工業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)試飛驗(yàn)證需求分析

袁野 張濤

工業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)越來(lái)越多地參與到工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)當(dāng)中，在方便生產(chǎn)生活、提高生產(chǎn)效率的同時(shí)，工業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的質(zhì)量和安全問(wèn)題也日益凸顯，質(zhì)量低劣的產(chǎn)品將嚴(yán)重影響人們的生命財(cái)產(chǎn)安全和無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)秩序。如何規(guī)范工業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的研發(fā)和生產(chǎn)，是當(dāng)前無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)面臨的一個(gè)重要問(wèn)題。

2015年以來(lái)，隨著無(wú)人機(jī)系統(tǒng)研發(fā)技術(shù)逐漸成熟，制造成本大幅降低，我國(guó)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)在各個(gè)領(lǐng)域開(kāi)始了大規(guī)模的拓展，2015年也被稱為“無(wú)人機(jī)元年”。無(wú)人機(jī)系統(tǒng)按用途分類(lèi)分為軍用無(wú)人機(jī)系統(tǒng)和民用無(wú)人機(jī)系統(tǒng)，民用無(wú)人機(jī)系統(tǒng)按照功能和重量不同又分為工業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)和消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)。消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)一般體積小、重量輕、飛行高度低，其上搭載的多是照相機(jī)、攝像機(jī)等設(shè)備，多以滿足消費(fèi)者的娛樂(lè)需求為目的。工業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)現(xiàn)階段被應(yīng)用于農(nóng)業(yè)植保、物流運(yùn)輸、安保消防以及設(shè)施環(huán)境巡檢等民用領(lǐng)域。目前工業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的市場(chǎng)份額雖不及消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)，但潛在的市場(chǎng)需求更加旺盛。2016年至2017年全球工業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)行業(yè)發(fā)展規(guī)模由27.99億美元增長(zhǎng)至36.89億美元。根據(jù)預(yù)測(cè)，全球工業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展速度將超過(guò)軍用和消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)，成為刺激各國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個(gè)重要產(chǎn)業(yè)。不過(guò)，由于工業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)重量更大、飛行高度更高、結(jié)構(gòu)和功能更復(fù)雜，使用過(guò)程中的質(zhì)量和安全問(wèn)題日益凸顯，開(kāi)展工業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)試飛驗(yàn)證，對(duì)于提高工業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)安全性、規(guī)范產(chǎn)品研發(fā)和生產(chǎn)意義重大。

工業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)試飛驗(yàn)證現(xiàn)狀和需求分析

民用無(wú)人機(jī)系統(tǒng)試飛驗(yàn)證現(xiàn)狀

民用無(wú)人機(jī)作為一種飛行器，其飛行屬性要求它具有非常高的通用質(zhì)量特性。對(duì)于有人機(jī)，無(wú)論是民機(jī)還是軍機(jī)，在交付用戶使用之前都需要在專(zhuān)業(yè)的試飛驗(yàn)證機(jī)構(gòu)中接受?chē)?yán)格的試飛鑒定。目前，針對(duì)民用無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的試飛，各研發(fā)單位和生產(chǎn)廠家大多委托給地方性的檢測(cè)機(jī)構(gòu)和研究所，其中具有代表性的地方性試飛機(jī)構(gòu)是位于上海的民用無(wú)人機(jī)試飛運(yùn)行基地。這些試飛機(jī)構(gòu)對(duì)提高無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的通用質(zhì)量特性有諸多促進(jìn)作用，但也存在著一些不足，主要有以下幾個(gè)方面：

（1）試飛驗(yàn)證配套設(shè)備設(shè)施不齊全;

（2）試飛驗(yàn)證數(shù)據(jù)不共享;

（3）試飛驗(yàn)證結(jié)果權(quán)威性不高;

（4）檢測(cè)驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一;

（5）缺乏頂層試飛驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)。

上述問(wèn)題的存在，使得民用無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的試飛驗(yàn)證結(jié)果的被認(rèn)可度較低，無(wú)法有效規(guī)范民用無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的研發(fā)和生產(chǎn)。

民用無(wú)人機(jī)系統(tǒng)試飛驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)行業(yè)的基礎(chǔ)，但與民用無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展相比，我國(guó)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作略顯滯后。在國(guó)外，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織、美國(guó)聯(lián)邦航空管理局、歐洲航空安全局都開(kāi)展了大量的無(wú)人機(jī)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化工作，用標(biāo)準(zhǔn)爭(zhēng)奪市場(chǎng)的控制權(quán)，標(biāo)準(zhǔn)已成為無(wú)人機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的制高點(diǎn)[1]。

在民用無(wú)人機(jī)系統(tǒng)檢測(cè)認(rèn)證類(lèi)文件方面，我國(guó)相繼出臺(tái)了無(wú)人機(jī)CR認(rèn)證實(shí)施規(guī)則、《NY/T3213-2018植保無(wú)人機(jī)質(zhì)量技術(shù)評(píng)價(jià)規(guī)范》等文件。

無(wú)人機(jī)CR認(rèn)證實(shí)施規(guī)則規(guī)定了民用無(wú)人機(jī)的基礎(chǔ)安全和基礎(chǔ)性能方面的要求及實(shí)驗(yàn)方法，包括一般安全、安全保護(hù)功能、環(huán)境適應(yīng)性、電磁兼容性等測(cè)試項(xiàng)目，但該技術(shù)規(guī)范僅適用于以電力驅(qū)動(dòng)的、空機(jī)質(zhì)量小于等于116kg的民用無(wú)人機(jī)系統(tǒng)。

《NY/T3213-2018植保無(wú)人機(jī)質(zhì)量技術(shù)評(píng)價(jià)規(guī)范》對(duì)植保無(wú)人機(jī)系統(tǒng)有關(guān)質(zhì)量安全的手動(dòng)/自動(dòng)模式的可切換性、飛行精度、續(xù)航能力等指標(biāo)做出了規(guī)定，同時(shí)對(duì)檢驗(yàn)方法給出了要求，但未對(duì)應(yīng)用于其他行業(yè)的無(wú)人機(jī)系統(tǒng)給出要求。

由此可見(jiàn)，這些標(biāo)準(zhǔn)的使用范圍都有一定的局限性，且在試飛驗(yàn)證方面缺乏具體驗(yàn)證方法和組織管理等方面的規(guī)定，這導(dǎo)致民用無(wú)人機(jī)系統(tǒng)試飛驗(yàn)證缺乏標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的有力支撐，同時(shí)容易造成整個(gè)行業(yè)的無(wú)序發(fā)展。

工業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)試飛驗(yàn)證必要性

2017年12月，工業(yè)和信息化部在頒布的《促進(jìn)和規(guī)范無(wú)人機(jī)制造業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》中提出，要加強(qiáng)民用無(wú)人機(jī)試驗(yàn)檢測(cè)認(rèn)證、試飛驗(yàn)證等技術(shù)和方法研究，強(qiáng)化產(chǎn)品安全檢測(cè)認(rèn)證，構(gòu)建基于安全性的民用無(wú)人機(jī)系統(tǒng)及關(guān)鍵零部件檢驗(yàn)檢測(cè)認(rèn)證體系。進(jìn)行工業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)試飛驗(yàn)證，正是構(gòu)建該體系的重要一環(huán)。

那么，為何要針對(duì)工業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行試飛驗(yàn)證，筆者認(rèn)為主要有以下4方面原因：

（1）工業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的需求直接來(lái)自于某個(gè)行業(yè)，搭載的任務(wù)載荷形勢(shì)多樣，結(jié)構(gòu)功能復(fù)雜。需實(shí)現(xiàn)工業(yè)三防，在雨雪天氣、高原、高寒、高溫、高濕、電磁干擾等復(fù)雜環(huán)境下正常工作。這就對(duì)工業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的安全可靠性提出了高要求;

（2）結(jié)構(gòu)功能的復(fù)雜化使產(chǎn)品的質(zhì)量問(wèn)題凸顯，安全與可靠性降低。據(jù)統(tǒng)計(jì)，工業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的事故率為1×〖10〗^（-6）h，與有人機(jī)相比，民用無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的事故率高出了一個(gè)數(shù)量級(jí)。因此，針對(duì)工業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的通用質(zhì)量特性進(jìn)行試飛驗(yàn)證，是鑒別產(chǎn)品是否具備工業(yè)級(jí)水準(zhǔn)的重要考量;

（3）結(jié)構(gòu)功能的復(fù)雜化使得無(wú)人機(jī)使用人員在使用和維護(hù)無(wú)人機(jī)的過(guò)程中對(duì)用戶技術(shù)資料的依賴程度越來(lái)越高。用戶技術(shù)資料編寫(xiě)的正確性、合理性、完整性和使用便捷性對(duì)飛行安全至關(guān)重要。因此，對(duì)用戶技術(shù)資料的驗(yàn)證工作亦需要結(jié)合在試飛驗(yàn)證過(guò)程中進(jìn)行;

（4）民用無(wú)人機(jī)系統(tǒng)行業(yè)蓬勃發(fā)展，幾乎每天都有從事無(wú)人機(jī)研發(fā)制造的公司成立，然而生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊，劣質(zhì)產(chǎn)品嚴(yán)重?cái)D壓優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的市場(chǎng)空間。工業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)由于應(yīng)用的廣泛性和復(fù)雜性，其產(chǎn)品質(zhì)量是否合格更加關(guān)鍵。通過(guò)試飛驗(yàn)證，可淘汰劣質(zhì)產(chǎn)品，從而達(dá)到規(guī)范市場(chǎng)秩序的目的。

開(kāi)展工業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)試飛驗(yàn)證的建議

制定工業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)試飛驗(yàn)證組織流程

工業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的試飛驗(yàn)證應(yīng)遵循一定的組織流程，一般的試飛組織流程包括試飛任務(wù)輸入、試飛大綱編制、試飛科目分解、無(wú)人機(jī)系統(tǒng)試飛和鑒定報(bào)告編制等內(nèi)容。圖1展示了試飛組織流程。

（1）試飛任務(wù)輸入

試飛任務(wù)應(yīng)根據(jù)飛行試驗(yàn)需求進(jìn)行確定。工業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的飛行試驗(yàn)需求包括兩個(gè)部分：適航審定需求和研制需求。適航條例中的各項(xiàng)條款明確規(guī)定了飛機(jī)要取得適航證需滿足的各項(xiàng)要求，這些要求是試飛任務(wù)的主要組成部分。另外，還應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)方的研制需求制定具體的試飛任務(wù)。

（2）試飛大綱編制

根據(jù)試飛任務(wù)進(jìn)行試飛大綱的編制，主要內(nèi)容應(yīng)包括試飛科目、試飛總體規(guī)劃、試驗(yàn)需求、試驗(yàn)組織管理和試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)等內(nèi)容。當(dāng)試驗(yàn)機(jī)完成全部試飛科目并符合要求后，就標(biāo)志著該型號(hào)的試飛任務(wù)圓滿完成。

（3）試飛科目分解

根據(jù)試飛大綱的要求，對(duì)試飛科目進(jìn)行分解，形成試飛任務(wù)單。試飛任務(wù)單是試飛科目的進(jìn)一步分解和細(xì)化，是飛行試驗(yàn)的最終執(zhí)行性文件。

（4）無(wú)人機(jī)系統(tǒng)試飛

根據(jù)飛行試驗(yàn)相關(guān)技術(shù)文件的要求，開(kāi)展無(wú)人機(jī)系統(tǒng)試飛驗(yàn)證。無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的試飛驗(yàn)證由無(wú)人機(jī)平臺(tái)和地面控制站兩部分組成。具體組成如圖2。

（5）鑒定報(bào)告編制

鑒定報(bào)告是試飛驗(yàn)證的最終結(jié)論性文件，是一個(gè)型號(hào)能否取得適航證和滿足用戶需求的依據(jù)和參考。

建立工業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)頂層試飛驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)

在我國(guó)，軍用飛機(jī)的試飛驗(yàn)證工作已進(jìn)行了將近60年時(shí)間，形成了以GJB 1015《軍用飛機(jī)驗(yàn)證要求》、GJB 5434《無(wú)人機(jī)系統(tǒng)飛行試驗(yàn)通用要求》、GJB 624《軍用飛機(jī)科研試飛訓(xùn)練要求》等標(biāo)準(zhǔn)為代表的完備的試飛驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)體系。民用飛機(jī)的試飛驗(yàn)證雖起步較晚，2014年HB 8472《民用飛機(jī)飛行試驗(yàn)通用要求》頒布實(shí)施。完善的軍民用飛機(jī)試飛驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)體系為工業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)試飛驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)的制定提供了良好的示范參考。

在編制工業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)試飛驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，可參考軍、民用飛機(jī)試飛驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容應(yīng)包括術(shù)語(yǔ)和定義、試飛目的、試飛大綱、試飛資源、試飛測(cè)試、試飛的中斷和恢復(fù)、試飛質(zhì)量安全、試飛科目以及試飛風(fēng)險(xiǎn)科目確定等要求。在最關(guān)鍵的試飛科目?jī)?nèi)容中，應(yīng)對(duì)性能、操穩(wěn)、飛控、震動(dòng)、顫振、機(jī)構(gòu)載荷、任務(wù)載荷、發(fā)動(dòng)機(jī)、通信、導(dǎo)航、能源、自動(dòng)飛行、防雨防冰防火、噪聲、主最小設(shè)備清單、通用質(zhì)量特性等內(nèi)容進(jìn)行要求。

制定分級(jí)制試飛驗(yàn)證方法

在我國(guó)現(xiàn)階段，中國(guó)飛行試驗(yàn)研究院是我國(guó)唯一的經(jīng)國(guó)家授權(quán)的鑒定試飛機(jī)構(gòu)?？哲姴筷?duì)、飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所以及生產(chǎn)廠家也在逐步開(kāi)展各自的鑒定試飛工作，積累了一定的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，但相關(guān)單位的數(shù)量依然較少。由此可見(jiàn)，如果由這些國(guó)家級(jí)單位承擔(dān)全部的工業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的試飛驗(yàn)證工作，雖然鑒定技術(shù)和鑒定結(jié)果的權(quán)威性能夠得到保障，但現(xiàn)有的試飛鑒定資源顯然無(wú)法與需要鑒定的工業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的數(shù)量相匹配。另一方面，一些工業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)和功能相對(duì)簡(jiǎn)單，如交由國(guó)家級(jí)的鑒定機(jī)構(gòu)和單位進(jìn)行鑒定會(huì)存在過(guò)度鑒定的可能，將造成資源的浪費(fèi)。

在目前的民用無(wú)人機(jī)系統(tǒng)適航審定方面也存在類(lèi)似的問(wèn)題。民航局針對(duì)這一問(wèn)題，采取了分類(lèi)審定的政策，將民用無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的適航審定分成A類(lèi)（開(kāi)放類(lèi)）、B類(lèi)（特許類(lèi)）和C類(lèi)（審定類(lèi)）三種類(lèi)型。A類(lèi)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)僅需要進(jìn)行實(shí)名制等級(jí)，不需要進(jìn)行適航審定;B類(lèi)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)采取適航委任管理政策;C類(lèi)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)才需進(jìn)行傳統(tǒng)的適航審定。在進(jìn)行工業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)試飛驗(yàn)證時(shí)，也可以類(lèi)比民用無(wú)人機(jī)分類(lèi)進(jìn)行適航審定的方法，將工業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)根據(jù)起飛重量、尺寸、發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)量、發(fā)動(dòng)機(jī)類(lèi)別、結(jié)構(gòu)、功能和對(duì)周邊環(huán)境影響等條件分為3個(gè)類(lèi)別。A類(lèi)產(chǎn)品無(wú)需進(jìn)行試飛驗(yàn)證;B類(lèi)產(chǎn)品由地方性質(zhì)的無(wú)人機(jī)研制生產(chǎn)單位、團(tuán)體或檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行試飛驗(yàn)證;C類(lèi)產(chǎn)品則交由國(guó)家級(jí)的試飛驗(yàn)證機(jī)構(gòu)進(jìn)行試飛驗(yàn)證。這樣，就能夠利用有限的試飛資源對(duì)需要試飛驗(yàn)證的工業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行有效驗(yàn)證。

制定用戶技術(shù)資料驗(yàn)證要求

用戶技術(shù)資料是在飛機(jī)的全壽命周期內(nèi)承制方交給使用方（用戶）以保證飛機(jī)使用和維修所需的全部技術(shù)資料。無(wú)論航空器的初始設(shè)計(jì)可靠性多高，一旦投入使用后，正確地使用和維修才是保持其固有設(shè)計(jì)水平和可靠性的基礎(chǔ)，而正確地使用和維修則需要通過(guò)航空器制造商制定準(zhǔn)確詳盡、便于使用的持續(xù)適航文件來(lái)保證。為滿足民航局的要求和用戶的需求，必須對(duì)用戶技術(shù)資料進(jìn)行驗(yàn)證。

對(duì)用戶技術(shù)資料的驗(yàn)證方法主要是符合性驗(yàn)證。符合性驗(yàn)證分為書(shū)面驗(yàn)證和結(jié)合試飛驗(yàn)證。書(shū)面驗(yàn)證是指驗(yàn)證用戶技術(shù)資料的內(nèi)容，將之與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、試驗(yàn)試飛數(shù)據(jù)、工藝規(guī)范、無(wú)人機(jī)系統(tǒng)構(gòu)型等進(jìn)行對(duì)比分析，以確保用戶技術(shù)資料的正確性。結(jié)合試飛驗(yàn)證包括地面操作驗(yàn)證和飛行驗(yàn)證，具體如下：

（1）地面驗(yàn)證：結(jié)合工業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)地面工作，包括拆裝類(lèi)、定周期類(lèi)、停放類(lèi)和排故類(lèi)等工作，對(duì)用戶技術(shù)資料規(guī)定的操作流程、操作方法和工作時(shí)機(jī)進(jìn)行驗(yàn)證;

（2）飛行驗(yàn)證：結(jié)合工業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)試飛科目，對(duì)用戶技術(shù)資料中規(guī)定的正常操作方法、應(yīng)急處置方法和主最小設(shè)備清單進(jìn)行驗(yàn)證

結(jié)束語(yǔ)

工業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)試飛驗(yàn)證是一項(xiàng)系統(tǒng)性工程。本文介紹了工業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)試飛驗(yàn)證現(xiàn)狀，分析了開(kāi)展試飛驗(yàn)證的緊迫性和必要性。結(jié)合軍、民用飛機(jī)試飛驗(yàn)證相關(guān)經(jīng)驗(yàn)和成果，提出了工業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)試飛驗(yàn)證幾點(diǎn)建議，對(duì)工業(yè)級(jí)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)試飛驗(yàn)證領(lǐng)域進(jìn)行了有益探索。

（參考文獻(xiàn)：略。如有需要，請(qǐng)聯(lián)系編輯部。）