模塊化設(shè)計在無人機設(shè)計中的應(yīng)用探析

呂卉 于海生 孫昕

摘?要：隨著我國經(jīng)濟實力的不斷提升，人們的生活水平發(fā)生了巨大的變化，對舒適、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。這一理念在無人機設(shè)計當中也有著重要的體現(xiàn)。由于無人機價格低、機身輕便等優(yōu)點得到了廣泛的應(yīng)用，而在無人機的設(shè)計當中，可以應(yīng)用模塊化設(shè)計理念，從而滿足行業(yè)的需求。本文主要對模塊化設(shè)計進行概述，然后說明了無人機模塊化設(shè)計的理念，最后提出了模塊化無人機的設(shè)計方法，從而保證模塊化設(shè)計在無人機設(shè)計中的有效應(yīng)用。

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

將模塊化設(shè)計理念應(yīng)用到無人機設(shè)計當中，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的設(shè)計過程滿足統(tǒng)一的標準，極大地減少了設(shè)計任務(wù)量。此外，在無人機設(shè)計過程中，引入模塊化思想，還可以實現(xiàn)配件通用化的目標，以便滿足不同任務(wù)需要下無人機的快速改裝、維修等工作。由此可見，對模塊化設(shè)計在無人機設(shè)計中的應(yīng)用進行研究具有重要的意義。

1?模塊化設(shè)計概述

1.1?模塊化設(shè)計的概念

模塊化設(shè)計就是指把產(chǎn)品的一些生產(chǎn)要素按照功能或者結(jié)構(gòu)實現(xiàn)對產(chǎn)品的部件劃分，從而形成通用模塊以及專用模塊等兩個部分，將兩種模塊進行組合劃分，從而形成一個全新的產(chǎn)品，該產(chǎn)品具備多種不同的功能，從而滿足用戶及市場的需求。模塊化設(shè)計思想已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用到機械、建筑、軍用設(shè)備等各個行業(yè)當中。

1.2?模塊化設(shè)計的意義

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

除此之外，模塊化設(shè)計方式也延長了產(chǎn)品的使用期限，而在產(chǎn)品維護的時候，只需對相應(yīng)的模塊進行檢修更換就可以，給產(chǎn)品的升級、維護、應(yīng)用、處理等帶來了極大的便利性。將模塊化設(shè)計理念應(yīng)用到產(chǎn)品的設(shè)計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)約了大量的時間及經(jīng)費，在最大程度上滿足了人們的各項需求。

2?無人機模塊化設(shè)計的理念

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

2.1?能源動力模塊

根據(jù)飛行器的設(shè)計要求，無人機的發(fā)動機種類可以分為很多種，在不同的功能需求下，無人機單一化的能源動力不能很好地應(yīng)對一些突發(fā)狀況。而通過使用模塊化設(shè)計方式，可以在必要的情況下把能源動力進行變化，從而提升無人機的工作時長，以滿足多樣化的任務(wù)需要。

2.2?控制系統(tǒng)模塊

無人機的控制是無人機設(shè)計時重要的技術(shù)問題，由于各種智能化技術(shù)的迅速發(fā)展，使得無人機的控制系統(tǒng)模塊實現(xiàn)數(shù)字化和智能化的發(fā)展目標成為可能。因此，在無人機模塊化設(shè)計的過程中，為了實現(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，保證無人機能夠?qū)崿F(xiàn)自動修復(fù)、診斷等智能功能。

2.3?機載裝備模塊

隨著各種微型化電子器件的發(fā)展，合成孔徑雷達等設(shè)備不斷的向著微型化的方向發(fā)展，其機載方式也得到了一定的發(fā)展。而通過載荷的模塊化設(shè)計可以實現(xiàn)模塊化設(shè)計功能，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。而通信當中的中繼無人機通過通信設(shè)備可以完成相應(yīng)的任務(wù)，然而無人機在實際工作當中會受到多種因素的影響，使得通信質(zhì)量得不到保障。因此，在無人機模塊化設(shè)計的過程中，需要強化無人機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?模塊化無人機的設(shè)計方法

3.1?模塊化無人機的設(shè)計原則

在模塊化無人機的設(shè)計過程中，需要遵循以下的設(shè)計原則。

（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）易于維護性：必須保證工作人員能夠較為方便地對各個部分的模塊進行維修與保護;

（3）可拆解性：設(shè)計的產(chǎn)品各個模塊要易于拆解;

（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：保證無人機的各個模塊在設(shè)計以及應(yīng)用的過程中具有一定的安全性;

（6）經(jīng)濟性：無人機的各個模塊要進行科學(xué)的設(shè)計，將資源進行最大化利用，從而降低生產(chǎn)成本。

此外，在設(shè)計的過程中，也要根據(jù)國家標準，借鑒無人機設(shè)計參數(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的技術(shù)要求。

3.2?模塊化無人機的設(shè)計方法

由于模塊化設(shè)計需要應(yīng)用在一定范圍的產(chǎn)品當中，所以需要對無人機進行整體規(guī)劃。一旦規(guī)劃方法存在問題，或者不根據(jù)執(zhí)行規(guī)劃標準就進行設(shè)計工作，會給產(chǎn)品的應(yīng)用帶來不利的影響。因此，要對模塊化無人機的設(shè)計進行合理的規(guī)劃。

首先，需要對市場進行調(diào)研工作，同時對用戶的需要進行分析，這是進行無人機設(shè)計的重要基礎(chǔ)內(nèi)容，這樣才能保證設(shè)計出來的產(chǎn)品符合社會的市場需求，進而規(guī)劃出低成本、高性能的模塊化系統(tǒng)。其次，在明確無人機的設(shè)計范圍后，確定好通用模塊以及變動模塊，并且根據(jù)設(shè)計目標進行下一階段的設(shè)計任務(wù)。通過這一過程的規(guī)劃，能夠讓管理部分和設(shè)計部分明確、及時地了解到哪些模塊已經(jīng)設(shè)計完成，哪些模塊需要進一步優(yōu)化設(shè)計，哪些模塊能夠進行相互替換等，一旦需要增加新的功能，可以在哪一模塊上進行創(chuàng)新設(shè)計。因此，對無人機模塊化設(shè)計進行規(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設(shè)計過程中最基礎(chǔ)的內(nèi)容，還要較為重要的一個環(huán)節(jié)。科學(xué)的模塊劃分不僅能夠美化無人機的外形，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)人員需要切實地做好無人機的模塊劃分工作。對無人機的模塊劃分主要可以分為以下部分：

（1）以用戶的實際需要為根本，通過對用戶的需要進行分析，并且進行分析，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)，從功能層方面對無人機具有的各項功能展開分析，總結(jié)出無人機的各個功能，再將功能類似的部分劃分到一個單元模塊當中，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)計為出發(fā)點，對無人機的結(jié)構(gòu)進行模塊化劃分，以便和功能模塊相對應(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，使得各個模塊可以進行生產(chǎn)制造，其中主要包括加工工藝、維護保養(yǎng)、回收等對無人機進行模塊劃分。

（5）以無人機的整體形態(tài)為基礎(chǔ)，對其進行科學(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。

無人機在進行模塊劃分之外，也能夠?qū)ζ渫庥^裝飾進行模塊劃分，其中包括色彩、標志、指示燈等。外觀裝飾所表達出來的產(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)計出符合自身特點的模塊化無人機，從而滿足自身的個性化需要。

最后，無人機的模塊和零件也需要進行標準化及通用化的生產(chǎn)。通過標準化的生產(chǎn)過程，可以使得無人機產(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。一方面，各個模塊可以進行迅速的組合，方式多樣化;另一方面，標準化的生產(chǎn)與設(shè)計過程能夠在最大程度上滿足人們的個性化需要以及市場需求，并且可以進行批量生產(chǎn)，提高了生產(chǎn)質(zhì)量和效率。

4?總結(jié)

本文通過對模塊化設(shè)計在無人機設(shè)計中的應(yīng)用研究，使我們了解到了，在無人機設(shè)計過程中，引入模塊化思想，不僅可以節(jié)約生產(chǎn)成本、降低市場風(fēng)險、提高產(chǎn)品質(zhì)量，而且可以實現(xiàn)配件通用化的目標，以便滿足不同任務(wù)需要下無人機的快速改裝、維修等工作。因此，要根據(jù)模塊化無人機的設(shè)計原則，對模塊化無人機的設(shè)計進行合理的規(guī)劃，以便將模塊化的設(shè)計理念充分地應(yīng)用到無人機的設(shè)計當中。

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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：無人機設(shè)計制造。