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3.1现代模块化的概念3.2模块化设计的设计规则3.3设计规则的表达和固化(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＋“设计规则”●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发展。▲“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1997年将其抽象升华为以“设计规则”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“设计规则”，又称模块间的联系规则。现代模块化的概念——在遵守设计规则的前提下，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。●现代模块化的基本概念▲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，但需遵守共同的设计规则。——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“设计规则”，即有规范化的接口。通常所说的模块大多是指“隐模块”。——结构化模块：即在模块间“隐形规则”（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，模块化过程是渐进的。早期的设计规则可能是错误的、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，也包含基本要素之间的相互关系。——模块化的实现途径：“创建和执行一套全面的设计规则”。即“首先通过一组明确的设计规则来分解设计，随后建立一个管理系统来严格执行这些设计规则”。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部分时，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基础是整体观，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，因成本较高。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——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”。●现代模块化的基本特征及其演进发展▲现代模块化的基本特征——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则事先构思好的：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：设计规则是较为稳定的，而隐模块内部的“隐形规则”则是非常活跃的，它能随着外部环境的变化而及时应对。——模块化系统是创造“选择价值”的系统：模块设计师有权选择模块的“隐形规则”；整机设计师有权选择合适的模块来组成产品。——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▲模块化系统的演进发展——演进发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发展的动态系统。2）模块化系统是设计规则制约下的稳定系统，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，系统在稳定的基础上向期望的目标发展。——事后的选择是模块化系统发展的动力机制：“隐模块”的“背靠背”的开发和“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则的内在动力。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、发展、创新。——子系统独立进化发展的分散型体系：模块化系统在“设计规则”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：——分离(分割)：将系统分解为若干模块。——替代：用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（或设计规则）。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●设计规则——现代模块化的亮点▲模块化结构由三部分组成：“设计规则”、“隐形模块”、“检测模块”。——“设计规则”，分为：a)“看得见的设计规则”，又称“明确规定的规则”。b)“隐形设计规则”，又称“模块内部的设计规则”，“看不见的设计规则”。——“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则——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。●设计规则的构成和作用▲看得见的设计规则：是由系统设计师预先制定的，它规定了系统内模块之间的“联系规则”，是各模块设计师必需遵循的准则。是系统级设计规则。又叫“明确规定的规则”。▲“设计规则”中规定了模块的三要素。——模块“结构规则”：又称“划分规则”。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）的规则、或系统要素组合（为模块）的规则。模块化设计的设计规则——模块间“接口规则”：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“接口规则”，固化接口特征。——模块“评定规则”：即系统集成与检测的规则。检验模块是否符合“接口规则”（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。“评定规则”对软件和硬件是必不可少的。模块化设计的设计规则●模块化设计的设计规则“看得见的设计规则”往往在一定范围内作为正式的“标准”和“规范”，供模块开发者和系统集成者使用。模块化设计的设计规则系统级设计规则划分规则接口规则评定规则模块级设计规则模块A模块B模块C模块D看得见的设计规则看不见的设计规则▲“看不见的设计规则”（“隐形设计规则”）——自由的设计规则：由模块设计师自行确定的模块内部设计规则，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。是模块级的设计规则。——“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，模块设计规则在企业内部应是“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则▲设计规则的运用——设计规则的层次性：根据系统（或产品）的复杂程度，设计规则可分成若干层次。1）系统级设计规则：包括系统总体设计规则和各子系统设计规则。2）模块级设计规则：包括模块设计规则和各子模块设计规则。——在公开的“设计规则”制约下(例如，各种国际标准、贸易规则、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则——“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、部分不可见的，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则●设计规则是模块化理论的新发展▲模块化系统设计的基本方法：——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“接口规则”。即把系统（产品）与模块间的关系予以固化。——在“接口规则”约束下,按“隐形设计规则”设计模块系列(产品)。——把模块按市场需求集成为新系统（产品）。设计规则对模块化的意义▲点出了模块化设计的要害，把“由上而下”的设计原则，具体化为确立设计规则。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则。▲突出了“接口”（界面）在模块体系建设中的作用，在模块轮廓已基本清楚的情况下，模块化水平的高低和效益，主要取决于“接口规则”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，先确立相应设计规则。设计规则对模块化的意义●为建立模块化系统和提升模块化水平提供了有效方法▲设计规则的实质：规定模块化的架构。▲建立产品模块化系统的基本方法：先制定“设计规则”，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则，使模糊的设计规则清晰化、具体化，并以新的设计规则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”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。设计规则对模块化的意义▲企业级的设计规则是制定企业发展规划的主要依据之一。例如，IBM的计算机“设计规则”，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