產業計量在無人機智能制造中的應用研究

丁曉歡

(航空工業成都飛機工業(集團)有限責任公司，四川 成都 610000)

0 引言

無人機作為新興的高科技產品，近年來有了快速的發展，目前在航拍攝影、農業植保、遙感測繪、能源勘察等眾多領域得到廣泛的應用[1]。一方面，無人機產品為人們的日常生產生活提供了極大的便利；另一方面，無人機產業也為許多傳統行業帶來了新的經濟效益增長點。其中，以深圳大疆創新科技有限公司為代表的消費型民用無人機產品不僅已經成為中國制造在全世界的一張新的名片，還是我國能夠主導并引領相關行業在全球發展的現代化高科技產品之一[2]。

然而，在當前整個無人機產業高速發展的同時，卻也面臨著一系列亟待解決的行業問題，例如法律法規標準不完善、檢驗檢測認證體系不健全、安全監管手段不成熟等。在工業和信息化部《關于促進和規范民用無人機制造業發展的指導意見》中明確指出，應盡快建立能滿足無人機產品研發設計、生產制造、使用維護和安全監管等行業發展需求的標準和檢測認證體系[3]。因此，在無人機產品現代化智能制造過程中引入產業計量體系，為無人機產品的全壽命周期提供有科學依據的檢驗檢測技術報告，同時針對無人機行業提出合理有效的改進方案意見，不僅可以顯著降低產品的不合格率，進一步保障無人機產品的安全性和可控性，還可以為無人機企業和整個社會節約大量資源和時間成本，保證無人機產業健康快速地發展，實現無人機產品價值有效提高[4]。

1 無人機產品系統組成

無人機產品系統組成如圖1所示，主要包含機體結構、動力系統、飛行控制系統、電氣系統、通信系統和任務載荷等眾多模塊[5]。由于整個無人機產品系統涉及到的知識面非常廣，技術難度很高，測試設備計量參數眾多等，因此為了保證無人機產品系統的各項性能參數準確統一，可以利用綜合計量測試方法來測定設備的精度、靈敏度、不確定度、穩定性、可靠性和抗干擾性等技術指標，為最終評價無人機產品整體技術性能是否符合相關規范的要求提供科學依據[6]。

圖1 無人機產品系統組成

2 無人機產品全生命周期分析

傳統的工業產品全生命周期是指一個工業產品從需求分析、概念設計、詳細設計、制造銷售、售后服務直到報廢回收的整個時間過程[7]。根據無人機產品自身特點和相關要求，本文將無人機產品全生命周期重點劃分為研發設計、論證試驗、生產制造和使用維護四個階段，并且在無人機產品全生命周期的各個階段構建相應的產業計量體系，從而進一步提升無人機產品質量和無人機裝備保障水平。無人機產品全生命周期如圖2所示。

圖2 無人機產品全生命周期

3 產業計量在無人機產品中的應用

3.1 在研發設計階段的應用

在研發設計無人機整機結構階段，計量與檢測機構主要針對產品材料特性、結構強度、空間布局、加工工藝和體積質量等多方面進行詳細計量[8]，保證無人機產品在規定的壽命期間內使用、運輸或儲存等的可靠性，并根據檢測結果報告給無人機企業的研發部門，提供計量相關方面的專業性指導意見。進一步地，為了方便無人機整機成型后檢測機構對其進行測量評估工作，建議其在方案研發設計階段重視采用參數化的設計理念，提供各種標準化接口，明確計量誤差和不確定度的范圍，使無人機產品的設計朝著可計量化的方向發展。

3.2 在論證試驗階段的應用

在新的產品定型投入生產制造之前，必須經過專業人員對樣機進行大量的在線和離線計量論證試驗。其主要內容包括測量整機動力系統、續航性能、負載能力、通信距離、電磁兼容(Electromagnetic Compatibility，EMC)、防水防塵、碰撞跌落、溫度濕度、靜電放電、隨機振動、疲勞試驗、沖擊試驗、鹽霧腐蝕、霉菌試驗、壓力試驗等[9]。例如無人機動力系統測試試驗需要將螺旋槳安裝到電機或者發動機上，然后一起牢固地固定在試車平臺上，并可靠連接好扭力計傳感器；整個計量過程確保測試臺固定良好，動力電池或動力電源線固定良好；固定動力系統確保牢靠，并且無不必要的連接；固定電子調速器，電子調速器務必固定牢靠，并且保證其與電機相連的導線有良好的固定且處在松弛狀態；啟動電機帶動螺旋槳轉動，記錄不同條件下的數據；最后根據傳感器數據計算螺旋槳效率和電機的力效。

3.3 在生產制造階段的應用

在工業產品生產制造過程中，存在著眾多對產品質量好壞起著關鍵性作用的因素[10]。無人機產品目前大多采用開模的方式進行加工，首先需要利用高端數控機床完成磨具制作過程。由于無人機產品的質量直接受磨具精度和人員操作的影響，因此在零件加工過程中可以引入在線計量對其進行實時監測，從而提高產品生產效率和合格率。檢測機構可以根據待加工產品特點，對在線計量技術進行研究，融合多傳感器數據，提出系統的在線計量解決方案。通過運用激光干涉儀等完成機器加工軸的測量校準，然后對傳感器實時采集的數據進行分析處理，自動優化工藝步驟和參數，從而減小加工誤差、提高產品質量、降低不合格率、節約人工成本。

3.4 在使用維護階段的應用

為了更好地評價產品在實際使用、運輸和儲存等不同環境條件下的性能，前期通常需要將產品暴露在自然的或人工的環境條件下經受其作用，并分析研究環境因素對其的影響程度及作用機理。通過利用試驗檢測設備模擬環境中的溫度、濕度等變化情況，反映產品在使用環境中的狀況。后期通常需要對產品持續跟蹤，針對用戶反饋的數據進行分析處理，計量檢測機構需要定期或者不定期對整機或重要零部件進行嚴格的計量檢測工作，對產品的運行狀態進行專業的評估，其有助于快速實現產品迭代升級。因此，在無人機產品使用維護階段，應用產業計量對提升產品本身價值和企業品牌價值都具有重大意義。

4 結語

通過應用產業計量體系，計量與檢測機構專業人員可驗證無人機產品在研發設計、驗證試驗、生產制造和使用維護全生命周期中是否達到預期的質量目標，從而對無人機產品系統進行整體評估，以確定無人機產品的有效性、可靠性和易維修性等。因此，推進產業計量在無人機產品現代化智能制造過程中的應用有著十分重要的作用和意義。