提高科技館展品運(yùn)行穩(wěn)定性對策的思考

孫燕生 吳翠玲

科技館常設(shè)展廳的展品在運(yùn)行中頻繁出現(xiàn)問題，既影響觀眾參觀效果，又增加維修工作量。探討出現(xiàn)這些問題的原因，筆者認(rèn)為應(yīng)該分析問題的本質(zhì)，從最初的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)著眼，對于一些共性問題，不應(yīng)局限于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思路，應(yīng)采取新的設(shè)計(jì)方法和有效的解決方案，從而為今后的展品設(shè)計(jì)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，保證展品正常運(yùn)行。本文側(cè)重技術(shù)探討，基本不涉及展廳管理和維修問題。

一、 保障操作體驗(yàn)型展品穩(wěn)定性的輔助性設(shè)計(jì)

科技館操作體驗(yàn)型展品經(jīng)常出現(xiàn)令人驚愕的損壞現(xiàn)象，然而值得深思的是：同樣類型的設(shè)備，為什么在其它地方不易損壞，而在科技館卻屢遭損壞？對此又該采取怎樣的有效對策？

就一般產(chǎn)品的設(shè)計(jì)而言，因?yàn)楫a(chǎn)品的受力點(diǎn)、受力大小、受力方向等因素的變化存在一定規(guī)律，使得其在強(qiáng)度設(shè)計(jì)上有規(guī)律可循。原本科技館的互動(dòng)展品如果按照設(shè)計(jì)要求，在正常理想狀態(tài)下按規(guī)范操作，應(yīng)該不需要用很大的力和速度就能出現(xiàn)預(yù)期的展示效果。但是，開放式的參觀方式使互動(dòng)展品的受力方向、受力點(diǎn)位置及作用力大小等因素都無規(guī)律可循，展品經(jīng)長期“暴力”操作，必然會(huì)加速損壞。按照以往傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思路，通常是適當(dāng)考慮提高互動(dòng)展品的材料強(qiáng)度或加大材料截面，但這種改進(jìn)若達(dá)到了設(shè)計(jì)極限還不能很好解決問題又該如何呢？能否另辟蹊徑，從其它角度考慮優(yōu)化科技館互動(dòng)展品設(shè)計(jì)，以保障展品穩(wěn)定運(yùn)行呢？

由此筆者提出展品的“輔助性設(shè)計(jì)”概念，即針對展品設(shè)計(jì)的特殊性和復(fù)雜性，重點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的輔助性設(shè)計(jì)，通過輔助性設(shè)計(jì)限制展品的受力大小、方向、速度和受力范圍等因素，從而改善展品的工作環(huán)境，提高展品運(yùn)行穩(wěn)定性。

(一) 輔助防護(hù)擋板設(shè)計(jì)

盡量減少施力桿、手柄或手輪的長度或半徑，以限制在展品上產(chǎn)生較大的力矩、扭矩或沖擊力。觀眾手動(dòng)部分應(yīng)合理增加輔助防護(hù)擋板及架、套等設(shè)計(jì)，以有限空間限制觀眾內(nèi)施力的大小、方向、速度和范圍。

例1：某展品(見圖1)有一個(gè)固定在墻上(或臺(tái)體上)可以轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)盤，觀眾通過轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤邊緣操作展品，會(huì)經(jīng)常發(fā)生用力快速旋轉(zhuǎn)輪盤或用手拉拽、按壓轉(zhuǎn)盤等不規(guī)范操作，長期如此極易導(dǎo)致轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)損壞。經(jīng)過觀察觀眾操作過程以及分析展品運(yùn)行狀況，筆者建議采取以下輔助性設(shè)計(jì)：給轉(zhuǎn)盤的外部設(shè)計(jì)一個(gè)固定的圓形擋板，注意調(diào)節(jié)好圓形擋板與墻的距離，既不能留有較大空間使觀眾不規(guī)范施力，又要便于觀眾撥動(dòng)內(nèi)部轉(zhuǎn)盤，對展品正常運(yùn)行起到了很好的保護(hù)作用。

圖1 轉(zhuǎn)盤防護(hù)

例2：某展品(見圖2)包含一個(gè)“鯊魚”模型，當(dāng)觀眾將手伸進(jìn)“鯊魚”的嘴里，“鯊魚”通過“神經(jīng)系統(tǒng)”傳導(dǎo)會(huì)突然要“咬住”觀眾的手。此展品具備互動(dòng)性和趣味性，但是在實(shí)際操作中，經(jīng)常有觀眾從上方用力壓合“鯊魚”頭部，很快造成“鯊魚”頭部咬合結(jié)構(gòu)損壞。經(jīng)研究，可在“鯊魚”頭部上方的合適位置固定一塊透明亞克力板，這樣既能讓觀眾很方便地將手伸入“鯊魚”嘴里進(jìn)行互動(dòng)體驗(yàn)，又能用亞克力板很好地限制觀眾對“鯊魚”頭部上方用力等不規(guī)范操作。

圖2 固定透明板防護(hù)

(二) 推桿和阻尼裝置設(shè)計(jì)

很多互動(dòng)展品設(shè)計(jì)有推桿機(jī)構(gòu)，在滿足功能需求的基礎(chǔ)上，應(yīng)盡可能在設(shè)計(jì)上縮短推桿行程，或在合適部位適當(dāng)增加阻尼機(jī)構(gòu)，以盡量減少觀眾施加給推桿機(jī)構(gòu)的猛烈沖擊。實(shí)踐證明以上輔助設(shè)計(jì)效果良好。

(三) 防止操作件丟失的防護(hù)性設(shè)計(jì)

較貴重或較脆弱的小型展品在科技館經(jīng)常發(fā)生丟失或摔壞的現(xiàn)象，增加了維修工作量；而較長的制作加工周期，又影響觀眾參觀。若采用RFID射頻技術(shù)給小展品植入芯片來防止丟失，又給后期管理帶來很多不便。筆者建議進(jìn)行防止操作件丟失的防護(hù)性設(shè)計(jì)，從而完善和優(yōu)化原設(shè)計(jì)。

例3：某展品(見圖3)設(shè)置了2個(gè)可供觀眾任意操作、用易碎材料制作的立方塊，極易摔碎或丟失。為了達(dá)到既方便觀眾互動(dòng)操作，又防止丟失的目的，筆者設(shè)計(jì)了一個(gè)有機(jī)玻璃罩，將小立方塊放入罩中，并在罩子合適的位置開一個(gè)矩形口，口的垂直高度既適合觀眾手伸入罩中靈活操作展品，又能限制立方體不被觀眾取出，同時(shí)又給矩形口設(shè)計(jì)有足夠的水平寬度并加軟襯于邊緣處，從而防止小觀眾被擠傷。這樣看似簡單的裝置既不影響原有功能，又有效避免了小型展品的丟失或損壞。須注意的是：上述保護(hù)措施不太適合過小的展品，但適合于價(jià)值較高或較易損壞、廠家備件又不充足的小型展品。當(dāng)然，若是展廳人流量不多、管理到位、備件充足的情況下，也可不加裝透明罩，以使觀眾更方便地互動(dòng)體驗(yàn)。

圖3 透明罩防護(hù)

例4：某展品可讓觀眾在臺(tái)體上做電路實(shí)驗(yàn)，不同材料導(dǎo)體和非導(dǎo)體可分別裝入到若干透明圓柱體中，觀眾可將圓柱體插入電路槽中觀察其中燈泡的亮滅。該展品具有互動(dòng)性，但圓柱體極易摔壞，筆者嘗試設(shè)計(jì)成若干如下裝置(見圖4)，以完善上述設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。將所有的圓柱體固定在一個(gè)能轉(zhuǎn)動(dòng)的輪式結(jié)構(gòu)上，圓柱體能繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，觀眾通過轉(zhuǎn)動(dòng)輪式結(jié)構(gòu)上的圓柱體，分別接入實(shí)驗(yàn)電路。此方法既能實(shí)現(xiàn)原設(shè)計(jì)的功能要求，又能將互動(dòng)的小展品固定在可旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)中達(dá)到互動(dòng)效果，而且還有引導(dǎo)觀眾操作的作用，增強(qiáng)了互動(dòng)性和趣味性。若展品堅(jiān)固耐摔且備件充足，可考慮不采用該種機(jī)構(gòu)，而采用原來更簡單隨意的互動(dòng)設(shè)計(jì)。

圖4 輪式結(jié)構(gòu)防護(hù)

(四) 運(yùn)動(dòng)副手動(dòng)操作部分結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

互動(dòng)部分的運(yùn)動(dòng)副接觸面，應(yīng)盡量選擇面與面接觸的低副和較大接觸面，以降低或減少接觸面的壓強(qiáng)和磨損。運(yùn)動(dòng)副的手動(dòng)操作部分應(yīng)采取小巧靈活的設(shè)計(jì)，盡量采用強(qiáng)度較高、質(zhì)量遠(yuǎn)小于運(yùn)動(dòng)副固定部分的材料。

強(qiáng)度高、質(zhì)量輕的兩個(gè)要求看似矛盾，但隨著科技的發(fā)展，新型材料不斷涌現(xiàn)，兼顧成本，選擇一些高強(qiáng)度且耐磨、質(zhì)量小的材料還是可以實(shí)現(xiàn)的，這樣既可使觀眾能靈活輕巧、不費(fèi)力地操作展品，又減少了互動(dòng)機(jī)構(gòu)的磨損和沖擊。

(五) 配件與展品連接方式設(shè)計(jì)

常設(shè)展廳的有些展品配置了眼鏡、話筒、耳機(jī)等配件，在配件與展品連接方式的選擇上，宜采用固定連接方式(見圖5)，盡量不采用柔性連接。若有特殊需要必須采用柔性連接，展品中暴露在外的耳機(jī)線、數(shù)據(jù)線和控制線等配件應(yīng)穿入蛇管內(nèi)，以防止電纜掙脫和纏繞。

圖5 固定連接

二、 操作體驗(yàn)型展品“互動(dòng)”性設(shè)計(jì)的取舍

一般常設(shè)展廳中操作體驗(yàn)型互動(dòng)類展品損壞率高，運(yùn)行不穩(wěn)定；反之，不容許動(dòng)手參與的、只能觀看的展品相對來說損壞率低，運(yùn)行較穩(wěn)定。那么，科技館的絕大多數(shù)操作體驗(yàn)類的展品是否都有必要設(shè)計(jì)成“互動(dòng)”展品？其“互動(dòng)”設(shè)計(jì)的依據(jù)和意義是什么？

筆者認(rèn)為：科技館展品所強(qiáng)調(diào)的“互動(dòng)”，是指在觀眾與展品的互動(dòng)過程中，既要有觀眾向展品傳遞“信息”和“變化”的過程，也要讓觀眾感受到展品向觀眾傳遞“信息”和“變化”帶來的體驗(yàn)，這個(gè)過程是交互的。以“自己拉自己”展品為例，觀眾在施力的過程中，能感受到由于自身重量所傳遞過來的反作用力，同時(shí)不同體重的作用力是不同的。如果僅有觀眾單向向展品傳遞信息的過程，而展品演示過程的變化不受觀眾施力變化的控制，或者觀眾感受不到來自展品“傳遞”的信息，即沒有“互動(dòng)”關(guān)聯(lián)，可以說此類互動(dòng)對于展覽教育和觀眾理解展示內(nèi)容沒有實(shí)質(zhì)性意義。例如，某展品操作體驗(yàn)部分是一個(gè)推桿，觀眾只要施力將推桿從A點(diǎn)推動(dòng)到B點(diǎn)，觸碰機(jī)構(gòu)內(nèi)部限位開關(guān)，即可啟動(dòng)沙盤上的小車。實(shí)際上，觀眾在從A點(diǎn)到B點(diǎn)施力過程中，施力的大小和速度的變化對小車運(yùn)動(dòng)沒有任何影響，僅是發(fā)出一個(gè)啟動(dòng)信號(hào)而已，同時(shí)小車的運(yùn)動(dòng)變化等信息也沒有通過操作機(jī)構(gòu)反饋給觀眾，這樣的操作互動(dòng)體驗(yàn)反而使觀眾過多關(guān)注于肢體互動(dòng)本身，無暇顧及展示內(nèi)容。既然如此，筆者認(rèn)為此類“操作體驗(yàn)型互動(dòng)設(shè)計(jì)”即使設(shè)計(jì)構(gòu)思再精巧、再有趣，也寧可舍棄不用，不如簡化設(shè)計(jì)成電鈕啟動(dòng)展品。這樣不僅使觀眾的注意力集中于展品的演示，還可提高展品運(yùn)行穩(wěn)定性。總之，操作體驗(yàn)型互動(dòng)性設(shè)計(jì)是科技館教育的手段，一切設(shè)計(jì)應(yīng)為展覽教育服務(wù)，是否要有“互動(dòng)”設(shè)計(jì)，應(yīng)根據(jù)具體情況確定。

三、 關(guān)于展品電氣控制部分的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)問題

(一) 盡量選取通用性強(qiáng)的優(yōu)質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)模塊

展品電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)制作中應(yīng)本著簡單化、模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)原則，盡量選取通用性強(qiáng)、穩(wěn)定性好、功能豐富、便于升級(jí)、市場成熟、符合國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。目前市售的各種標(biāo)準(zhǔn)電氣控制單元和系統(tǒng)功能模塊種類豐富，功能強(qiáng)大，完全能滿足一般性展品電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求。而對于不具備較強(qiáng)研發(fā)實(shí)力和設(shè)計(jì)制作水平的廠家，不建議其自行設(shè)計(jì)系統(tǒng)、電路板或功能模塊，以免因質(zhì)量不可靠而影響設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性，并給日后維護(hù)帶來麻煩。比如，從工控核心控制單元設(shè)計(jì)選擇來說，建議采用PLC控制技術(shù)及進(jìn)口產(chǎn)品，以保證其穩(wěn)定性。而對于欲采用單片機(jī)技術(shù)進(jìn)行控制的廠家，則要認(rèn)真考察其技術(shù)力量和研發(fā)能力，且對其產(chǎn)品及外圍電路均要嚴(yán)格做出要求。有的科技館為了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，干脆一律要求制作廠家所有的有功能需求的控制單元，均采用PLC控制，以確保其工作穩(wěn)定性。

(二) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)制作應(yīng)依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)施行

系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)備之間的信號(hào)通信和電纜聯(lián)接應(yīng)按照使用說明手冊要求，使用標(biāo)準(zhǔn)電纜、通信接口、信號(hào)放大器等進(jìn)行外部端口或接線端子的通信連接，應(yīng)采用硬件支持和相關(guān)軟件設(shè)計(jì)規(guī)范滿足功能需求，應(yīng)采用市售標(biāo)準(zhǔn)通用驅(qū)動(dòng)器和負(fù)載產(chǎn)品，不要由展品制作廠家自行設(shè)計(jì)上述電路接入設(shè)備內(nèi)部電路中(甚至將“飛線”直接接入內(nèi)部電路板)，以免因自行設(shè)計(jì)電路的質(zhì)量以及單元電路之間耦合匹配問題影響系統(tǒng)穩(wěn)定性，給日后維護(hù)帶來麻煩?？傊姎庀到y(tǒng)部分宜采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)制作。

例5：有的廠家制作了一種含有UPS設(shè)備的開關(guān)機(jī)系統(tǒng)(包括一些自行設(shè)計(jì)的電路板)，原意是保障展廳在設(shè)備關(guān)機(jī)后，依靠UPS系統(tǒng)繼續(xù)給電腦和投影儀供電，以使電腦和投影機(jī)自動(dòng)關(guān)機(jī)，從而避免因徹底斷電造成電腦出現(xiàn)故障。但是由于展品制作企業(yè)的設(shè)計(jì)水平參差不齊，這些自行設(shè)計(jì)的電路系統(tǒng)大部分難以保證其可靠性，運(yùn)行一段時(shí)間后，很多此類展品無法自動(dòng)開關(guān)機(jī)。

改進(jìn)方案一：取消原自行設(shè)計(jì)的開關(guān)機(jī)電路系統(tǒng)，更換電腦傳統(tǒng)硬盤為固態(tài)硬盤，并在電腦內(nèi)設(shè)置自動(dòng)定時(shí)開關(guān)機(jī)或采用標(biāo)準(zhǔn)定時(shí)開關(guān)替代原開關(guān)機(jī)系統(tǒng)。

改進(jìn)方案二：有條件的場館可采用集中控制系統(tǒng)，可靠高效地實(shí)現(xiàn)展廳所有多媒體設(shè)備開關(guān)管理。

四、 原型試驗(yàn)對提高展品穩(wěn)定性的意義

由于創(chuàng)新展品本身缺少可參照的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和有關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，如果又缺少展品原型試驗(yàn)所得到的有關(guān)測試數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，極易造成設(shè)計(jì)缺陷，導(dǎo)致日后展品運(yùn)行過程中產(chǎn)生各種故障，甚至無法運(yùn)行。為確保展品機(jī)械和電氣部分的穩(wěn)定運(yùn)行，創(chuàng)新展品設(shè)計(jì)制作初期應(yīng)先進(jìn)行原型實(shí)驗(yàn)，以便能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)原始設(shè)計(jì)缺陷和問題，預(yù)測展品在運(yùn)行中可能出現(xiàn)的問題，據(jù)此不斷修改和完善原設(shè)計(jì)，因此原型試驗(yàn)也是展品設(shè)計(jì)制作中很重要的環(huán)節(jié)。而對一些重要的標(biāo)志性及設(shè)計(jì)復(fù)雜程度高的展品，還必須提高設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和要求，以提高展品日后運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性。

總之，科技館要重視不斷總結(jié)展品設(shè)計(jì)制作等方面的經(jīng)驗(yàn)，可從注意觀察展品運(yùn)行中一些反復(fù)出現(xiàn)的問題入手，深入研究一些共性問題，加強(qiáng)與業(yè)內(nèi)在研發(fā)設(shè)計(jì)制作等方面的技術(shù)交流，注重展品設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，發(fā)現(xiàn)問題后采取有效的技術(shù)措施加以解決，以確保展品安全穩(wěn)定運(yùn)行。

誠然，涉及到展品運(yùn)行穩(wěn)定性的因素很多，包括展品前期設(shè)計(jì)、材料、制作、工藝、裝配和后期維護(hù)、保養(yǎng)及展廳管理等等方面，本文篇幅有限，不可能全部涉及，以上僅僅是在幾個(gè)點(diǎn)上做了一定思考和探索。

[1]劉久凱.論多媒體技術(shù)在電工電子技術(shù)課程教學(xué)中的應(yīng)用[J].電子制作,2013(4):97.

[2]藍(lán)冬青.科技館科普展品設(shè)計(jì)制作探討[J].科普研究，2010(4):24.