全球供應鏈正處于危機之中。現(xiàn)如今的貨物采購比以往任何時候都要便捷：您只需點擊一下鼠標就能在指定地址收貨，而且所需的時間通常也很短。這種便捷所需的則是包含許多可能會出問題的環(huán)節(jié)的復雜供應鏈。鑒于電子商務呈兩位數(shù)增長，再加之全球勞動力短缺，供應鏈的各個環(huán)節(jié)都承受著壓力：在港口從船上卸載貨物，將材料運送到倉庫，最后將包裹分發(fā)到本地配送中心。在這一新的短途配送物流環(huán)境中，各個環(huán)節(jié)都發(fā)揮著重要的作用。

解決物流難題需要新技術，包括小到沿人行道巡航實現(xiàn)最后一英里送貨的機器人，大到可在供應鏈早期運輸重型貨物的航空貨載飛行器。RangeAero 是來自印度班加羅爾的一家初創(chuàng)企業(yè)，致力于緩解短途運輸重型貨物的物流難題。

想象一下，一架無人機攜帶 100 公斤（220 磅）的包裹升空下降，再以極高的精度和速度將供應商的材料投遞到裝配線，這是多么令人驚嘆的場景。RangeAero 開發(fā)了一款垂直起降 （VTOL） 飛機，使這種投遞成為了可能。

▼ 精準的垂直起降

與傳統(tǒng)直升機不同，RangeAero 的直升機采用流線型同軸設計，具有上下同心旋翼，兩者以相反方向旋轉。槳葉通過改變其槳距來控制運動。

同軸設計不僅使直升機具有垂直起降能力，而且最大限度地減少了它的占地面積。傳統(tǒng)直升機在機身上方有一副旋翼，并帶一個用來抵消旋翼扭矩的尾槳。與之不同，同軸直升機沒有尾槳組件所需的額外長度，同時能夠保持穩(wěn)定性。這種直升機更適用于起降空間有限、需要精準投遞的物流系統(tǒng)和基礎設施。

“同軸直升機具有很高的敏捷性，可以在非常擁擠的空間降落，”RangeAero 聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官 Arpit Sharma 說道?！斑@種直升機采用同軸轉子配置，具有非凡的載貨能力，即使在極端天氣條件下也能可靠地工作。”

同軸直升機的旋翼比四軸直升機的要大，后者使用四個小旋翼來產生升力。四軸直升機或多旋翼直升機的優(yōu)勢在于易于使用，采用模塊化設計，旋轉部件較少。但在起降空間狹小的情況下，它們在效率、飛行能力和適航安全性方面表現(xiàn)欠佳。

“靠近擁擠城市地區(qū)的倉庫就很適合 B2B 配送方式，”Sharma 補充道?！霸谶@些區(qū)域運營時，安全和效率是關鍵?！?/p>

加速系統(tǒng)開發(fā)

RangeAero 采用大型復雜飛機設計中常用的系統(tǒng)工程方法來設計和開發(fā)共軸直升機?！拔覀兊拈_發(fā)團隊特別參照了 NASA 的系統(tǒng)工程方法，”Sharma 說道?！斑@需要通過不同層級的原型構建來開發(fā)飛機，每個原型都是一個為實現(xiàn)特定目標而制造的工程產品?！?/p>

這項技術的發(fā)展歷程始于加速器 Forge。Forge 加入了 MathWorks 加速器計劃。該計劃旨在使初創(chuàng)企業(yè)能夠利用基于模型的設計和科學計算工具，包括 MATLAB 和 Simulink。MathWorks 還為加速器成員提供技術支持和指導。

飛機的設計和開發(fā)團隊精通航空航天系統(tǒng)工程和原型開發(fā)。他們最初面臨的挑戰(zhàn)是驗證理論設計決策。該團隊開發(fā)了一種基于縮放原型的測試方法。他們從原型階段就開始迭代設計下一代更大型的飛機。仿真在 Simulink 中完成。

RangeAero 聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席技術官 Rohit Gupta 表示，“在共軸直升機中，旋翼之間相互作用形成的旋翼流非常復雜，會影響直升機的動力學特性。我們使用 MATLAB 和 Simulink 基于理論假設對飛機動力學特性進行了建模。然后，我們驗證了測試結果。為了快速解讀分析，我們使用基于模型的設計開發(fā)了工作流，包括分析飛行數(shù)據(jù)、系統(tǒng)健康數(shù)據(jù)和每次飛行的通信日志?？傮w看來，它有助于快速不斷地改進設計。”

“我們使用基于模型的設計開發(fā)了工作流，包括分析飛行數(shù)據(jù)、系統(tǒng)健康數(shù)據(jù)和每次飛行的通信日志?？傮w看來，它有助于快速不斷地改進設計?！?/p>

—— Rohit Gupta，RangeAero 聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席技術官

RangeAero 直升機的基于模型的設計。（圖片所有權：RangeAero）

▼ 基于復雜生態(tài)系統(tǒng)進行設計

“RangeAero 專注于開發(fā)此類運營所需的端到端生態(tài)系統(tǒng)，”Sharma 說道。“我們開發(fā)和制造飛機。然后，我們將運營無人機機場，它具有類似于空中交通管制的命令和控制中心。我們的最終目標是成為一家貨運航空公司?！?/p>

“當我們開發(fā)飛機的大腦（包括控制系統(tǒng)和其他集成系統(tǒng)）時，我們廣泛使用了 MATLAB，”Gupta 說道?！拔覀兿Ｍ焖匍_發(fā)、測試和部署?！?/p>

Simulink 中的仿真是開發(fā)的關鍵。仿真具有安全、成本低和包容的優(yōu)點。它讓 RangeAero 開發(fā)團隊有充足的機會來完善設計，應用不同設定，準確測試其原型，以及驗證整體設計。

Gupta 說道，“在開發(fā)新產品時，采用基于系統(tǒng)工程的決策方法有助于在向受眾展示概念時樹立信心。”“做出正確的預測并仿真各種用例的性能，是幫助產品取得成功的關鍵因素?！?/p>

Gupta 還對 MathWorks 的應用工程團隊給予高度評價，稱贊他們?yōu)槠鋱F隊提供了及時有效的幫助。

“RangeAero 的技術團隊在 MathWorks 應用工程團隊的幫助下，學會了如何使用這些工具并將其應用于我們的復雜應用，”Gupta 說道?！爱斘覀冊谠O置工作流所需的工具箱方面需要幫助時，MathWorks 團隊總是有求必應，隨叫隨到?！?/p>

在 Simulink 中實現(xiàn)基于深度學習的偏航控制器。（圖片所有權：RangeAero）

RangeAero 開發(fā)團隊已對其原型機進行了 100 多次試飛，并在繼續(xù)開發(fā)具有不同航程和有效載荷能力的同軸直升機。他們的目標是用其標志性的共軸直升機 Range100 承載 100 公斤的重物成功飛行 80 公里（50 英里）。Range100 是一款自重 223 公斤（492 磅，不計燃油和有效載荷）的輕型直升機。其最長維度是 7 米（23 英尺）寬，這是轉子運動路徑的直徑。它可攜帶 100 公斤的重物在兩到三個小時內飛行 200 公里（124 英里）。

“我們已經開發(fā)了這款直升機的縮小版 Range5 和 Range10，它們的有效載荷分別為 5 公斤（11 磅）和 10 公斤（22 磅），”Sharma 說道?！斑@些縮小版有助于我們驗證所涉及的技術，以及物流集群的軸輻式模型的部署策略?！陛S輻式模型是用于高效管理運輸系統(tǒng)中貨物運輸?shù)奈锪髋渲谩?/p>

面臨的重大運營挑戰(zhàn)之一是，針對指定的生態(tài)系統(tǒng)設計能夠精確接近著陸臺并在其上降落的飛機。在分析不同數(shù)據(jù)感知方法以及隨后的快速決策能力后，該團隊決定利用基于視覺的系統(tǒng)，從而進一步降低硬件需求。此外，還可以將圖像處理與傳感器融合巧妙結合，從而與飛行中涉及的其他傳感器相協(xié)調。

▼ 在復雜受控的環(huán)境中運營

“當前，監(jiān)管環(huán)境范圍日益擴大，無人駕駛飛機也被納入監(jiān)管的范疇；不過，法規(guī)引入的進度因地而異，”Sharma 說道?！拔覀冋诟鶕?jù)歐盟航空安全局設立的設計標準開發(fā)飛機，該機構負責制定認證標準以及適航和安全指令。我們的飛機和投遞生態(tài)系統(tǒng)屬于 1 類和 2 類認證?！?/p>

這些類別的認證適用于按照儀表飛行規(guī)則 （IFR） 在某類空域飛行的飛機。當云冪離地面的高度低于 305 米（1000 英尺），或能見度小于 4.8 公里（3 英里）時，與空中交通管制交互的航班按照 IFR 飛行。

“很快，我們有望將觸角從預定無人機走廊的專用無人機機場延伸到貨運航班領域，全面進軍印度和國外的市場，”Sharma 說道。

MATLAB 和 Simulink 的主要優(yōu)勢在于，這些工具提供了團隊可以應用的飛行“假設分析”場景，并可幫助更正設計中存在的缺陷或薄弱環(huán)節(jié)。

“了解您的系統(tǒng)如何響應實際環(huán)境并向設計團隊提供更正措施的反饋，有助于加速設計過程，”Sharma 說道。

機載系統(tǒng)和命令控制中心之間的交互至關重要。

“我們使用預測性維護方法和健康診斷系統(tǒng)實現(xiàn)了這一目標。健康診斷系統(tǒng)會將飛機中涉及的子系統(tǒng)的實時健康數(shù)據(jù)傳播到命令和控制中心，”Sharma 說道?！八鞘褂?MATLAB 工具箱和我們在過去三年中開發(fā)的核心代碼庫構建的?！?/p>

RangeAero 正在用正確的工具、正確的方法和正確的團隊掀起航空物流的變革，展示無人直升機連接工業(yè)樞紐并安全及時地投遞貨物的可行性。

Forge 聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官 Vish Sahasranamam 說道，“利用正確的技術支持對于構建正確的產品和正確地構建產品至關重要。通過與領先的技術公司合作，我們具備了這種能力。通過與 MathWorks 的合作，我們這樣的初創(chuàng)企業(yè)能夠利用行業(yè)標準工具，如 MATLAB 和 Simulink?！?/p>

對于 RangeAero 的團隊來說，他們用直升機重新詮釋和顛覆物流技術的使命仍在繼續(xù)，因為他們致力于為全球供應鏈開啟新的可能性。

審核編輯 ：李倩