模块化设计在无人机设计中的应用探析

吕卉 于海生 孙昕

摘 要：随着我国经济实力的不断提升，人们的生活水平发生了巨大的变化，对舒适、便捷的追求不断增多，现阶段，轻便、简洁的物品已经成为了大众的共同追求。这一理念在无人机设计当中也有着重要的体现。由于无人机价格低、机身轻便等优点得到了广泛的应用，而在无人机的设计当中，可以应用模块化设计理念，从而满足行业的需求。本文主要对模块化设计进行概述，然后说明了无人机模块化设计的理念，最后提出了模块化无人机的设计方法，从而保证模块化设计在无人机设计中的有效应用。

关键词：模块化设计;无人机;设计方法;应用

将模块化设计理念应用到无人机设计当中，不仅能够实现不同的产品功能，满足一定环境下的任务需要，而且能够保证无人机的设计过程满足统一的标准，极大地减少了设计任务量。此外，在无人机设计过程中，引入模块化思想，还可以实现配件通用化的目标，以便满足不同任务需要下无人机的快速改装、维修等工作。由此可见，对模块化设计在无人机设计中的应用进行研究具有重要的意义。

1 模块化设计概述

1.1 模块化设计的概念

模块化设计就是指把产品的一些生产要素按照功能或者结构实现对产品的部件划分，从而形成通用模块以及专用模块等两个部分，将两种模块进行组合划分，从而形成一个全新的产品，该产品具备多种不同的功能，从而满足用户及市场的需求。模块化设计思想已经被广泛地应用到机械、建筑、军用设备等各个行业当中。

1.2 模块化设计的意义

一方面模块化设计这一理念不仅推动了科学技术的进步发展，而且在一定程度上加快了人类进化的进程，给社会的发展带来了巨大的动力。另一方面，模块化设计也是绿色设计的重要体现，把模块化设计理念充分地应用到产品的设计过程中，可以节约生产成本、降低市场风险、提高产品质量，保证企业能够很好地适应市场的变化需求。

除此之外，模块化设计方式也延长了产品的使用期限，而在产品维护的时候，只需对相应的模块进行检修更换就可以，给产品的升级、维护、应用、处理等带来了极大的便利性。将模块化设计理念应用到产品的设计上不但可以解决工业生产和持续发展之间存在的矛盾问题，极大地提高了各种设备的利用率，而且也节约了大量的时间及经费，在最大程度上满足了人们的各项需求。

2 无人机模块化设计的理念

在无人机设计的过程中，模块化技术是产品创新的重要内容。把无人机和相关的机载设备进行整体设计，能够保证无人机具有多样化的功能;把各种机载设备进行模块化组合，能够使得无人机根据实际的需要对不同的载荷设备进行设计，极大地提升了产品的使用效率。

2.1 能源动力模块

根据飞行器的设计要求，无人机的发动机种类可以分为很多种，在不同的功能需求下，无人机单一化的能源动力不能很好地应对一些突发状况。而通过使用模块化设计方式，可以在必要的情况下把能源动力进行变化，从而提升无人机的工作时长，以满足多样化的任务需要。

2.2 控制系统模块

无人机的控制是无人机设计时重要的技术问题，由于各种智能化技术的迅速发展，使得无人机的控制系统模块实现数字化和智能化的发展目标成为可能。因此，在无人机模块化设计的过程中，为了实现控制系统模块的便捷化，可以使得操纵模式及结构的智能化，保证无人机能够实现自动修复、诊断等智能功能。

2.3 机载装备模块

随着各种微型化电子器件的发展，合成孔径雷达等设备不断的向着微型化的方向发展，其机载方式也得到了一定的发展。而通过载荷的模块化设计可以实现模块化设计功能，在原有功能的基础上完成相应的载荷任务。

2.4 通信增幅模块

无人机不仅要保障自身的安全问题，还要完成信息获取和输送等功能。而通信当中的中继无人机通过通信设备可以完成相应的任务，然而无人机在实际工作当中会受到多种因素的影响，使得通信质量得不到保障。因此，在无人机模块化设计的过程中，需要强化无人机和地面人员之间的通信质量，保证通信的稳定性，在这一条件才能更好地完成任务需求。

3 模块化无人機的设计方法

3.1 模块化无人机的设计原则

在模块化无人机的设计过程中，需要遵循以下的设计原则。

（1）小模块性：产品的体积不应该过大，以便模块之间的组合;

（2）易于维护性：必须保证工作人员能够较为方便地对各个部分的模块进行维修与保护;

（3）可拆解性：设计的产品各个模块要易于拆解;

（4）功能多样性：模块化部件的功能较多且可以满足多样化的需求;

（5）安全性：保证无人机的各个模块在设计以及应用的过程中具有一定的安全性;

（6）经济性：无人机的各个模块要进行科学的设计，将资源进行最大化利用，从而降低生产成本。

此外，在设计的过程中，也要根据国家标准，借鉴无人机设计参数要求，从而符合产品的相关规范。下表为模块化无人机的技术要求。

3.2 模块化无人机的设计方法

由于模块化设计需要应用在一定范围的产品当中，所以需要对无人机进行整体规划。一旦规划方法存在问题，或者不根据执行规划标准就进行设计工作，会给产品的应用带来不利的影响。因此，要对模块化无人机的设计进行合理的规划。

首先，需要对市场进行调研工作，同时对用户的需要进行分析，这是进行无人机设计的重要基础内容，这样才能保证设计出来的产品符合社会的市场需求，进而规划出低成本、高性能的模块化系统。其次，在明确无人机的设计范围后，确定好通用模块以及变动模块，并且根据设计目标进行下一阶段的设计任务。通过这一过程的规划，能够让管理部分和设计部分明确、及时地了解到哪些模块已经设计完成，哪些模块需要进一步优化设计，哪些模块能够进行相互替换等，一旦需要增加新的功能，可以在哪一模块上进行创新设计。因此，对无人机模块化设计进行规划工作不仅避免了工作上的交叉，而且还节约了大量的人力资源及开发成本，在减少研发时间的基础上提高了产品的性能。

模块划分不但是无人机设计过程中最基础的内容，还要较为重要的一个环节。科学的模块划分不仅能够美化无人机的外形，提高产品的性能，而且有利于加工制造，节约生产成本，所以相关的技术人员需要切实地做好无人机的模块划分工作。对无人机的模块划分主要可以分为以下部分：

（1）以用户的实际需要为根本，通过对用户的需要进行分析，并且进行分析，从而区分出不同的需求模块。在这一过程中，不仅要注意底层的基本需求，还要充分地考虑到时间、环境等因素导致的需求改变。

（2）把用户的需求作为基础，从功能层方面对无人机具有的各项功能展开分析，总结出无人机的各个功能，再将功能类似的部分划分到一个单元模块当中，从而产生功能模块，从而降低模块组合的复杂性，形成各种功能性模块。

（3）承接功能模块，以结构设计为出发点，对无人机的结构进行模块化划分，以便和功能模块相对应，从而简化模块的划分过程，全方位、多角度地开展模块划分工作。

（4）按照现代技术的可行性，使得各个模块可以进行生产制造，其中主要包括加工工艺、维护保养、回收等对无人机进行模块划分。

（5）以无人机的整体形态为基础，对其进行科学的调整，经过专业人才的研究探讨，形成最优的划分方案。

无人机在进行模块划分之外，也能够对其外观装饰进行模块划分，其中包括色彩、标志、指示灯等。外观装饰所表达出来的产品语义存在着一定的差别，人们通过不一样的装饰模块能够设计出符合自身特点的模块化无人机，从而满足自身的个性化需要。

最后，无人机的模块和零件也需要进行标准化及通用化的生产。通过标准化的生产过程，可以使得无人机产品具备科学性和可靠性，极大的减少了生产成本，提高了产品的性能指标。一方面，各个模块可以进行迅速的组合，方式多样化;另一方面，标准化的生产与设计过程能够在最大程度上满足人们的个性化需要以及市场需求，并且可以进行批量生产，提高了生产质量和效率。

4 总结

本文通过对模块化设计在无人机设计中的应用研究，使我们了解到了，在无人机设计过程中，引入模块化思想，不仅可以节约生产成本、降低市场风险、提高产品质量，而且可以实现配件通用化的目标，以便满足不同任务需要下无人机的快速改装、维修等工作。因此，要根据模块化无人机的設计原则，对模块化无人机的设计进行合理的规划，以便将模块化的设计理念充分地应用到无人机的设计当中。

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作者简介：吕卉（1993— ），女，满族，辽宁丹东人，本科，工程师，研究方向：无人机设计制造。