呂卉 于海生 孫昕

摘?要：隨著我國經(jīng)濟(jì)實(shí)力的不斷提升，人們的生活水平發(fā)生了巨大的變化，對(duì)舒適、便捷的追求不斷增多，現(xiàn)階段，輕便、簡潔的物品已經(jīng)成為了大眾的共同追求。這一理念在無人機(jī)設(shè)計(jì)當(dāng)中也有著重要的體現(xiàn)。由于無人機(jī)價(jià)格低、機(jī)身輕便等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用，而在無人機(jī)的設(shè)計(jì)當(dāng)中，可以應(yīng)用模塊化設(shè)計(jì)理念，從而滿足行業(yè)的需求。本文主要對(duì)模塊化設(shè)計(jì)進(jìn)行概述，然后說明了無人機(jī)模塊化設(shè)計(jì)的理念，最后提出了模塊化無人機(jī)的設(shè)計(jì)方法，從而保證模塊化設(shè)計(jì)在無人機(jī)設(shè)計(jì)中的有效應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：模塊化設(shè)計(jì);無人機(jī);設(shè)計(jì)方法;應(yīng)用

將模塊化設(shè)計(jì)理念應(yīng)用到無人機(jī)設(shè)計(jì)當(dāng)中，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)不同的產(chǎn)品功能，滿足一定環(huán)境下的任務(wù)需要，而且能夠保證無人機(jī)的設(shè)計(jì)過程滿足統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，極大地減少了設(shè)計(jì)任務(wù)量。此外，在無人機(jī)設(shè)計(jì)過程中，引入模塊化思想，還可以實(shí)現(xiàn)配件通用化的目標(biāo)，以便滿足不同任務(wù)需要下無人機(jī)的快速改裝、維修等工作。由此可見，對(duì)模塊化設(shè)計(jì)在無人機(jī)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行研究具有重要的意義。

1?模塊化設(shè)計(jì)概述

1.1?模塊化設(shè)計(jì)的概念

模塊化設(shè)計(jì)就是指把產(chǎn)品的一些生產(chǎn)要素按照功能或者結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品的部件劃分，從而形成通用模塊以及專用模塊等兩個(gè)部分，將兩種模塊進(jìn)行組合劃分，從而形成一個(gè)全新的產(chǎn)品，該產(chǎn)品具備多種不同的功能，從而滿足用戶及市場(chǎng)的需求。模塊化設(shè)計(jì)思想已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用到機(jī)械、建筑、軍用設(shè)備等各個(gè)行業(yè)當(dāng)中。

1.2?模塊化設(shè)計(jì)的意義

一方面模塊化設(shè)計(jì)這一理念不僅推動(dòng)了科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步發(fā)展，而且在一定程度上加快了人類進(jìn)化的進(jìn)程，給社會(huì)的發(fā)展帶來了巨大的動(dòng)力。另一方面，模塊化設(shè)計(jì)也是綠色設(shè)計(jì)的重要體現(xiàn)，把模塊化設(shè)計(jì)理念充分地應(yīng)用到產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程中，可以節(jié)約生產(chǎn)成本、降低市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)、提高產(chǎn)品質(zhì)量，保證企業(yè)能夠很好地適應(yīng)市場(chǎng)的變化需求。

除此之外，模塊化設(shè)計(jì)方式也延長了產(chǎn)品的使用期限，而在產(chǎn)品維護(hù)的時(shí)候，只需對(duì)相應(yīng)的模塊進(jìn)行檢修更換就可以，給產(chǎn)品的升級(jí)、維護(hù)、應(yīng)用、處理等帶來了極大的便利性。將模塊化設(shè)計(jì)理念應(yīng)用到產(chǎn)品的設(shè)計(jì)上不但可以解決工業(yè)生產(chǎn)和持續(xù)發(fā)展之間存在的矛盾問題，極大地提高了各種設(shè)備的利用率，而且也節(jié)約了大量的時(shí)間及經(jīng)費(fèi)，在最大程度上滿足了人們的各項(xiàng)需求。

2?無人機(jī)模塊化設(shè)計(jì)的理念

在無人機(jī)設(shè)計(jì)的過程中，模塊化技術(shù)是產(chǎn)品創(chuàng)新的重要內(nèi)容。把無人機(jī)和相關(guān)的機(jī)載設(shè)備進(jìn)行整體設(shè)計(jì)，能夠保證無人機(jī)具有多樣化的功能;把各種機(jī)載設(shè)備進(jìn)行模塊化組合，能夠使得無人機(jī)根據(jù)實(shí)際的需要對(duì)不同的載荷設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)，極大地提升了產(chǎn)品的使用效率。

2.1?能源動(dòng)力模塊

根據(jù)飛行器的設(shè)計(jì)要求，無人機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)種類可以分為很多種，在不同的功能需求下，無人機(jī)單一化的能源動(dòng)力不能很好地應(yīng)對(duì)一些突發(fā)狀況。而通過使用模塊化設(shè)計(jì)方式，可以在必要的情況下把能源動(dòng)力進(jìn)行變化，從而提升無人機(jī)的工作時(shí)長，以滿足多樣化的任務(wù)需要。

2.2?控制系統(tǒng)模塊

無人機(jī)的控制是無人機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)重要的技術(shù)問題，由于各種智能化技術(shù)的迅速發(fā)展，使得無人機(jī)的控制系統(tǒng)模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)字化和智能化的發(fā)展目標(biāo)成為可能。因此，在無人機(jī)模塊化設(shè)計(jì)的過程中，為了實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)模塊的便捷化，可以使得操縱模式及結(jié)構(gòu)的智能化，保證無人機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)修復(fù)、診斷等智能功能。

2.3?機(jī)載裝備模塊

隨著各種微型化電子器件的發(fā)展，合成孔徑雷達(dá)等設(shè)備不斷的向著微型化的方向發(fā)展，其機(jī)載方式也得到了一定的發(fā)展。而通過載荷的模塊化設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)功能，在原有功能的基礎(chǔ)上完成相應(yīng)的載荷任務(wù)。

2.4?通信增幅模塊

無人機(jī)不僅要保障自身的安全問題，還要完成信息獲取和輸送等功能。而通信當(dāng)中的中繼無人機(jī)通過通信設(shè)備可以完成相應(yīng)的任務(wù)，然而無人機(jī)在實(shí)際工作當(dāng)中會(huì)受到多種因素的影響，使得通信質(zhì)量得不到保障。因此，在無人機(jī)模塊化設(shè)計(jì)的過程中，需要強(qiáng)化無人機(jī)和地面人員之間的通信質(zhì)量，保證通信的穩(wěn)定性，在這一條件才能更好地完成任務(wù)需求。

3?模塊化無人機(jī)的設(shè)計(jì)方法

3.1?模塊化無人機(jī)的設(shè)計(jì)原則

在模塊化無人機(jī)的設(shè)計(jì)過程中，需要遵循以下的設(shè)計(jì)原則。

（1）小模塊性：產(chǎn)品的體積不應(yīng)該過大，以便模塊之間的組合;

（2）易于維護(hù)性：必須保證工作人員能夠較為方便地對(duì)各個(gè)部分的模塊進(jìn)行維修與保護(hù);

（3）可拆解性：設(shè)計(jì)的產(chǎn)品各個(gè)模塊要易于拆解;

（4）功能多樣性：模塊化部件的功能較多且可以滿足多樣化的需求;

（5）安全性：保證無人機(jī)的各個(gè)模塊在設(shè)計(jì)以及應(yīng)用的過程中具有一定的安全性;

（6）經(jīng)濟(jì)性：無人機(jī)的各個(gè)模塊要進(jìn)行科學(xué)的設(shè)計(jì)，將資源進(jìn)行最大化利用，從而降低生產(chǎn)成本。

此外，在設(shè)計(jì)的過程中，也要根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，借鑒無人機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)要求，從而符合產(chǎn)品的相關(guān)規(guī)范。下表為模塊化無人機(jī)的技術(shù)要求。

3.2?模塊化無人機(jī)的設(shè)計(jì)方法

由于模塊化設(shè)計(jì)需要應(yīng)用在一定范圍的產(chǎn)品當(dāng)中，所以需要對(duì)無人機(jī)進(jìn)行整體規(guī)劃。一旦規(guī)劃方法存在問題，或者不根據(jù)執(zhí)行規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)就進(jìn)行設(shè)計(jì)工作，會(huì)給產(chǎn)品的應(yīng)用帶來不利的影響。因此，要對(duì)模塊化無人機(jī)的設(shè)計(jì)進(jìn)行合理的規(guī)劃。

首先，需要對(duì)市場(chǎng)進(jìn)行調(diào)研工作，同時(shí)對(duì)用戶的需要進(jìn)行分析，這是進(jìn)行無人機(jī)設(shè)計(jì)的重要基礎(chǔ)內(nèi)容，這樣才能保證設(shè)計(jì)出來的產(chǎn)品符合社會(huì)的市場(chǎng)需求，進(jìn)而規(guī)劃出低成本、高性能的模塊化系統(tǒng)。其次，在明確無人機(jī)的設(shè)計(jì)范圍后，確定好通用模塊以及變動(dòng)模塊，并且根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)進(jìn)行下一階段的設(shè)計(jì)任務(wù)。通過這一過程的規(guī)劃，能夠讓管理部分和設(shè)計(jì)部分明確、及時(shí)地了解到哪些模塊已經(jīng)設(shè)計(jì)完成，哪些模塊需要進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)，哪些模塊能夠進(jìn)行相互替換等，一旦需要增加新的功能，可以在哪一模塊上進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)。因此，對(duì)無人機(jī)模塊化設(shè)計(jì)進(jìn)行規(guī)劃工作不僅避免了工作上的交叉，而且還節(jié)約了大量的人力資源及開發(fā)成本，在減少研發(fā)時(shí)間的基礎(chǔ)上提高了產(chǎn)品的性能。

模塊劃分不但是無人機(jī)設(shè)計(jì)過程中最基礎(chǔ)的內(nèi)容，還要較為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。科學(xué)的模塊劃分不僅能夠美化無人機(jī)的外形，提高產(chǎn)品的性能，而且有利于加工制造，節(jié)約生產(chǎn)成本，所以相關(guān)的技術(shù)人員需要切實(shí)地做好無人機(jī)的模塊劃分工作。對(duì)無人機(jī)的模塊劃分主要可以分為以下部分：

（1）以用戶的實(shí)際需要為根本，通過對(duì)用戶的需要進(jìn)行分析，并且進(jìn)行分析，從而區(qū)分出不同的需求模塊。在這一過程中，不僅要注意底層的基本需求，還要充分地考慮到時(shí)間、環(huán)境等因素導(dǎo)致的需求改變。

（2）把用戶的需求作為基礎(chǔ)，從功能層方面對(duì)無人機(jī)具有的各項(xiàng)功能展開分析，總結(jié)出無人機(jī)的各個(gè)功能，再將功能類似的部分劃分到一個(gè)單元模塊當(dāng)中，從而產(chǎn)生功能模塊，從而降低模塊組合的復(fù)雜性，形成各種功能性模塊。

（3）承接功能模塊，以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為出發(fā)點(diǎn)，對(duì)無人機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行模塊化劃分，以便和功能模塊相對(duì)應(yīng)，從而簡化模塊的劃分過程，全方位、多角度地開展模塊劃分工作。

（4）按照現(xiàn)代技術(shù)的可行性，使得各個(gè)模塊可以進(jìn)行生產(chǎn)制造，其中主要包括加工工藝、維護(hù)保養(yǎng)、回收等對(duì)無人機(jī)進(jìn)行模塊劃分。

（5）以無人機(jī)的整體形態(tài)為基礎(chǔ)，對(duì)其進(jìn)行科學(xué)的調(diào)整，經(jīng)過專業(yè)人才的研究探討，形成最優(yōu)的劃分方案。

無人機(jī)在進(jìn)行模塊劃分之外，也能夠?qū)ζ渫庥^裝飾進(jìn)行模塊劃分，其中包括色彩、標(biāo)志、指示燈等。外觀裝飾所表達(dá)出來的產(chǎn)品語義存在著一定的差別，人們通過不一樣的裝飾模塊能夠設(shè)計(jì)出符合自身特點(diǎn)的模塊化無人機(jī)，從而滿足自身的個(gè)性化需要。

最后，無人機(jī)的模塊和零件也需要進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化及通用化的生產(chǎn)。通過標(biāo)準(zhǔn)化的生產(chǎn)過程，可以使得無人機(jī)產(chǎn)品具備科學(xué)性和可靠性，極大的減少了生產(chǎn)成本，提高了產(chǎn)品的性能指標(biāo)。一方面，各個(gè)模塊可以進(jìn)行迅速的組合，方式多樣化;另一方面，標(biāo)準(zhǔn)化的生產(chǎn)與設(shè)計(jì)過程能夠在最大程度上滿足人們的個(gè)性化需要以及市場(chǎng)需求，并且可以進(jìn)行批量生產(chǎn)，提高了生產(chǎn)質(zhì)量和效率。

4?總結(jié)

本文通過對(duì)模塊化設(shè)計(jì)在無人機(jī)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究，使我們了解到了，在無人機(jī)設(shè)計(jì)過程中，引入模塊化思想，不僅可以節(jié)約生產(chǎn)成本、降低市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)、提高產(chǎn)品質(zhì)量，而且可以實(shí)現(xiàn)配件通用化的目標(biāo)，以便滿足不同任務(wù)需要下無人機(jī)的快速改裝、維修等工作。因此，要根據(jù)模塊化無人機(jī)的設(shè)計(jì)原則，對(duì)模塊化無人機(jī)的設(shè)計(jì)進(jìn)行合理的規(guī)劃，以便將模塊化的設(shè)計(jì)理念充分地應(yīng)用到無人機(jī)的設(shè)計(jì)當(dāng)中。

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作者簡介：呂卉（1993—?），女，滿族，遼寧丹東人，本科，工程師，研究方向：無人機(jī)設(shè)計(jì)制造。