政策，對發(fā)展我國國防科技和武器裝備具有重要的作用和深遠的意義[1,2]。

在產(chǎn)品批量小、任務重、時間緊等背景下，標準化工作的作用和效益不直接、不明顯，工作的開展有時不能引起足夠的重視甚至被視為可有可無。而一旦需求量大幅度增加，如何能夠滿足多樣的需求以及短期內(nèi)生產(chǎn)出符合要求的大量優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品便成了一大難題，并且量產(chǎn)后產(chǎn)品的可靠性和維修性也變得十分重要。在方案設計階段，“三化”的設計能有效解決上述問題。通過產(chǎn)品方案設計過程中的系列化設計，能夠滿足用戶對產(chǎn)品多樣的需求；通過模塊化和通用化設計，可以保證在短期內(nèi)生產(chǎn)出符合要求的大量優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，并且可有效提高量產(chǎn)后的產(chǎn)品可靠性和維修性。

微機電慣性系統(tǒng)是由微機電慣性器件組合成的微小型慣性系統(tǒng)，廣泛應用于機載/車載測繪載荷（合成孔徑雷達、激光雷達、分布式成像載荷等）運動誤差補償、小型/長航時無人機導航、制導炮彈導航、火炮穩(wěn)定瞄準控制等領域，能夠為使用對象提供位置、速度、姿態(tài)、角速率和加速度等重要運動參數(shù)。上述應用領域既有體積小、重量輕的共同需求，又有多樣化的不同需求：分布式慣性測量的需求、常規(guī)慣性/衛(wèi)星組合導航的需求、高精度慣性/衛(wèi)星組合導航的需求、適應于復雜戰(zhàn)地環(huán)境的深組合導航等的需求。面對眾多的需求，微機電慣性系統(tǒng)方案設計階段的系列化設計至關重要。為滿足市場對縮短研制周期、提高產(chǎn)品性能以及可靠性和維修性的要求，同時解決多樣化的需求，還必須進行通用化和模塊化的方案設計，以解決多型產(chǎn)品的研制與縮短研制周期、提高產(chǎn)品可靠性、維修性之間的矛盾[3,4]。

通過在方案設計階段的“三化”設計，充分發(fā)揮微機電慣性系統(tǒng)產(chǎn)品優(yōu)勢和技術優(yōu)勢，并使這種優(yōu)勢隨著市場形勢的改變而延伸和擴展，使企業(yè)具備以不變應萬變的主動性和對市場的應變能力，在短期內(nèi)提供滿足市場需求的高質(zhì)量、使用可靠和易于維修的產(chǎn)品[5,6]。筆者結合某型號微機電慣性系統(tǒng)“三化”設計實踐，談談產(chǎn)品方案階段如何開展“三化”設計工作。

1 方案階段的系列化設計

系列化設計是頂層設計，以滿足市場需求為最終目的。系列化設計直接影響了各個系列的功能模塊劃分，確定了相同功能模塊的通用化設計需求。根據(jù)多樣化的需求，在方案設計階段，將微機電慣性系統(tǒng)分為5個系列產(chǎn)品：輕小型慣性測量系統(tǒng)（MINS-A）、多源慣性組合導航系統(tǒng)（MINS-E）、單天線慣性/衛(wèi)星組合導航系統(tǒng)（MINS-N）、雙天線慣性/衛(wèi)星組合導航系統(tǒng)（MINS-D）和深組合導航系統(tǒng)（MINS-U）。其中，MINS-D為方案設計階段直接研制的基本型產(chǎn)品，其它4個系列通過替換基本型的部分功能模塊實現(xiàn)。圖1所示為微電機慣性產(chǎn)品方案設計階段進行系列化設計的方案。

為更好滿足市場需求，將用戶需求進一步細分，根據(jù)微機電慣性系統(tǒng)測量對象的動態(tài)特性和精度需求不同，將加速度計5個系列產(chǎn)品分為兩類：高精度型和低成本型。每個系列的加速度測量范圍從2g～200g可選，代號為A1～A6；陀螺儀有75（°）/s和300（°）/s可選，代號分別為G1和G2。表1所列為加速度計和陀螺儀指標，一般情況下，測量范圍和測量精度不能兼具。因此，用戶可根據(jù)需求自行選擇加速度計與陀螺儀測量范圍和精度。

表1 加速度計和陀螺儀指標

2 方案階段的模塊化設計

模塊化設計決定了產(chǎn)品系列化的實現(xiàn)方案，是產(chǎn)品通用化設計的基礎。模塊化設計有利于提高產(chǎn)品整體可靠性，便于產(chǎn)品維護。通過對系統(tǒng)功能分解，合理劃分功能模塊，通過模塊替換，相應增減或更改產(chǎn)品的部分功能，從而在短期內(nèi)形成多型優(yōu)化產(chǎn)品。

根據(jù)功能和系列化需求將微機電慣性系統(tǒng)分為慣性測量單元（JC）、接收機（KWX）、導航計算機（SD）、直流電源（HJ）、外殼（SH）和對外連接器體（OC）等幾個功能模塊，如圖2所示。

為滿足5個系列產(chǎn)品對各個模塊的不同需求，在方案設計階段，將其中部分功能模塊進行系列化設計。表2所列為5個系列產(chǎn)品所需的模塊組成。

表2 各個系列產(chǎn)品模塊組成

3 方案階段的通用化設計

通用化設計是在模塊化的基礎上實現(xiàn)系列化的有效手段。在模塊化設計的基礎上，對不同系列的同一功能模塊通用化，使得各個系列的功能模塊可以直接替換，從而在較短周期內(nèi)研制出多款優(yōu)秀產(chǎn)品。

在微機電慣性系統(tǒng)方案設計階段，針對5個系列產(chǎn)品的六大功能模塊分別進行通用化設計，其中直流電源（HJ）和導航計算機（SD）在5個系列產(chǎn)品的功能和需求相似度較高。因此，在方案設計時統(tǒng)籌考慮結構尺寸、安裝方式、電氣接口、通訊接口以及通訊協(xié)議等方面，使這兩個模塊兼容5個系列產(chǎn)品。而對于慣性測量單元（JC）、接收機（KWX）、外殼（SH）和對外連接器（OC）模塊，考慮到用戶在產(chǎn)品重量、尺寸、成本和功能等方面的需求差異，進行差異化設計，表3所列為功能模塊的通用化設計方案。

表3 各功能模塊通用化設計

從表3中可以看出，大部分主要功能模塊的系列化均借用成熟模塊，新研制模塊在充分利用成熟模塊的基礎上，做到結構和電氣接口兼容、功能升級，從而在研制一款產(chǎn)品時達到功能模塊成熟、通用，同時形成滿足市場需求的多個優(yōu)質(zhì)系列化產(chǎn)品。

綜上，產(chǎn)品的方案設計不能僅簡單地實現(xiàn)功能，而是應充分考慮市場需求，借鑒成熟模塊。通過合理的系列化設計，滿足市場多樣的需求。同時，對規(guī)劃的系列化產(chǎn)品進行功能分析與分解，進行模塊劃分，對分解出的模塊進行系列化設計和通用化設計，形成通用的一系列標準模塊。通過標準模塊進行組合，最終形成新產(chǎn)品。

隨著標準化工作在產(chǎn)品研制中的推廣與普及，“三化”設計重要性越發(fā)顯著。特別是在基本型產(chǎn)品方案設計階段，通過“三化”設計，可以在較短的時間內(nèi)研制出滿足各種需求的多款優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，提高產(chǎn)品的可靠性和可維修性。同時，充分發(fā)揮產(chǎn)品優(yōu)勢和技術優(yōu)勢，并使這種優(yōu)勢隨著市場形勢的改變而延伸與擴展，使企業(yè)具備以不變應萬變的主動性和對市場的應變能力，從而在短期內(nèi)提供滿足市場需求的高質(zhì)量、使用可靠和易于維修的產(chǎn)品。

[1]劉相浩．努力做好型號研制的標準化工作[J]．航天標準化，1995（3）.

[2]黃志遠．淺談型號研制標準化工作[J]．航天標準化，1996（3）.

[3]國防科學技術工業(yè)委員會．QJ 3201-2004地（艦）空導彈武器系統(tǒng)“三化”設計指南[S]．北京：中國航天標準化研究所，2004-04．

[4]陳紹章．談談慣性平臺“三化”工作[J]．航天標準化，1997（1）．

[5]盛步云，熊志勇．產(chǎn)品創(chuàng)新設計與設計標準化[J]．中國個體防護裝備，2011（1）．

[6]莫勇．淺析某型機慣導系統(tǒng)的快速研發(fā)[J]．航空標準化與質(zhì)量，2011（6）．

陳安升（1987年—），男，碩士研究生，工程師，研究方向：慣性技術，現(xiàn)從事慣性導航技術研究與慣性導航系統(tǒng)研制工作。