集成模块技术在5G通讯设备结构设计的应用

厉建峰

(南京中兴软件有限责任公司，江苏 南京 210012)

0 前言

近期国家确定了2020年“新基建”战略规划，其中5G通讯设备的快速迭代发展被摆在最重要的位置，新型基础设施建设中，5G设备建设提速规模商用是未来通讯业的主题工作。伴随着用户对网络信息的需求量增加，需要在网络信号覆盖、通讯网络建设不断加大投入，为更好地解决这些问题，设备结构设计的集成模块技术成为突破传统设备零散的设计变成创造快速化迭代的有效工具，对提高设备通用性和设计与装配的成本方面有着重要的作用。特别是5G时代通讯设备业的快速迭代发展，产品模块设计与生产越来越显示出其在设备制造业中的重要地位，同时作为通讯设备制造商，可以通过设计的模块集成，实现供应链的整合，从而提高供应链各环节的效率和效能，降低供应链全成本，缩短设计制造与供货周期，成为智能化制造的重要一环[1]。

本文通过分析模块化设计与集成技术在通讯设备机械结构设计的作用入手，提出了一种基于通讯设备结构设计的集成模块控制架构，并且在这一构架下定义定制功能模块，设置模块依存关系以及集成方式，实现产品设计的集成化运作。为我国快速发展的5G通讯设备制造商转化创造成本优势奠定理论基础。

1 集成模块技术在通讯结构设计的作用

众所周知，模块化技术在传统行业，如重工业机械、汽车、钢铁等产业的发展已经非常成熟并对企业的发展起到了重要作用[2]。同时通讯设备制造行业也逐渐接受了模块化设计的思路，主要原因是通讯设备行业相比以前集成度和规模性已经发生了质的变化，在催生批量加工与发货的同时，亟需解决从产品小批量发货到批量设计生产与发货的系列化问题[3]。通讯设备行业推行集成模块化设计，可以最大限度地利用使用成熟结构和模块，最大限度地使用通用设备模块中的材料，减少使用材料的品种，既可以降低材料采购成本，又可以保证供货渠道，提高采购竞争力，利于与供方建立战略伙伴关系，从而达成成为领先的目的。

2 5G通讯设备结构设计集成模块实践

2.1 通讯产品集成模块化设计思路

模块化是一种处理复杂系统的产品或过程的新方法，对于结构产品模块化设计来说，需要对产品系统有着深刻的理解，并且运用系统的功能分析法对产品系统进行功能性的分析和分解[4]。通讯产品结构设计的模块集成技术，从根本上说就是将模块控制思路引入通讯设备结构产品设计中的过程，比如将通信设备按照配置模块各种组合产品进行整合，优化设计思路，进行集中设计与使用，可以大大降低产品装配成本和采购成本，这在各种通信机模块如电源模块、功能板卡模块、交直流电源模块、强迫风冷模块等有很好的应用前景。总体来说，在通讯设备集成模块技术的实现方面，一般都是按照功能结构、加工工艺、集成度高低、用途、外形尺寸等方面进行细分，特别是通信设备功能模块较多且复杂，在分类方面占据较大范围。

图1 通讯业集成模块技术设计思路简图

通过面向通讯产品结构设计的集成模块组织设计来提高设计组织运作效率，须对产品结构以及工艺、生产流程有准确的了解，主要分为以下几个步骤：

第一步，通讯设备结构设计部门确定结构产品功能系统是否能够或需要集成模块化。尽管很多系统可以模块化，但并不是能够模块化的系统都必须模块化。一个系统能否模块化主要取决于系统的可分性与系统投入的多样性，在大规模定制中实施模块化就是要追求高效与整体可变性和多样性。

第二步，运用功能分析法分解系统形成模块集成。作为模块化的设计者必须有整体、全局的观念，能够运用功能分析的方法，从需求、功能、结构、特征的角度把系统当作一个不可分割的整体，系统内部某些有着密切内在联系而又承担系统某一功能，且是系统不可或缺的组成部分就构成一个模块。

第三步，面向产品模块设计以集成模块化的思路完成划分，并挑选、整合定制所需的社会资源(包括机遇产品定制设计商、零部件制造供应商、物流商等)，在此基础上，与将组建供应链的众合作伙伴洽谈，在达成合作意向的基础上确定各自的职能以实现定制所需的供应链模块化功能要求，并以一定的方式形成初步方案。

同时还必须要重视的一点就是，模块化是以网络组织与虚拟组织为基础，供应链中的产品模块化设计商、核心企业和合作供应商等共同构成一个网络型结构，这些成员之间需要大量的沟通与协调，才能确保模块的匹配、系统的精确。因此，产品设计商、核心企业以及模块供应商们必须根据所在供应链实际，建立一套有效的组织模块间的界面管理机制，实现组织模块间高效的沟通与协调。

通讯设备制造行业的供应链整合可以达到很高的水平，这主要得益于设备的模块化产生的几个优势：

1) 通讯设备组件的兼容和标准化，允许供应商或者制造商存储相对少的标准化组件，取代大量不兼容的组件，大大降低了库存风险和成本；

2) 产品模块化让通讯设备商快速地完成产品组装成为可能，降低了制造周期时间，进一步降低制造商的持有产品库存的风险；

3) 很多通讯设备企业最先利用先进的信息与通信技术，将即时获得顾客的需求信息，迅速地传递到内部组装部门并及时地通知组件供应商，率先实现了大量定制(Mass Customization)生产方式。

总体上来讲，高度模块化的设备结构给设计和实际使用用户均带来了极大的好处。集成模块开发不仅允许模块之间的水平开发，而且可以通过对类似模块之间的创新和竞争(开发新的模块或者对原有的模块进行改进)充分改善系统的功能作为新系统的有效补充。

2.2 通讯设备结构设计模块集成实践

对于大部分通讯结构件的设计，集成模块化设计分两大块，一类是通讯机房类结构功能模块的设计(如电源功能模块、风扇功能模块)。二类是通讯基站类设备的功能模块设计(如无线接入设备、无线发射点及其天线等功能模块)。以下就以对标准机房内风扇功能集成模块化演变设计为例阐述。

如下图演化过程看到，在之前一个布局位置可能设置了4集风扇或者2集风扇模块，是因为在3G/4G设备中互相切换平滑过渡的需要，导致需要通过较复杂的配置来实现。通过整合后充分考虑到布局控件的合理利用和模块的更换，设计为4模来实现所有功能，达到集成模块的目标。

图2 风扇功能模块模块化演化

表1 集成模块演化效果

从集成模块整合设计的结果可以看到，通过模块集成的技术应用，风扇功能模块的装配操作时间和操作复杂度有了根本的改善，对应的配置管理成本可以降低，增加了配置的灵活性，满足大规模定制的需求，在一定程度上降低了配置成本。当然模块集成化需要综合考虑不同产品的需要，还要结合当前通讯设备的阶段现状和继承性要求。

结构部件的集成化设计是基于两个方面的需求来进行的，一方面是国内外相关标准的支持，另一方面是结合产品功能的需求，根据同类产品发展的需要，以满足最终的产品需求为目标来开展集成模块设计。

3 总结

本文提出了一种基于结构产品设计的集成模块化控制架构，研究系统集成模块化的过程中设计和成本的控制问题，并且在这一构架下定义定制功能模块，设置模块依存关系以及集成方式，实现产品设计的集成化运作。针对通讯设备结构产品的成本控制和结构件的整合设计，以实践为基础，通过分析基于结构产品设计的模块化成本控制架构思路。同时作为通讯设备制造商，可以从所举例子中学习到供应链整合的优势所在，转化成适合于通讯设备的供应关系，从源头上降低采购周期。