浅谈模块化思路下航天产品的创新着眼点

王雪梅、胡元威 /北京宇航系统工程研究所

创新理论最早由美籍奥地利学者熊彼特在其著名的《经济发展理论》中提出，他认为创新是一种新的生产要素组合，并将之引进生产体系，这种新组合包括引进新产品，引入新技术，开辟新的市场、新的原材料供应来源和实现一种新的工业组织。不同学者从不同视角将技术创新分成不同的类别，根据变化程度可以分为根本性创新和增量创新；根据对象可以分为产品创新、工艺创新和服务创新；根据推动力来源可分为技术拉动型创新和市场推动型创新等。

一、模块化创新的概念

美国学者亨德森和克拉克在1990年提出了模块化的创新研究思路。模块是指半自律性的子系统，它可以通过标准的界面结构和其它同样的子系统按照一定的规则相互联系而构成更加复杂的系统或过程，模块本身也可以被看作是一个相对复杂的系统，构成模块的结构部件在模块内部有着强联系，而与其它模块有相对弱联系。他们根据核心组件和模块连接方式的不同将创新分为突破性创新、构架创新、模块化创新和渐进式创新等4类，如图1所示。

渐进式创新更加关注产品组成模块的完善和拓展，而核心组件与组件间的连接方式不发生本质性改变；突破性创新是指建立一个新的主导设计，新的设计理念将体现在产品的组成模块中，并采用新结构将其连接；模块化创新是指核心设计理念变化而产品结构不改变；构架创新是保持核心设计理念不变，组成模块之间的连接方式发生变化。事实上，常因组成产品的模块发生变化而导致模块间出现新的整合或连接方式，进而产生构架创新。

模块化思想是简化复杂系统的一种有效方法，它可以将相互依赖的复杂系统分解为相对简单又由既定规则联系的模块来处理，而模块间的不同组合以及不同模块之间的相对封闭性也推动了创新的产生。在这一思想下，创新可针对独立模块进行，通过单个模块的完善来改进局部的功能；也可通过创造更加有效的联系规则改善系统整体功能，以更好地满足用户深层次的需求。此外，模块化理论也推动了内部管理和行业分工的改变，形成了以核心企业为主导，通过设计规则重组产品创新系统理论与知识，并利用成员企业之间的技术竞争推动产品的创新进程，由此形成企业之间紧密协作、分工明确的模块化创新网络。

图1 模块化思路下创新的分类

二、以模块化思路看航天产品的创新着眼点

“创新是企业、社会发展的不竭源泉”，它孕育于设计、生产的各个阶段，孕育于工作的点点滴滴，有其偶然性，但也需要氛围和激励，会因组织的有效引导和关注而有侧重的“应运而生”。不同种类的创新意味着不同的风险、收益、组织变化和资源要求，以系统工程为主要特点，以保成功为第一要务的航天领域对创新激励和管理更有着特殊的意义，因此更需要组织对创新活动有所引导，针对不同的产品阶段和特点采取不同的创新思路。

虽然航天领域研制的产品往往是复杂的大系统，未必能简单地以模块进行完全拆解，但依然可以借鉴模块化理论进行思考。型号的总体设计类似于产品的构架，各分系统可看作是一个个大的模块，也可以广义地把某项可转化为功能的专业能力看作模块，如瞄准专业相关的创新和研制活动，可用模块化的理论去类比。根据工作目的和特点的不同，创新的着眼点也应有所侧重，如图2所示。

图2 不同研制工作的创新着眼点

成熟型号、产品已经经过多次飞行试验的验证，一般具备较好的性能和较完备的生产、测试流程，可根据实际需要进行渐进式的增强和完善；若无特殊需要，其构架/总体设计思路和核心组件/系统不宜作重大调整，以便既可以满足产品不断优化的需要，也可以保证稳定性。

在研型号一般在立项之时就已定下基本构架、主要性能指标等，思路方案和产品架构一般不会再有颠覆性的改变，更多需要提升模块能力，特别是核心组件/系统的性能，以实现预期功能。

对于新领域拓展，无论是涉足新的领域与当前市场占有者竞争，还是有计划地进入未知空间，都要依靠已积累的技术/产品优势进行研发、探讨，需要在现有优势模块/系统/技术的基础上进行构架或设计思路的创新，以便开拓新的应用空间、进入新的市场，否则贸然进入完全陌生或没有比较优势的领域，很难获得成功。

对于预研创新，无论是技术还是产品，都面向未来发展，面向科技前沿，创新灵感可能源于需求，也可能源于技术进步，虽然创新和探索的过程也依靠技术积累、行业经验，但毕竟是开创全新事务，可以天马行空，尽显想象力、创造力，进行全新的设想和大胆的尝试，不必拘泥于现有的架构，也不必局限于现有核心能力。

中国航天科技集团有限公司第3次创新大会将科技创新提到了新的高度，但面对持续高强密度发射、研制与批生产并重的艰巨任务形势，以及军民融合深度发展的新趋势，处处开花并不容易。找准着眼点，可以专注于特定方面，有目的地进行研究、探索利于创新的产生；明确了目标和方向，也便于把有限的人力、物质、时间资源分配在必需的地方，有的放矢、事半功倍。

三、模块创新的特征与策略

恰当运用模块化思路完善组织的创新和管理体系，可提高创新效率，增强组织活力，更好地展现技术水平，满足并创造市场需求。就航天企业研制工作的实际而言，采用模块化视角促进创新还有一些相关问题值得探讨。

1.模块化与复杂系统

模块化思路下的设计及组织管理需对现有产品进行集成与整合，使之“形成”或“可划分为”清晰的功能模块，通过标准接口连接，进而根据实际需要进行模块和构架的设计、变革。根据文献研究和产业实践，模块集成、划分本身也是一项重大挑战，如何恰当地将运载火箭等航天产品这样巨大的复杂系统进行分解，并定义成不同的模块，需要系统思考、科学决策；各模块间的协调性和联系规则对模块变化的适应性也将直接影响创新效率，甚至有学者认为复杂系统由于拆分困难、接口界限不清等原因不适用于模块化思路。

广义的讲，模块化更可以看作是一种新的方法和视角，未必拘泥于模块的划分，况且航天产品总体与分系统的研制模式本身已具有一定的模块化基础，某个子系统甚至单机产品也可以被当作一个整体，运用模块化思路进行创新设计。随着模块化的深入，可以逐步精细模块的分解，以便于总体单位对规则的制定、对各模块层级的管控和对创新的引导与实施。深厚的技术积累、丰富的工程实践经验是科学划分产品模块、深刻了解哪些模块和构架可以变革、变革后可以实现何种功能的前提。

2.模块化与产品化

模块化概念自提出以来，常常被与产品化混淆，实际上两者既有相似性，又有显著差异。模块化和产品化都需将产品依据某种原则划分为或部分划分为一些组件，可以规范接口，为消费者提供多样化的产品，方便产品的测试、组件的替换和升级。产品化更多的是面向（较）大规模生产制造，强调产品的标准化、系列化、量产性和性价比等；而模块化主要是面向设计，注重产品结构的集成、优化、重组，进而实现模块功能的独立、简化、完善和创新。一定程度上说，模块化思路下的设计可以使产品架构更加清晰，便于产品化的实施，集成后的模块可以被看成产品，模块的升级换代也可以看成是新的选型，但模块化强调根据需求选取、完善、变革模块和构架，而不是根据性价比在型谱中选择产品。此外，随着模块化的深入，制造与工艺仍将成为模块化设计不可忽视的约束条件，两者需要相互适应。

以模块化思路指导设计研制，不仅可以促进航天产品技术创新工作的开展和核心竞争力的形成，而且可以顺应产品化发展思路，整合产品构架，以模块的变革、完善促进产品型谱建设，便于整个产品链条缩短生产周期、降低制造成本、增强产品稳定性，同时对于后续丰富产品种类和便于批量生产也将有重要的促进作用。

3.模块化与总体管控

模块化的设计思路常常引发组织管理模式的变革，合理利用可加强总体管控能力。在该模式下，总体部门承担制定模块化设计规则和集成各子模块的任务，不同的模块供应部门发挥各自优势致力于研发或生产某个模块单元。在统一的设计规则约束下，不同的模块可以同时开展独立研发、并行设计，不必关注其它模块的情况，提高了模块设计的自由度和创新效率，也有利于引入竞争；总体部门可通过选择不同供应商研制同一模块以提高运营效率、降低成本、减少依赖，避免部分供应商对技术的垄断。不过，模块化思路下的研发需要特别考虑不同模块之间以及模块与系统之间的冲突，因此总体部门需要不断加强技术和管理抓总能力，科学制定设计和接口规则，合理控制成本；还需要不断提升技术广度和知识管理水平，全面掌握相应技术、产品信息，清楚各模块之间的相互关系，正确判断需要共享的知识和可以封闭在某个模块内部的技术和信息，避免总体过多受到模块牵制；同时，需要形成一套行之有效的测试、评估、验证体系，保证对设计和产品质量进行掌控。▲