產(chǎn)業(yè)計(jì)量在無(wú)人機(jī)智能制造中的應(yīng)用研究

丁曉歡

(航空工業(yè)成都飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司，四川 成都 610000)

0 引言

無(wú)人機(jī)作為新興的高科技產(chǎn)品，近年來(lái)有了快速的發(fā)展，目前在航拍攝影、農(nóng)業(yè)植保、遙感測(cè)繪、能源勘察等眾多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用[1]。一方面，無(wú)人機(jī)產(chǎn)品為人們的日常生產(chǎn)生活提供了極大的便利；另一方面，無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)也為許多傳統(tǒng)行業(yè)帶來(lái)了新的經(jīng)濟(jì)效益增長(zhǎng)點(diǎn)。其中，以深圳大疆創(chuàng)新科技有限公司為代表的消費(fèi)型民用無(wú)人機(jī)產(chǎn)品不僅已經(jīng)成為中國(guó)制造在全世界的一張新的名片，還是我國(guó)能夠主導(dǎo)并引領(lǐng)相關(guān)行業(yè)在全球發(fā)展的現(xiàn)代化高科技產(chǎn)品之一[2]。

然而，在當(dāng)前整個(gè)無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展的同時(shí)，卻也面臨著一系列亟待解決的行業(yè)問(wèn)題，例如法律法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)不完善、檢驗(yàn)檢測(cè)認(rèn)證體系不健全、安全監(jiān)管手段不成熟等。在工業(yè)和信息化部《關(guān)于促進(jìn)和規(guī)范民用無(wú)人機(jī)制造業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》中明確指出，應(yīng)盡快建立能滿足無(wú)人機(jī)產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、使用維護(hù)和安全監(jiān)管等行業(yè)發(fā)展需求的標(biāo)準(zhǔn)和檢測(cè)認(rèn)證體系[3]。因此，在無(wú)人機(jī)產(chǎn)品現(xiàn)代化智能制造過(guò)程中引入產(chǎn)業(yè)計(jì)量體系，為無(wú)人機(jī)產(chǎn)品的全壽命周期提供有科學(xué)依據(jù)的檢驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)報(bào)告，同時(shí)針對(duì)無(wú)人機(jī)行業(yè)提出合理有效的改進(jìn)方案意見(jiàn)，不僅可以顯著降低產(chǎn)品的不合格率，進(jìn)一步保障無(wú)人機(jī)產(chǎn)品的安全性和可控性，還可以為無(wú)人機(jī)企業(yè)和整個(gè)社會(huì)節(jié)約大量資源和時(shí)間成本，保證無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)健康快速地發(fā)展，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)產(chǎn)品價(jià)值有效提高[4]。

1 無(wú)人機(jī)產(chǎn)品系統(tǒng)組成

無(wú)人機(jī)產(chǎn)品系統(tǒng)組成如圖1所示，主要包含機(jī)體結(jié)構(gòu)、動(dòng)力系統(tǒng)、飛行控制系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和任務(wù)載荷等眾多模塊[5]。由于整個(gè)無(wú)人機(jī)產(chǎn)品系統(tǒng)涉及到的知識(shí)面非常廣，技術(shù)難度很高，測(cè)試設(shè)備計(jì)量參數(shù)眾多等，因此為了保證無(wú)人機(jī)產(chǎn)品系統(tǒng)的各項(xiàng)性能參數(shù)準(zhǔn)確統(tǒng)一，可以利用綜合計(jì)量測(cè)試方法來(lái)測(cè)定設(shè)備的精度、靈敏度、不確定度、穩(wěn)定性、可靠性和抗干擾性等技術(shù)指標(biāo)，為最終評(píng)價(jià)無(wú)人機(jī)產(chǎn)品整體技術(shù)性能是否符合相關(guān)規(guī)范的要求提供科學(xué)依據(jù)[6]。

圖1 無(wú)人機(jī)產(chǎn)品系統(tǒng)組成

2 無(wú)人機(jī)產(chǎn)品全生命周期分析

傳統(tǒng)的工業(yè)產(chǎn)品全生命周期是指一個(gè)工業(yè)產(chǎn)品從需求分析、概念設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、制造銷售、售后服務(wù)直到報(bào)廢回收的整個(gè)時(shí)間過(guò)程[7]。根據(jù)無(wú)人機(jī)產(chǎn)品自身特點(diǎn)和相關(guān)要求，本文將無(wú)人機(jī)產(chǎn)品全生命周期重點(diǎn)劃分為研發(fā)設(shè)計(jì)、論證試驗(yàn)、生產(chǎn)制造和使用維護(hù)四個(gè)階段，并且在無(wú)人機(jī)產(chǎn)品全生命周期的各個(gè)階段構(gòu)建相應(yīng)的產(chǎn)業(yè)計(jì)量體系，從而進(jìn)一步提升無(wú)人機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量和無(wú)人機(jī)裝備保障水平。無(wú)人機(jī)產(chǎn)品全生命周期如圖2所示。

圖2 無(wú)人機(jī)產(chǎn)品全生命周期

3 產(chǎn)業(yè)計(jì)量在無(wú)人機(jī)產(chǎn)品中的應(yīng)用

3.1 在研發(fā)設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用

在研發(fā)設(shè)計(jì)無(wú)人機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)階段，計(jì)量與檢測(cè)機(jī)構(gòu)主要針對(duì)產(chǎn)品材料特性、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、空間布局、加工工藝和體積質(zhì)量等多方面進(jìn)行詳細(xì)計(jì)量[8]，保證無(wú)人機(jī)產(chǎn)品在規(guī)定的壽命期間內(nèi)使用、運(yùn)輸或儲(chǔ)存等的可靠性，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果報(bào)告給無(wú)人機(jī)企業(yè)的研發(fā)部門，提供計(jì)量相關(guān)方面的專業(yè)性指導(dǎo)意見(jiàn)。進(jìn)一步地，為了方便無(wú)人機(jī)整機(jī)成型后檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)其進(jìn)行測(cè)量評(píng)估工作，建議其在方案研發(fā)設(shè)計(jì)階段重視采用參數(shù)化的設(shè)計(jì)理念，提供各種標(biāo)準(zhǔn)化接口，明確計(jì)量誤差和不確定度的范圍，使無(wú)人機(jī)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)朝著可計(jì)量化的方向發(fā)展。

3.2 在論證試驗(yàn)階段的應(yīng)用

在新的產(chǎn)品定型投入生產(chǎn)制造之前，必須經(jīng)過(guò)專業(yè)人員對(duì)樣機(jī)進(jìn)行大量的在線和離線計(jì)量論證試驗(yàn)。其主要內(nèi)容包括測(cè)量整機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)、續(xù)航性能、負(fù)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(jī)振動(dòng)、疲勞試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)、鹽霧腐蝕、霉菌試驗(yàn)、壓力試驗(yàn)等[9]。例如無(wú)人機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)測(cè)試試驗(yàn)需要將螺旋槳安裝到電機(jī)或者發(fā)動(dòng)機(jī)上，然后一起牢固地固定在試車平臺(tái)上，并可靠連接好扭力計(jì)傳感器；整個(gè)計(jì)量過(guò)程確保測(cè)試臺(tái)固定良好，動(dòng)力電池或動(dòng)力電源線固定良好；固定動(dòng)力系統(tǒng)確保牢靠，并且無(wú)不必要的連接；固定電子調(diào)速器，電子調(diào)速器務(wù)必固定牢靠，并且保證其與電機(jī)相連的導(dǎo)線有良好的固定且處在松弛狀態(tài)；啟動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)，記錄不同條件下的數(shù)據(jù)；最后根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)計(jì)算螺旋槳效率和電機(jī)的力效。

3.3 在生產(chǎn)制造階段的應(yīng)用

在工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)制造過(guò)程中，存在著眾多對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量好壞起著關(guān)鍵性作用的因素[10]。無(wú)人機(jī)產(chǎn)品目前大多采用開(kāi)模的方式進(jìn)行加工，首先需要利用高端數(shù)控機(jī)床完成磨具制作過(guò)程。由于無(wú)人機(jī)產(chǎn)品的質(zhì)量直接受磨具精度和人員操作的影響，因此在零件加工過(guò)程中可以引入在線計(jì)量對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，從而提高產(chǎn)品生產(chǎn)效率和合格率。檢測(cè)機(jī)構(gòu)可以根據(jù)待加工產(chǎn)品特點(diǎn)，對(duì)在線計(jì)量技術(shù)進(jìn)行研究，融合多傳感器數(shù)據(jù)，提出系統(tǒng)的在線計(jì)量解決方案。通過(guò)運(yùn)用激光干涉儀等完成機(jī)器加工軸的測(cè)量校準(zhǔn)，然后對(duì)傳感器實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，自動(dòng)優(yōu)化工藝步驟和參數(shù)，從而減小加工誤差、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低不合格率、節(jié)約人工成本。

3.4 在使用維護(hù)階段的應(yīng)用

為了更好地評(píng)價(jià)產(chǎn)品在實(shí)際使用、運(yùn)輸和儲(chǔ)存等不同環(huán)境條件下的性能，前期通常需要將產(chǎn)品暴露在自然的或人工的環(huán)境條件下經(jīng)受其作用，并分析研究環(huán)境因素對(duì)其的影響程度及作用機(jī)理。通過(guò)利用試驗(yàn)檢測(cè)設(shè)備模擬環(huán)境中的溫度、濕度等變化情況，反映產(chǎn)品在使用環(huán)境中的狀況。后期通常需要對(duì)產(chǎn)品持續(xù)跟蹤，針對(duì)用戶反饋的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，計(jì)量檢測(cè)機(jī)構(gòu)需要定期或者不定期對(duì)整機(jī)或重要零部件進(jìn)行嚴(yán)格的計(jì)量檢測(cè)工作，對(duì)產(chǎn)品的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行專業(yè)的評(píng)估，其有助于快速實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品迭代升級(jí)。因此，在無(wú)人機(jī)產(chǎn)品使用維護(hù)階段，應(yīng)用產(chǎn)業(yè)計(jì)量對(duì)提升產(chǎn)品本身價(jià)值和企業(yè)品牌價(jià)值都具有重大意義。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)應(yīng)用產(chǎn)業(yè)計(jì)量體系，計(jì)量與檢測(cè)機(jī)構(gòu)專業(yè)人員可驗(yàn)證無(wú)人機(jī)產(chǎn)品在研發(fā)設(shè)計(jì)、驗(yàn)證試驗(yàn)、生產(chǎn)制造和使用維護(hù)全生命周期中是否達(dá)到預(yù)期的質(zhì)量目標(biāo)，從而對(duì)無(wú)人機(jī)產(chǎn)品系統(tǒng)進(jìn)行整體評(píng)估，以確定無(wú)人機(jī)產(chǎn)品的有效性、可靠性和易維修性等。因此，推進(jìn)產(chǎn)業(yè)計(jì)量在無(wú)人機(jī)產(chǎn)品現(xiàn)代化智能制造過(guò)程中的應(yīng)用有著十分重要的作用和意義。