航空航天及國防專家全面采用最新可穿戴電子設(shè)備來提高效率和生產(chǎn)力。

可穿戴電子產(chǎn)品是一項技術(shù)奇跡，其應(yīng)用正在遍及世界各地。商業(yè)成品（COTS）可穿戴技術(shù)產(chǎn)品如智能手表、智能眼鏡、健康監(jiān)測器以及智能手環(huán)層出不窮，甚至吸引了那些原本不看好這項技術(shù)的人們。

據(jù)美國麻省Framingham的國際數(shù)據(jù)資訊公司（IDC）的分析專家預(yù)計，從2014年的2640萬套貨運(yùn)總量來看，本年度將會有7210萬套可穿戴設(shè)備被運(yùn)往各地。可穿戴智能設(shè)備“隨著用戶端、用戶體驗和需求的發(fā)展而發(fā)展，這些將提升人們對智能可穿戴設(shè)備的期望值，盡管愿景尚未實現(xiàn)，但是已初現(xiàn)端倪。”IDC公司的可穿戴技術(shù)研究部經(jīng)理Ramon Llamas說道。

新的技術(shù)需要時間催熟。從創(chuàng)新到主流應(yīng)用的路途漫長，尤其是在航空航天和國防領(lǐng)域的應(yīng)用。對于軍方和航空航天組織的成員，包括戰(zhàn)地士兵而言，想要（迫切期待）將他們個人生活中使用的高科技產(chǎn)品融于他們的職業(yè)生活中非比尋常。今天的航空航天和國防專家想要的是觸手可及的、便攜而功能強(qiáng)大的智能產(chǎn)品。

可穿戴產(chǎn)品開始更加廣泛地應(yīng)用于航空航天和國防領(lǐng)域，而且這些應(yīng)用“隨著技術(shù)日趨成熟會在未來幾年內(nèi)更加發(fā)展。”芝加哥的Accenture公司的北美航空航天和國防貿(mào)易部經(jīng)理John Schmidt這樣說道。

Schmidt看出國防合同商和航空航天生產(chǎn)廠商對這項技術(shù)有著極大的興趣，他們想要開發(fā)這項技術(shù)。

“行業(yè)正在迅速地與全數(shù)字化思維全面接軌，可穿戴設(shè)備和技術(shù)是這個行業(yè)主導(dǎo)趨勢的關(guān)鍵引領(lǐng)者。可穿戴技術(shù)提供關(guān)鍵信息的快速通道，提升質(zhì)量，并有助于提高協(xié)作。這項技術(shù)推進(jìn)了現(xiàn)有的工作流并在行業(yè)多個層面開啟了新的機(jī)遇，這項技術(shù)還可以提高勞動生產(chǎn)力，減少失誤風(fēng)險，免除移動需求。這項解放雙手的技術(shù)還提高了復(fù)雜裝配或維修作業(yè)的安全系數(shù)。”

位于法國Toulouse的商用飛機(jī)設(shè)計廠商Airbus公司提供了一個真實世界樣機(jī)來展現(xiàn)可穿戴技術(shù)的應(yīng)用——這項應(yīng)用將在未來幾年期內(nèi)得到加速發(fā)展，Schmidt如是預(yù)言。

圖1 加拿大武裝部隊用谷歌平視顯示器和智能電話測試分散運(yùn)行時點對點移動網(wǎng)絡(luò)

Airbus公司的技術(shù)應(yīng)用

“Accenture和Airbus公司已經(jīng)為航空航天和國防領(lǐng)域開發(fā)了最具吸引力和時效性的可穿戴設(shè)備應(yīng)用，”Schmidt說。這兩個公司使用最新可穿戴技術(shù)取得了一個概念驗證，協(xié)助Airbus公司降低艙位裝配的復(fù)雜度，以及減少完成這項任務(wù)所花費(fèi)的時間。

“在這項成果中，一個熟練工可以佩戴數(shù)字化工業(yè)級智能眼鏡提高精確度，降低完成座艙座位標(biāo)記所需的工作時間。使用連貫的標(biāo)記指令，智能眼鏡為工人顯示所需的所有信息，以便于更快地標(biāo)記地面并將失誤降低為零。” Schmidt補(bǔ)充說道，“Accenture公司完成的眼戴技術(shù)還可以提供交互性，通過對特征專用通道的認(rèn)可來實現(xiàn)，包括條形碼掃描、從云文件中恢復(fù)信息、聲音指令以及增加真實性。”

裝備了可穿戴電子設(shè)備，每個飛機(jī)座椅位置被單獨(dú)標(biāo)記，精細(xì)到毫米，準(zhǔn)確度和質(zhì)量也達(dá)到了如上要求。Airbus公司每架飛機(jī)耗時僅為之前的六分之一，失誤率降低為零，標(biāo)記操作得到升值。

“這項概念驗證展示了可穿戴技術(shù)如何使航空航天和國防工業(yè)獲得新的重大收益，” Schmidt說道，這個項目始于2015年1月，不到一個月后完成首個原型。

為了加快進(jìn)程，Airbus和Accenture公司采取觸發(fā)模式工作，兩個公司的工程師快速更迭。這項可穿戴技術(shù)目前應(yīng)用在Airbus的A330寬機(jī)身噴氣式飛機(jī)的座艙配置上。Schmidt指出，機(jī)身生產(chǎn)廠商的其他終端裝配線，還有其他的Airbus分部，例如Airbus防務(wù)和空間分部應(yīng)該快速跟進(jìn)。

可穿戴智能眼鏡目前被用于飛機(jī)制造行業(yè)，同時造福于其他功能性行業(yè)，如質(zhì)量管理和現(xiàn)場服務(wù)，Schmidt解釋道，“潛在應(yīng)用案例包括耗時和易錯流程，以及復(fù)雜的裝配工藝。”

“從商業(yè)和技術(shù)兩個方面來看，智能眼鏡是實現(xiàn)行業(yè)全面數(shù)字化的催化劑”Schmidt繼續(xù)說道，“可穿戴產(chǎn)品可以是一個改變游戲者，尤其因為它們可以大規(guī)模引領(lǐng)行業(yè)導(dǎo)向：一直向著全數(shù)字化智能機(jī)發(fā)展。”

圖2 Rufus實驗室的Rufus Cuff先進(jìn)可穿戴智能設(shè)備有助于提高效率和生產(chǎn)力

IoT和安全

“可穿戴設(shè)備是互聯(lián)網(wǎng)化（IoT）時代主流技術(shù)趨勢的極致代表, 這種趨勢指的是多種產(chǎn)品與各種載有大量信息的設(shè)備相連，在更多的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行，” Schmidt解釋道，“數(shù)字化驅(qū)動著這種趨勢快速全面地成長。航空航天和國防業(yè)將與這個大趨勢同行。”

可穿戴設(shè)備應(yīng)用的增加面臨著挑戰(zhàn)，“由于業(yè)內(nèi)使用更多（可穿戴設(shè)備），更多數(shù)據(jù)將被儲存、發(fā)送，并從中被檢索。確保增加的信息量保持安全變得比以往任何時候都更加重要。”Schmidt說。

“數(shù)據(jù)必須安全，” Schmidt繼續(xù)說，例如在Airbus飛機(jī)制造應(yīng)用中，技術(shù)人員佩戴智能眼鏡得到的數(shù)據(jù)需要足夠保密，以避免競爭者通過任何IoT設(shè)備或連接的網(wǎng)絡(luò)盜取。Accenture公司根據(jù)這個思路采取了謹(jǐn)慎的分段方法。” Schmidt這樣說，一旦應(yīng)用可行，與末端系統(tǒng)的整合以及用戶擴(kuò)充將成為試產(chǎn)階段嚴(yán)格的下一步，之后進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。

可穿戴設(shè)備之上的整體手段很重要，并且考慮連接工人的方方面面。Schmidt說，“為廠商和軍方將上下相關(guān)信息融合，連接工人通過可穿戴設(shè)備、信標(biāo)和傳感器，提供一整套生產(chǎn)管理和操作性能。”

樣例包括：

¨智能眼鏡用于操作者完成工序指引。

¨通過“越肩”指導(dǎo)，使得遠(yuǎn)程人員與專家相連，通過聲音和視頻連接，提高問題響應(yīng)時間并改進(jìn)首次時間修復(fù)過程。

¨ 利用數(shù)字裝配確認(rèn)安裝的首次質(zhì)量并用數(shù)字圖像記錄完成情況。

¨使用可穿戴設(shè)備跟蹤健康和安全體征，例如疲勞和重復(fù)作業(yè)。

¨在叉車等設(shè)施上放置傳感器，用于了解其在生產(chǎn)車間內(nèi)的位置。

所有這些性能拓展了可穿戴設(shè)備在航空航天和國防領(lǐng)域的價值，Schmidt強(qiáng)調(diào)，“這些發(fā)展并非即將到來，而是已經(jīng)存在，它將以各種形式與行業(yè)同步推動數(shù)字化進(jìn)程。”

圖3 軍用和商用飛機(jī)的飛行員越來越借助可穿戴設(shè)備，包括平視顯示器和系統(tǒng)——如Elbit系統(tǒng)

公司的ClearView Heli 和Skylens, 如上下圖所示——真實世界和訓(xùn)練場景

連接難題

在國防應(yīng)用中，可穿戴智能設(shè)備是士兵連接系統(tǒng)的整體部分，該系統(tǒng)提供戰(zhàn)術(shù)優(yōu)勢并提高部隊安全。士兵連接系統(tǒng)使地面部隊處于設(shè)備的大網(wǎng)絡(luò)之中，為決策者提供更多的數(shù)據(jù)以及態(tài)勢感知。

總部設(shè)在瑞士Schaffhausen的TE通訊公司正致力于用于聯(lián)合士兵的系列先進(jìn)產(chǎn)品，包括輕型電子產(chǎn)品、靈巧型天線以及新型射頻通訊技術(shù)。

“使用可穿戴計算器支持戰(zhàn)術(shù)通訊、用于態(tài)勢感知的“易毀數(shù)據(jù)”以及“每個士兵一個傳感器”，位于賓州Beryn的TE公司高波段分部產(chǎn)品研發(fā)經(jīng)理Earle Olson說，“通過“易毀數(shù)據(jù)”獲得即時情報——及時存取信息并在對抗或威脅發(fā)生前從這個信息獲益——真正地挽救生命。”

圖4 免提式可穿戴設(shè)備是現(xiàn)代飛行訓(xùn)練的一大組成部分

圖5 Elbit公司的ClearVision視覺增強(qiáng)系統(tǒng)設(shè)計用于提高飛行員態(tài)勢感知和安全系數(shù)

可穿戴設(shè)備應(yīng)用增長是“潛在市場和后續(xù)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新重要性的關(guān)鍵指標(biāo)，” TE通訊公司的用戶部總監(jiān)James O’Toole說道，“我們力爭真正的迭代和協(xié)作——更早投入生產(chǎn)——交付最好的天線、智能通訊方案和傳感器來支持客戶創(chuàng)新。”

為達(dá)目標(biāo)，TE通訊公司官員在加州Menlo Park成立了TE可穿戴設(shè)備實驗室，專注于可穿戴技術(shù)在國防、消費(fèi)市場、醫(yī)藥以及工業(yè)企業(yè)中的應(yīng)用。實驗室作為TE工程師團(tuán)隊和它的客戶在設(shè)計過程中的溝通中心。

TE可穿戴實驗室推出的首批產(chǎn)品是可穿戴設(shè)備所用的無線動力開發(fā)工具，達(dá)到了小型化和低能耗要求。它包括一個小型2.5W充電器，有一個集成磁體與可穿戴設(shè)備相連，同時集成了一個完整的接收線圈和電子系統(tǒng)。TE公司的工程師們將電子系統(tǒng)和線圈小型化，使得可穿戴設(shè)備的設(shè)計者可以快速做出產(chǎn)品原型并開發(fā)滿足設(shè)計要求的定制品。

“在一個已經(jīng)重負(fù)荷的士兵身上增加重量，影響了可穿戴設(shè)備的使用，如果它們過于沉重的話，”O(jiān)lson承認(rèn)，“降低尺寸、重量、功耗及成本（Swap-C）勢在必行，而在產(chǎn)品容量、可靠性和性能上必須提升。”

圖6 TE電子公司的金屬外殼微環(huán)型連接器為1EEE 1934 兼容，可以滿足最新信號要求

宇宙飛船里的空間

無論是陸地、海上或是空中和太空，航空航天和國防運(yùn)載器里的空間無疑是珍貴的。但是，失重為宇航員拓展他們的工作和生活環(huán)境提供了機(jī)會，因為他們不受綁在地面的限制。NASA的工程師和科學(xué)家們想要描畫宇航員是如何利用失重來拓展他們的飛行器的可用空間。

NASA官員選擇了Draper實驗室，一個位于麻省劍橋大學(xué)的獨(dú)立、非盈利性質(zhì)的工程研究和開發(fā)組織，研發(fā)一種可穿戴設(shè)備來跟蹤宇航員繞國際太空站（ISS）轉(zhuǎn)時的位置和方位。從這些設(shè)備收集到的信息可以對宇航員住所的使用進(jìn)行三維生成和驗證，有助于工程師提升未來太空飛行器的設(shè)計，最大化宇航員的工作空間。

“國際太空站的住所容積為13696立方英尺——就是一間近2000平方英尺的房子，”Draper公司的人工智能設(shè)計及工程組負(fù)責(zé)人Jana Schwartz說，“太空中有許多空間，而Draper的技術(shù)可以幫助NASA決定在今后設(shè)計飛船時如何更好地應(yīng)用這些空間。”

可穿戴設(shè)備的光學(xué)傳感器決定一個宇航員在太空站相對于其他物體的位置。慣性測量裝置（IMUs）和算法也提供了持續(xù)的移動和方位信息。Draper工程師將給NASA交付一個可穿戴樣機(jī)進(jìn)行測試。

“以三維方式并在任何方位跟蹤一個宇航員的行動，是一個與太空中的生活和工作相關(guān)的、獨(dú)一無二的復(fù)雜的挑戰(zhàn)，” Draper公司負(fù)責(zé)該項目的首席調(diào)查員Kevin Duda解釋道，“將這項技術(shù)集成到一個小的可穿戴物體中同樣有可能在地球上定量這里的生物力學(xué)和運(yùn)動。”

士兵可穿戴系統(tǒng)

美國國防部官員持續(xù)對發(fā)展的數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)場上的士兵用可穿戴智能系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)研和投資。

位于麻省Natick的美國陸軍納提克士兵研究、開發(fā)和工程中心（NSR-DEC）正與工業(yè)界就用于單兵身體網(wǎng)絡(luò)的可穿戴電子和光電產(chǎn)品進(jìn)行合作。

工作概念涉及到在每個單兵身上可穿戴電子產(chǎn)品的安全、可靠的傳感器網(wǎng)絡(luò)。各種生理學(xué)傳感器獲取的數(shù)據(jù)（心率、呼吸率、體溫、爆炸波效應(yīng)）通過戰(zhàn)術(shù)廣播即時傳送，在士兵數(shù)據(jù)恢復(fù)單元中記錄數(shù)據(jù)，或當(dāng)士兵返回營地時自動下載。

圖7 Draper實驗室開發(fā)的小型可穿戴電子模塊，幫助保持宇航員在太空的健康

目標(biāo)是推進(jìn)數(shù)據(jù)線移動，提高士兵的機(jī)動性，提升傳感器系統(tǒng)的有效率，加強(qiáng)系統(tǒng)的可量測性——當(dāng)整個系統(tǒng)使用COTS技術(shù)滿足軍方要求和環(huán)境時。官員們稱，難于攔截和探測是無線系統(tǒng)超寬帶（UWB）技術(shù)的固有特性，而且它不受某些類別的國際化和非國際化信號干擾。

安全通信系統(tǒng)公司是在加州Santa Ana的一家安全技術(shù)公司，目前正在研發(fā)一個低能耗無線通訊系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以在身體局域網(wǎng)連接數(shù)個士兵穿戴生理學(xué)傳感器。

“這項技術(shù)很有潛力，國防工業(yè)之外的其他產(chǎn)業(yè)亦可獲益，”安全通訊系統(tǒng)公司總裁Robert Korb解釋道，“危險現(xiàn)場救護(hù)員可以更好地?zé)o線監(jiān)測他們行動時和行動后的生命體征；不管在高校或其他專業(yè)賽事，如果對極限運(yùn)動中的頭部創(chuàng)傷給予更多關(guān)注，那么高沖擊接觸運(yùn)動中的運(yùn)動員就可以被更近距離地監(jiān)護(hù)，避免腦震蕩和其他損傷。”

COTS 控制系統(tǒng)

美國空軍戰(zhàn)場飛行員特殊項目辦公室（SPO）官員試圖給所有的空軍戰(zhàn)場飛行員（包括戰(zhàn)術(shù)空中控制組（TACP），作戰(zhàn)控制隊（CCT）救援（PJ）以及作戰(zhàn)天氣預(yù)報員）提供一個可穿戴智能元件用作操作控制系統(tǒng)（OCS），他們發(fā)現(xiàn)他們的想法可以在黑鉆石高科技公司（BDATech）實現(xiàn)。

空軍官員們從黑鉆石高科技公司選擇了“COTS APEx 掠食者”系統(tǒng)，給該公司下發(fā)了一個5年期4810萬美元的合同，起始訂單為22套“APEx 掠食者系統(tǒng)”，用于操作驗證。

“黑鉆石高科技公司將最具技術(shù)含量的先進(jìn)戰(zhàn)術(shù)智能和能源管理系統(tǒng)用到全世界最致命的武力倍增器中，”該公司的一位發(fā)言人說。

可穿戴式“APEx捕食者系統(tǒng)”（APS）模塊包括了一個靈敏端口擴(kuò)展（APEx）控制器，用于電源和數(shù)據(jù)分發(fā)；一臺COTS平板電腦；并為徒步作戰(zhàn)利用戰(zhàn)術(shù)攜板背心進(jìn)行布線優(yōu)化。穩(wěn)固的APS保障指令、控制、通信、計算機(jī)、情報、監(jiān)視和偵察（C4ISR）等戰(zhàn)術(shù)通訊的實施；數(shù)字輔助近距離空中支援（DACAS）操作；小型無人機(jī)系統(tǒng)（sUAS）控制；以及更多用于徒步操作。

APEx連接多個外圍電纜，一個系統(tǒng)電源電纜和一個戰(zhàn)術(shù)計算機(jī)或終端用戶機(jī)（EUD）。APEx控制器給連接的設(shè)備輸送電源并使戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)無線電通信、視頻下行傳輸，瞄準(zhǔn)及許多其他設(shè)施與電腦相連。

APEx控制器在四個密封的、圓形軍用級通用外圍端口使用了5吉比特/秒高速USB3.0，用戶可以連接多個戰(zhàn)術(shù)外掛設(shè)備。

圖8 Elbit系統(tǒng)公司的Skylens系統(tǒng)擁有一個頭盔式顯示器和COTS技術(shù)

正常運(yùn)行時間提高

新的可穿戴技術(shù)可遠(yuǎn)程將各國的飛機(jī)技師與飛行專家相連，減少了國防、商業(yè)和支線飛機(jī)的下行時間和維修成本，一個暫停服務(wù)的飛機(jī)花費(fèi)可觀，甚至影響壽命，視飛行任務(wù)而定。

“在航空航天工業(yè)，與飛機(jī)下行時間相連的費(fèi)用是一個關(guān)鍵問題，”澳洲昆士蘭省的TAE公司管理部經(jīng)理Andrew Sanderson繼續(xù)說道，“如果一架飛機(jī)未在使用，它可以每小時花費(fèi)公司12000美元。這意味著任何簡化維修，并有助于縮減維修時長的技術(shù)都是有價值的投資。”

澳大利亞航空航天公司TAE將批量生產(chǎn)“守護(hù)者門特遠(yuǎn)程（GMR）”可穿戴技術(shù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)來自強(qiáng)大的澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織（CSIRO），可供全球航天航空工業(yè)使用。GMR免提技術(shù)使用了耳機(jī)和眼鏡來連接專家和站點操作員以獲得實時幫助，無需專業(yè)工程師或技師進(jìn)入機(jī)內(nèi)即可進(jìn)行飛機(jī)和機(jī)械維修。

這項技術(shù)可以為飛機(jī)運(yùn)營商減少維修費(fèi)用，尤其是那些位置偏遠(yuǎn)的地方，Sanderson補(bǔ)充道，“使用GMR系統(tǒng)，就像有一個專家和你共處一室，即使他們是在另一個州或其他國家。使飛機(jī)恢復(fù)正常運(yùn)行無需等待更多時日。”

GMR系統(tǒng)包括一個救助站和一個操作站，兩者均使用一個可穿戴電腦，有一個頭盔照相機(jī)和一個近眼顯示器。顯示器提供一個共享視覺空間，使不在現(xiàn)場的專家可以使用一對虛擬手進(jìn)行演示。

波音公司和澳大利亞航空公司專家指導(dǎo)了系統(tǒng)實驗。TAE公司對于此項技術(shù)的商業(yè)化將使該系統(tǒng)廣泛用于全世界的航空航天公司。