陳安升 薛濤

（中國航天科工集團(tuán)公司三院33所，北京，100074）

淺談產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)階段的“三化”設(shè)計(jì)

陳安升 薛濤

（中國航天科工集團(tuán)公司三院33所，北京，100074）

文摘：簡(jiǎn)析微機(jī)電慣性系統(tǒng)的特點(diǎn)及其在方案設(shè)計(jì)階段開展“三化”工作的意義，通過介紹某微機(jī)電慣性系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)中的“三化”工作實(shí)踐，總結(jié)產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)階段的“三化”設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。

方案設(shè)計(jì)；“三化”設(shè)計(jì)；微機(jī)電慣性系統(tǒng)（MINS）。

“三化”（通用化、系列化、組合化/模塊化）是標(biāo)準(zhǔn)化的三種形式，也稱標(biāo)準(zhǔn)化的三種方法?！巴ㄓ没奔醋畲笙薅鹊?cái)U(kuò)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(duì)主要參數(shù)作合理規(guī)劃，將其型式與結(jié)構(gòu)進(jìn)行統(tǒng)一和規(guī)定；“組合化/模塊化”是對(duì)一定范圍內(nèi)的不同產(chǎn)品進(jìn)行功能分析和分解，設(shè)計(jì)生產(chǎn)出一系列通用模塊或標(biāo)準(zhǔn)模塊，選取補(bǔ)充新設(shè)計(jì)的專用模塊、零件進(jìn)行相應(yīng)的組合。推行“三化”設(shè)計(jì)是發(fā)展武器裝備的一項(xiàng)基本政策，對(duì)發(fā)展我國國防科技和武器裝備具有重要的作用和深遠(yuǎn)的意義[1,2]。

在產(chǎn)品批量小、任務(wù)重、時(shí)間緊等背景下，標(biāo)準(zhǔn)化工作的作用和效益不直接、不明顯，工作的開展有時(shí)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?jī)?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(shè)計(jì)階段，“三化”的設(shè)計(jì)能有效解決上述問題。通過產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)過程中的系列化設(shè)計(jì)，能夠滿足用戶對(duì)產(chǎn)品多樣的需求；通過模塊化和通用化設(shè)計(jì)，可以保證在短期內(nèi)生產(chǎn)出符合要求的大量?jī)?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(jī)電慣性系統(tǒng)是由微機(jī)電慣性器件組合成的微小型慣性系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于機(jī)載/車載測(cè)繪載荷（合成孔徑雷達(dá)、激光雷達(dá)、分布式成像載荷等）運(yùn)動(dòng)誤差補(bǔ)償、小型/長航時(shí)無人機(jī)導(dǎo)航、制導(dǎo)炮彈導(dǎo)航、火炮穩(wěn)定瞄準(zhǔn)控制等領(lǐng)域，能夠?yàn)槭褂脤?duì)象提供位置、速度、姿態(tài)、角速率和加速度等重要運(yùn)動(dòng)參數(shù)。上述應(yīng)用領(lǐng)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(cè)量的需求、常規(guī)慣性/衛(wèi)星組合導(dǎo)航的需求、高精度慣性/衛(wèi)星組合導(dǎo)航的需求、適應(yīng)于復(fù)雜戰(zhàn)地環(huán)境的深組合導(dǎo)航等的需求。面對(duì)眾多的需求，微機(jī)電慣性系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)階段的系列化設(shè)計(jì)至關(guān)重要。為滿足市場(chǎng)對(duì)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(shí)解決多樣化的需求，還必須進(jìn)行通用化和模塊化的方案設(shè)計(jì)，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(shè)計(jì)階段的“三化”設(shè)計(jì)，充分發(fā)揮微機(jī)電慣性系統(tǒng)產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)和技術(shù)優(yōu)勢(shì)，并使這種優(yōu)勢(shì)隨著市場(chǎng)形勢(shì)的改變而延伸和擴(kuò)展，使企業(yè)具備以不變應(yīng)萬變的主動(dòng)性和對(duì)市場(chǎng)的應(yīng)變能力，在短期內(nèi)提供滿足市場(chǎng)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(jié)合某型號(hào)微機(jī)電慣性系統(tǒng)“三化”設(shè)計(jì)實(shí)踐，談?wù)劗a(chǎn)品方案階段如何開展“三化”設(shè)計(jì)工作。

1 方案階段的系列化設(shè)計(jì)

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

為更好滿足市場(chǎng)需求，將用戶需求進(jìn)一步細(xì)分，根據(jù)微機(jī)電慣性系統(tǒng)測(cè)量對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性和精度需求不同，將加速度計(jì)5個(gè)系列產(chǎn)品分為兩類：高精度型和低成本型。每個(gè)系列的加速度測(cè)量范圍從2g～200g可選，代號(hào)為A1～A6；陀螺儀有75（°）/s和300（°）/s可選，代號(hào)分別為G1和G2。表1所列為加速度計(jì)和陀螺儀指標(biāo)，一般情況下，測(cè)量范圍和測(cè)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(jì)與陀螺儀測(cè)量范圍和精度。

表1 加速度計(jì)和陀螺儀指標(biāo)

2 方案階段的模塊化設(shè)計(jì)

模塊化設(shè)計(jì)決定了產(chǎn)品系列化的實(shí)現(xiàn)方案，是產(chǎn)品通用化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。模塊化設(shè)計(jì)有利于提高產(chǎn)品整體可靠性，便于產(chǎn)品維護(hù)。通過對(duì)系統(tǒng)功能分解，合理劃分功能模塊，通過模塊替換，相應(yīng)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(jī)電慣性系統(tǒng)分為慣性測(cè)量單元（JC）、接收機(jī)（KWX）、導(dǎo)航計(jì)算機(jī)（SD）、直流電源（HJ）、外殼（SH）和對(duì)外連接器體（OC）等幾個(gè)功能模塊，如圖2所示。

為滿足5個(gè)系列產(chǎn)品對(duì)各個(gè)模塊的不同需求，在方案設(shè)計(jì)階段，將其中部分功能模塊進(jìn)行系列化設(shè)計(jì)。表2所列為5個(gè)系列產(chǎn)品所需的模塊組成。

表2 各個(gè)系列產(chǎn)品模塊組成

3 方案階段的通用化設(shè)計(jì)

通用化設(shè)計(jì)是在模塊化的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)系列化的有效手段。在模塊化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對(duì)不同系列的同一功能模塊通用化，使得各個(gè)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(jī)電慣性系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)階段，針對(duì)5個(gè)系列產(chǎn)品的六大功能模塊分別進(jìn)行通用化設(shè)計(jì)，其中直流電源（HJ）和導(dǎo)航計(jì)算機(jī)（SD）在5個(gè)系列產(chǎn)品的功能和需求相似度較高。因此，在方案設(shè)計(jì)時(shí)統(tǒng)籌考慮結(jié)構(gòu)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(gè)模塊兼容5個(gè)系列產(chǎn)品。而對(duì)于慣性測(cè)量單元（JC）、接收機(jī)（KWX）、外殼（SH）和對(duì)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(jìn)行差異化設(shè)計(jì)，表3所列為功能模塊的通用化設(shè)計(jì)方案。

表3 各功能模塊通用化設(shè)計(jì)

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(chǔ)上，做到結(jié)構(gòu)和電氣接口兼容、功能升級(jí)，從而在研制一款產(chǎn)品時(shí)達(dá)到功能模塊成熟、通用，同時(shí)形成滿足市場(chǎng)需求的多個(gè)優(yōu)質(zhì)系列化產(chǎn)品。

綜上，產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)不能僅簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)功能，而是應(yīng)充分考慮市場(chǎng)需求，借鑒成熟模塊。通過合理的系列化設(shè)計(jì)，滿足市場(chǎng)多樣的需求。同時(shí)，對(duì)規(guī)劃的系列化產(chǎn)品進(jìn)行功能分析與分解，進(jìn)行模塊劃分，對(duì)分解出的模塊進(jìn)行系列化設(shè)計(jì)和通用化設(shè)計(jì)，形成通用的一系列標(biāo)準(zhǔn)模塊。通過標(biāo)準(zhǔn)模塊進(jìn)行組合，最終形成新產(chǎn)品。

隨著標(biāo)準(zhǔn)化工作在產(chǎn)品研制中的推廣與普及，“三化”設(shè)計(jì)重要性越發(fā)顯著。特別是在基本型產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)階段，通過“三化”設(shè)計(jì)，可以在較短的時(shí)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(shí)，充分發(fā)揮產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)和技術(shù)優(yōu)勢(shì)，并使這種優(yōu)勢(shì)隨著市場(chǎng)形勢(shì)的改變而延伸與擴(kuò)展，使企業(yè)具備以不變應(yīng)萬變的主動(dòng)性和對(duì)市場(chǎng)的應(yīng)變能力，從而在短期內(nèi)提供滿足市場(chǎng)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(hào)研制的標(biāo)準(zhǔn)化工作[J]．航天標(biāo)準(zhǔn)化，1995（3）.

[2]黃志遠(yuǎn)．淺談型號(hào)研制標(biāo)準(zhǔn)化工作[J]．航天標(biāo)準(zhǔn)化，1996（3）.

[3]國防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會(huì)．QJ 3201-2004地（艦）空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)“三化”設(shè)計(jì)指南[S]．北京：中國航天標(biāo)準(zhǔn)化研究所，2004-04．

[4]陳紹章．談?wù)剳T性平臺(tái)“三化”工作[J]．航天標(biāo)準(zhǔn)化，1997（1）．

[5]盛步云，熊志勇．產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化[J]．中國個(gè)體防護(hù)裝備，2011（1）．

[6]莫勇．淺析某型機(jī)慣導(dǎo)系統(tǒng)的快速研發(fā)[J]．航空標(biāo)準(zhǔn)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(shù)，現(xiàn)從事慣性導(dǎo)航技術(shù)研究與慣性導(dǎo)航系統(tǒng)研制工作。