模塊化設(shè)計在雷達系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘要：闡述了模塊化設(shè)計及特點，介紹了模塊化技術(shù)的優(yōu)越性。重點討論了模塊化設(shè)計在雷達系統(tǒng)設(shè)計中的必要性和可行性，針對雷達產(chǎn)品的特點，概述了雷達模塊化的意義和模塊化的方向。
關(guān)鍵詞：模塊；模塊化設(shè)計；雷達系統(tǒng)

模塊化設(shè)計作為一種新的設(shè)計理論和方法，自20世紀70年代在世界發(fā)達國家興起以來，已滲透到設(shè)計的方方面面。在國外，模塊與模塊化兩詞已作為現(xiàn)代軍事裝備的特征標(biāo)志予以強調(diào)，并形成了理論分析、設(shè)計生產(chǎn)、試驗標(biāo)準及規(guī)范等一套完整體系，取得了顯著的經(jīng)濟效益、軍事效益和社會效益，它為新形勢下多品種、小批量、需不斷改型列裝的軍事裝備的研制生產(chǎn)提供了一條嶄新的道路。

1 模塊化設(shè)計
模塊化設(shè)計與傳統(tǒng)的設(shè)計方法截然不同，它是統(tǒng)籌考慮產(chǎn)品系統(tǒng)，把其中含有相同或相似的功能單元分離出來，用標(biāo)準化原理進行統(tǒng)一、歸并、簡化，以通用單元的形式獨立存在的一種機電一體化設(shè)計方法。這種方法應(yīng)用于雷達系統(tǒng)的研制中，是一種新的嘗試。
1．1 模塊和模塊化的基本概念
模塊(Module)可定義為：組成系統(tǒng)(產(chǎn)品)的具有確定和獨立的功能、標(biāo)準接口和互換性的通用的硬件和軟件單元。單元在狹義上可指組件或大部件，在廣義上可指大系統(tǒng)中的小系統(tǒng)。模塊是可以分解組合的，其大小是一個相對的，可因狀態(tài)條件、具體環(huán)境而定。模塊具有抽象性、獨立性、互換性和靈活性的特點，模塊一般制成現(xiàn)場可更換單元。
模塊化(Modularization)是一種設(shè)計方法，是一種新的標(biāo)準化方法。模塊化屬于標(biāo)準化范疇，模塊化設(shè)計是標(biāo)準化原理在設(shè)計方而的具體應(yīng)用。模塊化設(shè)計是以模塊的分解組合為基礎(chǔ)的，強調(diào)整個模塊的通用性和互換性的一種設(shè)計方法。在廣泛采用CAX技術(shù)的今天，它力求以最少的模塊組成盡可能多的產(chǎn)品，最大限度地滿足客戶需求。
1．2 模塊化設(shè)計思想
模塊化設(shè)計在指導(dǎo)思想上與傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計不同，模塊化設(shè)計是按照標(biāo)準化原理和系統(tǒng)工程原理及方法采用頂層分析與底層需求相結(jié)合的設(shè)計方法，是一個白上而下的過程，合理劃分模塊、建立模塊體系是其設(shè)計的關(guān)鍵。在對設(shè)備的技術(shù)體制、性能指標(biāo)、接口形式、用途及工作環(huán)境中有充分了解和對現(xiàn)有沒備及將要研制的新設(shè)備等進行分析、研究和綜合的基礎(chǔ)上，一方面改變傳統(tǒng)的設(shè)計方法，采用系統(tǒng)的觀念從系統(tǒng)頂層向底層將設(shè)備分解成不同等級的許多單元；另一方面從系統(tǒng)底層向頂層進行模塊需求分析，并按標(biāo)準化原理對同類和相近設(shè)備進行對比、歸類，合理劃分模塊。然后，通過對同類和相近設(shè)備間的模塊進行橫向協(xié)調(diào)和綜合分析，找出其內(nèi)在聯(lián)系，按模塊層次結(jié)構(gòu)建立相應(yīng)的模塊體系。按照模塊化設(shè)計方法，有這樣一個關(guān)系：新型模塊化設(shè)備=通用模塊(大量)+專用模塊(少量)+模塊連接器。這樣，模塊化設(shè)備的研制主要成為通用模塊的選用和少量專用模塊及模塊連接器的設(shè)計，設(shè)計人員只需了解通用模塊的接口關(guān)系，而不必從頭開始。這種設(shè)計模式大大簡化了設(shè)計程序，縮短了研制周期，從而為雷達系統(tǒng)的迅速研制、改型和列裝創(chuàng)造了極有利的條件。由于通用模塊是經(jīng)過大量試驗、使用后制成的，其質(zhì)量可靠，這樣，主要精力就可集中放在專用模塊的設(shè)計上，因而，設(shè)備的質(zhì)量容易保證，研制風(fēng)險大大減小。由于設(shè)備是由模塊組裝而成，各模塊均設(shè)計有測試接口，便于檢測、維修，可實現(xiàn)設(shè)備的基層級維修。同內(nèi)外大量事實證明，采用模塊化設(shè)計方法能顯著縮短研制周期，降低研制成本，提高設(shè)備的可靠性和可維修性。
模塊化的電子設(shè)備是由電路功能模塊和機械結(jié)構(gòu)模塊結(jié)合而成的。由于電路決定雷達功能上的差異，是新產(chǎn)品中最活躍的因素，這使電路功能模塊的形成受到制約，但作為電路功能模塊載體的結(jié)構(gòu)模塊隨產(chǎn)品功能變化的因素較少，使其具備廣泛的通用性及獨立分解、重新組合的性能，從而實現(xiàn)工藝、工裝通用化的目的，進而大大提高電子設(shè)備的工作可靠性、降低研制成本、縮短研制周期，為武器裝備發(fā)展走基本型道路創(chuàng)造有利的條件。某型號雷達結(jié)構(gòu)總體即以結(jié)構(gòu)模塊獨立先行，以結(jié)構(gòu)模塊制約并推動電路模塊發(fā)展為總體設(shè)汁指導(dǎo)思想，系統(tǒng)全面地開展跟蹤制導(dǎo)雷達的研制工作。
1．3 模塊化設(shè)計的優(yōu)越性
(1)它成功地解決了所謂“多樣化的挑戰(zhàn)”為多樣化生產(chǎn)條件下的標(biāo)準化開辟了一條新路。
(2)模塊化設(shè)計簡化了機型，結(jié)構(gòu)模塊化受“模數(shù)”制約，使整機統(tǒng)一了尺寸系列和安裝連接尺寸，提高生產(chǎn)效率，降低研制成本，提高雷達的可靠性。
(3)簡化設(shè)計，對以后雷達的改型，通過適量結(jié)構(gòu)模塊儲備，可縮短新品研制周期。
(4)提高雷達的有效度，只需修改雷達一些功能結(jié)構(gòu)模塊，就可組成新結(jié)構(gòu)雷達，使結(jié)構(gòu)零件、部件的有效度大大提高。
(5)模塊化設(shè)計是提高維修效率和質(zhì)量，降低對維修人員的技能要求及減少維修費用的有效途徑之一。
(6)結(jié)構(gòu)模塊的相對穩(wěn)定和階梯上升，使可靠性得到保證。
(7)縮短研制周期，降低了成本。根據(jù)部隊和總體實際要求，可使用標(biāo)準化、系列化的通用雷達結(jié)構(gòu)模塊組件，來組裝各種結(jié)構(gòu)要求的雷達，而不是每次都重新設(shè)計和制造。由于簡化了設(shè)計、制造、裝配，縮短了研制周期，降低了雷達研制時間，生產(chǎn)成本，同時提高了功能模塊可靠性和可維修性，降低了運轉(zhuǎn)費用。
隨著電子技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、材料科學(xué)、電子組裝技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代戰(zhàn)爭已發(fā)展成為高科技的電子戰(zhàn)、信息戰(zhàn)，對雷達系統(tǒng)的要求也越來越多，越來越高，如多功能、高性能、通用化、智能化、小型輕量化、操作簡單化、維修快速化、外觀時尚化等等。如何滿足和適應(yīng)現(xiàn)代戰(zhàn)爭的需要，實現(xiàn)上述設(shè)計的要求，是每個設(shè)計人員所面臨的新課題。很顯然，傳統(tǒng)的設(shè)計方法已不能滿足它的要求。很多專家認為：過去是價格的競爭，現(xiàn)存是質(zhì)量的競爭，將來是設(shè)計的競爭?？梢娫O(shè)計對設(shè)備的質(zhì)量以及競爭力是何等重要。為此，設(shè)計人員應(yīng)加強相關(guān)知識的學(xué)習(xí)，積極跟蹤當(dāng)今世界相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，更新設(shè)計理念，豐富業(yè)務(wù)知識，拓寬業(yè)務(wù)面，提高業(yè)務(wù)水平，從而提高設(shè)備的檔次和競爭力。

2 模塊化設(shè)計的適應(yīng)性與遠景展望
傳統(tǒng)產(chǎn)品開發(fā)流程見圖1，不僅時間周期長，而且還要花費大量財力和人力，在今天激烈的市場競爭中已經(jīng)無法滿足客戶多變的需求?；谀K庫的產(chǎn)品開發(fā)流程見圖2，無須一切冉從頭開始重新設(shè)計與制造，只要適當(dāng)變換模塊重新組合，就能像搭積木那樣可以隨意快速地組合出一個新產(chǎn)品來，這將會使新產(chǎn)品研制周期和生產(chǎn)周期大大縮短，研制費用和生產(chǎn)費用大大降低，使雷達可靠性和可維修性上一個新臺階，為實現(xiàn)一機多型提供基本條件，增強產(chǎn)品的配套適應(yīng)能力，進一步提高我國同防武器裝備的現(xiàn)代化水平。