成正勇 CHENG Zheng-yong

（昆明理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，昆明 650500）

（School of Mechanical and Electrical Engineering，Kunming University of Science and Technology，Kunming 650500，China）

0 引言

近幾年，手機(jī)的發(fā)展速度可謂快的驚人，特別是從2007年Google推出Android手機(jī)操作系統(tǒng)以后，智能機(jī)取得了突破性的發(fā)展。從某個(gè)國產(chǎn)手機(jī)品牌，可以很清楚的看出手機(jī)的發(fā)展速度之快，從2011年到2013年僅僅短短3年的時(shí)間，某國產(chǎn)手機(jī)品牌就發(fā)布了三代手機(jī)，并且每代產(chǎn)品都還有升級版，如表1所示，列出了三代手機(jī)的主要硬件參數(shù)。手機(jī)的發(fā)展速度如此之快，用戶如果想跟上這個(gè)速度就要頻繁的更換手機(jī)，這樣既不環(huán)保也不經(jīng)濟(jì)。在這樣的發(fā)展背景之下，模塊化手機(jī)開始被提了出來。

表1 某國產(chǎn)手機(jī)

1 模塊化手機(jī)的概念

模塊就是可以組合成系統(tǒng)的、具有某種確定功能和接口結(jié)構(gòu)的、典型的通用獨(dú)立單元[1]。最早體現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)的是德國的一個(gè)家具公司在1900年用模塊化思想設(shè)計(jì)的“理想書架”。該書架的最大特點(diǎn)就是用戶可以根據(jù)自己的需求選擇不同的書架體組成滿足需求的書架。雖然當(dāng)時(shí)還沒有模塊這一概念，但是“理想書架”的設(shè)計(jì)思想體現(xiàn)的正是現(xiàn)代所稱的模塊化設(shè)計(jì)。此后，這種設(shè)計(jì)方法漸漸地開始被各行業(yè)所重視與采納。直到20世紀(jì)50年代，歐美一些國家才提出了“模塊化設(shè)計(jì)”的概念。經(jīng)過逐漸的發(fā)展與完善，模塊化設(shè)計(jì)的概念也越來越清晰。賈延林在模塊化設(shè)計(jì)一書中，將模塊化設(shè)計(jì)定義為在對一定范圍內(nèi)的不同功能或相同功能不同性能、不同規(guī)格的產(chǎn)品進(jìn)行功能分析的基礎(chǔ)上，劃分并設(shè)計(jì)出一系列功能模塊，通過模塊的選擇和組合可以構(gòu)成不同的產(chǎn)品，以滿足市場的不同需求[2]。模塊化手機(jī)就是把以上模塊化設(shè)計(jì)理論應(yīng)用到手機(jī)的設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)出來的手機(jī)。它與傳統(tǒng)的手機(jī)集成化設(shè)計(jì)是不同的，傳統(tǒng)的手機(jī)集成化設(shè)計(jì)指的是將手機(jī)的射頻單元、電源單元、模擬基帶芯片、數(shù)字基帶芯片、flash等所有功能器件集成在一片電路板上，用金屬外殼進(jìn)行封閉，來實(shí)現(xiàn)手機(jī)的所有功能[3]，而模組化手機(jī)，是指將手機(jī)中的各個(gè)零部件模塊化，變成可替代的部件，并且提供統(tǒng)一且通用的接口。其一般設(shè)計(jì)過程如圖1所示[4]。

圖1 手機(jī)模塊化設(shè)計(jì)過程

2 模塊化手機(jī)的優(yōu)勢

2.1 環(huán)保 由于手機(jī)的更新?lián)Q代速度太快以至于無論手機(jī)的壽命是否已到，每過一段時(shí)間人們都會(huì)更換一臺新的手機(jī)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前國內(nèi)用戶大概一年半左右就會(huì)更換一次手機(jī)。換下來的手機(jī)最終的命運(yùn)是出現(xiàn)在垃圾場，造成大量電子垃圾。手機(jī)模塊化設(shè)計(jì)的提出可以很好的解決這一問題，手機(jī)的換代不再需要更換整臺手機(jī)，而只是升級其中的模塊即可。而且手機(jī)的模塊可以互用，多臺手機(jī)可以共用一個(gè)模塊。一定程度上節(jié)約了資源，減少了環(huán)境污染。

2.2 縮短開發(fā)周期 手機(jī)采用模塊化設(shè)計(jì)后，企業(yè)不需要再對整部手機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，而只需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的手模塊即可，縮短了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與開發(fā)周期。

2.3 滿足個(gè)性化 手機(jī)的消費(fèi)觀念已由剛開始時(shí)的盲目追求多功能逐漸地發(fā)展到理性化，即人們在購買手機(jī)的時(shí)候會(huì)更多的考慮它的實(shí)用功能。模塊化手機(jī)增加用戶定制的可行性，即用戶可以根據(jù)個(gè)人的需求及喜好選擇手機(jī)，既可以節(jié)約成本，又可以滿足個(gè)人需求，同時(shí)也會(huì)大大提高產(chǎn)品的滿意度及產(chǎn)品的市場競爭力[5]。

2.4 更新?lián)Q代快 手機(jī)的發(fā)展主要就是硬件的發(fā)展，手機(jī)的升級也主要是硬件上的升級?，F(xiàn)在手機(jī)界已經(jīng)是一個(gè)硬件比拼的時(shí)代。手機(jī)的換代速度太快，一般一款手機(jī)平均半年就升級一次。隨著新機(jī)的不斷推出，要想跟上手機(jī)的新潮，會(huì)發(fā)現(xiàn)永遠(yuǎn)也跟不上最新潮的。而手機(jī)的模塊化設(shè)計(jì)就為這個(gè)問題提出了一種解決方案，有需要時(shí)，換個(gè)內(nèi)存或者CPU就可以升級手機(jī)了，解決了用戶對手機(jī)更新?lián)Q代速度太快的苦惱。

2.5 更新?lián)Q代費(fèi)用低 隨著信息社會(huì)的不斷發(fā)展，人們通過手機(jī)獲得信息的方式逐漸增多，信息的處理量也越來越大，對手機(jī)的要求也越來越高，因此手機(jī)的更新?lián)Q代速度也隨之更快。目前，如果手機(jī)的性能不能滿足需求了，需要更高性能的手機(jī)，唯一的方式就是再買一部完整的更高性能的新手機(jī)。有時(shí)手機(jī)的某一部分壞了，修理的價(jià)格往往達(dá)到新機(jī)的一半左右，用戶一般也會(huì)選擇重新購買一部新手機(jī)而不是修理壞的手機(jī)。這樣整部手機(jī)的頻繁更換對大部分消費(fèi)者來說是昂貴的，而模塊化手機(jī)可以做到哪塊過時(shí)了、想換了或者壞了，直接更換這一部分即可，無需整機(jī)更換，一定程度上，為消費(fèi)者減少了更換手機(jī)的費(fèi)用。

3 模塊化手機(jī)設(shè)計(jì)面臨的主要問題

3.1 零部件多 手機(jī)不僅有處理器、內(nèi)存、攝像頭、鍵盤等，還有各種芯片、無線模塊、接口等，而且許多都是由不同的制造商制造，因此就很難設(shè)計(jì)成模塊化。

3.2 模塊的組裝和兼容性 目前各手機(jī)制造商都有自己的一套標(biāo)準(zhǔn)，不同廠商之間很難實(shí)現(xiàn)模塊的組裝與兼容。就像汽車有自己的平臺和標(biāo)準(zhǔn)一樣，同品牌的部件可以換用，但不同品牌間由于標(biāo)準(zhǔn)的不同就不能換用，例如大眾和豐田就不能換用。

3.3 模塊之間信號傳輸問題 手機(jī)中硬件彼此之間的信號傳輸極其迅速，要達(dá)到這個(gè)要求，最容易也最便宜的方式就是讓硬件之間靠的更近。目前的手機(jī)中，無線接收組件、RAM和CPU都在同一塊芯片上，基本上就是把CPU和無線接收組件放在同一塊硅片上，然后在上面加一塊RAM。所以要解決模塊之間的信號傳輸問題還很困難而且很昂貴。

3.4 傳統(tǒng)手機(jī)廠商的阻力 模塊化手機(jī)具有更換部件獲得新功能和性能的能力，用戶將不再需要更換整部手機(jī)就可以跟得上時(shí)代，在降低用戶更換手機(jī)的費(fèi)用的同時(shí)也損壞了傳統(tǒng)手機(jī)廠商的利益。因此，傳統(tǒng)手機(jī)廠商是不愿做模塊化手機(jī)的，從而會(huì)阻礙模塊化手機(jī)的發(fā)展。

4 模塊化手機(jī)現(xiàn)狀

4.1 中興的Eco-Mobius中興通訊是全球領(lǐng)先的綜合性通信制造業(yè)上市公司和全球通信解決方案提供商之一。Eco-Mobius是中興通訊的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)出來的一款概念模塊化手機(jī)，如圖2所示。Eco-Mobius被分為核心模組、顯示模組、電池模組、以及攝影模組。不同的模組根據(jù)不同性能和標(biāo)準(zhǔn)可自由搭配在一起，比如電池模組能串聯(lián)成更大容量的電池組。除此之外，大屏幕設(shè)備甚至是平板可以通過更換更大的模板來進(jìn)行組裝。這個(gè)創(chuàng)意還獲得了德國紅點(diǎn)設(shè)計(jì)大獎(jiǎng)[6]。

4.2 索尼的XTRUD 在2013年六月份索尼公司的設(shè)計(jì)師Francois Rybarczyk設(shè)計(jì)出了一款名為XTRUD的模塊化手機(jī)，這款手機(jī)支持用戶拆解，內(nèi)部零件可以進(jìn)行定制或升級，如圖3所示。XTRUD工程試驗(yàn)機(jī)已經(jīng)證明這一設(shè)計(jì)是極具可行性的[7]。

4.3 MobikomaMobikoma概念模塊化手機(jī)是由Camille Israel研發(fā)的，如圖4所示，從圖上可以看到Mobikoma是由一些形狀、大小相同的模塊和一些小的操作塊所組成。Mobikoma的每個(gè)模塊都具有獨(dú)立的電源和處理器，可以單獨(dú)運(yùn)行。所有的模塊都設(shè)有SIM卡槽和閃存盤，藍(lán)牙和Wi-Fi。另有一套模塊可以連接相機(jī)。人們可以根據(jù)所需求的功能組裝各個(gè)模塊。

圖2 Eco-Mobius

圖3 XTRUD

4.4 Phonebloks Phonebloks是Dave Hakkens提出的設(shè)計(jì)概念，以組裝方式讓用戶選擇合適的模組，按需要組裝自己的手機(jī)，如圖5所示。喜歡攝影的用戶，可以安裝強(qiáng)大的攝像頭組件；使用云端儲(chǔ)存的用戶，內(nèi)置存儲(chǔ)器容量就可以小一些；老年人不需要花俏的功能、藍(lán)牙、NFC可以統(tǒng)統(tǒng)拿走，換成大塊電池和更響的喇叭等[8]。

圖4 Mobikoma

圖5 Phonebloks

最近摩托羅拉也宣布了一項(xiàng)“Project Ara”研究計(jì)劃，打算與Phonebloks的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)合作研發(fā)模塊化手機(jī)。摩托羅拉把Project Ara的設(shè)計(jì)定義為包括所謂的內(nèi)骨骼(endo)和模塊。內(nèi)骨骼是框架結(jié)構(gòu)，所有模塊都附著其上。模塊可以是任何東西，包括新的應(yīng)用處理器、新的屏幕或者鍵盤、第二塊電池、脈搏血氧儀，或者其它什么還沒有想到的[7]。

5 總結(jié)

目前模塊化手機(jī)還處于概念設(shè)計(jì)的階段。由上面的分析可知，模塊化手機(jī)有優(yōu)勢，但更有很多難以解決的技術(shù)問題以及來至傳統(tǒng)手機(jī)廠商的阻力。中興、索尼等雖然都已經(jīng)設(shè)計(jì)出了概念模塊化手機(jī)，但也僅僅是概念手機(jī)，離真機(jī)還差很遠(yuǎn)。索尼公司也稱他們設(shè)計(jì)的僅僅是概念機(jī)，并不代表將來會(huì)研發(fā)模塊化手機(jī)。目前僅有摩托羅拉宣布了一個(gè)“Project Ara”項(xiàng)目，從事模塊化手機(jī)的研究。因此，從目前來看，真正的模塊化手機(jī)近階段還不會(huì)面世。但科技的發(fā)展是人們無法想象的，在計(jì)算機(jī)沒有出現(xiàn)之前，誰也想不到計(jì)算機(jī)會(huì)給我們帶來這么大的變化，所以模塊化手機(jī)也許是手機(jī)未來的一個(gè)發(fā)展趨勢。

[1]童時(shí)中.模塊化原理設(shè)計(jì)方法及應(yīng)用[M].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2000:20-21.

[2]賈延林.模塊化設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1993,9:2-7.

[3]保羅·萊文森.手機(jī)擋不住的呼喚[M].北京:中國人民大學(xué)出版社,2004:17-20.

[4]張斌.手機(jī)模塊化體系的建立與設(shè)計(jì)方法及關(guān)鍵技術(shù)的研究[D].南京:南京航空航天大學(xué),2007.

[5]容康權(quán).手機(jī)的綠色模塊化設(shè)計(jì)[D].廣州:廣東工業(yè)大學(xué),2009.

[6]加菲.中興Eco-Mobius模塊化概念手機(jī)亮相[EB/OL].北京:小熊在線,2013[2013-1-9].http://www.beareyes.com.cn/html/2013/09/24/news/82969.shtml.

[7]李逸海.手機(jī)模塊化,有戲么？[EB/OL].北京:鈦媒體網(wǎng),2013[2013-1-9].http://www.tmtpost.com/83904.html.

[8]芒果殿下.設(shè)計(jì)師開發(fā)模塊化手機(jī) 升級就像玩樂高積木DIY[EB/OL].上海:愛活網(wǎng),2013[2013-1-9].http://www.evolife.cn/html/2013/73057.html.