模塊化設計在雷達系統中的應用

摘要：闡述了模塊化設計及特點(diǎn)，介紹了模塊化技術(shù)的優(yōu)越性。重點(diǎn)討論了模塊化設計在雷達系統設計中的必要性和可行性，針對雷達產(chǎn)品的特點(diǎn)，概述了雷達模塊化的意義和模塊化的方向。
關(guān)鍵詞：模塊；模塊化設計；雷達系統

模塊化設計作為一種新的設計理論和方法，自20世紀70年代在世界發(fā)達國家興起以來(lái)，已滲透到設計的方方面面。在國外，模塊與模塊化兩詞已作為現代軍事裝備的特征標志予以強調，并形成了理論分析、設計生產(chǎn)、試驗標準及規范等一套完整體系，取得了顯著(zhù)的經(jīng)濟效益、軍事效益和社會(huì )效益，它為新形勢下多品種、小批量、需不斷改型列裝的軍事裝備的研制生產(chǎn)提供了一條嶄新的道路。

1 模塊化設計
模塊化設計與傳統的設計方法截然不同，它是統籌考慮產(chǎn)品系統，把其中含有相同或相似的功能單元分離出來(lái)，用標準化原理進(jìn)行統一、歸并、簡(jiǎn)化，以通用單元的形式獨立存在的一種機電一體化設計方法。這種方法應用于雷達系統的研制中，是一種新的嘗試。
1．1 模塊和模塊化的基本概念
模塊(Module)可定義為：組成系統(產(chǎn)品)的具有確定和獨立的功能、標準接口和互換性的通用的硬件和軟件單元。單元在狹義上可指組件或大部件，在廣義上可指大系統中的小系統。模塊是可以分解組合的，其大小是一個(gè)相對的，可因狀態(tài)條件、具體環(huán)境而定。模塊具有抽象性、獨立性、互換性和靈活性的特點(diǎn)，模塊一般制成現場(chǎng)可更換單元。
模塊化(Modularization)是一種設計方法，是一種新的標準化方法。模塊化屬于標準化范疇，模塊化設計是標準化原理在設計方而的具體應用。模塊化設計是以模塊的分解組合為基礎的，強調整個(gè)模塊的通用性和互換性的一種設計方法。在廣泛采用CAX技術(shù)的今天，它力求以最少的模塊組成盡可能多的產(chǎn)品，最大限度地滿(mǎn)足客戶(hù)需求。
1．2 模塊化設計思想
模塊化設計在指導思想上與傳統的產(chǎn)品設計不同，模塊化設計是按照標準化原理和系統工程原理及方法采用頂層分析與底層需求相結合的設計方法，是一個(gè)白上而下的過(guò)程，合理劃分模塊、建立模塊體系是其設計的關(guān)鍵。在對設備的技術(shù)體制、性能指標、接口形式、用途及工作環(huán)境中有充分了解和對現有沒(méi)備及將要研制的新設備等進(jìn)行分析、研究和綜合的基礎上，一方面改變傳統的設計方法，采用系統的觀(guān)念從系統頂層向底層將設備分解成不同等級的許多單元；另一方面從系統底層向頂層進(jìn)行模塊需求分析，并按標準化原理對同類(lèi)和相近設備進(jìn)行對比、歸類(lèi)，合理劃分模塊。然后，通過(guò)對同類(lèi)和相近設備間的模塊進(jìn)行橫向協(xié)調和綜合分析，找出其內在聯(lián)系，按模塊層次結構建立相應的模塊體系。按照模塊化設計方法，有這樣一個(gè)關(guān)系：新型模塊化設備=通用模塊(大量)+專(zhuān)用模塊(少量)+模塊連接器。這樣，模塊化設備的研制主要成為通用模塊的選用和少量專(zhuān)用模塊及模塊連接器的設計，設計人員只需了解通用模塊的接口關(guān)系，而不必從頭開(kāi)始。這種設計模式大大簡(jiǎn)化了設計程序，縮短了研制周期，從而為雷達系統的迅速研制、改型和列裝創(chuàng )造了極有利的條件。由于通用模塊是經(jīng)過(guò)大量試驗、使用后制成的，其質(zhì)量可靠，這樣，主要精力就可集中放在專(zhuān)用模塊的設計上，因而，設備的質(zhì)量容易保證，研制風(fēng)險大大減小。由于設備是由模塊組裝而成，各模塊均設計有測試接口，便于檢測、維修，可實(shí)現設備的基層級維修。同內外大量事實(shí)證明，采用模塊化設計方法能顯著(zhù)縮短研制周期，降低研制成本，提高設備的可靠性和可維修性。
模塊化的電子設備是由電路功能模塊和機械結構模塊結合而成的。由于電路決定雷達功能上的差異，是新產(chǎn)品中最活躍的因素，這使電路功能模塊的形成受到制約，但作為電路功能模塊載體的結構模塊隨產(chǎn)品功能變化的因素較少，使其具備廣泛的通用性及獨立分解、重新組合的性能，從而實(shí)現工藝、工裝通用化的目的，進(jìn)而大大提高電子設備的工作可靠性、降低研制成本、縮短研制周期，為武器裝備發(fā)展走基本型道路創(chuàng )造有利的條件。某型號雷達結構總體即以結構模塊獨立先行，以結構模塊制約并推動(dòng)電路模塊發(fā)展為總體設汁指導思想，系統全面地開(kāi)展跟蹤制導雷達的研制工作。
1．3 模塊化設計的優(yōu)越性
(1)它成功地解決了所謂“多樣化的挑戰”為多樣化生產(chǎn)條件下的標準化開(kāi)辟了一條新路。
(2)模塊化設計簡(jiǎn)化了機型，結構模塊化受“模數”制約，使整機統一了尺寸系列和安裝連接尺寸，提高生產(chǎn)效率，降低研制成本，提高雷達的可靠性。
(3)簡(jiǎn)化設計，對以后雷達的改型，通過(guò)適量結構模塊儲備，可縮短新品研制周期。
(4)提高雷達的有效度，只需修改雷達一些功能結構模塊，就可組成新結構雷達，使結構零件、部件的有效度大大提高。
(5)模塊化設計是提高維修效率和質(zhì)量，降低對維修人員的技能要求及減少維修費用的有效途徑之一。
(6)結構模塊的相對穩定和階梯上升，使可靠性得到保證。
(7)縮短研制周期，降低了成本。根據部隊和總體實(shí)際要求，可使用標準化、系列化的通用雷達結構模塊組件，來(lái)組裝各種結構要求的雷達，而不是每次都重新設計和制造。由于簡(jiǎn)化了設計、制造、裝配，縮短了研制周期，降低了雷達研制時(shí)間，生產(chǎn)成本，同時(shí)提高了功能模塊可靠性和可維修性，降低了運轉費用。
隨著(zhù)電子技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、材料科學(xué)、電子組裝技術(shù)的不斷發(fā)展，現代戰爭已發(fā)展成為高科技的電子戰、信息戰，對雷達系統的要求也越來(lái)越多，越來(lái)越高，如多功能、高性能、通用化、智能化、小型輕量化、操作簡(jiǎn)單化、維修快速化、外觀(guān)時(shí)尚化等等。如何滿(mǎn)足和適應現代戰爭的需要，實(shí)現上述設計的要求，是每個(gè)設計人員所面臨的新課題。很顯然，傳統的設計方法已不能滿(mǎn)足它的要求。很多專(zhuān)家認為：過(guò)去是價(jià)格的競爭，現存是質(zhì)量的競爭，將來(lái)是設計的競爭?？梢?jiàn)設計對設備的質(zhì)量以及競爭力是何等重要。為此，設計人員應加強相關(guān)知識的學(xué)習，積極跟蹤當今世界相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)的現狀和發(fā)展趨勢，更新設計理念，豐富業(yè)務(wù)知識，拓寬業(yè)務(wù)面，提高業(yè)務(wù)水平，從而提高設備的檔次和競爭力。

2 模塊化設計的適應性與遠景展望
傳統產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程見(jiàn)圖1，不僅時(shí)間周期長(cháng)，而且還要花費大量財力和人力，在今天激烈的市場(chǎng)競爭中已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足客戶(hù)多變的需求?；谀K庫的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程見(jiàn)圖2，無(wú)須一切冉從頭開(kāi)始重新設計與制造，只要適當變換模塊重新組合，就能像搭積木那樣可以隨意快速地組合出一個(gè)新產(chǎn)品來(lái)，這將會(huì )使新產(chǎn)品研制周期和生產(chǎn)周期大大縮短，研制費用和生產(chǎn)費用大大降低，使雷達可靠性和可維修性上一個(gè)新臺階，為實(shí)現一機多型提供基本條件，增強產(chǎn)品的配套適應能力，進(jìn)一步提高我國同防武器裝備的現代化水平。