關(guān)于工業(yè)設(shè)計(jì)及機(jī)械設(shè)計(jì)制造技術(shù)的應(yīng)用研究

張 冉

（鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院，河南 鄭州 450046）

深水探測(cè)器，是用于水下觀察、測(cè)量、檢修以及打撈等水下應(yīng)用的設(shè)備，有纜遙控探測(cè)器ROV（Remote Operated Vehicle）和自主式水下探測(cè)器AUV（Autonomous Underwater Vehicle）有纜遙控探測(cè)器ROV（Remote Operated Vehicle）和自主式水下探測(cè)器AUV（Autonomous Underwater Vehicle）。ROV與AUV的不同之處在于ROV不能自帶動(dòng)力能源，其動(dòng)力必須由母船提供，并通過(guò)母船來(lái)遠(yuǎn)程控制其在水下的活動(dòng)。在未來(lái)，在水下探測(cè)器的市場(chǎng)上AUV將占有主導(dǎo)地位，以現(xiàn)階段AUV為主要研究對(duì)象。

1 水下探測(cè)器的市場(chǎng)前景和使用價(jià)值

1）使用群體。深水探測(cè)器的大部分使用群體是水下救援工作者、水下探索愛(ài)好者、水下養(yǎng)殖企業(yè)等。而對(duì)這部分人來(lái)說(shuō)，在沒(méi)有深水探測(cè)器的時(shí)間里，他們不得不使用人工水下操作甚至親自下水，只要有人在水下工作就難免會(huì)出現(xiàn)各種意外，誰(shuí)也無(wú)法保證工作者的生命安全，他們需要的就是可以代替他們進(jìn)行水下探測(cè)的機(jī)器，而且需要操作系統(tǒng)簡(jiǎn)單便捷，只要可以代替他們完成水下測(cè)量和探測(cè)作業(yè)，就可以大大減少水下工作的危險(xiǎn)系數(shù)，工作者也有了安全保障。

2）不同探測(cè)器類型。（1）消費(fèi)型水下探測(cè)器?？煞譃閵蕵?lè)與教育兩類。娛樂(lè)類型產(chǎn)品分為水下推進(jìn)器和水下拍攝機(jī)器人兩種。水下推進(jìn)器的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，其中包括推進(jìn)器殼體、電池、控制裝置、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、傳動(dòng)裝置、螺旋槳及浮力裝置7部分。通過(guò)手持推進(jìn)器的方式控制在水中的活動(dòng)，調(diào)節(jié)推進(jìn)器的轉(zhuǎn)速獲得不同程度的助力提高游行速度，推進(jìn)器不僅可以幫助人們進(jìn)行游泳的運(yùn)動(dòng)，并且可以將游泳者帶入水下較深區(qū)域協(xié)助使用者進(jìn)行一系列的觀光等活動(dòng)。（2）工業(yè)級(jí)水下機(jī)器人。工業(yè)級(jí)的水下機(jī)器人產(chǎn)品種類繁多，這也是因?yàn)楦鱾€(gè)行業(yè)的需求不同所導(dǎo)致的，整體來(lái)看就是在現(xiàn)有的推進(jìn)器上加上產(chǎn)業(yè)所需要的機(jī)械產(chǎn)品，由于行業(yè)需求不同，所以各種設(shè)備加裝的整合方案就會(huì)存在差異性，所以對(duì)于技術(shù)的實(shí)現(xiàn)要求就要高很多。（3）軍工級(jí)水下機(jī)器人。軍工級(jí)水下機(jī)器人因國(guó)家的需求而逐步發(fā)展，它與娛樂(lè)和工業(yè)的顯著差別就在于其成本過(guò)高、技術(shù)難度大、研發(fā)周期長(zhǎng)等。軍工級(jí)水下機(jī)器人不僅對(duì)自身的要求極其嚴(yán)格，而且它要求人們對(duì)于它的技術(shù)不斷創(chuàng)新不能停滯不前，這也就是我國(guó)軍工業(yè)強(qiáng)大的原因。

2 深水探測(cè)器設(shè)計(jì)可行性分析

深水探測(cè)器設(shè)計(jì)將在目前水下探測(cè)器的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新、改良和改造，通過(guò)對(duì)水下環(huán)境的思考，對(duì)功能上的完善，打造一款多功能的深水探測(cè)器。主要結(jié)構(gòu)有：扁平滑外觀結(jié)構(gòu)：不同于目前市場(chǎng)上的主流水下探測(cè)器造型，此造型可大幅度降低水下移動(dòng)產(chǎn)生的阻力且可靈活移動(dòng)，結(jié)合仿生學(xué)水下探測(cè)器和無(wú)人機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，可使產(chǎn)品在水下行動(dòng)自如。側(cè)翼旋漿結(jié)構(gòu)：產(chǎn)品兩翼帶有控制升降的旋漿結(jié)構(gòu)。推進(jìn)結(jié)構(gòu)：產(chǎn)品尾部為三個(gè)推進(jìn)器，上面兩個(gè)小推進(jìn)器可控制左右移動(dòng)，下面的較大推進(jìn)器控制移動(dòng)的速度。照明結(jié)構(gòu)：產(chǎn)品前端帶有照明燈。實(shí)時(shí)傳輸裝置：在產(chǎn)品前端照明燈的下面為實(shí)時(shí)傳輸攝像頭，可觀察水底情況也可錄制視頻。緊急自救裝置：產(chǎn)品頂部為緊急自救盒，當(dāng)產(chǎn)品緊急斷電時(shí)，該裝置自動(dòng)打開，里面的急救氣囊將緊急打開將產(chǎn)品浮出水面。測(cè)量裝置與控制裝置：在產(chǎn)品底部有兩個(gè)測(cè)量裝置，左側(cè)為溫度測(cè)量裝置右側(cè)為水流速度測(cè)量裝置。產(chǎn)品內(nèi)部為操作控制主板，內(nèi)嵌GPS定位系統(tǒng)。

3 市場(chǎng)可行性分析

目前的深水探測(cè)器市場(chǎng)產(chǎn)品價(jià)格高、功能較為單一、操作較為復(fù)雜，使用客戶僅存在于大型企業(yè)和有經(jīng)濟(jì)能力的水下愛(ài)好者，并不能做到普及。隨著時(shí)代的快速發(fā)展，人們開始對(duì)水下進(jìn)行更進(jìn)一步的探索，在水下的工作也逐漸增多，且人們的安全意識(shí)也逐漸增高，這也就導(dǎo)致這種高危行業(yè)的工作人員日漸減少，目前就缺少能夠代替人工大眾化的產(chǎn)品，若該產(chǎn)品的價(jià)格和功能都在可控范圍內(nèi)，該產(chǎn)品在未來(lái)將會(huì)有很大的市場(chǎng)。

4 深水探測(cè)器的材料可行性分析

深水探測(cè)器的設(shè)計(jì)是基于目前市場(chǎng)水下探測(cè)器的基礎(chǔ)上的創(chuàng)新與改良，就目前的市場(chǎng)水下探測(cè)器材料，常見的材質(zhì)有鈦材料、泡沫材料、聚合體材料等，這些材料無(wú)疑讓產(chǎn)品的造價(jià)變得很高，人們對(duì)深水探測(cè)器的需求也在日漸增高，人們目前的要求也僅僅只是價(jià)格低廉且功能相對(duì)完善，若該產(chǎn)品的價(jià)格和功能都在可控范圍內(nèi)，采用低廉的PVC硬板和疏水劑以及防水膠作為制作材料。

5 目前市場(chǎng)上深水探測(cè)器存在以下幾個(gè)問(wèn)題

深水探測(cè)器全程在水下進(jìn)行操作，造型如果過(guò)于笨重且表面積過(guò)大的話會(huì)導(dǎo)致水下阻力增大，這樣不僅會(huì)造成能源不必要的消耗也會(huì)使產(chǎn)品在水下行動(dòng)不便。所以在造型方面進(jìn)行創(chuàng)新，采用扁平滑式外殼，使水下阻力大幅降低，提高產(chǎn)品在水下的靈敏度。

深水探測(cè)器在水下主要進(jìn)行信息的采集與測(cè)量，所以產(chǎn)品的密閉性和防水性必須過(guò)關(guān)，這一點(diǎn)現(xiàn)有的水下產(chǎn)品做得已經(jīng)非常到位了，可以利用現(xiàn)有的科技來(lái)達(dá)成這一目標(biāo)。

目前市場(chǎng)上的水下探測(cè)器，主要還是利用的仿生學(xué)，包括外觀、移動(dòng)方式和操作方式，這樣也就會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品在水下移動(dòng)緩慢，并不能做到行動(dòng)自如，而這款深水探測(cè)器，利用尾部以及兩翼總共5個(gè)推進(jìn)器，可以接近達(dá)到無(wú)人機(jī)的靈敏度，也可稱其為“水下無(wú)人機(jī)”

對(duì)于目前市場(chǎng)上水下測(cè)量方式，現(xiàn)階段的水下探測(cè)器只可以觀察水下情況，并不能測(cè)量相關(guān)數(shù)據(jù)，如果需要測(cè)量數(shù)據(jù)還要利用別的儀器，這樣就會(huì)很麻煩，所以將必要的測(cè)量與深水探測(cè)器相結(jié)合，這樣在水下勘測(cè)的時(shí)候就可以一并測(cè)量多種數(shù)據(jù)，省時(shí)省力。

6 深水探測(cè)器設(shè)計(jì)概念研究

深水探測(cè)器的功能強(qiáng)大但是不能被廣泛應(yīng)用，說(shuō)明人們對(duì)深水探測(cè)器的作用尚不明確，也正因?yàn)槿绱耍钏綔y(cè)器才會(huì)被大家淡忘，但歸根結(jié)底還是大家對(duì)水下作業(yè)的安全沒(méi)有重視，并且現(xiàn)階段水下儀器的造價(jià)昂貴，所以造成了水下機(jī)器少的情況。如果深水探測(cè)器能夠達(dá)到造價(jià)低且能達(dá)到無(wú)人機(jī)一樣的效果，那么就可以極大程度上降低水下探測(cè)的難度和風(fēng)險(xiǎn)，深水作業(yè)者的安全問(wèn)題也就有了保障?，F(xiàn)階段的功能雖然有些成色但還不夠成熟，水下避障、自動(dòng)返航、緊急自救、水下測(cè)量等功能還不完善，所以還需要很多改進(jìn)的地方，外形設(shè)計(jì)也可以嘗試創(chuàng)新，能夠極大程度地減少水下阻力就能剩下大部分能源。

7 結(jié)束語(yǔ)

工業(yè)革命帶動(dòng)了世界科技的發(fā)展，隨著科技的不斷進(jìn)步，人們開始對(duì)未知進(jìn)行探索，深水就是探索的重要一部分，深水探測(cè)器從那時(shí)起就誕生了，到現(xiàn)在，人們開始水下作業(yè)，深水探測(cè)器也是水下作業(yè)者最好的替代產(chǎn)品。在對(duì)深水探測(cè)器現(xiàn)狀、市場(chǎng)、功能進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，對(duì)深水探測(cè)器在普及化及功能需求上進(jìn)行研究，現(xiàn)階段的功能雖然有些成色但還不夠成熟，水下避障、自動(dòng)返航、緊急自救、水下測(cè)量等功能還不完善，所以還需要很多改進(jìn)的地方，外形設(shè)計(jì)也可以嘗試創(chuàng)新，能夠極大程度地減少水下阻力就能省下大部分能源。