基于逆向思維的拋落式救生艇改良設(shè)計

劉昊+沈潔

摘 要：拋落式救生艇是最為高效的海上救援裝備之一，使用時從較高的母船甲板自由滑落至水面，入水瞬間遭受巨大的水面沖擊力，保護艇身、艇內(nèi)裝置以及內(nèi)部人員不受傷害始終是拋落式救生艇設(shè)計的關(guān)鍵所在；文章闡述逆思維的本質(zhì)，利用逆向思維分析拋落式救生艇設(shè)計的本質(zhì)及若干問題，羅列其設(shè)計思路的常規(guī)思路與求異，為拋落式救生艇尋求更為合理的設(shè)計思路，探求拋落式救生艇外觀結(jié)構(gòu)及內(nèi)部布局的改良設(shè)計方案。

關(guān)鍵詞：工業(yè)設(shè)計；拋落式救生艇；逆向思維；常規(guī)與求異；外觀結(jié)構(gòu)；內(nèi)部布局

中圖分類號： F276.3 文獻標(biāo)識碼： A 文章編號： 1673-1069（2017）06-192-3

引言

拋落式救生艇因為其使用的特殊性和重要性，方案設(shè)計時，思路往往會被禁錮，造型、結(jié)構(gòu)與布局等很難有所突破，在較長時間內(nèi)形成了較為固定的形式。逆向思維是設(shè)計思維中一種具有“叛逆性”的邏輯思維方式，追求對已知方法與內(nèi)容的反叛[1]，而非脫離問題本質(zhì)的一味求異；從與常規(guī)思維不同甚至對立的方向著手尋求創(chuàng)新的思維方式，最終找到解決問題更好的方法與效果。將逆向思維方法應(yīng)用于拋落式救生艇方案設(shè)計，能夠突破常規(guī)，在拋落實救生艇方案設(shè)計中需求創(chuàng)新之路。

1 逆向思維的本質(zhì)

1.1 設(shè)計問題的本質(zhì)

同類產(chǎn)品不斷創(chuàng)新涌現(xiàn)、以新代舊， “同類”一詞很大程度是指產(chǎn)品具有相似的功能，而功能是產(chǎn)品存在的目的和意義；比如：風(fēng)扇和空調(diào)俱在供人“取涼”方面有相似的功能，前者是通過加快人體表面空氣的流動速度帶走熱量以達降溫目的，而后者是通過壓縮機高壓釋放制冷劑吸熱放冷來實現(xiàn)降溫取涼；時至今日，雖然風(fēng)扇并沒有被完全取代，但相比之下空調(diào)在供人“取涼”方面的優(yōu)勢則是不言而喻的。這一事實不僅說明人們在對創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用的不斷探求，也說明了人們應(yīng)對問題時不同思維方式的變換，無論是風(fēng)扇還是空調(diào)，其功能的本質(zhì)并不是“煽風(fēng)”或者“釋放冷氣”，而是供人“取涼”，從三個關(guān)鍵詞出發(fā)去做設(shè)計構(gòu)思、其結(jié)果可能也是完全不同的，而之所以有了多樣化的同類產(chǎn)品，其關(guān)鍵就在于抓住設(shè)計問題本質(zhì)基礎(chǔ)上思維方式的轉(zhuǎn)變。

1.2 思維的常規(guī)與求異

在產(chǎn)品設(shè)計中的逆向思維是指打破傳統(tǒng)思維模式，從傳統(tǒng)設(shè)計方向的反方向?qū)で笤O(shè)計靈感，顛覆傳統(tǒng)設(shè)計思路和理念[2]，由此看來，產(chǎn)品設(shè)計中的逆向思維重點在于設(shè)計思路和理念的創(chuàng)新，換言之是對于設(shè)計問題采用解決方式和途徑的求異以求得設(shè)計問題更加簡單易行的處理，而并非一定在設(shè)計要素的應(yīng)用中顯示出由黑轉(zhuǎn)白、由熱轉(zhuǎn)冷的特征。那么，逆向思維的應(yīng)用問題實際上既是對與常規(guī)對立的思維方法用以解決問題的可行性驗證，如：在照明設(shè)計時，考慮暗淡的環(huán)境影響人們視覺的發(fā)揮，阻礙人們尋找開關(guān)的行為，因此常規(guī)的開關(guān)不能快速指導(dǎo)用戶實現(xiàn)照明，其一：如果按照常規(guī)思路，就事論事，則可能將問題延伸至“如何在暗淡環(huán)境中協(xié)助人們快速找到開關(guān)？”最終的解決方式可能在開關(guān)上安裝夜光部件，照此思路，解決照明問題始終未能脫離昏暗環(huán)境下視覺不良的短板；其二：從照明問題的本質(zhì)出發(fā)，揚長避短，采用反常規(guī)的思維，拋棄對視覺的依賴，改用聲控，聲音能夠取代按鍵發(fā)出照明的指令，實現(xiàn)照明，此過程的思維簡圖如圖1所示；兩個思維方向都能尋得解決照明問題的方案，但后者在解決問題方式上具有顯而易見的優(yōu)勢。

1.3 思維方法相異、目的一致

與常規(guī)思維相對立而進行創(chuàng)新性構(gòu)想方法有方向逆向、屬性逆向、原理逆向、悖論、因果逆向以及心理逆向等[3]，但究其目的只在于尋求設(shè)計任務(wù)更加合理解決思路和方法；產(chǎn)品的存在有多重屬性，其中功能屬性對應(yīng)人們需求最為原始，是產(chǎn)品設(shè)計所求之根本，逆向思維雖有異常規(guī)，卻能“反其道而行之”達到出奇制勝的效果，更好的實現(xiàn)產(chǎn)品的功能，滿足人們的需求：或在同等功能情況下降低成本，或在滿足原始功能同時衍生更為具吸引力的價值，或在同樣成本條件更好的實現(xiàn)產(chǎn)品功能；因此，殊途同歸，逆向思維與常規(guī)思維就其在產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用來說，最終目的是完全一致的。

2 拋落式救生艇設(shè)計的本質(zhì)及若干問題

拋落式救生艇，針對海難救援的而設(shè)計的一種全封閉救生船艇，廣泛裝載于大型郵輪、貨輪以及深海區(qū)工作平臺，在災(zāi)難發(fā)生之時，能夠快速載人脫離險境，但其在使用過程中面臨諸多問題，尤其在艇身入水瞬間遭受的巨大水流沖擊力對艇身以及艇內(nèi)人員的安全都有巨大負(fù)擔(dān)。

2.1 拋落式救生艇設(shè)計問題及本質(zhì)

根據(jù)拋落式救生艇工作特點，可將其入水過程歸納為軌道滑行、自由落體、入水及航行四個階段[4]；其簡略過程如圖2所示，主要問題在于其③入水，這一過程艇體局部瞬間遭受巨大水流沖擊載荷，而此為救生成敗之關(guān)鍵所在，常規(guī)較為成熟的做法是通過加強艇身局部厚度或增設(shè)加強肋結(jié)構(gòu)以增加強度抵御水流載荷，這種做法需經(jīng)過詳盡的計算，使救生艇從設(shè)定滑落高度范圍內(nèi)滑落至水面時有足夠抵御強流所致壓力的結(jié)構(gòu)強度，但這種做法無疑會使艇身重量加大，且震動與顛簸也會大大降低艙內(nèi)人員的舒適度以及艇內(nèi)裝置的安全；此外，在過程④中，救生艇需要足夠的動力在降至水面之后迅速駛出沉船形成的渦流區(qū)，因此，對救生艇動力裝置保護如若失效，逃生工作則前功盡棄。經(jīng)與業(yè)內(nèi)相關(guān)工程師交流了解，拋落式救生艇除需在外部造型結(jié)構(gòu)方面加以改進之外，內(nèi)部布局座艙也有待于改良，如拋落過程為保護座艙內(nèi)人員得到更好的支撐，設(shè)倒置艙椅，如圖3所示，使人們背對水面滑落，倒置椅背雖能在入水時抵消慣性，支撐乘坐人員，但在水面航行階段，持續(xù)倒行會使乘客身感不適。

歸結(jié)以上，拋落式救生艇仍有很多待改進之處，文章歸納以下列兩點：

①需要進一步優(yōu)化的造型結(jié)構(gòu)，減小入水時的震動與顛簸以保護艇載動力裝置；

②艇內(nèi)座艙布局有待優(yōu)化，以增加乘坐人員的舒適程度。

這兩點問題的解決歸根到底，其實質(zhì)仍在于拋落式救生艇入水時產(chǎn)生的巨大載荷對艇體的傷害，造成的震動、顛簸等問題尋求更為合理的解決方式。

2.2 拋落式救生艇設(shè)計思路的常規(guī)與求異

拋落式救生艇改良的常規(guī)思路大都通過各種方法加固艇身、座椅以增加船體的整體性、密閉性和人體的穩(wěn)定或改變艇身型線以減小入水時所受水流阻力。但細(xì)分救生艇的造型及布局特征，如圖4所示，不難發(fā)現(xiàn)：

①動力系統(tǒng)和座艙布局使得艇身的重心偏于艇身的中部甚至后方，而這種構(gòu)造會造成艇身在拋落時前輕后重，受力不均，易導(dǎo)致艇身破裂，震動及顛簸感加??；

②螺旋槳以及轉(zhuǎn)向舵葉獨立于艇體之外，獨立承擔(dān)水流載荷，易受破害；

③行駛方向與正坐人員坐向相反，造型人員乘坐不適；

文章以逆向求異思維，提出如表1所示的以下幾點大膽設(shè)想：

①以退為進：逆轉(zhuǎn)行駛方向，使行駛方向與坐方向一致，增加乘坐的舒適性；

②以分代整：將艇身封閉的完整內(nèi)艙分至多個彼此獨立的密閉空間，其中包裹動力裝置的密封內(nèi)艙獨立于艇外；

③以破代整：經(jīng)過水流阻力強壓的螺旋槳艙受壓打開，暴露出螺旋槳，為救生艇提供前進的動力；

④前后逆轉(zhuǎn)，改變動力裝置布局，使救生艇重心置于入水方向的前方，以求得艇身的穩(wěn)定。

3 拋落式救生艇的前期方案探索

3.1 意向原理可行性分析

對應(yīng)上述拋落式救生艇改良設(shè)計的四點設(shè)想，思維發(fā)散，對新型拋落式救生艇的外形和內(nèi)部布局進行設(shè)計，得出如圖5所示結(jié)構(gòu)與原理意向圖，其一，飛艇的氣囊大都有1個主氣囊和2個以上彼此獨立的輔助氣囊組成，其作用在緊急情況下，通過控制氣囊之間的開關(guān)實現(xiàn)高壓輔助氣囊向提供浮力的主氣囊充氣，優(yōu)點在于輔助氣囊破裂不會影響飛艇的浮力，不會造成事故，這種結(jié)構(gòu)可以用于拋落式救生密閉艙室的設(shè)置；其二，高速列車的車廂之間組合鏈接的結(jié)構(gòu)，車廂前頭半球體的開閉合結(jié)構(gòu)可用于救生艇螺旋槳艙的設(shè)置；其三，由鏈球的運動軌跡可知將物體重心置于運動方向的前方有利于保護剛性材料不易發(fā)生形變，同時也較容易保持運動的穩(wěn)定，以此原理改善拋落式救生艇自由落體和入水兩個環(huán)節(jié)。

3.2 前期意向方案草圖的形成

原有形態(tài)基礎(chǔ)上的意向改良如圖6所示，拋落式救生

艇主體艙室一分為四，前置的燃油機增加艇身前部的重量，使艇身重心與入水方向一致，獨立的螺旋槳艙對動力系統(tǒng)起到一定的保護作用，但加長的動力傳動裝置在顛簸狀態(tài)下較容易受到破壞，乘坐艙座椅方向與自由落體、入水方向一致，但保險帶不比倒置座椅靠背的支撐作用，因此救生艇布局和造型方案仍需改進。

球鼻艏廣泛用在船舶建造中，其作用主要是減小船舶興波阻力[5]，在借鑒球鼻艏結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，在思維方式上實現(xiàn)再一次逆向，改進之后的圖紙如圖7所示：艇身后部設(shè)置球鼻型，可開閉合螺旋槳艙，更短動力傳動裝置使重心集中在艇后部，為反向拋落救生艇提供了結(jié)構(gòu)條件，同時，與拋落方向相反的座位能夠為乘坐人員提供更好的支撐，也保持座位面向行駛方向，提高了乘坐人員的舒適性。

綜上分析，拋落式救生艇設(shè)計的前期意向草圖即可完成，如圖8所示。

4 總結(jié)

拋落式救生艇前期方案基本確定，但在結(jié)構(gòu)強度、尺寸大小以及材料厚度等數(shù)據(jù)方面還有待于理論計算和實驗的進一步證實。但文章通過逆向思維方法求得拋落式救生艇設(shè)計改良方案，證實逆向思維在開拓創(chuàng)新思維、改良產(chǎn)品實例方面的優(yōu)勢和不同之處。

參 考 文 獻

[1] 劉鑫，姜雨佳.逆向思維的設(shè)計表現(xiàn)[J].藝術(shù)教育，2012（5）：135-135.

[2] 彭娜.逆向思維在服裝設(shè)計中的運用研究[J].設(shè)計，2015（21）：54-55.

[3] 湯義勇.論圖形設(shè)計中的逆向思維與創(chuàng)意表現(xiàn)[J].裝飾，2008（12）：80-81.

[4] 李艷臣，熊偉，方佩文.拋落式玻璃鋼救生艇入水分析[J].船舶工程，2016（2）：14-17.

[5] 張盛龍，吳恭興.基于Maxsurf球鼻艏型線的船舶減阻方法[J].船舶標(biāo)準(zhǔn)化工程師，2014（6）：5-8.