模塊化設計在無人機設計中的應用探析

呂卉 于海生 孫昕

摘?要：隨著我國經濟實力的不斷提升，人們的生活水平發生了巨大的變化，對舒適、便捷的追求不斷增多，現階段，輕便、簡潔的物品已經成為了大眾的共同追求。這一理念在無人機設計當中也有著重要的體現。由于無人機價格低、機身輕便等優點得到了廣泛的應用，而在無人機的設計當中，可以應用模塊化設計理念，從而滿足行業的需求。本文主要對模塊化設計進行概述，然后說明了無人機模塊化設計的理念，最后提出了模塊化無人機的設計方法，從而保證模塊化設計在無人機設計中的有效應用。

關鍵詞：模塊化設計;無人機;設計方法;應用

將模塊化設計理念應用到無人機設計當中，不僅能夠實現不同的產品功能，滿足一定環境下的任務需要，而且能夠保證無人機的設計過程滿足統一的標準，極大地減少了設計任務量。此外，在無人機設計過程中，引入模塊化思想，還可以實現配件通用化的目標，以便滿足不同任務需要下無人機的快速改裝、維修等工作。由此可見，對模塊化設計在無人機設計中的應用進行研究具有重要的意義。

1?模塊化設計概述

1.1?模塊化設計的概念

模塊化設計就是指把產品的一些生產要素按照功能或者結構實現對產品的部件劃分，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品，該產品具備多種不同的功能，從而滿足用戶及市場的需求。模塊化設計思想已經被廣泛地應用到機械、建筑、軍用設備等各個行業當中。

1.2?模塊化設計的意義

一方面模塊化設計這一理念不僅推動了科學技術的進步發展，而且在一定程度上加快了人類進化的進程，給社會的發展帶來了巨大的動力。另一方面，模塊化設計也是綠色設計的重要體現，把模塊化設計理念充分地應用到產品的設計過程中，可以節約生產成本、降低市場風險、提高產品質量，保證企業能夠很好地適應市場的變化需求。

除此之外，模塊化設計方式也延長了產品的使用期限，而在產品維護的時候，只需對相應的模塊進行檢修更換就可以，給產品的升級、維護、應用、處理等帶來了極大的便利性。將模塊化設計理念應用到產品的設計上不但可以解決工業生產和持續發展之間存在的矛盾問題，極大地提高了各種設備的利用率，而且也節約了大量的時間及經費，在最大程度上滿足了人們的各項需求。

2?無人機模塊化設計的理念

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

2.1?能源動力模塊

根據飛行器的設計要求，無人機的發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對一些突發狀況。而通過使用模塊化設計方式，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需要。

2.2?控制系統模塊

無人機的控制是無人機設計時重要的技術問題，由于各種智能化技術的迅速發展，使得無人機的控制系統模塊實現數字化和智能化的發展目標成為可能。因此，在無人機模塊化設計的過程中，為了實現控制系統模塊的便捷化，可以使得操縱模式及結構的智能化，保證無人機能夠實現自動修復、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展，合成孔徑雷達等設備不斷的向著微型化的方向發展，其機載方式也得到了一定的發展。而通過載荷的模塊化設計可以實現模塊化設計功能，在原有功能的基礎上完成相應的載荷任務。

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備可以完成相應的任務，然而無人機在實際工作當中會受到多種因素的影響，使得通信質量得不到保障。因此，在無人機模塊化設計的過程中，需要強化無人機和地面人員之間的通信質量，保證通信的穩定性，在這一條件才能更好地完成任務需求。

3?模塊化無人機的設計方法

3.1?模塊化無人機的設計原則

在模塊化無人機的設計過程中，需要遵循以下的設計原則。

（1）小模塊性：產品的體積不應該過大，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：設計的產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計以及應用的過程中具有一定的安全性;

（6）經濟性：無人機的各個模塊要進行科學的設計，將資源進行最大化利用，從而降低生產成本。

此外，在設計的過程中，也要根據國家標準，借鑒無人機設計參數要求，從而符合產品的相關規范。下表為模塊化無人機的技術要求。

3.2?模塊化無人機的設計方法

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

首先，需要對市場進行調研工作，同時對用戶的需要進行分析，這是進行無人機設計的重要基礎內容，這樣才能保證設計出來的產品符合社會的市場需求，進而規劃出低成本、高性能的模塊化系統。其次，在明確無人機的設計范圍后，確定好通用模塊以及變動模塊，并且根據設計目標進行下一階段的設計任務。通過這一過程的規劃，能夠讓管理部分和設計部分明確、及時地了解到哪些模塊已經設計完成，哪些模塊需要進一步優化設計，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新設計。因此，對無人機模塊化設計進行規劃工作不僅避免了工作上的交叉，而且還節約了大量的人力資源及開發成本，在減少研發時間的基礎上提高了產品的性能。

模塊劃分不但是無人機設計過程中最基礎的內容，還要較為重要的一個環節。科學的模塊劃分不僅能夠美化無人機的外形，提高產品的性能，而且有利于加工制造，節約生產成本，所以相關的技術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、環境等因素導致的需求改變。

（2）把用戶的需求作為基礎，從功能層方面對無人機具有的各項功能展開分析，總結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，從而產生功能模塊，從而降低模塊組合的復雜性，形成各種功能性模塊。

（3）承接功能模塊，以結構設計為出發點，對無人機的結構進行模塊化劃分，以便和功能模塊相對應，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）按照現代技術的可行性，使得各個模塊可以進行生產制造，其中主要包括加工工藝、維護保養、回收等對無人機進行模塊劃分。

（5）以無人機的整體形態為基礎，對其進行科學的調整，經過專業人才的研究探討，形成最優的劃分方案。

無人機在進行模塊劃分之外，也能夠對其外觀裝飾進行模塊劃分，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。通過標準化的生產過程，可以使得無人機產品具備科學性和可靠性，極大的減少了生產成本，提高了產品的性能指標。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，標準化的生產與設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，提高了生產質量和效率。

4?總結

本文通過對模塊化設計在無人機設計中的應用研究，使我們了解到了，在無人機設計過程中，引入模塊化思想，不僅可以節約生產成本、降低市場風險、提高產品質量，而且可以實現配件通用化的目標，以便滿足不同任務需要下無人機的快速改裝、維修等工作。因此，要根據模塊化無人機的設計原則，對模塊化無人機的設計進行合理的規劃，以便將模塊化的設計理念充分地應用到無人機的設計當中。

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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：無人機設計制造。