模块化10.doc

深圳市标准化协会现代标准化前沿“模块化”研究报告（10） 第十章模块化：建设创新型国家的标准化利器模块化的技术经济意义李春田（国家质量监督检验检疫总局，北京100088）经济社会发展形势和基本国情决定了我国必须把科技创新作为国家发展战略，把走创新型国家发展道路作为我国面向2020年的战略选择。 徐冠华(前国家科学技术部部长) 模块化作为一种现代设计方法，正在被人们所接受和应用。它不但在机械、电子、仪表、造船等领域得到广泛应用，甚至在教育领域中也运用模块化原理来组织安排教学活动。 蒋寿伟(上海交通大学教授)1科技创新是事关国家富强和民族振兴的大事 我们今天所处的时代，是知识不断创新、科技发展突飞猛进、世界经济竞争加剧的时代。无论是在国内还是在国际上，知识和科技的更新速度都明显地日益加快，科技成果商品化、产业化的周期显著缩短。无数事实已经表明科技创新将进一步成为经济和社会发展的主导力量。 科技与经济和社会发展的结合，将更加紧密，新的科学发现和技术发明，特别是高科技的不断创新及其产业化，将对全球化的竞争和综合国力的提高、对世界的发展和人类文明的进步，产生更加巨大而深远的影响。社会产业结构、生产工具、劳动者素质等生产力要素和人们的生产方式、生活方式、思想观念都将发生新的革命性变化。 当今世界各国综合国力竞争的核心，是知识创新、技术创新和高新技术产业化。要在未来激烈的国际竞争和复杂的国际斗争中取得主动，要维护我们的国家主权和安全，就必须增强我们的创新实力。温家宝总理在第十届全国人民代表大会第四次会议上所作的政府工作报告中明确指出:“我们已进人必须更多地依靠科技进步和创新推动经济社会发展的历史阶段，要把加快科技发展放在更加突出的战略地位。要以建设创新型国家为目标，全面实施国家中长期科学和技术发展规划纲要。” “十一五”时期是全面建设小康社会的关键时期。我们虽然已经有了较好的基础和许多有利条件，但同时也存在不少制约因素和困难。无论是解决产业结构不合理、技术水平落后、劳动生产率低、经济增长质量不高的问题，还是节约资源和能源、保护环境、推进农村经济发展、全面提高人民生活水平和社会进步，都需要加速科技进步与创新。在全球市场竞争日趋激烈的情况下，要增强我国经济抗御各种风险冲击的能力也要依靠科技进步与创新。 总之，只有把我们的国家建设成创新型国家，才能保持经济社会的持续稳定发展，才能最终实现祖国富强、民族振兴的大业。2模块化是技术创新的稳健途径 创新有多种途径，但任何形式的创新都有风险，尤其是技术创新，其风险呈不断加大的趋势。随着科技进步速度的加快，技术创新的难度越来越大。据统计，企业开发全新产品的失败率大致在20%-80%之间，消费品行业新产品开发失败率最高，大约在40%-80%之间，有的高达90%。新产品开发失败对企业的最直接的打击就是巨额资金的投人“付诸东流”。 技术创新风险归根结底是由于技术创新过程中信息不足而导致项目行动的失败，即源于其不确定性。这种不确定性存在于技术创新过程的每一项决策中，因而，在技术创新过程的多个环节都存在风险。 首先是技术风险。这种风险的初始值最大，其根源来自新技术、新产品在创新之初的极端不完善性，对于在现有知识条件下能否很快使其完善起来、向哪个方向发展以及多长时间能够取得成功等都没有确切的把握。产品的复杂程度越高，越是难以把握，失败的可能性越大。而模块化的突出作用是它能有效地对付复杂性和不确定性。将一个复杂系统划分成若干模块之后，由于模块的相对独立性，各模块的研发组织可以不必相互沟通和协调，这就相当于把高度复杂的研究对象变为简单得多的对象，其中的不确定性也被分散、简化和降低。更何况模块化开发设计过程中，由于广泛应用标准模块(基本模块)与特殊模块或专用模块组合的方法构成产品。用基本模块体现产品的一般功能，用特殊模块或专用模块体现产品的特殊功能。而标准模块是无须创新开发的成熟技术，只需集中资源开发个别的专用模块。无论从降低复杂性和不确定性或争取时间和节省投资等方面来看，模块化都有利于降低失败的风险。 其次是市场风险。任何技术创新的最终成果都必须接受市场的检验，市场方面的不确定性对于技术创新过程具有决定性影响。创新是否成功取决于这个新产品是否被市场(顾客)所接受。因此，新技术、新产品诞生之初，企业还必须投人巨资教育消费者(广告、宣传、试用等)，而且企业很难准确地预测未来何种技术将会以何种有利可图的产量和价格才能符合市场。而模块化产品则可以采取在基型产品基础上开发变型、派生产品的策略。这样的新产品几乎无须对顾客进行宣传教育。如从奔腾I电脑到奔腾II再到奔腾IQ，不仅老顾客，就是潜在的顾客也极容易沟通和理解。不仅如此，由于模块化系列产品在销售老产品的过程中，易于获得有关市场信息，如竞争对手的产品特点、用户的新需求、产品改进的方向以及市场的容量等，也减少了新产品开发的不确定性。可以说，模块化平台上的产品开发的延伸策略是风险较小的稳健策略。3模块化国防现代化的优选对策 国防工业产品和军事装备的特点是技术含量高、复杂程度高、变化快、寿命短。这些特点又同可靠性的要求和节省费用的要求相矛盾。因此，在国防现代化过程中，在选择武器装备研制路线时，常需从以下几方面加以考虑: .用好国家有限的国防经费，使其发挥最大效益; .用较快的速度研制出高水平的、适用的武器装备; .从实战需要出发，使新装备尽快形成战斗力; .为在役装备提供高效的技术保障; .根据形势的变化快速更新武器装备。 为解决上述问题，许多国家都选择了武器装备的模块化研制路线。这是因为: (1)模块化武器装备具有较好的统一性和通用互换性，可以实现“一机多用”、“一炮多能”、“一舰多能”、“一弹多用”。实施装备的模块化，可以使装备的维修和零部件的更换简单易行。这对于提高装备的战场修复率，降低后勤支援压力，进而提高部队的整体作战能力具有十分重要的意义。 例如，舰船武器系统，许多国家都在向模块化方向发展。一艘军舰由若干模块组成。任何一个模块都可在大修时用适应当时作战任务需要或采用更先进技术的模块来取代，从而改进舰艇的某些功能。同样，舰艇上的武器系统也实现模块化。导弹按型号集中放置在弹药舱模块内，当一种型号的弹药发射完后，可以更换另一种型号的弹药。据专家分析，21世纪世界舰船设计将全面推行模块化设计。 (2)武器装备的模块化，有利于正确处理创新与继承的关系。要发展高新武器装备不创新不行。但是，创新与研制周期、经费和风险成正比。美国国防部规定，对于新技术含量超过30%的大型武器装备，不得批准立项，就是因为周期长、经费多、风险大。而模块化是在成熟技术的平台上的局部突破，是在高水平继承的前提下，有重点的创新。是解决周期长、经费多、风险大等“老大难”问题的最佳途径。 (3)模块化武器装备，既精炼、简化，又灵活、多变，以少胜多，有利于部队平时和战时的装备管理及供应，有利于降低部队训练费用、缩短训练周期、提高训练质量等等。 由于模块化对国防建设有着特别重要的作用，国防科工委和解放军总装备部在军工产品研制过程中坚持不懈地抓“三化”(通用化、系列化、组合化/模块化)，并把“三化”列为产品设计的“顶层技术”，严格推行，提高了经费的使用效益，增强了自主开发能力，加快了武器装备改进、创新的步伐，为国防现代化作出了突出贡献。4模块化是结构创新的推动力量 普通的工业产品，其零件既有特殊性，又有互补性。零件的生产都是围绕某一种特定产品而进行的。在特定的企业里围绕某种产品组织、协调、生产多个零部件，不论其批量大小都是“局部经济”。 模块化产品其零部件(模块)之间的互补性消失了，在特定的企业里生产模块与生产零部件已经有了本质上的不同。生产模块的企业可以不为特定企业制造特定产品，而去制造面向世界市场的通用产品。它在特定模块上集中力量，拓展世界市场网络，这是一种“网络经济”。 比起“局部经济”，“网络经济”的效果更大。“局部经济”的发展要求扩大设备规模，“网络经济”的发展要求扩一大用户规模。“局部经济”注重内部资源，往往向“小而全”、“大而全”的方向发展，模块化基础上的“网络经济”善于发挥外部作用。 这种变化，给产业结构带来极大影响。过去的制造业是根据使用何种设备来分类的，随着抽象化处理领域的扩大，这种界线变得模糊了。例如，除了机械处理部分以外，机床的信息几乎全部是由电脑处理的，还可通过因特网实现远距离控制。结果，产业的区别就归结到了电脑应用软件的差别上。 这样一来，由于可以通过软件来实现本质性的功能，硬件设备不断地简化。因此，擅长于特定制造技术的优势就渐渐失去了意义。换句话说，传统意义上的产业界线消失了，可以在世界范围内展开全方位的竞争，这势必引发大规模的产业结构的改革与创新。软件产业的崛起、电脑产业发展到今天的产业集群，其根源都在于电脑设计的模块化。因此，青木昌彦和安藤晴彦认为“模块时代”是“新产业结构的本质”。5模块化是循环经济的实现形式 我国经济建设取得了举世瞩目的成就，但在发展过程中也存在一些困难和问题。其中，资源和环境的压力，已经成为制约经济发展的关键因素。资源和环境之类问题的解决，一方面要依靠科技进步，一方面要改变经济的运行方式，大力发展循环经济。 产品的模块化设计，从循环经济的视角来看，属于绿色设计的范畴。模块化设计和制造的产品，全面符合循环经济的实施原则，即3R原则(减量化、再利用、再循环)。 (1)产品的模块化设计与传统的新产品设计不同。传统设计主要是根据产品功能要求设计各零部件，然后由这些零部件构成整机，它着眼于功能设计、详细设计;模块化设计则首先着眼于概念设计，在对产品系统的协调性、兼容性、互换性及接口等充分考虑的基础上，通过选择(设计)适用的模块组合成产品。模块化产品组合的原则是优先选用标准(通用)模块，再配以专用、附加模块，而标准模块是无须重新设计的。一个新开发的产品有时只有一两个功能模块是新开发的。无论是设计工作量还是制造工作量(包括资源和能源的消耗)都比常规设计的产品有极大的节约。所以，模块化设计符合减量化原则。 2)模块化设计的产品单元是模块。模块之间是通过接口互相连接的，这种连接是可拆的(有的是插接的)，模块具有自己的独立功能，它可以在产品之间甚至跨系列、跨大类产品之间通用。因此，模块是可以多次重复利用的功能单元。模块的可分解、可拆卸、可重组的特点，表明了它符合循环经济的再利用原则。 (3)模块化设计的产品是可以再制造的产品，这是模块化设计的突出特点，也是模块化产品的突出优点。现在已有许多面市的产品，从家用电器到小汽车都已采取了模块化结构，其经营理念就是通过对用户使用的产品再制造，极大地延长产品的使用寿命，使一件产品能顶几件用，达到节省资源、减少环境污染、减轻消费者经济负担的目的。 我国是制造业大国，制造业是以资源和能源的消耗为特征的产业，制造业也往往是污染环境的罪魁祸首。以节省资源、保护环境为宗旨的循环经济应该是制造业的首选模式。6模块化是一种创新思维 模块化作为一种方法最初是在制造业企业里被开发出来。传统的模块化是在组合化的基础上成长起来的。特别是得到了系统理论的武装，其发展步伐加快，并向非制造企业以及服务业扩散。到了今天，模块已经不全是硬件了，甚至连“什么是模块”这样的最基本的定义都难以给出了，模块化成了一种创新的思维。 蒋寿伟先生说连安排教学活动都是在应用模块化原理。确实如此。一所大学有许多个系，系里又分几个专业，每个专业又有不同的年级和班级，不同专业、不同年级的学生在不同阶段讲不同的课程、准备不同的教材、配备不同的授课教师，而且还要作出时间和空间(授课地点)的安排，可说是错综复杂、千头万绪。如果策划不周、安排不当，不仅会造成教学资源的浪费而且还会使教学秩序混乱。聪明的教师总是把这项复杂的教学活动组织得井井有条。不管他是否意识到，他在做这项工作过程中运用的是模块化原理。本科学生是以班级为单位(相当于一个用户)，研究生是以个人为单位(提供个性化服务)。每门课程(包括教师和教材)都是一个模块，每学期(或全程)的所有课程的总和就是提供给学生的产品。然而这个产品不是一次提供的，也不是逐个学生逐个班级提供的，而是将这个产品分解成模块，然后将模块分类，如通用模块(公共基础课)、专用模块(专业课)、特别模块(研究生辅导课)等等。通用模块又可分为系内各专业通用以及跨系通用。这类课程低年级较多，可使用通用教材，利用阶梯教室上大课的方式，可以充分节省教学资源。给学生的产品由若干个模块组成，当教学内容需要改进时，可通过增加和减少个别模块的办法，每门课或教材的修改也都可以独立进行，既保持教学的连续性、稳定性，又使教学内容持续地改进提高。 模块化主张利用外部资源，主张采用并行工程，主张决策目标多样化以充分发挥模块的自主创新作用，主张模块之间的竞争创造选择价值，主张在模块化基础上的演进式发展等等，对各行各业的改进和创新都有普遍适用性。本报告第一章中所介绍的青木昌彦对日本经济产业研究所内部的结构改革就是组织结构改革、创新的一个典型。科研机构可行，政府机构也应该可行。银行业、保险业、商业、餐饮业乃至事业单位、学术团体、一个项目的设计、一项工程的施工、一本书的写作、一堂课的讲授、一场报告的内容等等，模块化都有利于把一个复杂的任务化解为简单，把混乱无序的过程和内容条理化、清晰化。模块不是固定化，它是创新的方法，也是创新的思维。7模块化应用创造奇迹 案例1l大庆35千伏模块化全装配式变电所的设计和施工 变电所的建设分两大部分:户外35千伏开关场和主场房。 (1)户外35千伏开关场采用模块化装配式设计和施工的过程是:将户外设备及构架按电气平面布置，划分若干单元，每个单元的电气设施和构架在基座上，拉到现场，按设计平面图摆好，接上线即送电运行。除主变压器因体积过大运输困难，采取工厂预制基础运到现场埋设，然后安装之外，其他如进线、站用变压器、电力载波、电压互感器等都是连同基础一起在工厂预制安装，组成完整模块运到现场。 这种模块化设计施工与同规模开关场的常规设计施工相比，节省钢材26%、木材66.6%、水泥63%，减少土方工程量88%、砂石用量43 %、混凝土体积86%，节约电气材料13%、人工50.5%、车辆运输57%、占地51%0 (2)主厂房设计。按其功能将主厂房分为五室一廊。整座主厂房及设备的组装调试均在工厂进行。由于受到铁路运输限界尺寸的约束，无法整体运输，只能解体运到现场，由厂家再行组装调试。 为适应这种特殊的施工要求，设计时采用了模块化结构。高压配电室由6个模块组成，控制室由4个模块组成，值班室、载波室、维修室分为4个模块。由于主厂房内的设备由厂家成套供应，现场组装周期短、见效快。与同时开工的采用砖混结构的变电所相比，提高工效4.6倍，提前4个月投人运行;相同条件下，比轻板结构的主厂房提高工效3.3倍。 大庆油田在取得这座变电所建设的成功经验之后，又建设了两座这样的模块化全装配式变电所，都收到了较好的经济效果。 I案例2 9天建成小汤山医院二部抗“非典”应急工程 2003年春季，北京突发非典型肺炎(简称“非典，)。大量患者住进了普通医院，引起与医护人员及其他病人之间的交叉感染，这成了当时抗击“非典”的一大难题。 4月22日，北京市委、市政府决定以最快的速度在北郊小汤山医院东北侧修建应急医院(“小汤山医院二部”)。当即通知中元国际建筑设计研究院(原机械工业部设计研究院)承担设计任务。当日下午6时告知施工地址是小汤山医院附近的一块麦田，并告知次日施工队伍进人现场开始施工。设计院从接受任务到开工，间隔时间(给设计院的方案设计时间)不到12小时。 施工规模为2.5万平方米，拥有508间病房，能容纳612张病床和各种配套设施的符合规范要求的传染病防治医院。人流、物流、车流、消毒、隔离和各类区域工作流程都必须安排合理，满足安全、高效、方便的要求。施工质量要求严格。 施工队于次日(4月23日)进现场后，市政府紧急动员组织各有关部门配合，展开了一场“时间就是生命”的大决战。各路施工大军，响应党中央“万众一心、众志成城、科学防治、战胜非典”的号召，日夜奋战，用短短9天时间完成了施工任务。医院从5月1日晚开始收治病人，在抗击“非典”的斗争中发挥了关键性作用。 这是一项非常时期、用非常规程序、超常速度，用会战方式完成的设计、施工项目。世界卫生组织的专家称赞它是“一流战地医院，是一个奇迹”。 奇迹的产生有三个起决定作用的因素:一是党和政府的高度重视;二是施工人员的拼命精神;三是科学态度和科学方法。这里所说的科学方法固然很多，但标准化特别是模块化在保证工程质量、提高设计、施工效率上发挥了特殊作用。 设计院之所以能用不到12小时的时