淺談模塊化思路下航天產(chǎn)品的創(chuàng)新著眼點(diǎn)

王雪梅、胡元威 /北京宇航系統(tǒng)工程研究所

創(chuàng)新理論最早由美籍奧地利學(xué)者熊彼特在其著名的《經(jīng)濟(jì)發(fā)展理論》中提出，他認(rèn)為創(chuàng)新是一種新的生產(chǎn)要素組合，并將之引進(jìn)生產(chǎn)體系，這種新組合包括引進(jìn)新產(chǎn)品，引入新技術(shù)，開辟新的市場、新的原材料供應(yīng)來源和實(shí)現(xiàn)一種新的工業(yè)組織。不同學(xué)者從不同視角將技術(shù)創(chuàng)新分成不同的類別，根據(jù)變化程度可以分為根本性創(chuàng)新和增量創(chuàng)新；根據(jù)對(duì)象可以分為產(chǎn)品創(chuàng)新、工藝創(chuàng)新和服務(wù)創(chuàng)新；根據(jù)推動(dòng)力來源可分為技術(shù)拉動(dòng)型創(chuàng)新和市場推動(dòng)型創(chuàng)新等。

一、模塊化創(chuàng)新的概念

美國學(xué)者亨德森和克拉克在1990年提出了模塊化的創(chuàng)新研究思路。模塊是指半自律性的子系統(tǒng)，它可以通過標(biāo)準(zhǔn)的界面結(jié)構(gòu)和其它同樣的子系統(tǒng)按照一定的規(guī)則相互聯(lián)系而構(gòu)成更加復(fù)雜的系統(tǒng)或過程，模塊本身也可以被看作是一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的系統(tǒng)，構(gòu)成模塊的結(jié)構(gòu)部件在模塊內(nèi)部有著強(qiáng)聯(lián)系，而與其它模塊有相對(duì)弱聯(lián)系。他們根據(jù)核心組件和模塊連接方式的不同將創(chuàng)新分為突破性創(chuàng)新、構(gòu)架創(chuàng)新、模塊化創(chuàng)新和漸進(jìn)式創(chuàng)新等4類，如圖1所示。

漸進(jìn)式創(chuàng)新更加關(guān)注產(chǎn)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(fā)生本質(zhì)性改變；突破性創(chuàng)新是指建立一個(gè)新的主導(dǎo)設(shè)計(jì)，新的設(shè)計(jì)理念將體現(xiàn)在產(chǎn)品的組成模塊中，并采用新結(jié)構(gòu)將其連接；模塊化創(chuàng)新是指核心設(shè)計(jì)理念變化而產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不改變；構(gòu)架創(chuàng)新是保持核心設(shè)計(jì)理念不變，組成模塊之間的連接方式發(fā)生變化。事實(shí)上，常因組成產(chǎn)品的模塊發(fā)生變化而導(dǎo)致模塊間出現(xiàn)新的整合或連接方式，進(jìn)而產(chǎn)生構(gòu)架創(chuàng)新。

模塊化思想是簡化復(fù)雜系統(tǒng)的一種有效方法，它可以將相互依賴的復(fù)雜系統(tǒng)分解為相對(duì)簡單又由既定規(guī)則聯(lián)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(duì)封閉性也推動(dòng)了創(chuàng)新的產(chǎn)生。在這一思想下，創(chuàng)新可針對(duì)獨(dú)立模塊進(jìn)行，通過單個(gè)模塊的完善來改進(jìn)局部的功能；也可通過創(chuàng)造更加有效的聯(lián)系規(guī)則改善系統(tǒng)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(dòng)了內(nèi)部管理和行業(yè)分工的改變，形成了以核心企業(yè)為主導(dǎo)，通過設(shè)計(jì)規(guī)則重組產(chǎn)品創(chuàng)新系統(tǒng)理論與知識(shí)，并利用成員企業(yè)之間的技術(shù)競爭推動(dòng)產(chǎn)品的創(chuàng)新進(jìn)程，由此形成企業(yè)之間緊密協(xié)作、分工明確的模塊化創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)。

圖1 模塊化思路下創(chuàng)新的分類

二、以模塊化思路看航天產(chǎn)品的創(chuàng)新著眼點(diǎn)

“創(chuàng)新是企業(yè)、社會(huì)發(fā)展的不竭源泉”，它孕育于設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的各個(gè)階段，孕育于工作的點(diǎn)點(diǎn)滴滴，有其偶然性，但也需要氛圍和激勵(lì)，會(huì)因組織的有效引導(dǎo)和關(guān)注而有側(cè)重的“應(yīng)運(yùn)而生”。不同種類的創(chuàng)新意味著不同的風(fēng)險(xiǎn)、收益、組織變化和資源要求，以系統(tǒng)工程為主要特點(diǎn)，以保成功為第一要?jiǎng)?wù)的航天領(lǐng)域?qū)?chuàng)新激勵(lì)和管理更有著特殊的意義，因此更需要組織對(duì)創(chuàng)新活動(dòng)有所引導(dǎo)，針對(duì)不同的產(chǎn)品階段和特點(diǎn)采取不同的創(chuàng)新思路。

雖然航天領(lǐng)域研制的產(chǎn)品往往是復(fù)雜的大系統(tǒng)，未必能簡單地以模塊進(jìn)行完全拆解，但依然可以借鑒模塊化理論進(jìn)行思考。型號(hào)的總體設(shè)計(jì)類似于產(chǎn)品的構(gòu)架，各分系統(tǒng)可看作是一個(gè)個(gè)大的模塊，也可以廣義地把某項(xiàng)可轉(zhuǎn)化為功能的專業(yè)能力看作模塊，如瞄準(zhǔn)專業(yè)相關(guān)的創(chuàng)新和研制活動(dòng)，可用模塊化的理論去類比。根據(jù)工作目的和特點(diǎn)的不同，創(chuàng)新的著眼點(diǎn)也應(yīng)有所側(cè)重，如圖2所示。

圖2 不同研制工作的創(chuàng)新著眼點(diǎn)

成熟型號(hào)、產(chǎn)品已經(jīng)經(jīng)過多次飛行試驗(yàn)的驗(yàn)證，一般具備較好的性能和較完備的生產(chǎn)、測試流程，可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行漸進(jìn)式的增強(qiáng)和完善；若無特殊需要，其構(gòu)架/總體設(shè)計(jì)思路和核心組件/系統(tǒng)不宜作重大調(diào)整，以便既可以滿足產(chǎn)品不斷優(yōu)化的需要，也可以保證穩(wěn)定性。

在研型號(hào)一般在立項(xiàng)之時(shí)就已定下基本構(gòu)架、主要性能指標(biāo)等，思路方案和產(chǎn)品架構(gòu)一般不會(huì)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(tǒng)的性能，以實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能。

對(duì)于新領(lǐng)域拓展，無論是涉足新的領(lǐng)域與當(dāng)前市場占有者競爭，還是有計(jì)劃地進(jìn)入未知空間，都要依靠已積累的技術(shù)/產(chǎn)品優(yōu)勢進(jìn)行研發(fā)、探討，需要在現(xiàn)有優(yōu)勢模塊/系統(tǒng)/技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行構(gòu)架或設(shè)計(jì)思路的創(chuàng)新，以便開拓新的應(yīng)用空間、進(jìn)入新的市場，否則貿(mào)然進(jìn)入完全陌生或沒有比較優(yōu)勢的領(lǐng)域，很難獲得成功。

對(duì)于預(yù)研創(chuàng)新，無論是技術(shù)還是產(chǎn)品，都面向未來發(fā)展，面向科技前沿，創(chuàng)新靈感可能源于需求，也可能源于技術(shù)進(jìn)步，雖然創(chuàng)新和探索的過程也依靠技術(shù)積累、行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，但畢竟是開創(chuàng)全新事務(wù)，可以天馬行空，盡顯想象力、創(chuàng)造力，進(jìn)行全新的設(shè)想和大膽的嘗試，不必拘泥于現(xiàn)有的架構(gòu)，也不必局限于現(xiàn)有核心能力。

中國航天科技集團(tuán)有限公司第3次創(chuàng)新大會(huì)將科技創(chuàng)新提到了新的高度，但面對(duì)持續(xù)高強(qiáng)密度發(fā)射、研制與批生產(chǎn)并重的艱巨任務(wù)形勢，以及軍民融合深度發(fā)展的新趨勢，處處開花并不容易。找準(zhǔn)著眼點(diǎn)，可以專注于特定方面，有目的地進(jìn)行研究、探索利于創(chuàng)新的產(chǎn)生；明確了目標(biāo)和方向，也便于把有限的人力、物質(zhì)、時(shí)間資源分配在必需的地方，有的放矢、事半功倍。

三、模塊創(chuàng)新的特征與策略

恰當(dāng)運(yùn)用模塊化思路完善組織的創(chuàng)新和管理體系，可提高創(chuàng)新效率，增強(qiáng)組織活力，更好地展現(xiàn)技術(shù)水平，滿足并創(chuàng)造市場需求。就航天企業(yè)研制工作的實(shí)際而言，采用模塊化視角促進(jìn)創(chuàng)新還有一些相關(guān)問題值得探討。

1.模塊化與復(fù)雜系統(tǒng)

模塊化思路下的設(shè)計(jì)及組織管理需對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)接口連接，進(jìn)而根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行模塊和構(gòu)架的設(shè)計(jì)、變革。根據(jù)文獻(xiàn)研究和產(chǎn)業(yè)實(shí)踐，模塊集成、劃分本身也是一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)，如何恰當(dāng)?shù)貙⑦\(yùn)載火箭等航天產(chǎn)品這樣巨大的復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行分解，并定義成不同的模塊，需要系統(tǒng)思考、科學(xué)決策；各模塊間的協(xié)調(diào)性和聯(lián)系規(guī)則對(duì)模塊變化的適應(yīng)性也將直接影響創(chuàng)新效率，甚至有學(xué)者認(rèn)為復(fù)雜系統(tǒng)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(chǎn)品總體與分系統(tǒng)的研制模式本身已具有一定的模塊化基礎(chǔ)，某個(gè)子系統(tǒng)甚至單機(jī)產(chǎn)品也可以被當(dāng)作一個(gè)整體，運(yùn)用模塊化思路進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)。隨著模塊化的深入，可以逐步精細(xì)模塊的分解，以便于總體單位對(duì)規(guī)則的制定、對(duì)各模塊層級(jí)的管控和對(duì)創(chuàng)新的引導(dǎo)與實(shí)施。深厚的技術(shù)積累、豐富的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)是科學(xué)劃分產(chǎn)品模塊、深刻了解哪些模塊和構(gòu)架可以變革、變革后可以實(shí)現(xiàn)何種功能的前提。

2.模塊化與產(chǎn)品化

模塊化概念自提出以來，常常被與產(chǎn)品化混淆，實(shí)際上兩者既有相似性，又有顯著差異。模塊化和產(chǎn)品化都需將產(chǎn)品依據(jù)某種原則劃分為或部分劃分為一些組件，可以規(guī)范接口，為消費(fèi)者提供多樣化的產(chǎn)品，方便產(chǎn)品的測試、組件的替換和升級(jí)。產(chǎn)品化更多的是面向（較）大規(guī)模生產(chǎn)制造，強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、量產(chǎn)性和性價(jià)比等；而模塊化主要是面向設(shè)計(jì)，注重產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的集成、優(yōu)化、重組，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)模塊功能的獨(dú)立、簡化、完善和創(chuàng)新。一定程度上說，模塊化思路下的設(shè)計(jì)可以使產(chǎn)品架構(gòu)更加清晰，便于產(chǎn)品化的實(shí)施，集成后的模塊可以被看成產(chǎn)品，模塊的升級(jí)換代也可以看成是新的選型，但模塊化強(qiáng)調(diào)根據(jù)需求選取、完善、變革模塊和構(gòu)架，而不是根據(jù)性價(jià)比在型譜中選擇產(chǎn)品。此外，隨著模塊化的深入，制造與工藝仍將成為模塊化設(shè)計(jì)不可忽視的約束條件，兩者需要相互適應(yīng)。

以模塊化思路指導(dǎo)設(shè)計(jì)研制，不僅可以促進(jìn)航天產(chǎn)品技術(shù)創(chuàng)新工作的開展和核心競爭力的形成，而且可以順應(yīng)產(chǎn)品化發(fā)展思路，整合產(chǎn)品構(gòu)架，以模塊的變革、完善促進(jìn)產(chǎn)品型譜建設(shè)，便于整個(gè)產(chǎn)品鏈條縮短生產(chǎn)周期、降低制造成本、增強(qiáng)產(chǎn)品穩(wěn)定性，同時(shí)對(duì)于后續(xù)豐富產(chǎn)品種類和便于批量生產(chǎn)也將有重要的促進(jìn)作用。

3.模塊化與總體管控

模塊化的設(shè)計(jì)思路常常引發(fā)組織管理模式的變革，合理利用可加強(qiáng)總體管控能力。在該模式下，總體部門承擔(dān)制定模塊化設(shè)計(jì)規(guī)則和集成各子模塊的任務(wù)，不同的模塊供應(yīng)部門發(fā)揮各自優(yōu)勢致力于研發(fā)或生產(chǎn)某個(gè)模塊單元。在統(tǒng)一的設(shè)計(jì)規(guī)則約束下，不同的模塊可以同時(shí)開展獨(dú)立研發(fā)、并行設(shè)計(jì)，不必關(guān)注其它模塊的情況，提高了模塊設(shè)計(jì)的自由度和創(chuàng)新效率，也有利于引入競爭；總體部門可通過選擇不同供應(yīng)商研制同一模塊以提高運(yùn)營效率、降低成本、減少依賴，避免部分供應(yīng)商對(duì)技術(shù)的壟斷。不過，模塊化思路下的研發(fā)需要特別考慮不同模塊之間以及模塊與系統(tǒng)之間的沖突，因此總體部門需要不斷加強(qiáng)技術(shù)和管理抓總能力，科學(xué)制定設(shè)計(jì)和接口規(guī)則，合理控制成本；還需要不斷提升技術(shù)廣度和知識(shí)管理水平，全面掌握相應(yīng)技術(shù)、產(chǎn)品信息，清楚各模塊之間的相互關(guān)系，正確判斷需要共享的知識(shí)和可以封閉在某個(gè)模塊內(nèi)部的技術(shù)和信息，避免總體過多受到模塊牽制；同時(shí)，需要形成一套行之有效的測試、評(píng)估、驗(yàn)證體系，保證對(duì)設(shè)計(jì)和產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行掌控。▲