成正勇 CHENG Zheng-yong

（昆明理工大學機電工程學院，昆明 650500）

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

0 引言

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

表1 某國產(chǎn)手機

1 模塊化手機的概念

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構的、典型的通用獨立單元[1]。最早體現(xiàn)模塊化設計的是德國的一個家具公司在1900年用模塊化思想設計的“理想書架”。該書架的最大特點就是用戶可以根據(jù)自己的需求選擇不同的書架體組成滿足需求的書架。雖然當時還沒有模塊這一概念，但是“理想書架”的設計思想體現(xiàn)的正是現(xiàn)代所稱的模塊化設計。此后，這種設計方法漸漸地開始被各行業(yè)所重視與采納。直到20世紀50年代，歐美一些國家才提出了“模塊化設計”的概念。經(jīng)過逐漸的發(fā)展與完善，模塊化設計的概念也越來越清晰。賈延林在模塊化設計一書中，將模塊化設計定義為在對一定范圍內的不同功能或相同功能不同性能、不同規(guī)格的產(chǎn)品進行功能分析的基礎上，劃分并設計出一系列功能模塊，通過模塊的選擇和組合可以構成不同的產(chǎn)品，以滿足市場的不同需求[2]。模塊化手機就是把以上模塊化設計理論應用到手機的設計中設計出來的手機。它與傳統(tǒng)的手機集成化設計是不同的，傳統(tǒng)的手機集成化設計指的是將手機的射頻單元、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，用金屬外殼進行封閉，來實現(xiàn)手機的所有功能[3]，而模組化手機，是指將手機中的各個零部件模塊化，變成可替代的部件，并且提供統(tǒng)一且通用的接口。其一般設計過程如圖1所示[4]。

圖1 手機模塊化設計過程

2 模塊化手機的優(yōu)勢

2.1 環(huán)保 由于手機的更新?lián)Q代速度太快以至于無論手機的壽命是否已到，每過一段時間人們都會更換一臺新的手機。據(jù)統(tǒng)計，目前國內用戶大概一年半左右就會更換一次手機。換下來的手機最終的命運是出現(xiàn)在垃圾場，造成大量電子垃圾。手機模塊化設計的提出可以很好的解決這一問題，手機的換代不再需要更換整臺手機，而只是升級其中的模塊即可。而且手機的模塊可以互用，多臺手機可以共用一個模塊。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 手機采用模塊化設計后，企業(yè)不需要再對整部手機進行設計，而只需要設計相應的手模塊即可，縮短了產(chǎn)品的設計與開發(fā)周期。

2.3 滿足個性化 手機的消費觀念已由剛開始時的盲目追求多功能逐漸地發(fā)展到理性化，即人們在購買手機的時候會更多的考慮它的實用功能。模塊化手機增加用戶定制的可行性，即用戶可以根據(jù)個人的需求及喜好選擇手機，既可以節(jié)約成本，又可以滿足個人需求，同時也會大大提高產(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 手機的發(fā)展主要就是硬件的發(fā)展，手機的升級也主要是硬件上的升級?，F(xiàn)在手機界已經(jīng)是一個硬件比拼的時代。手機的換代速度太快，一般一款手機平均半年就升級一次。隨著新機的不斷推出，要想跟上手機的新潮，會發(fā)現(xiàn)永遠也跟不上最新潮的。而手機的模塊化設計就為這個問題提出了一種解決方案，有需要時，換個內存或者CPU就可以升級手機了，解決了用戶對手機更新?lián)Q代速度太快的苦惱。

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

3 模塊化手機設計面臨的主要問題

3.1 零部件多 手機不僅有處理器、內存、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，因此就很難設計成模塊化。

3.2 模塊的組裝和兼容性 目前各手機制造商都有自己的一套標準，不同廠商之間很難實現(xiàn)模塊的組裝與兼容。就像汽車有自己的平臺和標準一樣，同品牌的部件可以換用，但不同品牌間由于標準的不同就不能換用，例如大眾和豐田就不能換用。

3.3 模塊之間信號傳輸問題 手機中硬件彼此之間的信號傳輸極其迅速，要達到這個要求，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)手機廠商的阻力 模塊化手機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就可以跟得上時代，在降低用戶更換手機的費用的同時也損壞了傳統(tǒng)手機廠商的利益。因此，傳統(tǒng)手機廠商是不愿做模塊化手機的，從而會阻礙模塊化手機的發(fā)展。

4 模塊化手機現(xiàn)狀

4.1 中興的Eco-Mobius中興通訊是全球領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是中興通訊的設計團隊設計出來的一款概念模塊化手機，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)不同性能和標準可自由搭配在一起，比如電池模組能串聯(lián)成更大容量的電池組。除此之外，大屏幕設備甚至是平板可以通過更換更大的模板來進行組裝。這個創(chuàng)意還獲得了德國紅點設計大獎[6]。

4.2 索尼的XTRUD 在2013年六月份索尼公司的設計師Francois Rybarczyk設計出了一款名為XTRUD的模塊化手機，這款手機支持用戶拆解，內部零件可以進行定制或升級，如圖3所示。XTRUD工程試驗機已經(jīng)證明這一設計是極具可行性的[7]。

4.3 MobikomaMobikoma概念模塊化手機是由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的每個模塊都具有獨立的電源和處理器，可以單獨運行。所有的模塊都設有SIM卡槽和閃存盤，藍牙和Wi-Fi。另有一套模塊可以連接相機。人們可以根據(jù)所需求的功能組裝各個模塊。

圖2 Eco-Mobius

圖3 XTRUD

4.4 Phonebloks Phonebloks是Dave Hakkens提出的設計概念，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，如圖5所示。喜歡攝影的用戶，可以安裝強大的攝像頭組件；使用云端儲存的用戶，內置存儲器容量就可以小一些；老年人不需要花俏的功能、藍牙、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“Project Ara”研究計劃，打算與Phonebloks的設計團隊合作研發(fā)模塊化手機。摩托羅拉把Project Ara的設計定義為包括所謂的內骨骼(endo)和模塊。內骨骼是框架結構，所有模塊都附著其上。模塊可以是任何東西，包括新的應用處理器、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

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

[1]童時中.模塊化原理設計方法及應用[M].北京:中國標準出版社,2000:20-21.

[2]賈延林.模塊化設計[M].北京:機械工業(yè)出版社,1993,9:2-7.

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

[4]張斌.手機模塊化體系的建立與設計方法及關鍵技術的研究[D].南京:南京航空航天大學,2007.

[5]容康權.手機的綠色模塊化設計[D].廣州:廣東工業(yè)大學,2009.

[6]加菲.中興Eco-Mobius模塊化概念手機亮相[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.設計師開發(fā)模塊化手機 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.