張明　江磊　王志瑞

摘 要：軍用無人地面運(yùn)輸車作為近年各國認(rèn)可的解決士兵負(fù)重的解決方案，設(shè)計(jì)研發(fā)也被日益關(guān)注。本文從工業(yè)設(shè)計(jì)角度切入，通過典型設(shè)計(jì)案例分析，提出了以戰(zhàn)術(shù)任務(wù)為中心，關(guān)注作戰(zhàn)人員體驗(yàn)的設(shè)計(jì)框架;并從工業(yè)設(shè)計(jì)角度梳理軍用無人地面運(yùn)輸車的功能設(shè)計(jì)、交互設(shè)計(jì)、造型設(shè)計(jì)所呈現(xiàn)的主要特征。

關(guān)鍵詞：工業(yè)設(shè)計(jì) 無人地面運(yùn)輸車 設(shè)計(jì)特征

Research on Industrial Design of Military Unmanned Ground Transport Vehicle

Zhang Ming Jiang Lei Wang Zhirui

Abstract：Military unmanned ground transport vehicles have been recognized by various countries in recent years as a solution to solve the burden of soldiers， and their design and development have also been paid more and more attention. This paper starts from the perspective of industrial design， and through the analysis of typical design cases， proposes a design framework that focuses on tactical tasks and the experience of combatants; the paper also combs the functional design， interaction design and styling design of military unmanned ground transport vehicles from the perspective of industrial design and presents the main design features.

Key words：industrial design， unmanned ground transport vehicle， design features

1 引言

隨著單兵的裝備升級(jí)和作戰(zhàn)使命的拓展，現(xiàn)代化步兵一般會(huì)攜帶30～50kg的裝備投入戰(zhàn)斗，其中包括防彈衣、彈藥、電子設(shè)備、醫(yī)療用品等。單兵所攜帶的裝備重量超過體重的1/3以上，行動(dòng)能力就會(huì)明顯下降，影響作戰(zhàn)的整體效率。目前世界各國都意識(shí)到解決士兵背上日益增長的裝備重量已成為迫在眉睫的問題。

2019年10月美國陸軍選中通用動(dòng)力陸地系統(tǒng)公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的MUTT多用途戰(zhàn)術(shù)運(yùn)輸無人車，能夠攜帶高達(dá)1000磅重量的裝備，在沒有任何支援情況下，獨(dú)自行駛60英里。除了減負(fù)以外，它們還可以運(yùn)送一些重武器，運(yùn)送傷員，深入未知戰(zhàn)場(chǎng)進(jìn)行偵查。美軍計(jì)劃在未來購入超過5700輛MUTT無人車并在2024年全部裝備美軍。

2 軍用無人地面運(yùn)輸車的發(fā)展現(xiàn)狀

無人地面運(yùn)輸車作為自主行駛型無人地面載具，可依靠自身動(dòng)力進(jìn)行移動(dòng)，為作戰(zhàn)人員提供運(yùn)輸及后勤支援，還可加裝武器模塊作為火力支援[1]。該型載具主要功能包括運(yùn)輸士兵裝備的通用移動(dòng)平臺(tái)，與可選加裝組件配合，提升班、排級(jí)的偵察與作戰(zhàn)能力。目前通用移動(dòng)平臺(tái)主要有輪式、履帶式、四足式三類：輪式和履帶式技術(shù)成熟，是較為常用的承載方式;四足系統(tǒng)機(jī)動(dòng)性與通過性更好，能適應(yīng)更復(fù)雜艱難的地形。波士頓動(dòng)力公司先后研發(fā)了 多款四足機(jī)器人，盡管在性能方面都有著卓越的表現(xiàn)，但由于噪音問題較為突出，目前沒有得到廣泛使用。

美軍是運(yùn)用無人載具最普遍的國家，阿富汗戰(zhàn)場(chǎng)與伊拉克境內(nèi)投入使用超過5000臺(tái)無人地面載具，有效降低了非正規(guī)戰(zhàn)斗巡邏所造成之死亡率。美軍典型無人地面運(yùn)輸系統(tǒng)有SMET 系列、BigDog 無人平臺(tái)和Wingman 側(cè)翼系列。SMET具備全地形作戰(zhàn)支援能力，能為輕型部隊(duì)和先鋒部隊(duì)提供運(yùn)輸和后勤支援等任。四足仿生型無人平臺(tái)，頭部裝有立體攝像頭和激光掃描儀，依靠立體視覺系統(tǒng)或遠(yuǎn)程遙控器確認(rèn)路徑，可裝載物資和裝備跟隨部隊(duì)前進(jìn)，甚至可以伴隨士兵翻山越嶺，跟進(jìn)到車輛無法開進(jìn)的區(qū)域。英國研制的無人地面運(yùn)輸車“鐵甲艦”裝備輕裝甲保護(hù)，能有效抵擋破片以及輕武器傷害;履帶式底盤有助于適應(yīng)多種復(fù)雜地形;電池驅(qū)動(dòng)可使其最大行程達(dá)50千米，同時(shí)可搭載500千克的裝備。我國軍用無人車研發(fā)處于起步階段，2015年北方車輛研究所成立地面無人平臺(tái)研發(fā)中心，重點(diǎn)研發(fā)輪式，履帶式無人平臺(tái)。目前軍用無人地面運(yùn)輸載具面臨的主要技術(shù)障礙是自主性技術(shù)、地形匹配方案、障礙物檢測(cè)技術(shù)和識(shí)別戰(zhàn)術(shù)意圖的能力[2]，在工業(yè)設(shè)計(jì)方面也缺乏有效的理論框架與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

3 軍用無人地面運(yùn)輸車的工業(yè)設(shè)計(jì)框架

當(dāng)今世界高端裝備之爭(zhēng)已上升為大國之間博弈不可或缺的利器，高端軍用裝備設(shè)計(jì)過程中由于技術(shù)密集化、智能化、復(fù)雜化，一旦核心技術(shù)和結(jié)構(gòu)基本定型，將不會(huì)有太大的改動(dòng)空間[3]。目前我國的工業(yè)設(shè)計(jì)主要集中在輕工行業(yè)，導(dǎo)致高端裝備的設(shè)計(jì)力明顯不足：智能化程度低、交互弱、美感差，無法在國際上形成有效競(jìng)爭(zhēng)力[4]。其重要原因在于民用輕工領(lǐng)域，設(shè)計(jì)主要圍繞商業(yè)邏輯，以新奇的物化形式激發(fā)用戶的購買欲望;而軍用裝備由于其使命的特殊性，多以任務(wù)為導(dǎo)向，強(qiáng)調(diào)任務(wù)達(dá)成的有效性與可靠性。因此直接移植現(xiàn)有的工業(yè)設(shè)計(jì)框架難以融入高端裝備設(shè)計(jì)中，更難發(fā)揮應(yīng)有作用。

軍用無人地面運(yùn)輸車以戰(zhàn)術(shù)任務(wù)為底層目標(biāo)，驅(qū)動(dòng)整個(gè)設(shè)計(jì)展開，將任務(wù)進(jìn)行細(xì)分拆解來定義功能屬性與交互屬性;功能屬性屬于技術(shù)層面，可分為主要功能和輔助功能，主要功能為了有效達(dá)成最基本、最重要的戰(zhàn)術(shù)任務(wù)，輔助功能為滿足臨時(shí)性、選擇性任務(wù)的實(shí)現(xiàn)。交互屬性屬于執(zhí)行層面，主要指作戰(zhàn)人員如何與載具相互配合，高效可靠的完成任務(wù);在此交互層細(xì)分為運(yùn)輸車的結(jié)構(gòu)框架與外觀形式，分別對(duì)應(yīng)物理交互與心理交互，見圖1。在此框架中可以明顯看出，設(shè)計(jì)雖然都從功能創(chuàng)新、交互創(chuàng)新、形式創(chuàng)新三個(gè)維度展開，但是相較于商業(yè)民品的設(shè)計(jì)，其底層驅(qū)動(dòng)與設(shè)計(jì)邏輯卻大相徑庭。因此在設(shè)計(jì)前應(yīng)重新定義工業(yè)設(shè)計(jì)框架。

4 軍用無人地面運(yùn)輸車的工業(yè)設(shè)計(jì)特征

4.1 功能設(shè)計(jì)特征

功能創(chuàng)新往往被認(rèn)為不屬于工業(yè)設(shè)計(jì)的范疇，主要依靠科技人員研發(fā)新型技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。功能創(chuàng)新應(yīng)該區(qū)分來看，產(chǎn)品的一項(xiàng)功能是由單個(gè)技術(shù)或者多個(gè)技術(shù)群組提供的解決方案。對(duì)于單一技術(shù)支撐的功能確實(shí)需要技術(shù)革新才能達(dá)成功能創(chuàng)新;但對(duì)于高端裝備類產(chǎn)品，一般是由多個(gè)技術(shù)組合來支撐一項(xiàng)功能達(dá)成的。工業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)于功能創(chuàng)新的擅長方面在于：技術(shù)的選擇與邏輯整合，經(jīng)過設(shè)計(jì)不僅能滿足基本功能需求，同時(shí)有機(jī)會(huì)提供超出預(yù)想的驚人效果，也就設(shè)計(jì)力的價(jià)值所在。

軍用無人地面運(yùn)輸車作為多功能實(shí)用后勤裝備，研發(fā)的首要目的就是要有效減輕士兵的負(fù)重，讓他們把作戰(zhàn)任務(wù)執(zhí)行的更好。該目標(biāo)又可細(xì)分為：載重負(fù)載、定位導(dǎo)航、行進(jìn)移動(dòng)三項(xiàng)基本功能。其中定位導(dǎo)航屬于技術(shù)革新型功能，要依靠衛(wèi)星定位系統(tǒng)和導(dǎo)航傳感器，通過輸入正確坐標(biāo)，自行決定采取最佳的線路，全自動(dòng)的執(zhí)行任務(wù)。行進(jìn)移動(dòng)功能從設(shè)計(jì)角度來看空間較大，可先列出技術(shù)單體，進(jìn)行排列組合，優(yōu)選可靠性與達(dá)成度、靈活性高的組合方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。比如洛克希德·馬丁公司MULE系統(tǒng)，設(shè)計(jì)師選取了“輪子+搖臂式”的獨(dú)立懸吊系統(tǒng)，整車采用6x6分布式驅(qū)動(dòng)，車身兩側(cè)各有3個(gè)車輪，每個(gè)輪子都有一個(gè)組輪轂馬達(dá)，獨(dú)立驅(qū)動(dòng)可讓整個(gè)車輪繞軸心做360度旋轉(zhuǎn)，而且這些輪臂能移動(dòng)大約270度的弧度。因此這輛車可以爬過物體，也可以使自己完全平貼地面，讓士兵方便把裝備放到車上。同時(shí)它可以左或右傾斜，在爬坡時(shí)能維持底盤的水平，順利通過邊坡，達(dá)到特別的機(jī)動(dòng)性。它還可以把懸吊系統(tǒng)調(diào)整到最大高度，好越過障礙物。輪子、搖臂、輪轂馬達(dá)等都是傳統(tǒng)技術(shù)，但能從眾多技術(shù)備選方案中挑選出來，進(jìn)行優(yōu)化整合，正式設(shè)計(jì)工作的創(chuàng)新所在。

4.2 交互設(shè)計(jì)特征

軍用無人裝備的工業(yè)設(shè)計(jì)不應(yīng)局限于功能與外觀的優(yōu)化與改良，完整的設(shè)計(jì)系統(tǒng)包括操控方式、信息交互、裝備維修等方面的設(shè)計(jì)[5]。如果僅提供必要功能，裝備難以與士兵、環(huán)境合理有效的交互，就無法順利達(dá)成任務(wù)。

軍用無人地面運(yùn)輸車依托不同層面的交互，將功能逐個(gè)串聯(lián)從而完成任務(wù)。其中比較關(guān)鍵的包括：硬件的物理交互，操控屏的信息交互。傳統(tǒng)的軍工設(shè)計(jì)是以功能為中心的，缺點(diǎn)在于強(qiáng)調(diào)技術(shù)本身，忽視了人與功能載體順暢交互。導(dǎo)致作戰(zhàn)人員不能形成自然的“感官-動(dòng)作”鏈條，而是要反復(fù)練習(xí)操作，形成反射性肢體記憶才能保障裝備在緊急情況下正確操作。工業(yè)設(shè)計(jì)在研發(fā)前期的介入，目的就是鏈接任務(wù)要素與人的認(rèn)知習(xí)慣，通過交互的設(shè)計(jì)的手段重建“感官-動(dòng)作”鏈條，避免裝備上出現(xiàn)反人類的設(shè)計(jì)。比如硬件的物理交互方面：車體高度與作戰(zhàn)人員身體尺寸關(guān)系，是否方便取用裝備，看似很小的接觸點(diǎn)，會(huì)在極端場(chǎng)景下對(duì)士兵效率帶來致命的影響。在設(shè)計(jì)前期根據(jù)負(fù)載裝備的類型、尺寸、重量調(diào)研，并觀察士兵裝卸裝備的方式與動(dòng)作習(xí)慣，就可以做為設(shè)計(jì)車體高度的依據(jù);MULE無人車通過搖臂旋轉(zhuǎn)，將車身幾乎平貼地面，讓士兵方便把裝備放到車上，這就是良好的物理交互體現(xiàn)。另外，作為多功能實(shí)用后勤裝備，火力支持以及偵測(cè)地雷功能套件設(shè)計(jì)如何實(shí)現(xiàn)快速拆裝，是硬件交互不能回避的問題。在此通過移植創(chuàng)新方法，將已有的設(shè)計(jì)成果在新目標(biāo)領(lǐng)域進(jìn)行再設(shè)計(jì)創(chuàng)新，使已有成果在新的領(lǐng)域獲得價(jià)值的延續(xù)與拓展[6]。DT SRS狙擊步槍“秘密偵察兵”的設(shè)計(jì)通過更換槍管，快速從近戰(zhàn)突擊步槍“變身”為狙擊步槍;其中應(yīng)用到的模塊化設(shè)計(jì)方法與快拆組件為無人地面運(yùn)輸車提供了有用的參照，這些細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)都給士兵使用操作帶來優(yōu)化的交互，提高戰(zhàn)場(chǎng)上的適應(yīng)性。

4.3 外觀設(shè)計(jì)特征

軍用無人地面運(yùn)輸車作為戰(zhàn)地載具配備裝甲防護(hù)，一般采用鋼板裁切拼接成型工藝，外觀設(shè)計(jì)要根據(jù)戰(zhàn)術(shù)任務(wù)的需要，兼顧功能、交互以及成型工藝，回歸外觀設(shè)計(jì)的底層原理進(jìn)行設(shè)計(jì)思考。現(xiàn)代民用汽車造型設(shè)計(jì)往往從“特征線”入手進(jìn)行造型設(shè)計(jì)[7]。無人車完全顛覆了有人駕駛車輛的造型框架，原有的“特征線”發(fā)生了根本變化，以平面多邊形為主要造型元素的，車身為一體化通用平臺(tái)，提供搭載、加裝功能套件的造型特征。車頭部轉(zhuǎn)折處造型細(xì)分，通過直線切分體現(xiàn)視覺張力，見圖2。

通過分析以上國內(nèi)外多款軍用無人運(yùn)輸車，可以發(fā)現(xiàn)車頭多采用四邊形進(jìn)行切分，呈傾角式三段造型，體量感強(qiáng)，給人穩(wěn)定、可靠的心理感受;腰線通常采用直線從車頭貫穿到車尾，形式簡(jiǎn)潔便于加工同時(shí)提供了良好的搭載負(fù)重的平臺(tái)。作為多用途戰(zhàn)術(shù)運(yùn)輸車，無人平臺(tái)的整體造型“表情”內(nèi)斂、平淡也與其作為基礎(chǔ)的移動(dòng)平臺(tái)的功能定位有直接關(guān)系，各國的無人運(yùn)輸平臺(tái)基本都保持了中性、耐久的造型語意。

5 結(jié)語

目前各國都非常重視軍用無人平臺(tái)的研發(fā)與協(xié)同作戰(zhàn)方式，無人地面載具作為新一代“軍用智能機(jī)器人”，需要突破工程設(shè)計(jì)的單一思考維度，融入工業(yè)設(shè)計(jì)視角，發(fā)展與軍用高端裝備相適應(yīng)的設(shè)計(jì)框架與方法。在設(shè)計(jì)過程中以任務(wù)為中心，注重戰(zhàn)斗人員（用戶）體驗(yàn)，以現(xiàn)代設(shè)計(jì)思維導(dǎo)入適合軍工裝備的設(shè)計(jì)方法，逐步提供我國軍用高端裝備的設(shè)計(jì)水平。

本文由教育部人文社科青年基金（13YJC760110）資助

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