产业计量在无人机智能制造中的应用研究

丁晓欢

(航空工业成都飞机工业(集团)有限责任公司，四川 成都 610000)

0 引言

无人机作为新兴的高科技产品，近年来有了快速的发展，目前在航拍摄影、农业植保、遥感测绘、能源勘察等众多领域得到广泛的应用[1]。一方面，无人机产品为人们的日常生产生活提供了极大的便利；另一方面，无人机产业也为许多传统行业带来了新的经济效益增长点。其中，以深圳大疆创新科技有限公司为代表的消费型民用无人机产品不仅已经成为中国制造在全世界的一张新的名片，还是我国能够主导并引领相关行业在全球发展的现代化高科技产品之一[2]。

然而，在当前整个无人机产业高速发展的同时，却也面临着一系列亟待解决的行业问题，例如法律法规标准不完善、检验检测认证体系不健全、安全监管手段不成熟等。在工业和信息化部《关于促进和规范民用无人机制造业发展的指导意见》中明确指出，应尽快建立能满足无人机产品研发设计、生产制造、使用维护和安全监管等行业发展需求的标准和检测认证体系[3]。因此，在无人机产品现代化智能制造过程中引入产业计量体系，为无人机产品的全寿命周期提供有科学依据的检验检测技术报告，同时针对无人机行业提出合理有效的改进方案意见，不仅可以显著降低产品的不合格率，进一步保障无人机产品的安全性和可控性，还可以为无人机企业和整个社会节约大量资源和时间成本，保证无人机产业健康快速地发展，实现无人机产品价值有效提高[4]。

1 无人机产品系统组成

无人机产品系统组成如图1所示，主要包含机体结构、动力系统、飞行控制系统、电气系统、通信系统和任务载荷等众多模块[5]。由于整个无人机产品系统涉及到的知识面非常广，技术难度很高，测试设备计量参数众多等，因此为了保证无人机产品系统的各项性能参数准确统一，可以利用综合计量测试方法来测定设备的精度、灵敏度、不确定度、稳定性、可靠性和抗干扰性等技术指标，为最终评价无人机产品整体技术性能是否符合相关规范的要求提供科学依据[6]。

图1 无人机产品系统组成

2 无人机产品全生命周期分析

传统的工业产品全生命周期是指一个工业产品从需求分析、概念设计、详细设计、制造销售、售后服务直到报废回收的整个时间过程[7]。根据无人机产品自身特点和相关要求，本文将无人机产品全生命周期重点划分为研发设计、论证试验、生产制造和使用维护四个阶段，并且在无人机产品全生命周期的各个阶段构建相应的产业计量体系，从而进一步提升无人机产品质量和无人机装备保障水平。无人机产品全生命周期如图2所示。

图2 无人机产品全生命周期

3 产业计量在无人机产品中的应用

3.1 在研发设计阶段的应用

在研发设计无人机整机结构阶段，计量与检测机构主要针对产品材料特性、结构强度、空间布局、加工工艺和体积质量等多方面进行详细计量[8]，保证无人机产品在规定的寿命期间内使用、运输或储存等的可靠性，并根据检测结果报告给无人机企业的研发部门，提供计量相关方面的专业性指导意见。进一步地，为了方便无人机整机成型后检测机构对其进行测量评估工作，建议其在方案研发设计阶段重视采用参数化的设计理念，提供各种标准化接口，明确计量误差和不确定度的范围，使无人机产品的设计朝着可计量化的方向发展。

3.2 在论证试验阶段的应用

在新的产品定型投入生产制造之前，必须经过专业人员对样机进行大量的在线和离线计量论证试验。其主要内容包括测量整机动力系统、续航性能、负载能力、通信距离、电磁兼容(Electromagnetic Compatibility，EMC)、防水防尘、碰撞跌落、温度湿度、静电放电、随机振动、疲劳试验、冲击试验、盐雾腐蚀、霉菌试验、压力试验等[9]。例如无人机动力系统测试试验需要将螺旋桨安装到电机或者发动机上，然后一起牢固地固定在试车平台上，并可靠连接好扭力计传感器；整个计量过程确保测试台固定良好，动力电池或动力电源线固定良好；固定动力系统确保牢靠，并且无不必要的连接；固定电子调速器，电子调速器务必固定牢靠，并且保证其与电机相连的导线有良好的固定且处在松弛状态；启动电机带动螺旋桨转动，记录不同条件下的数据；最后根据传感器数据计算螺旋桨效率和电机的力效。

3.3 在生产制造阶段的应用

在工业产品生产制造过程中，存在着众多对产品质量好坏起着关键性作用的因素[10]。无人机产品目前大多采用开模的方式进行加工，首先需要利用高端数控机床完成磨具制作过程。由于无人机产品的质量直接受磨具精度和人员操作的影响，因此在零件加工过程中可以引入在线计量对其进行实时监测，从而提高产品生产效率和合格率。检测机构可以根据待加工产品特点，对在线计量技术进行研究，融合多传感器数据，提出系统的在线计量解决方案。通过运用激光干涉仪等完成机器加工轴的测量校准，然后对传感器实时采集的数据进行分析处理，自动优化工艺步骤和参数，从而减小加工误差、提高产品质量、降低不合格率、节约人工成本。

3.4 在使用维护阶段的应用

为了更好地评价产品在实际使用、运输和储存等不同环境条件下的性能，前期通常需要将产品暴露在自然的或人工的环境条件下经受其作用，并分析研究环境因素对其的影响程度及作用机理。通过利用试验检测设备模拟环境中的温度、湿度等变化情况，反映产品在使用环境中的状况。后期通常需要对产品持续跟踪，针对用户反馈的数据进行分析处理，计量检测机构需要定期或者不定期对整机或重要零部件进行严格的计量检测工作，对产品的运行状态进行专业的评估，其有助于快速实现产品迭代升级。因此，在无人机产品使用维护阶段，应用产业计量对提升产品本身价值和企业品牌价值都具有重大意义。

4 结语

通过应用产业计量体系，计量与检测机构专业人员可验证无人机产品在研发设计、验证试验、生产制造和使用维护全生命周期中是否达到预期的质量目标，从而对无人机产品系统进行整体评估，以确定无人机产品的有效性、可靠性和易维修性等。因此，推进产业计量在无人机产品现代化智能制造过程中的应用有着十分重要的作用和意义。