产品的“三化”设计



“三化”是通用化、系列化、组合化的简称,是标准化的重要方法。“三化”的目的就是充分利用现用成果,最大限度地减少同一水平上的重复劳动,以有限的品种、规格满足多样化的需求,以达到缩短研制周期、降低成本、提高质量和可靠性、简化维修和后勤保障、提高使用效率的目的。
产品研制中“三化”的基本任务是开展“三化”设计,它是产品设计工作的组成部分,应在产品研制过程中,积极开展标准化工作,适时开展产品“三化”设计,努力提高标准化水平。
1 三化原则
“三化”是产品通用化、系列化、组合化的简称,是产品研制中的一种标准化手段,它是建立在互换性原理和继承性原则基础上的一种设计方法。
(1)通用化
通用化是指在相互独立的系统中,最大限度地扩大具有功能互换和尺寸互换的功能单元使用范围的一种标准化形式,即将各种功能相同、结构相似、尺寸相近的产品单元通过归并、优选、简化,统一为少数几种,并最大限度地扩大其使用范围。产品的通用化是以互换性为前提的。它是对同一类型不同规格,或不同类产品中尺寸和功能相似的零部件,选择或研制出具有互换性的通用单元的一种设计方法。
产品的通用化可实现产品结构、结构要素和零部件的继承和通用,把已有产品的最佳结构、已取得的技术成果继承到新产品上。使新老产品中那些结构基本相似、用途大体相近、功能基本相同、形状尺寸差异不大的零部件达到通用。把同类零部件甚至是组合的种类、规格、功能进行归并、简化、统一,从而在同类产品之间或不同类产品之间实现通用化,最大限度地扩大同一单元的使用范围,提升同一单元的作用价值。系统内部各模块间接口应尽量简便,采用标准接口。
(2)系列化
系列化是指根据同一类产品的发展规律和使用需求,以及对国内外产品发展趋势的预测,按产品、零部件、元器件参数等层次,将其主要参数、形式、尺寸、基本结构等作合理安排或规划,以最少种类满足广泛需求,从而有目的的指导同类产品发展的一种标准化形式。
(3)组合化
组合化是指在对一定范围内的不同产品进行功能分析和结构分解的基础上,划分并设计、生产出一系列通用模块或标准模块,然后,从这些模块中选取相应的模块并补充新设计的专用模块和零部件一起进行相应的组合,以构成满足各种不同需要的产品的一种标准化形式。
对产品结构、特征及功能进行分析研究,划分成某些独立单元,并对各独立单元的结构尺寸、性能参数、功能等进行系列化规划和设计,最大限度地扩大同一单元使用范围。
2 三化要求
(1)产品的通用化要求
设备中相同部件、整件和功能单元不经特殊的加工和复杂的调整即能实现互换;
不同工厂、不同批次生产的同一型号设备所用零件、材料、部件及整件能互换;
所有备件的性能、接口保证现场更换后即可正常工作而无需重新调整或仅需简单调整软件配置;
配套设备、附件、电连接器的接口,在同系列设备之内能互换;
板级模块内能互换。
(2)产品的系列化要求
研制产品的基本参数符合研制要求中基本参数系列要求;
研制产品的品种、规格符合设备系列型谱要求。
(3)产品的组合化要求
根据研制设备的要求,进行模块化设计;
模块具体典型性、通信性和兼容性;
模块具有标准的信息接口关系;
模块的使用、管理具有方便性。
3 设计目标
三化设计的目标是对同类产品进行功能和结构分析的基础上,优化设计出通用的功能结构,提供给同类产品直接选用,以实现重复利用现有的技术成果,最大限度地减少重复性的劳动,从而缩短研制周期、节省研制费用。
在相互独立的系统中,最大限度地扩大具有功能互换和尺寸互换的功能单元使用范围,满足系统的需求。
在产品开发中保证通用单元被最大限度的使用,以获取最佳技术经济效益。
4 基本方法
在保证系统满足主要战技性能的前提下,采用标准的紧固件及通用电子器件,提高组合的标准化、通用化系数。
系统设计时,在满足战术技术指标的前提下,积极借鉴现有的成熟技术和科研成果,提高产品的继承性或技术继承性。
新产品设计时,强化产品及其零、部件、整件的系列化、通用化设计和以模块单元为基础的组合化设计,积极采用通用机箱、插箱、标准模块、典型结构和典型线路,并采用统一的接口,提高系统的系列化、通用化、组合化水平。
配套软件在设计中采用模块化的分析和设计方法,对软件模块进行合理划分、功能定义,开展软件“三化”工作,充分考虑采用已有的成熟模块,降低系统的设计成本。
4.1 元器件、原材料的选用
(1) 元器件的选用要求
优选符合国家军用标准、国家标准、行业军用标准的元器件;优选生产定型已批量生产的元器件;优选承制方优选手册规定的元器件;优选通过质量保证体系认证或产品认证的元器件;选用工作环境条件高于装备规定的环境条件的元器件;性能易受电、磁场影响的元器件,采用屏蔽封装型器件;在盐雾、潮湿等环境下工作的元器件,采用气密封型器件;不允许使用无生产厂家、无型号规格、无生产日期、无商标、无产品合格证或检验合格证的元器件;超过贮存期的元器件,应经检验合格方可使用;优先选用小型化、数字化、低功耗、通用型、高集成度、可编程的元器件。
(2)原材料的选用要求
优选符合国家军用标准、国家标准、行业标准的材料;优选承制方优选手册规定的材料;优选生产定型已批量生产的材料;不允许使用无生产厂家、无型号规格、无生产日期、无商标、无产品合格证或检验合格证的材料。超过贮存期的材料,应经检验合格方可使用;易碎、易燃、助燃、受热易变形的材料应限制使用;有毒、放射性、危害设备或人体健康的有害物质应禁止使用。
(3) 元器件、原材料的品种规格简化要求
系统设计过程中,减少元器件、原材料的品种规格。同一品种不同规格的元器件、原材料,应在同一型号或同一系列的产品中选用。同一品种的元器件、原材料,应选用同一生产厂家的产品。
4.2 标准化部件、模块采用
将设备内部的各个组成模块设计成可拆装的模块,每一模块又由现场可更换单元(LRU)组成,不仅可以减少各模块之间的连接线缆,而降低了故障率,而且方便维修人员对设置的检查点进行监测和故障排除,便于现场进行模块或现场可更换单元的更换,缩短拆装时间。
采用在型号装备上使用过的成熟标准模块,减少雷达分机模块涉及的品种。标准化模块具有良好的互换性,维修人员无需针对不同产品进行差异化学习,通过标准化的操作手册和培训,就能快速掌握维修方法大幅缩短故障诊断和维修时间。在雷达设备维修中,标准化的电路板模块可通过插拔式接口快速更换,无需复杂的焊接和调试流程使维修效率提升数倍。