航空航天及國防專家全面采用最新可穿戴電子設備來提高效率和生產力。

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

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

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

可穿戴產品開始更加廣泛地應用于航空航天和國防領域，而且這些應用“隨著技術日趨成熟會在未來幾年內更加發展。”芝加哥的Accenture公司的北美航空航天和國防貿易部經理John Schmidt這樣說道。

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

“行業正在迅速地與全數字化思維全面接軌，可穿戴設備和技術是這個行業主導趨勢的關鍵引領者。可穿戴技術提供關鍵信息的快速通道，提升質量，并有助于提高協作。這項技術推進了現有的工作流并在行業多個層面開啟了新的機遇，這項技術還可以提高勞動生產力，減少失誤風險，免除移動需求。這項解放雙手的技術還提高了復雜裝配或維修作業的安全系數。”

位于法國Toulouse的商用飛機設計廠商Airbus公司提供了一個真實世界樣機來展現可穿戴技術的應用——這項應用將在未來幾年期內得到加速發展，Schmidt如是預言。

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行時點對點移動網絡

Airbus公司的技術應用

“Accenture和Airbus公司已經為航空航天和國防領域開發了最具吸引力和時效性的可穿戴設備應用，”Schmidt說。這兩個公司使用最新可穿戴技術取得了一個概念驗證，協助Airbus公司降低艙位裝配的復雜度，以及減少完成這項任務所花費的時間。

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

裝備了可穿戴電子設備，每個飛機座椅位置被單獨標記，精細到毫米，準確度和質量也達到了如上要求。Airbus公司每架飛機耗時僅為之前的六分之一，失誤率降低為零，標記操作得到升值。

“這項概念驗證展示了可穿戴技術如何使航空航天和國防工業獲得新的重大收益，” 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。

為了加快進程，Airbus和Accenture公司采取觸發模式工作，兩個公司的工程師快速更迭。這項可穿戴技術目前應用在Airbus的A330寬機身噴氣式飛機的座艙配置上。Schmidt指出，機身生產廠商的其他終端裝配線，還有其他的Airbus分部，例如Airbus防務和空間分部應該快速跟進。

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

“從商業和技術兩個方面來看，智能眼鏡是實現行業全面數字化的催化劑”Schmidt繼續說道，“可穿戴產品可以是一個改變游戲者，尤其因為它們可以大規模引領行業導向：一直向著全數字化智能機發展。”

圖2 Rufus實驗室的Rufus Cuff先進可穿戴智能設備有助于提高效率和生產力

IoT和安全

“可穿戴設備是互聯網化（IoT）時代主流技術趨勢的極致代表, 這種趨勢指的是多種產品與各種載有大量信息的設備相連，在更多的網絡運行，” Schmidt解釋道，“數字化驅動著這種趨勢快速全面地成長。航空航天和國防業將與這個大趨勢同行。”

可穿戴設備應用的增加面臨著挑戰，“由于業內使用更多（可穿戴設備），更多數據將被儲存、發送，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。

“數據必須安全，” Schmidt繼續說，例如在Airbus飛機制造應用中，技術人員佩戴智能眼鏡得到的數據需要足夠保密，以避免競爭者通過任何IoT設備或連接的網絡盜取。Accenture公司根據這個思路采取了謹慎的分段方法。” Schmidt這樣說，一旦應用可行，與末端系統的整合以及用戶擴充將成為試產階段嚴格的下一步，之后進行大規模生產。

可穿戴設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信息融合，連接工人通過可穿戴設備、信標和傳感器，提供一整套生產管理和操作性能。”

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，使得遠程人員與專家相連，通過聲音和視頻連接，提高問題響應時間并改進首次時間修復過程。

¨ 利用數字裝配確認安裝的首次質量并用數字圖像記錄完成情況。

¨使用可穿戴設備跟蹤健康和安全體征，例如疲勞和重復作業。

¨在叉車等設施上放置傳感器，用于了解其在生產車間內的位置。

所有這些性能拓展了可穿戴設備在航空航天和國防領域的價值，Schmidt強調，“這些發展并非即將到來，而是已經存在，它將以各種形式與行業同步推動數字化進程。”

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

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

連接難題

在國防應用中，可穿戴智能設備是士兵連接系統的整體部分，該系統提供戰術優勢并提高部隊安全。士兵連接系統使地面部隊處于設備的大網絡之中，為決策者提供更多的數據以及態勢感知。

總部設在瑞士Schaffhausen的TE通訊公司正致力于用于聯合士兵的系列先進產品，包括輕型電子產品、靈巧型天線以及新型射頻通訊技術。

“使用可穿戴計算器支持戰術通訊、用于態勢感知的“易毀數據”以及“每個士兵一個傳感器”，位于賓州Beryn的TE公司高波段分部產品研發經理Earle Olson說，“通過“易毀數據”獲得即時情報——及時存取信息并在對抗或威脅發生前從這個信息獲益——真正地挽救生命。”

圖4 免提式可穿戴設備是現代飛行訓練的一大組成部分

圖5 Elbit公司的ClearVision視覺增強系統設計用于提高飛行員態勢感知和安全系數

可穿戴設備應用增長是“潛在市場和后續產業創新重要性的關鍵指標，” TE通訊公司的用戶部總監James O’Toole說道，“我們力爭真正的迭代和協作——更早投入生產——交付最好的天線、智能通訊方案和傳感器來支持客戶創新。”

為達目標，TE通訊公司官員在加州Menlo Park成立了TE可穿戴設備實驗室，專注于可穿戴技術在國防、消費市場、醫藥以及工業企業中的應用。實驗室作為TE工程師團隊和它的客戶在設計過程中的溝通中心。

TE可穿戴實驗室推出的首批產品是可穿戴設備所用的無線動力開發工具，達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備相連，同時集成了一個完整的接收線圈和電子系統。TE公司的工程師們將電子系統和線圈小型化，使得可穿戴設備的設計者可以快速做出產品原型并開發滿足設計要求的定制品。

“在一個已經重負荷的士兵身上增加重量，影響了可穿戴設備的使用，如果它們過于沉重的話，”Olson承認，“降低尺寸、重量、功耗及成本（Swap-C）勢在必行，而在產品容量、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境提供了機會，因為他們不受綁在地面的限制。NASA的工程師和科學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的獨立、非盈利性質的工程研究和開發組織，研發一種可穿戴設備來跟蹤宇航員繞國際太空站（ISS）轉時的位置和方位。從這些設備收集到的信息可以對宇航員住所的使用進行三維生成和驗證，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公司的人工智能設計及工程組負責人Jana Schwartz說，“太空中有許多空間，而Draper的技術可以幫助NASA決定在今后設計飛船時如何更好地應用這些空間。”

可穿戴設備的光學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的移動和方位信息。Draper工程師將給NASA交付一個可穿戴樣機進行測試。

“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的、獨一無二的復雜的挑戰，” Draper公司負責該項目的首席調查員Kevin Duda解釋道，“將這項技術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和運動。”

士兵可穿戴系統

美國國防部官員持續對發展的數字化網絡中心戰場上的士兵用可穿戴智能系統進行調研和投資。

位于麻省Natick的美國陸軍納提克士兵研究、開發和工程中心（NSR-DEC）正與工業界就用于單兵身體網絡的可穿戴電子和光電產品進行合作。

工作概念涉及到在每個單兵身上可穿戴電子產品的安全、可靠的傳感器網絡。各種生理學傳感器獲取的數據（心率、呼吸率、體溫、爆炸波效應）通過戰術廣播即時傳送，在士兵數據恢復單元中記錄數據，或當士兵返回營地時自動下載。

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

目標是推進數據線移動，提高士兵的機動性，提升傳感器系統的有效率，加強系統的可量測性——當整個系統使用COTS技術滿足軍方要求和環境時。官員們稱，難于攔截和探測是無線系統超寬帶（UWB）技術的固有特性，而且它不受某些類別的國際化和非國際化信號干擾。

安全通信系統公司是在加州Santa Ana的一家安全技術公司，目前正在研發一個低能耗無線通訊系統，該系統可以在身體局域網連接數個士兵穿戴生理學傳感器。

“這項技術很有潛力，國防工業之外的其他產業亦可獲益，”安全通訊系統公司總裁Robert Korb解釋道，“危險現場救護員可以更好地無線監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賽事，如果對極限運動中的頭部創傷給予更多關注，那么高沖擊接觸運動中的運動員就可以被更近距離地監護，避免腦震蕩和其他損傷。”

COTS 控制系統

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

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

“黑鉆石高科技公司將最具技術含量的先進戰術智能和能源管理系統用到全世界最致命的武力倍增器中，”該公司的一位發言人說。

可穿戴式“APEx捕食者系統”（APS）模塊包括了一個靈敏端口擴展（APEx）控制器，用于電源和數據分發；一臺COTS平板電腦；并為徒步作戰利用戰術攜板背心進行布線優化。穩固的APS保障指令、控制、通信、計算機、情報、監視和偵察（C4ISR）等戰術通訊的實施；數字輔助近距離空中支援（DACAS）操作；小型無人機系統（sUAS）控制；以及更多用于徒步操作。

APEx連接多個外圍電纜，一個系統電源電纜和一個戰術計算機或終端用戶機（EUD）。APEx控制器給連接的設備輸送電源并使戰術數據無線電通信、視頻下行傳輸，瞄準及許多其他設施與電腦相連。

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術外掛設備。

圖8 Elbit系統公司的Skylens系統擁有一個頭盔式顯示器和COTS技術

正常運行時間提高

新的可穿戴技術可遠程將各國的飛機技師與飛行專家相連，減少了國防、商業和支線飛機的下行時間和維修成本，一個暫停服務的飛機花費可觀，甚至影響壽命，視飛行任務而定。

“在航空航天工業，與飛機下行時間相連的費用是一個關鍵問題，”澳洲昆士蘭省的TAE公司管理部經理Andrew Sanderson繼續說道，“如果一架飛機未在使用，它可以每小時花費公司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都是有價值的投資。”

澳大利亞航空航天公司TAE將批量生產“守護者門特遠程（GMR）”可穿戴技術系統，該系統來自強大的澳大利亞聯邦科學與工業研究組織（CSIRO），可供全球航天航空工業使用。GMR免提技術使用了耳機和眼鏡來連接專家和站點操作員以獲得實時幫助，無需專業工程師或技師進入機內即可進行飛機和機械維修。

這項技術可以為飛機運營商減少維修費用，尤其是那些位置偏遠的地方，Sanderson補充道，“使用GMR系統，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。使飛機恢復正常運行無需等待更多時日。”

GMR系統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，使不在現場的專家可以使用一對虛擬手進行演示。

波音公司和澳大利亞航空公司專家指導了系統實驗。TAE公司對于此項技術的商業化將使該系統廣泛用于全世界的航空航天公司。