淺談模塊化思路下航天產品的創新著眼點

王雪梅、胡元威 /北京宇航系統工程研究所

創新理論最早由美籍奧地利學者熊彼特在其著名的《經濟發展理論》中提出，他認為創新是一種新的生產要素組合，并將之引進生產體系，這種新組合包括引進新產品，引入新技術，開辟新的市場、新的原材料供應來源和實現一種新的工業組織。不同學者從不同視角將技術創新分成不同的類別，根據變化程度可以分為根本性創新和增量創新；根據對象可以分為產品創新、工藝創新和服務創新；根據推動力來源可分為技術拉動型創新和市場推動型創新等。

一、模塊化創新的概念

美國學者亨德森和克拉克在1990年提出了模塊化的創新研究思路。模塊是指半自律性的子系統，它可以通過標準的界面結構和其它同樣的子系統按照一定的規則相互聯系而構成更加復雜的系統或過程，模塊本身也可以被看作是一個相對復雜的系統，構成模塊的結構部件在模塊內部有著強聯系，而與其它模塊有相對弱聯系。他們根據核心組件和模塊連接方式的不同將創新分為突破性創新、構架創新、模塊化創新和漸進式創新等4類，如圖1所示。

漸進式創新更加關注產品組成模塊的完善和拓展，而核心組件與組件間的連接方式不發生本質性改變；突破性創新是指建立一個新的主導設計，新的設計理念將體現在產品的組成模塊中，并采用新結構將其連接；模塊化創新是指核心設計理念變化而產品結構不改變；構架創新是保持核心設計理念不變，組成模塊之間的連接方式發生變化。事實上，常因組成產品的模塊發生變化而導致模塊間出現新的整合或連接方式，進而產生構架創新。

模塊化思想是簡化復雜系統的一種有效方法，它可以將相互依賴的復雜系統分解為相對簡單又由既定規則聯系的模塊來處理，而模塊間的不同組合以及不同模塊之間的相對封閉性也推動了創新的產生。在這一思想下，創新可針對獨立模塊進行，通過單個模塊的完善來改進局部的功能；也可通過創造更加有效的聯系規則改善系統整體功能，以更好地滿足用戶深層次的需求。此外，模塊化理論也推動了內部管理和行業分工的改變，形成了以核心企業為主導，通過設計規則重組產品創新系統理論與知識，并利用成員企業之間的技術競爭推動產品的創新進程，由此形成企業之間緊密協作、分工明確的模塊化創新網絡。

圖1 模塊化思路下創新的分類

二、以模塊化思路看航天產品的創新著眼點

“創新是企業、社會發展的不竭源泉”，它孕育于設計、生產的各個階段，孕育于工作的點點滴滴，有其偶然性，但也需要氛圍和激勵，會因組織的有效引導和關注而有側重的“應運而生”。不同種類的創新意味著不同的風險、收益、組織變化和資源要求，以系統工程為主要特點，以保成功為第一要務的航天領域對創新激勵和管理更有著特殊的意義，因此更需要組織對創新活動有所引導，針對不同的產品階段和特點采取不同的創新思路。

雖然航天領域研制的產品往往是復雜的大系統，未必能簡單地以模塊進行完全拆解，但依然可以借鑒模塊化理論進行思考。型號的總體設計類似于產品的構架，各分系統可看作是一個個大的模塊，也可以廣義地把某項可轉化為功能的專業能力看作模塊，如瞄準專業相關的創新和研制活動，可用模塊化的理論去類比。根據工作目的和特點的不同，創新的著眼點也應有所側重，如圖2所示。

圖2 不同研制工作的創新著眼點

成熟型號、產品已經經過多次飛行試驗的驗證，一般具備較好的性能和較完備的生產、測試流程，可根據實際需要進行漸進式的增強和完善；若無特殊需要，其構架/總體設計思路和核心組件/系統不宜作重大調整，以便既可以滿足產品不斷優化的需要，也可以保證穩定性。

在研型號一般在立項之時就已定下基本構架、主要性能指標等，思路方案和產品架構一般不會再有顛覆性的改變，更多需要提升模塊能力，特別是核心組件/系統的性能，以實現預期功能。

對于新領域拓展，無論是涉足新的領域與當前市場占有者競爭，還是有計劃地進入未知空間，都要依靠已積累的技術/產品優勢進行研發、探討，需要在現有優勢模塊/系統/技術的基礎上進行構架或設計思路的創新，以便開拓新的應用空間、進入新的市場，否則貿然進入完全陌生或沒有比較優勢的領域，很難獲得成功。

對于預研創新，無論是技術還是產品，都面向未來發展，面向科技前沿，創新靈感可能源于需求，也可能源于技術進步，雖然創新和探索的過程也依靠技術積累、行業經驗，但畢竟是開創全新事務，可以天馬行空，盡顯想象力、創造力，進行全新的設想和大膽的嘗試，不必拘泥于現有的架構，也不必局限于現有核心能力。

中國航天科技集團有限公司第3次創新大會將科技創新提到了新的高度，但面對持續高強密度發射、研制與批生產并重的艱巨任務形勢，以及軍民融合深度發展的新趨勢，處處開花并不容易。找準著眼點，可以專注于特定方面，有目的地進行研究、探索利于創新的產生；明確了目標和方向，也便于把有限的人力、物質、時間資源分配在必需的地方，有的放矢、事半功倍。

三、模塊創新的特征與策略

恰當運用模塊化思路完善組織的創新和管理體系，可提高創新效率，增強組織活力，更好地展現技術水平，滿足并創造市場需求。就航天企業研制工作的實際而言，采用模塊化視角促進創新還有一些相關問題值得探討。

1.模塊化與復雜系統

模塊化思路下的設計及組織管理需對現有產品進行集成與整合，使之“形成”或“可劃分為”清晰的功能模塊，通過標準接口連接，進而根據實際需要進行模塊和構架的設計、變革。根據文獻研究和產業實踐，模塊集成、劃分本身也是一項重大挑戰，如何恰當地將運載火箭等航天產品這樣巨大的復雜系統進行分解，并定義成不同的模塊，需要系統思考、科學決策；各模塊間的協調性和聯系規則對模塊變化的適應性也將直接影響創新效率，甚至有學者認為復雜系統由于拆分困難、接口界限不清等原因不適用于模塊化思路。

廣義的講，模塊化更可以看作是一種新的方法和視角，未必拘泥于模塊的劃分，況且航天產品總體與分系統的研制模式本身已具有一定的模塊化基礎，某個子系統甚至單機產品也可以被當作一個整體，運用模塊化思路進行創新設計。隨著模塊化的深入，可以逐步精細模塊的分解，以便于總體單位對規則的制定、對各模塊層級的管控和對創新的引導與實施。深厚的技術積累、豐富的工程實踐經驗是科學劃分產品模塊、深刻了解哪些模塊和構架可以變革、變革后可以實現何種功能的前提。

2.模塊化與產品化

模塊化概念自提出以來，常常被與產品化混淆，實際上兩者既有相似性，又有顯著差異。模塊化和產品化都需將產品依據某種原則劃分為或部分劃分為一些組件，可以規范接口，為消費者提供多樣化的產品，方便產品的測試、組件的替換和升級。產品化更多的是面向（較）大規模生產制造，強調產品的標準化、系列化、量產性和性價比等；而模塊化主要是面向設計，注重產品結構的集成、優化、重組，進而實現模塊功能的獨立、簡化、完善和創新。一定程度上說，模塊化思路下的設計可以使產品架構更加清晰，便于產品化的實施，集成后的模塊可以被看成產品，模塊的升級換代也可以看成是新的選型，但模塊化強調根據需求選取、完善、變革模塊和構架，而不是根據性價比在型譜中選擇產品。此外，隨著模塊化的深入，制造與工藝仍將成為模塊化設計不可忽視的約束條件，兩者需要相互適應。

以模塊化思路指導設計研制，不僅可以促進航天產品技術創新工作的開展和核心競爭力的形成，而且可以順應產品化發展思路，整合產品構架，以模塊的變革、完善促進產品型譜建設，便于整個產品鏈條縮短生產周期、降低制造成本、增強產品穩定性，同時對于后續豐富產品種類和便于批量生產也將有重要的促進作用。

3.模塊化與總體管控

模塊化的設計思路常常引發組織管理模式的變革，合理利用可加強總體管控能力。在該模式下，總體部門承擔制定模塊化設計規則和集成各子模塊的任務，不同的模塊供應部門發揮各自優勢致力于研發或生產某個模塊單元。在統一的設計規則約束下，不同的模塊可以同時開展獨立研發、并行設計，不必關注其它模塊的情況，提高了模塊設計的自由度和創新效率，也有利于引入競爭；總體部門可通過選擇不同供應商研制同一模塊以提高運營效率、降低成本、減少依賴，避免部分供應商對技術的壟斷。不過，模塊化思路下的研發需要特別考慮不同模塊之間以及模塊與系統之間的沖突，因此總體部門需要不斷加強技術和管理抓總能力，科學制定設計和接口規則，合理控制成本；還需要不斷提升技術廣度和知識管理水平，全面掌握相應技術、產品信息，清楚各模塊之間的相互關系，正確判斷需要共享的知識和可以封閉在某個模塊內部的技術和信息，避免總體過多受到模塊牽制；同時，需要形成一套行之有效的測試、評估、驗證體系，保證對設計和產品質量進行掌控。▲