经典实用有价值的企业管理培训课件：现代化模块化方法(模块化设计系列培训资料之四)

1、 3.1 现代模块化的概念 3.2 模块化设计的设计规那么 3.3 设计规那么的表达和固化 (四)面向模块化的设计II现代模块化方法 现代模块化的概念现代模块化 传统模块化 “设计规那么现代模块化的由来 复杂性使电脑设计陷入困境。 对于投资巨大设计人员众多的复杂的电脑系统，繁多的构成要素之间相互依赖、千丝万缕，在解决技术要点时，不仅相互牵连，且常引起恶性循环，顾此失彼。 早期电脑非常昂贵，且其存在系统、处理器、应用软件等不能兼容，严重影响和制约了电脑产业的开展。 “现代模块化的提出：哈佛商学院院长鲍德温、克拉克以IBM360电脑为例，通过对模块化战略引发电脑产业的飞速升级和持续创新的解析。在1

2、997年将其抽象升华为以“设计规那么为核心的、新的“现代模块化理论。被国际学术界誉为具有开创性和里程碑意义的有关模块化的理论。 从实践 理论历经近40年。 1964年，IBM的360系统计算机，运用了与传统模块化不同的设计思路，闯出了一条解决复杂系统的模块化设计新路。其特点是： 把复杂系统分解为几个模块，为统一设计思想和接口，制定了需共同遵守的“设计规那么，又称模块间的联系规那么。 现代模块化的概念 在遵守设计规那么的前提下，各个模块可独立开发，不仅无需横向协调，而且可以展开竞争。现代模块化的根本概念 模块 模块是指“半自律性的子系统，它可以独立设计、自由创新，有充分的自主性，但需遵守共同的设

3、计规那么。 模块是一个单元，其结构要素紧密地联系在一起内聚度强，而与其它单元中要素的联系相对较弱耦合度弱。 现代模块化的概念 隐模块：模块内部的信息是隐藏着的。模块本身是一个“黑箱，但遵守统一的系统级的“设计规那么，即有标准化的接口。通常所说的模块大多是指“隐模块。 结构化模块：即在模块间“隐形规那么在内部是公开的约束下，所设计的通用模块。 模块化 “通过每个可以独立设计的、并且能够发挥整体作用的更小的子系统来构筑复杂的产品或业务过程。 在模块化设计中，参数在模块内是相互依赖的，在模块之间是相互独立的，模块间的独立性和依赖性可以通过设计矩阵来确定。 现代模块化的概念 模块化有不同的程度，模块化

4、过程是渐进的。早期的设计规那么可能是错误的、不完备的；理想中“完美的模块化，具有“即插即用的设计灵活性。 “网状层级结构是模块化的本质，它反映系统与模块间的层级关系，也包含根本要素之间的相互关系。 模块化的实现途径：“创立和执行一套全面的设计规那么。即“首先通过一组明确的设计规那么来分解设计，随后建立一个管理系统来严格执行这些设计规那么。现代模块化的概念 模块化的应用范畴： 1围绕产品的模块化：设计的模块化，生产的模块化，使用的模块化用户选配模块构成自己预期的系统。“模块化使设计者、制造者和用户都获得了很高的灵活性。 2“当今，模块化的概念不仅是经济学、经营管理学专家之间最热门的话题之一，而且

5、它会有可能彻底改变现存产业、企业的结构，具有十分强大的冲击力。现代模块化的功能、对象和目的 现代模块化的概念 功能 应对高度复杂性：一般系统通常采用传统模块化的系统分解组合法是非常有效的。但当复杂系统被分割成局部时，切断了错综复杂的联系，再组合时，这些联系就被丢掉了。现代模块化的方法论根底是整体观，属于复杂性科学范畴。 应对不确定性：复杂系统开发具有设计、结构、市场需求等的不确定性，任何一个不确定性都可能构成创新风险。模块化把这些包含在具有“黑箱特征的模块中，它不影响整机和各模块的分头设计，随着设计的进展和认识的深入会逐步得到解决。现代模块化的概念现代模块化的概念 应对环境变化：市场、技术、生

6、产结构等环境是变化的，缺乏应变能力的产品是没有生命力的。模块化系统中，模块可适应环境而独立创新，不会对整体和其它模块构成干扰。 现代模块化的对象 比较复杂的系统：只有复杂系统用现代模块化方法才是经济可行的，因本钱较高。一般系统可采用传统模块化方法。 具有创新需求的系统：对长期保持稳定性并无创新需求的系统，即使是复杂系统也没有必要将其模块化。 具有高度不确定性的系统：复杂系统和高技术产品的不确定性高，这是现代模块化特别引起关注的原因，但这是一条代价很高的路线。即使是有创新需求的系统，如果创新目标明确，完全可以采取较为直接的、有针对性的、可以节省资源的措施。 现代模块化的目的：寻求选择权和选择价值

7、 选择：从众多的选择对象中择优的行为。 选择权价值：模块的竞争可产生不同功能和性能的模块，产品设计者可以自由选择模块，设计能带来最高价值的产品。现代模块化的概念 选择权：“模块化创造了选择权，“选择权不仅仅属于设计者，而且交给了模块的设计者、制造者和消费者。现代模块化的根本特征及其演进开展 现代模块化的根本特征 对象是复杂系统，其子系统通常也是一个复杂系统。 模块化系统是通过设计规那么事先构思好的：这是整个模块化过程的核心和关键。 现代模块化的概念 自下而上的系统改进和整体创新：设计规那么是较为稳定的，而隐模块内部的“隐形规那么那么是非常活泼的，它能随着外部环境的变化而及时应对。 模块化系统是

8、创造“选择价值的系统：模块设计师有权选择模块的“隐形规那么；整机设计师有权选择适宜的模块来组成产品。 开放式结构和决策分散化： 1开放式结构：整机厂不必大而全，模块可“外包或选购。 2使集中的决策分散化。有利于创新、以及分散和化解风险。现代模块化的概念 模块化系统的演进开展 演进开展是模块化系统的突出特征： 1与相互依赖的一体化系统不同，模块化系统是能通过演进途径不断创新开展的动态系统。 2模块化系统是设计规那么制约下的稳定系统，消除了模块间相互依赖关系，为通过模块变异来推进系统演化铺平道路，系统在稳定的根底上向期望的目标开展。 事后的选择是模块化系统开展的动力机制：“隐模块的“背靠背的开发和

9、“淘汰赛式的竞争，和系统设计师的事后选择机制，是模块化结构创新法那么的内在动力。 现代模块化的概念 模块操作符，开创模块化系统的演进路径：通过灵活运用六种模块操作符，可改变系统结构，推动模块化结构演进、开展、创新。 子系统独立进化开展的分散型体系：模块化系统在“设计规那么界定下，模块由分散的独立企业组成的“模块簇群自行设计，而无需征得系统架构师的同意，这是激发创造力的源泉。通过模块操作符的设计演进 模块化系统中可能出现的变化是由六种相对简单的操作符引起的，操作符是将复杂系统动态变化的知识组织起来的有效方法。现代模块化的概念 六个操作符及其功能： 别离(分割)：将系统分解为假设干模块。 替代：用

10、一种模块替代另外一种模块。 扩展：向某个系统添加新的模块。 排除：将某个模块从系统中排除。 归纳：通过归纳创造一个新的设计或设计规那么。将重复出现的共同的要素标准化，提升为具有通用接口的“结构化模块。 移植：将某个模块移植到另一个系统。为模块创造一个“外壳，用到原系统之外的其他系统用途改变。例如，将外购的显示器通过接口构件装入机柜中构成电子设备。现代模块化的概念设计规那么现代模块化的亮点 模块化结构由三局部组成：“设计规那么、“隐形模块、“检测模块。 “设计规那么，分为： a)“看得见的设计规那么，又称“明确规定的规那么。 b) “隐形设计规那么，又称“模块内部的设计规那么， “看不见的设计规

11、那么。 “隐形模块隐模块，即模块是一个有明确接口的、具有不可见信息的“黑箱。 模块化设计的设计规那么 系统集成与检测模块：是用以检测“隐形模块的接口和性能，以保证系统集成的实现。设计规那么的构成和作用 看得见的设计规那么：是由系统设计师预先制定的，它规定了系统内模块之间的“联系规那么，是各模块设计师必需遵循的准那么。是系统级设计规那么。又叫“明确规定的规那么。 “设计规那么中规定了模块的三要素。 模块“结构规那么 ：又称“划分规那么。确定系统是由哪些模块组成的，它们是怎样发挥作用的。这实际上就是，系统分解为模块的规那么、或系统要素组合为模块的规那么。 模块化设计的设计规那么 模块间“接口规那么

12、：规定模块如何相互作用，模块间的位置安排、联系，如何交换信息。其实质是，通过“接口规那么，固化接口特征。 模块“评定规那么：即系统集成与检测的规那么。检验模块是否符合“接口规那么X模块在系统里是否能发挥作用；测定模块性能X模块为何比Y模块好。它是模块接口的检验、测定“标准不管模块具体结构如何，因模块是“黑箱，以保证系统集成质量。“评定规那么对软件和硬件是必不可少的。 模块化设计的设计规那么模块化设计的设计规那么 “看得见的设计规那么往往在一定范围内作为正式的“标准和“标准，供模块开发者和系统集成者使用。模块化设计的设计规那么 系统级设计规那么划分规那么 接口规那么 评定规那么 模块级设计规那么

13、模块A 模块B 模块C 模块D 看得见的设计规那么看不见的设计规那么 “看不见的设计规那么“隐形设计规那么 自由的设计规那么：由模块设计师自行确定的模块内部设计规那么，它既不影响系统的集成，也不影响其它模块的设计。由此形成同类模块方案间的竞争和创新。是模块级的设计规那么。 “看不见隐形的含意：是把模块视作“黑箱，即不管其内部原理及结构如何，只要输出符合系统接口要求就行。 “看不见的相对性：对生产模块的企业来说，模块设计规那么在企业内部应是“看得见的，并用来制约同类模块及产品的设计。 模块化设计的设计规那么 设计规那么的运用 设计规那么的层次性：根据系统或产品的复杂程度，设计规那么可分成假设干层

14、次。 1系统级设计规那么：包括系统总体设计规那么和各子系统设计规那么。 2模块级设计规那么：包括模块设计规那么和各子模块设计规那么。 在公开的“设计规那么制约下(例如，各种国际标准、贸易规那么、行业标准等)，存在着大量的创新机遇，在于如何巧妙地运用。见下述“模块化的创新机制。模块化设计的设计规那么 “隐模块的“公开化“结构化模块 1模块层级的提高：有些模块(如许多程序中都存在不同版本的“打印管理子程序) ，可考虑把它移至设计层级的较高层次，使之在一定范围内是可见和可用的。 2结构化模块：标准电路和软件应用模块等都是部 分可见、局部不可见的，他们将可见结构与隐模块结合起来。在企业中，被提升进入共

15、享 “公开平台的模块都是结构化模块。 3在市场经济中，控制着重要的“结构化模块的企业，拥有巨大的影响力，并获得大量的经济价值。 模块化设计的设计规那么设计规那么是模块化理论的新开展 模块化系统设计的根本方法： 把系统产品分解为模块。 把模块间的接口模式和参数制定为“接口规那么。即把系统产品与模块间的关系予以固化。 在“接口规那么约束下,按“隐形设计规那么设计模块系列(产品)。 把模块按市场需求集成为新系统产品。 设计规那么对模块化的意义 点出了模块化设计的要害，把“由上而下的设计原那么，具体化为确立设计规那么。是对传统模块化方法的重要补充，即在按传统模块化方式设计产品时，也应首先确定设计规那么

16、。 突出了“接口界面在模块体系建设中的作用，在模块轮廓已根本清楚的情况下，模块化水平的上下和效益，主要取决于“接口规那么的优化和水平。 提出了限制其品种规格的恶性膨胀的新途径：在每一个层次模块设计之前，先确立相应设计规那么。设计规那么对模块化的意义 为建立模块化系统和提升模块化水平提供了有效方法 设计规那么的实质：规定模块化的架构。 建立产品模块化系统的根本方法：先制定“设计规那么，确定并固化系统架构、模块间的接口，然后才进行模块系统设计。 欲提升模块化水平：应重新确立和优化设计规那么，使模糊的设计规那么清晰化、具体化，并以新的设计规那么作为评审模块和产品的基准。 为建立和完善模块生产的“外包

17、和协作体系指明了方向，是建立以我为中心的产业簇群的依据。 设计规那么对模块化的意义 企业级的设计规那么是制定企业开展规划的主要依据之一。例如，IBM的计算机 “设计规那么，全面改变了计算机产业的布局。 为模块和产品的开发和创新提供最大的自由度： 企业应把自己的专长转化为“设计规那么，取得技术主导权。 在已有“设计规那么范围内,创造性地开展产品级和模块级技术。为模块化水平的评价，提供了一个简明扼要的标准：看是否建立起各个层次的产品设计规那么和相应的企业标准。设计规那么对模块化的意义模块化系统“设计规那么的两种表达方式 设计层次法：由系统树状图结构层次图和模块间接口图表组成。进而形成由系统设计规那

18、么、假设干层子系统设计规那么，直到设计层次的最下端模块的“隐形设计规那么。 矩阵图法：产品表现为各种设计参数的集合模块。并表示出每个参数是被其他参数影响影响，还是影响其他参数。设计规那么的表达和固化设计规那么的表达和固化系统树状图结构层次图 把系统按层次逐层分解为子系统、直至模块，清晰简明地表达系统的组成和层级关系。树状图可使系统的所有逻辑关系一目了然，并检查其完整性。 图32 模块化系统树状图系统子系统1模块C子系统4子系统3子系统2模块B模块A模块间关联接口图(以机柜为例) 机柜的接口包括： 内部接口：机柜与内部各模块的接口。 外部接口：机柜与外部各要素的接口。 关联图：反映模块或问题点间

19、的相互依赖关系。设计规那么的表达和固化二散热与噪声电缆EMC机箱工程安装进出线造型附件防尘机柜配电模块间接口要素表 关联图仅表示模块间相关，未表达出其密切程度。实际上，两个模块间的关联线要素，不止一条。所以，关联图是示意性的，仅表示模块设计时需考虑的各个“方面。 模块接口要素表：表达模块间详细的依赖关系。 见下表。模块化系统结构矩阵图 结构矩阵行列图：可综合表达上述结构树状图和关联图；还可根据各要素间依赖的密切程度来构建模块。设计规那么的表达和固化设计规那么的表达和固化机柜散热结构EMC结构IP结构机架风扇的位置与安装方式内立柱与前后门的间距，影响通风通道进、出风道的设置设置与机箱、门和其他构

20、件间的接地点设置防静电手环座设置机柜总接地点或接地导电排上、下盖板上通风孔处的防尘结构上、下盖板的防水前门门上的通风孔通风孔处的降噪声结构门的刚性对噪声的影响机柜的EMC要求设置接地点通风孔的防尘结构注意：防尘结构会减少进风量，影响散热 结构矩阵图绘制步骤 把设计参数功能结构、产品结构或任务安放在矩阵图的行与列中。 从表列中往下看，如果参数a是参数b的输入，那么在a列和b行的交叉点上放一个标记“x或色块。矩阵图填写有两种方法： 1先列出已确定的模块或初略的部件估计及其要素，在分析和填写标记“x。 2直接根据依赖的密切程度，划分模块。 检查模块和要素间的全部制约依赖关系是否都被考虑在内。 设计规

21、那么的表达和固化 笔记本电脑设计的结构矩阵图见以下图 结构矩阵图中“x的含意： 1列和行交叉点处的“x，表示该列的参数是该行参数的输入。 2某个参数行中的“x ，表示其它参数影响了这个参数。 3某个参数列中的“x，表示其它参数受该参数的影响。 “x处表示两个参数相互依赖，如果试图排除相互依赖性，就可能出现循环往复的的现象。 设计规那么的表达和固化 矩阵图在模块化设计中的运用方法 一个模块横向的“x，是该模块的输入，如果模块设计时能全部予以消除即予以吸收和兼容，那么这个模块的独立性很强。 如不能消除全部横向的“x，那么需为剩下的“x，增加一个新的接口，即增加模块的一个新派生型，已满足特殊需要。

22、一个模块纵向的“x，表示该模块的修改，会涉及到其它模块。 一个新模块，不管其内部结构如何，只要它遵循相同的设计规那么接口要素，就可以全面取代原模块。 设计规那么的表达和固化 设计规那么就是把模块间的“x转化为模块内的“设计规那么，即模块间的依赖关系已予以协调解决。当模块间的“x全部消除，使模块内聚度最大而模块间耦合度最小，一个模块内的结构改变，就不会影响到其它模块。 使模块获得独立性自由的途径 模块化设计的任务，就是尽可能消除模块间的依赖关系，确定并固化模块间的相互关系，提高模块的独立性，使相应模块的设计获得“自由。 模块间存在的所有依赖关系都被别离或纳入设计规那么，转化为可见信息，其它那么作

23、为模块内的隐藏信息。即消除矩阵图中右上角的“x。或者说，将不确定接口予以确定和固化。设计规那么的表达和固化 笔记本电脑设计的结构矩阵图：图形控制器放在主板上，屏幕规格变化；不放在主板上，CPU需处理更多信息；要接受不同的中断协议。设计规那么的表达和固化七设计规那么与企业标准 目前，大多产品已有国际性的设计规那么。例如，电子设备机械结构的构成模式和模块间的接口尺寸，已由IEC60297，IEC60917规定。 对一个企业来说，还需结合产品特点建立企业的模块化体系，即建立模块化体系的设计规那么。它对内是“看得见的设计规那么，对外那么是“隐形设计规那么。 为建立企业的模块化“设计规那么，应： 对企业的产品族进行分解、组合，构建模块化体系的层次结构图树状图，并固化为“结构规那么 。 设计规那么的表达和固化 分析并确定模块间关联图或模块间结构要素表，确定相关接口结构，并固化为“接口规那么。 把设计规那么转化为企业标准予以固化，作为企业法规实施。 在确定树状图后，应化大力气逐个确定各个模块间的接口，并制定为企业标