國(guó)外坦克裝甲車(chē)輛以乘員為中心的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法綜述

劉 川，唐電波，于莎莎，趙媛媛

(中國(guó)北方車(chē)輛研究所，北京 100072)

過(guò)去，依照傳統(tǒng)的坦克裝甲車(chē)輛設(shè)計(jì)流程，一種新型車(chē)輛的開(kāi)發(fā)往往要經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)-試制-試驗(yàn)-設(shè)計(jì)改進(jìn)-試制-試驗(yàn)等多次循環(huán)，研制周期長(zhǎng)，費(fèi)用高.

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，新的設(shè)計(jì)方法和手段不斷涌現(xiàn)，為坦克裝甲車(chē)輛的設(shè)計(jì)帶來(lái)了根本性變化.產(chǎn)品的設(shè)計(jì)由靜態(tài)設(shè)計(jì)向動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變，由校驗(yàn)型設(shè)計(jì)向預(yù)測(cè)型設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變，現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論和方法已成為坦克裝甲車(chē)輛整車(chē)及其子系統(tǒng)提高性能和可靠性、降低研制風(fēng)險(xiǎn)和費(fèi)用的前提條件，也是產(chǎn)品由粗放型設(shè)計(jì)向精細(xì)化設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變的重要環(huán)節(jié).利用現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論和方法，逐步建立各類(lèi)數(shù)據(jù)庫(kù)、專家知識(shí)庫(kù)、設(shè)計(jì)規(guī)范、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、試驗(yàn)規(guī)范和工藝規(guī)范，可形成規(guī)范的現(xiàn)代設(shè)計(jì)體系，實(shí)現(xiàn)由“經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)”向“預(yù)測(cè)和創(chuàng)新”設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變.圖1為傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程示意圖，圖2為基于現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論和方法的設(shè)計(jì)流程示意圖.

圖1 傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程［1］

圖2 基于現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論和方法的設(shè)計(jì)流程［1］

1 現(xiàn)代先進(jìn)設(shè)計(jì)理念

在世界坦克裝甲車(chē)輛領(lǐng)域居領(lǐng)先地位的國(guó)外公司中，普遍早已采用仿真設(shè)計(jì)方法.自20世紀(jì)90年代，復(fù)雜系統(tǒng)仿真應(yīng)用需求的不斷提高及應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展，使得計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)從純數(shù)字仿真、實(shí)物在回路中的半實(shí)物仿真，發(fā)展到人在回路中的虛擬環(huán)境仿真.采用將純數(shù)字仿真、實(shí)物在回路中的半實(shí)物仿真和人在回路中的虛擬環(huán)境仿真綜合起來(lái)的綜合仿真系統(tǒng)，已在坦克裝甲車(chē)輛設(shè)計(jì)方法的發(fā)展中得以充分體現(xiàn).目前，基于綜合仿真系統(tǒng)，利用虛擬和實(shí)際的人和環(huán)境來(lái)確保“‘以乘員為中心的設(shè)計(jì)’貫穿于系統(tǒng)工程開(kāi)發(fā)生命周期”是現(xiàn)代最先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念，如圖3所示.

圖3 系統(tǒng)工程開(kāi)發(fā)生命周期［2］

現(xiàn)實(shí)“以乘員為中心的設(shè)計(jì)”，其虛擬和實(shí)際的人和環(huán)境缺一不可，這樣才能確保最佳“以乘員為中心的設(shè)計(jì)”.使用虛擬建模工具，可在設(shè)計(jì)過(guò)程初期確定設(shè)計(jì)問(wèn)題，從而在減少費(fèi)用的同時(shí)提高系統(tǒng)性能.作為系統(tǒng)工程開(kāi)發(fā)生命周期的一個(gè)組成部分，借助于人的建模和虛擬環(huán)境仿真工具，工程技術(shù)人員擁有了一種在計(jì)劃初期即嵌入人的成分的在前主動(dòng)方法，可指導(dǎo)工程技術(shù)人員作出決策，而不是在計(jì)劃過(guò)程的后期再解決人因工程問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)裝甲車(chē)輛作戰(zhàn)效能的最優(yōu)化設(shè)計(jì).

2 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法示例

在世界坦克裝甲車(chē)輛領(lǐng)域，BAE系統(tǒng)公司和通用動(dòng)力地面系統(tǒng)公司是兩家居領(lǐng)先地位的大型公司.它們所研究的坦克裝甲車(chē)輛現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法無(wú)疑具有代表性.不論是通用動(dòng)力地面系統(tǒng)公司的四步驟(Four Step Process)方法［2］還是BAE系統(tǒng)公司的SES(Simulation-Emulation-Stimulation)方法［3］，均體現(xiàn)了“‘以乘員為中心的設(shè)計(jì)’貫穿于系統(tǒng)工程開(kāi)發(fā)生命周期”這一先進(jìn)設(shè)計(jì)理念.

2.1 通用動(dòng)力地面系統(tǒng)公司

就通用動(dòng)力地面系統(tǒng)公司的四步驟方法而言，虛擬或?qū)嶋H的人和環(huán)境的使用貫穿于系統(tǒng)工程開(kāi)發(fā)生命周期的各個(gè)階段，具體視需要而定.圖4為“以乘員為中心的設(shè)計(jì)”的四個(gè)步驟的示意圖.這四個(gè)步驟分別是:1)CAD(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì))……虛擬環(huán)境-虛擬人;2)CAVE(洞穴自動(dòng)虛擬環(huán)境)……虛擬環(huán)境-人;3)Mock-up(實(shí)物大小研究用模型)……中逼真度環(huán)境-人;4)Vehicle(車(chē)輛)……高逼真度環(huán)境-人.

圖4 “以乘員為中心的設(shè)計(jì)”的四個(gè)步驟的示意圖

步驟1):采用的建模工具是Jack……，一種3D交互式人體工程和人因CAD組件.在這個(gè)階段，Jack人體模型被嵌入CAD環(huán)境，進(jìn)行靜態(tài)和動(dòng)態(tài)評(píng)估.虛擬環(huán)境-虛擬人應(yīng)用于系統(tǒng)工程開(kāi)發(fā)生命周期的所有階段，益處是:(1)CAD模型可有效地應(yīng)用于設(shè)計(jì)過(guò)程的初期階段;(2)便于及時(shí)和低費(fèi)用地進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的交互式分析.圖5為步驟1)的示例.

圖5 虛擬環(huán)境-虛擬人的示例

步驟2):采用的建模工具為CAVE.在這個(gè)步驟中，車(chē)輛的CAD圖像(內(nèi)部和外部)和外部作戰(zhàn)環(huán)境被投影為3D圖像;此外，人的評(píng)估器設(shè)在3D圖像之內(nèi)，人的評(píng)估器能夠與車(chē)輛進(jìn)行交互 (例如觸及部件、評(píng)估內(nèi)部和外部的觀測(cè)能力).虛擬環(huán)境-人應(yīng)用于系統(tǒng)工程開(kāi)發(fā)生命周期的所有階段，益處是:(1)在物理樣機(jī)之前，進(jìn)行有關(guān)車(chē)輛設(shè)計(jì)和操作效率的折衷研究;(2)在最終確定工程設(shè)計(jì)之前將人引入設(shè)計(jì).圖6為步驟2)的示例.

步驟3):采用立體表現(xiàn)的硬實(shí)物大小模型來(lái)代表硬件.軟件通過(guò)功能列表頂部快速樣機(jī)來(lái)提供.中逼真度環(huán)境-人應(yīng)用于系統(tǒng)工程開(kāi)發(fā)生命周期的所有階段，益處是:(1)從部件和子系統(tǒng)級(jí)評(píng)估轉(zhuǎn)變到系統(tǒng)級(jí)評(píng)估;(2)人的評(píng)估器可以較好地感覺(jué)安裝、感知及操作邏輯.圖7為步驟3)的示例.

圖6 虛擬環(huán)境-人的示例

圖7 中逼真度環(huán)境-人的示例

步驟4):設(shè)計(jì)已確定而且最終硬件和軟件已集成到樣車(chē)之內(nèi)，用于最終試驗(yàn)和評(píng)定.高逼真度環(huán)境-人應(yīng)用于系統(tǒng)工程開(kāi)發(fā)生命周期的執(zhí)行階段，益處是:(1)功能性是主要目標(biāo);(2)從部件和子系統(tǒng)級(jí)評(píng)估轉(zhuǎn)變到系統(tǒng)級(jí)評(píng)估;(3)能夠評(píng)定單獨(dú)的和乘員組級(jí)的戰(zhàn)術(shù)操作.圖8為步驟4)的示例.

圖8 高逼真度環(huán)境-人的示例

“以乘員為中心的設(shè)計(jì)”是通用動(dòng)力地面系統(tǒng)公司系統(tǒng)工程團(tuán)隊(duì)貫穿系統(tǒng)工程開(kāi)發(fā)生命周期的目標(biāo).通過(guò)應(yīng)用上述4個(gè)步驟可實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo).不過(guò)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中的具體應(yīng)用是靈活的，并不一定總是需要或遵循上述所有4個(gè)步驟.這個(gè)過(guò)程匹配以適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)可視化和分析工作，即能夠產(chǎn)生支持“以乘員為中心的設(shè)計(jì)”所需要的信息.

2.2 BAE系統(tǒng)公司

BAE系統(tǒng)公司美國(guó)作戰(zhàn)系統(tǒng)分公司開(kāi)發(fā)了基于物理的高保真度模擬模型的SES方法，見(jiàn)圖9和圖10.在Simulation階段，是僅利用建模工具，建立車(chē)輛各種系統(tǒng)的模型，進(jìn)行純數(shù)字仿真設(shè)計(jì)、集成和試驗(yàn).在Emulation階段，是進(jìn)行半實(shí)物仿真、集成和試驗(yàn);在Stimulation階段，是利用實(shí)際車(chē)輛硬件來(lái)無(wú)縫隙地取代仿真.

圖9 SES方法示意圖［4］

圖10 SES迭代過(guò)程生命周期示意圖［4］

利用SES方法，BAE系統(tǒng)公司美國(guó)作戰(zhàn)系統(tǒng)分公司開(kāi)發(fā)了一個(gè)SES集成工程環(huán)境.它被設(shè)計(jì)成可模擬車(chē)輛各種系統(tǒng)而且可結(jié)合戰(zhàn)術(shù)軟件使用，產(chǎn)生一個(gè)試驗(yàn)室設(shè)置的虛擬車(chē)輛，以支持整個(gè)工程研制生命周期:要求生成、概念原型生成、工程研制、最初接口和子系統(tǒng)集成、士兵/人-機(jī)接口評(píng)定、系統(tǒng)集成和試驗(yàn)室試驗(yàn)、車(chē)輛評(píng)定，其流程框圖見(jiàn)圖11.

圖11 SES方法提供產(chǎn)品研制生命周期支持［4］

SES方法和SES集成工程環(huán)境具有廣泛的用途，適用于部件級(jí)別、子系統(tǒng)級(jí)別和整車(chē)級(jí)別的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)以及新技術(shù)的研究，例如:3D虛擬樣機(jī)生成、乘員站設(shè)計(jì)評(píng)定、MIL-STD-1553框架的電子設(shè)備集成以及混合協(xié)議系統(tǒng)集成的初步事例研究.

3 人在回路中的實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)

過(guò)去，坦克裝甲車(chē)輛的許多設(shè)計(jì)研究工作都是基于預(yù)定的方案(例如車(chē)輛加速曲線、地形輪廓、車(chē)輛通過(guò)路線)，在部件級(jí)或子系統(tǒng)級(jí)上進(jìn)行.這些預(yù)定的使用情況使工程技術(shù)人員能夠:1)通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真，進(jìn)行設(shè)計(jì)分析;2)研究最終的輸出數(shù)據(jù).但是，這些結(jié)果缺少整個(gè)平臺(tái)級(jí)的車(chē)輛性能.這種方法不僅缺少乘員與車(chē)輛性能之間的交互，而且還使工程技術(shù)人員不能研究會(huì)影響到車(chē)輛與地面之間相互作用力的多種地形和不同氣候條件.

隨著技術(shù)的發(fā)展，具有高適應(yīng)性、能夠支持全面集成、試驗(yàn)以及解決復(fù)雜問(wèn)題的柔性設(shè)計(jì)環(huán)境已在坦克裝甲車(chē)輛的研制中得到應(yīng)用.作為必不可少的先進(jìn)設(shè)計(jì)方法，將純數(shù)字仿真、實(shí)物在回路中的半實(shí)物仿真和人在回路中的虛擬環(huán)境仿真綜合起來(lái)的可視化綜合仿真系統(tǒng)可為車(chē)輛設(shè)計(jì)和性能研究以及實(shí)現(xiàn)“以乘員為中心的設(shè)計(jì)”提供一個(gè)理想環(huán)境.

不論是通用動(dòng)力地面系統(tǒng)公司的四步驟方法還是BAE系統(tǒng)公司美國(guó)作戰(zhàn)系統(tǒng)分公司的SES方法，均采用了人在回路中的可視化實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng).

以BAE系統(tǒng)公司美國(guó)作戰(zhàn)系統(tǒng)分公司開(kāi)發(fā)的一種人在回路中實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)為例來(lái)說(shuō)，它是多個(gè)硬件部件和軟件部件的集成，旨在以解決在不同地形條件、氣候條件和車(chē)輛配置情況下乘員與車(chē)輛設(shè)計(jì)和車(chē)輛性能分析之間的交互.圖12示出了這種仿真系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，其組成包括:1)實(shí)現(xiàn)360°圖形景象的合成環(huán)境;2)可重新配置的乘員站;3)基于物理的車(chē)輛模型;4)地形環(huán)境輸入.這種人在回路中實(shí)時(shí)仿真器的環(huán)境實(shí)現(xiàn)一種綜合可視化系統(tǒng)，可視化內(nèi)容包含車(chē)輛平臺(tái)性能的3D動(dòng)畫(huà)和工程數(shù)據(jù)的XY曲線圖.

操縱人員利用乘員站實(shí)物大小研究用模型，生成指令.例如，從駕駛員站實(shí)物大小研究用模型生成節(jié)氣門(mén)、轉(zhuǎn)向和制動(dòng)指令來(lái)操縱系統(tǒng);這些生成的指令，再加上來(lái)自地形數(shù)據(jù)庫(kù)的環(huán)境輸入，傳送給基于物理的車(chē)輛模型，用以預(yù)測(cè)車(chē)輛性能.車(chē)輛子系統(tǒng)級(jí)和部件級(jí)的工程數(shù)據(jù)傳送給具備更新3D車(chē)輛模型和可視化工程數(shù)據(jù)能力的合成環(huán)境，用以顯示車(chē)輛設(shè)計(jì)和性能分析的實(shí)時(shí)仿真結(jié)果.

圖12 人在環(huán)路中實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)［5］

可重新配置型乘員站是作為操縱人員與合成環(huán)境及基于物理車(chē)輛模型之間的媒介，見(jiàn)圖13.乘員站采用模塊化設(shè)計(jì)，是可重新配置的，不僅體現(xiàn)在乘員站外表的木質(zhì)或纖維玻璃外殼以及空間要求，還體現(xiàn)在它還含有多種可重新配置的、便于操縱人員交互的部件，例如:觸摸屏顯示器、潛望式觀察鏡、軛形轉(zhuǎn)向操縱裝置、操縱手柄、腳踏板以及帶有仿真硬件開(kāi)關(guān)的控制面板.

就這種人在回路中實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)而言，不僅內(nèi)部觸摸屏顯示合成環(huán)境以及仿真?zhèn)鞲衅骰驍z像機(jī)所觀察到的景象，而且環(huán)繞乘員站實(shí)物模型周?chē)陌诉呅?D立體可視化空間也顯示車(chē)外景象.因此，在乘員站實(shí)物模型內(nèi)的操縱人員能夠利用安裝的潛望鏡來(lái)觀察“窗外”情景.圖14為八邊形3D立體可視化空間在辦公區(qū)域的布置示意圖.

圖13 設(shè)置在3D可視化虛擬環(huán)境中的可重新配置型乘員站［5］

圖14 八邊形的3D立體可視化空間［5］

人在回路中仿真系統(tǒng)的合成環(huán)境的部件中包含生成虛擬仿真世界3D的圖形軟件，即圖像生成軟件.虛擬仿真世界中的3D圖形有3D車(chē)輛模型、建筑模型以及地形數(shù)據(jù)庫(kù).合成環(huán)境使用被廣泛接受的OpenFlight 3D模型格式，以確保能夠充分利用現(xiàn)有商用車(chē)輛模型、地形3D模型和軟件工具.

為了仿真車(chē)輛的運(yùn)動(dòng)，使用CAD工程模型來(lái)輸入車(chē)輛特性，其中包括幾何特征、重心、質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量.相同的CAD模型還被用來(lái)在合成環(huán)境中實(shí)現(xiàn)可視化顯示.BAE系統(tǒng)公司擁有1種將CAD模型從Pro-Engineer或Unigraphics格式轉(zhuǎn)換為OpenFlight格式的方法.最終的結(jié)果是3D模型在物理上看上去與實(shí)際車(chē)輛設(shè)計(jì)相同，而且提供實(shí)時(shí)的可視化性能.

4 現(xiàn)代先進(jìn)設(shè)計(jì)工具

從現(xiàn)已投入使用的人在回路中可視化實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)來(lái)看，有2種必不可少的關(guān)鍵工具.一個(gè)是360°沉浸式虛擬環(huán)境;另一個(gè)是可配置型乘員站.

4.1 360°沉浸式虛擬環(huán)境

隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展，沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用已進(jìn)入裝甲戰(zhàn)車(chē)的設(shè)計(jì)領(lǐng)域.以BAE系統(tǒng)公司美國(guó)作戰(zhàn)系統(tǒng)分公司為例，開(kāi)發(fā)了一種應(yīng)用于裝甲戰(zhàn)車(chē)設(shè)計(jì)的360°沉浸式虛擬環(huán)境—— “3D Dome”［6］，參見(jiàn)圖15.它被作為一種實(shí)現(xiàn)了3D立體可視化的工程工具，在一個(gè)有8個(gè)屏幕、引入運(yùn)動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的360°沉浸式圖形環(huán)境中高效地設(shè)計(jì)和展示新產(chǎn)品的方案.甚至在生產(chǎn)任何實(shí)際樣機(jī)之前，它即可用來(lái)在虛擬環(huán)境中向客戶、參觀人員和合作伙伴演示產(chǎn)品及其能力.

圖15 BAE系統(tǒng)公司的沉浸式虛擬環(huán)境—— “3D Dome”

BAE系統(tǒng)公司美國(guó)作戰(zhàn)系統(tǒng)分公司通過(guò)將3D沉浸式環(huán)境與建模/仿真和CAD模型結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了沉浸的CAD模型的可視化，開(kāi)發(fā)了3D虛擬集成樣機(jī)生成技術(shù)［6］.這種3D虛擬樣機(jī)生成技術(shù)已被應(yīng)用于多種用途，其中包括虛擬車(chē)輛設(shè)計(jì)、車(chē)輛性能模擬和作戰(zhàn)場(chǎng)景模擬.圖16為沉浸式虛擬樣機(jī)生成與協(xié)同的示意框圖.

圖16 沉浸式虛擬樣機(jī)生成/協(xié)同

4.2 可配置型乘員站

可配置型乘員站實(shí)物大小研究用模型提供人在環(huán)路中的仿真能力，以支持基于仿真的設(shè)計(jì)過(guò)程.以BAE系統(tǒng)公司美國(guó)作戰(zhàn)系統(tǒng)分公司為例，開(kāi)發(fā)了一種可快速重新配置的、設(shè)計(jì)成支持WMI(士兵-機(jī)器接口)功能的乘員站，而且已被用來(lái)支持多個(gè)作戰(zhàn)車(chē)輛計(jì)劃.這種乘員站實(shí)物大小研究用模型能夠?yàn)镠FE(人因工程)評(píng)定、高保真度工程性能分析以及虛擬子系統(tǒng)的人在環(huán)路中試驗(yàn)提供快速的工程樣機(jī)生成能力.

為了支持可快速重新配置的乘員站實(shí)物大小研究用模型，BAE系統(tǒng)公司美國(guó)作戰(zhàn)系統(tǒng)分公司利用1組20多臺(tái)計(jì)算機(jī)、多個(gè)觸摸屏、多個(gè)模擬 (或?qū)嶋H)控制面板和多個(gè)手站裝置，建立了一個(gè)分布式仿真環(huán)境.為了提供可快速重新配置的計(jì)算機(jī)生成的GUI(圖形用戶接口)以支持各種乘員任務(wù) (例如駕駛、射擊、指揮)，采用了1個(gè)計(jì)算機(jī)控制的16×16視頻矩陣開(kāi)關(guān)來(lái)將所希望的GUI和模擬的傳感器視頻路由到乘員顯示器，以支持HFE評(píng)定.

人/硬件在環(huán)路中的乘員站仿真器被用來(lái)支持硬件設(shè)計(jì)和方案評(píng)定，例如顯示器硬件、手站、WMI以及乘員在各種任務(wù)期間的作戰(zhàn)效率和效能.主要設(shè)計(jì)要求包括:1)圖形顯示器的高效可重新配置性，需要面向目標(biāo)的軟件設(shè)計(jì)和視頻矩陣開(kāi)關(guān)能力;2)高保真度模型來(lái)確保評(píng)定的正相關(guān)，需要集成到模擬系統(tǒng)之中的基于物理的模型;3)易于快速轉(zhuǎn)換的硬件裝置，需要在設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)熱插拔(或至少即插即用)能力.這種乘員站仿真器通過(guò)一個(gè)可重新配置的環(huán)境，提供一個(gè)面向車(chē)輛工程研究的親身操縱環(huán)境.環(huán)境的多個(gè)方面或能夠被模擬或能夠被代之以真實(shí)的在環(huán)路中的硬件，以便支持現(xiàn)有的和未來(lái)的快速樣機(jī)生成和性能評(píng)定.圖17為一種人/硬件在環(huán)路中的乘員站仿真器的示例.圖18為一種人/硬件在環(huán)路中的乘員仿真系統(tǒng)的構(gòu)架.

圖17 人/硬件在環(huán)路中的乘員站仿真器的示例［3］

圖18 人/硬件在環(huán)路內(nèi)的仿真系統(tǒng)構(gòu)架［3］

5 未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

目前，美國(guó)DARPA(防務(wù)先進(jìn)計(jì)劃研究局)正在推進(jìn)一項(xiàng)面向未來(lái)的AVM(Adaptive Vehicle Make——自適應(yīng)車(chē)輛制造)計(jì)劃［7］，希望通過(guò)這項(xiàng)計(jì)劃可以徹底改變軍事技術(shù)的開(kāi)發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的繁瑣過(guò)程，大大減少“培育”新型軍事系統(tǒng)所需的時(shí)間和費(fèi)用.AVM計(jì)劃由幾個(gè)子項(xiàng)目組成，旨在利用軟件、電子部件和機(jī)械部件，確定一種新的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和制造的方法.AVM計(jì)劃的所有研究工作都將以試驗(yàn)而完結(jié)，DARPA希望借此在2014～2015年生產(chǎn)一種以“眾包”為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的FANG(下一代快速適應(yīng)型地面)車(chē)輛.

AVM計(jì)劃包括3個(gè)主要子項(xiàng)目:1)META項(xiàng)目，尋求新的工程、集成與試驗(yàn)方法;2)iFAB(通過(guò)Bits實(shí)現(xiàn)即刻的鑄造風(fēng)格的自適應(yīng))項(xiàng)目，一種可快速重新配置的鑄造風(fēng)格的制造能力;3)FANG車(chē)輛項(xiàng)目，以“眾包”為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì).就META項(xiàng)目而言，它旨在對(duì)美國(guó)自20世紀(jì)50～60年代的Atlas導(dǎo)彈計(jì)劃和“阿波羅”空間計(jì)劃以來(lái)一直使用的系統(tǒng)工程方法類(lèi)型進(jìn)行全面的重新考慮.DARPA實(shí)施 META項(xiàng)目已大約1年時(shí)間.META的一個(gè)目標(biāo)是期望能夠提高在設(shè)計(jì)過(guò)程中的抽象水平，以使人員無(wú)需進(jìn)行基本部件層面的設(shè)計(jì).為了擁有更為抽象的設(shè)計(jì)方法，META必須利用建模虛擬的驗(yàn)證系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行合理化試驗(yàn)，以驗(yàn)證部件或系統(tǒng)本身是否結(jié)構(gòu)合理.

6 結(jié)束語(yǔ)

坦克裝甲車(chē)輛是將多方面的復(fù)雜矛盾結(jié)合為一體的武器系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)的最終目的是獲得最佳的綜合性能:一方面，要以作戰(zhàn)效能為目標(biāo);另一方面，在保證性能的同時(shí)，還要綜合考慮質(zhì)量、成本、工藝及可靠性等因素.通過(guò)應(yīng)用現(xiàn)代先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法，能夠?qū)崿F(xiàn)諸多益處:1)實(shí)現(xiàn)“以乘員為中心的設(shè)計(jì)”;2)增強(qiáng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)協(xié)同，提高產(chǎn)品的研制效率;3)向客戶傳遞車(chē)輛性能信息，實(shí)現(xiàn)以用戶為中心的產(chǎn)品;4)降低車(chē)輛研制和集成的費(fèi)用和進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)性;5)訓(xùn)練系統(tǒng)可在研制過(guò)程中誕生.

［1］閆清東，張連第，趙 芹.坦克構(gòu)造與設(shè)計(jì) ［M］.北京:北京理工大學(xué)出版社.

［2］M.Vala，T.Smist，P.Kemph and R.Navarre.Crew Centric Design Methodology Delivers Combat Performance［C］.August 2010.

［3］TC Lin，Kevin Chang，Christopher Johnson，Kasra Naghshineh，Sung Kwon，and His Shang Li.“A Combat System Integration Lab for Engineering Life Cycle Support”［C］.July 2009.

［4］Kevin Chang，Sung Kwon，Kasra Naghshineh.Combat Vehicle Electronics Component Integration with SES Process［C］.January 2009.

［5］Kevin Chang，Christopher Johnson，and James Critchley.Real-time Operator-In-The-Loop Simulation for Vehicle Design［C］.January 2009.

［6］Kevin Chang，Christopher Johnson.Immersive Virtual Prototyping Collaboration［C］.January 2009.

［7］Daniel Wasserbly. DARPA Studies Virtual Build Process to Speed up Production ［J］. Jane’s Internatiaonal Defence Review，2011，(9):5.