浅析模块化手机

成正勇 CHENG Zheng-yong

（昆明理工大学机电工程学院，昆明 650500）

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

0 引言

近几年，手机的发展速度可谓快的惊人，特别是从2007年Google推出Android手机操作系统以后，智能机取得了突破性的发展。从某个国产手机品牌，可以很清楚的看出手机的发展速度之快，从2011年到2013年仅仅短短3年的时间，某国产手机品牌就发布了三代手机，并且每代产品都还有升级版，如表1所示，列出了三代手机的主要硬件参数。手机的发展速度如此之快，用户如果想跟上这个速度就要频繁的更换手机，这样既不环保也不经济。在这样的发展背景之下，模块化手机开始被提了出来。

表1 某国产手机

1 模块化手机的概念

模块就是可以组合成系统的、具有某种确定功能和接口结构的、典型的通用独立单元[1]。最早体现模块化设计的是德国的一个家具公司在1900年用模块化思想设计的“理想书架”。该书架的最大特点就是用户可以根据自己的需求选择不同的书架体组成满足需求的书架。虽然当时还没有模块这一概念，但是“理想书架”的设计思想体现的正是现代所称的模块化设计。此后，这种设计方法渐渐地开始被各行业所重视与采纳。直到20世纪50年代，欧美一些国家才提出了“模块化设计”的概念。经过逐渐的发展与完善，模块化设计的概念也越来越清晰。贾延林在模块化设计一书中，将模块化设计定义为在对一定范围内的不同功能或相同功能不同性能、不同规格的产品进行功能分析的基础上，划分并设计出一系列功能模块，通过模块的选择和组合可以构成不同的产品，以满足市场的不同需求[2]。模块化手机就是把以上模块化设计理论应用到手机的设计中设计出来的手机。它与传统的手机集成化设计是不同的，传统的手机集成化设计指的是将手机的射频单元、电源单元、模拟基带芯片、数字基带芯片、flash等所有功能器件集成在一片电路板上，用金属外壳进行封闭，来实现手机的所有功能[3]，而模组化手机，是指将手机中的各个零部件模块化，变成可替代的部件，并且提供统一且通用的接口。其一般设计过程如图1所示[4]。

图1 手机模块化设计过程

2 模块化手机的优势

2.1 环保 由于手机的更新换代速度太快以至于无论手机的寿命是否已到，每过一段时间人们都会更换一台新的手机。据统计，目前国内用户大概一年半左右就会更换一次手机。换下来的手机最终的命运是出现在垃圾场，造成大量电子垃圾。手机模块化设计的提出可以很好的解决这一问题，手机的换代不再需要更换整台手机，而只是升级其中的模块即可。而且手机的模块可以互用，多台手机可以共用一个模块。一定程度上节约了资源，减少了环境污染。

2.2 缩短开发周期 手机采用模块化设计后，企业不需要再对整部手机进行设计，而只需要设计相应的手模块即可，缩短了产品的设计与开发周期。

2.3 满足个性化 手机的消费观念已由刚开始时的盲目追求多功能逐渐地发展到理性化，即人们在购买手机的时候会更多的考虑它的实用功能。模块化手机增加用户定制的可行性，即用户可以根据个人的需求及喜好选择手机，既可以节约成本，又可以满足个人需求，同时也会大大提高产品的满意度及产品的市场竞争力[5]。

2.4 更新换代快 手机的发展主要就是硬件的发展，手机的升级也主要是硬件上的升级。现在手机界已经是一个硬件比拼的时代。手机的换代速度太快，一般一款手机平均半年就升级一次。随着新机的不断推出，要想跟上手机的新潮，会发现永远也跟不上最新潮的。而手机的模块化设计就为这个问题提出了一种解决方案，有需要时，换个内存或者CPU就可以升级手机了，解决了用户对手机更新换代速度太快的苦恼。

2.5 更新换代费用低 随着信息社会的不断发展，人们通过手机获得信息的方式逐渐增多，信息的处理量也越来越大，对手机的要求也越来越高，因此手机的更新换代速度也随之更快。目前，如果手机的性能不能满足需求了，需要更高性能的手机，唯一的方式就是再买一部完整的更高性能的新手机。有时手机的某一部分坏了，修理的价格往往达到新机的一半左右，用户一般也会选择重新购买一部新手机而不是修理坏的手机。这样整部手机的频繁更换对大部分消费者来说是昂贵的，而模块化手机可以做到哪块过时了、想换了或者坏了，直接更换这一部分即可，无需整机更换，一定程度上，为消费者减少了更换手机的费用。

3 模块化手机设计面临的主要问题

3.1 零部件多 手机不仅有处理器、内存、摄像头、键盘等，还有各种芯片、无线模块、接口等，而且许多都是由不同的制造商制造，因此就很难设计成模块化。

3.2 模块的组装和兼容性 目前各手机制造商都有自己的一套标准，不同厂商之间很难实现模块的组装与兼容。就像汽车有自己的平台和标准一样，同品牌的部件可以换用，但不同品牌间由于标准的不同就不能换用，例如大众和丰田就不能换用。

3.3 模块之间信号传输问题 手机中硬件彼此之间的信号传输极其迅速，要达到这个要求，最容易也最便宜的方式就是让硬件之间靠的更近。目前的手机中，无线接收组件、RAM和CPU都在同一块芯片上，基本上就是把CPU和无线接收组件放在同一块硅片上，然后在上面加一块RAM。所以要解决模块之间的信号传输问题还很困难而且很昂贵。

3.4 传统手机厂商的阻力 模块化手机具有更换部件获得新功能和性能的能力，用户将不再需要更换整部手机就可以跟得上时代，在降低用户更换手机的费用的同时也损坏了传统手机厂商的利益。因此，传统手机厂商是不愿做模块化手机的，从而会阻碍模块化手机的发展。

4 模块化手机现状

4.1 中兴的Eco-Mobius中兴通讯是全球领先的综合性通信制造业上市公司和全球通信解决方案提供商之一。Eco-Mobius是中兴通讯的设计团队设计出来的一款概念模块化手机，如图2所示。Eco-Mobius被分为核心模组、显示模组、电池模组、以及摄影模组。不同的模组根据不同性能和标准可自由搭配在一起，比如电池模组能串联成更大容量的电池组。除此之外，大屏幕设备甚至是平板可以通过更换更大的模板来进行组装。这个创意还获得了德国红点设计大奖[6]。

4.2 索尼的XTRUD 在2013年六月份索尼公司的设计师Francois Rybarczyk设计出了一款名为XTRUD的模块化手机，这款手机支持用户拆解，内部零件可以进行定制或升级，如图3所示。XTRUD工程试验机已经证明这一设计是极具可行性的[7]。

4.3 MobikomaMobikoma概念模块化手机是由Camille Israel研发的，如图4所示，从图上可以看到Mobikoma是由一些形状、大小相同的模块和一些小的操作块所组成。Mobikoma的每个模块都具有独立的电源和处理器，可以单独运行。所有的模块都设有SIM卡槽和闪存盘，蓝牙和Wi-Fi。另有一套模块可以连接相机。人们可以根据所需求的功能组装各个模块。

图2 Eco-Mobius

图3 XTRUD

4.4 Phonebloks Phonebloks是Dave Hakkens提出的设计概念，以组装方式让用户选择合适的模组，按需要组装自己的手机，如图5所示。喜欢摄影的用户，可以安装强大的摄像头组件；使用云端储存的用户，内置存储器容量就可以小一些；老年人不需要花俏的功能、蓝牙、NFC可以统统拿走，换成大块电池和更响的喇叭等[8]。

图4 Mobikoma

图5 Phonebloks

最近摩托罗拉也宣布了一项“Project Ara”研究计划，打算与Phonebloks的设计团队合作研发模块化手机。摩托罗拉把Project Ara的设计定义为包括所谓的内骨骼(endo)和模块。内骨骼是框架结构，所有模块都附着其上。模块可以是任何东西，包括新的应用处理器、新的屏幕或者键盘、第二块电池、脉搏血氧仪，或者其它什么还没有想到的[7]。

5 总结

目前模块化手机还处于概念设计的阶段。由上面的分析可知，模块化手机有优势，但更有很多难以解决的技术问题以及来至传统手机厂商的阻力。中兴、索尼等虽然都已经设计出了概念模块化手机，但也仅仅是概念手机，离真机还差很远。索尼公司也称他们设计的仅仅是概念机，并不代表将来会研发模块化手机。目前仅有摩托罗拉宣布了一个“Project Ara”项目，从事模块化手机的研究。因此，从目前来看，真正的模块化手机近阶段还不会面世。但科技的发展是人们无法想象的，在计算机没有出现之前，谁也想不到计算机会给我们带来这么大的变化，所以模块化手机也许是手机未来的一个发展趋势。

[1]童时中.模块化原理设计方法及应用[M].北京:中国标准出版社,2000:20-21.

[2]贾延林.模块化设计[M].北京:机械工业出版社,1993,9:2-7.

[3]保罗·莱文森.手机挡不住的呼唤[M].北京:中国人民大学出版社,2004:17-20.

[4]张斌.手机模块化体系的建立与设计方法及关键技术的研究[D].南京:南京航空航天大学,2007.

[5]容康权.手机的绿色模块化设计[D].广州:广东工业大学,2009.

[6]加菲.中兴Eco-Mobius模块化概念手机亮相[EB/OL].北京:小熊在线,2013[2013-1-9].http://www.beareyes.com.cn/html/2013/09/24/news/82969.shtml.

[7]李逸海.手机模块化,有戏么？[EB/OL].北京:钛媒体网,2013[2013-1-9].http://www.tmtpost.com/83904.html.

[8]芒果殿下.设计师开发模块化手机 升级就像玩乐高积木DIY[EB/OL].上海:爱活网,2013[2013-1-9].http://www.evolife.cn/html/2013/73057.html.