科技館展品展項機械結(jié)構(gòu)的可靠性設(shè)計

展聰 王婕

(甘肅科技館 甘肅蘭州 730000)

隨著科技館展品數(shù)量的不斷增加，展品的故障率也隨著增加，極大地影響到科技館展品呈現(xiàn)效果。此類問題的產(chǎn)生，是由于科技館展品未能遵循特定設(shè)計標準進行，展品相較于工廠儀器和設(shè)備而言，在設(shè)計中需要多方考慮觀眾需求與后期維護是否便捷等因素，在此基礎(chǔ)上優(yōu)化設(shè)計。科技館除了承擔(dān)日?？平搪毮芤酝?，還有社會科普職能，因此對展品可靠性設(shè)計提出了更高層次的要求。為了保證展品可靠陳列，降低故障幾率，應(yīng)積極優(yōu)化改良，提升科技館展品展項機械結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計，通過此種方式可以及時發(fā)現(xiàn)和解決設(shè)備故障問題，切實提升科技館展品機械結(jié)構(gòu)合理性。

1 科技館展品分類和可靠性發(fā)展概況

1.1 展品分類

1.1.1 大型場景展品

科技館現(xiàn)代化發(fā)展下，大型場景展品較為常見，通過光、電、聲等科技手段，營造出身臨其境的環(huán)境，在直觀展示的同時，增強環(huán)境真實感和體驗感。例如：模擬創(chuàng)設(shè)地震房屋垮塌場景，緊緊圍繞防災(zāi)減災(zāi)的主題內(nèi)容來布置一系列展品，增強展品與觀眾的互動性[1]。

1.1.2 體驗式展品

伴隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)、計算機等技術(shù)的推廣應(yīng)用，科技館涌現(xiàn)出大量的體驗式展品，可以模擬情境進行展覽。例如：“體驗滑翔傘”展項，借助計算機技術(shù)、傳感器和風(fēng)機設(shè)備支持，可以帶給觀眾十分逼真且真實的體驗，更加直觀地了解到滑翔傘的運動方式，受到觀眾的喜愛和支持。

1.1.3 操作性展品

操作性展品在科技館的展品中占比較大，多數(shù)在半數(shù)以上，即需要觀眾動手操作學(xué)習(xí)科學(xué)知識的展品，形式多樣、操作簡單，具有引導(dǎo)和教育的積極作用[2]。作為科技館的重要展品，操作性展品展覽是否穩(wěn)定、可靠，將直接影響到展覽效果。

1.2 結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計概況

科技館展品可靠性，是指在特定條件下和規(guī)定時間內(nèi)規(guī)范執(zhí)行規(guī)定的能力?？煽啃哉蛊房梢詾檎菇袒顒禹樌归_提供支持，促進科技館社會職能實現(xiàn)，在提升展覽效果同時，最大程度上減少科技館的人力、物力和財力的投入力度。展品可靠性表現(xiàn)在固有可靠性以及展品使用可靠性，前者是展品設(shè)計制作者保證其可靠性，后者是指展品使用維護可靠性。展品固有可靠性，主要包括展品可靠性設(shè)計、可靠性測試以及可靠性保持?？煽啃栽O(shè)計強調(diào)展品設(shè)計階段，分析展品全生命周期可能出現(xiàn)的問題，通過可靠性分析，并遵循相應(yīng)的標準優(yōu)化設(shè)計，以此來提升展品可靠性?？煽啃詼y試，是指展品研發(fā)階段對主要零部件和功能測試，確定其功能可靠性使用?？煽啃员３郑瑒t是對展品原材料采購、加工工藝等方面全方位控制，從而實現(xiàn)展品生產(chǎn)品質(zhì)全面控制。

就展品可靠性要素來看，包括設(shè)計可靠性、易維修和耐久性幾方面，從展品設(shè)計、使用和維護各階段要求來優(yōu)化設(shè)計。由于展品可靠性設(shè)計是一項系統(tǒng)工程，應(yīng)該立足于展品全生命周期進行可靠性問題研究分析，并提出合理化的展品可靠性方法，以此來提升展品可靠性設(shè)計合理性[3]。

科技館展品展現(xiàn)相較于常規(guī)儀器設(shè)備而言，更多的是注重引導(dǎo)觀眾親身參與和感受，在觀察、思考和操作過程中獲得有效的科學(xué)教育，高效學(xué)習(xí)科學(xué)知識。所以，應(yīng)該正確看待展品展項機械結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計的重要性，積極引入新技術(shù)和新理念來提升機械結(jié)構(gòu)可靠性，有助于減少機械結(jié)構(gòu)故障幾率，保證展品展項正常展覽呈現(xiàn)[4]。

2 科技館展品展項的特點和現(xiàn)狀

科技館展品類型多樣，包含歷史、文化、科技、地理、天文、醫(yī)學(xué)、生物等領(lǐng)域。隨著科技館建設(shè)規(guī)模不斷擴大，大量高技術(shù)人才也在積極參與到科技館展品展項設(shè)計中，在帶來先進技術(shù)，促使展品展項功能多樣化的同時，展品展項的故障幾率也隨之增加。因此，科技館展品展項故障發(fā)生概率將會伴隨著結(jié)構(gòu)復(fù)雜化而逐漸增加。

科技館的展品展項相較于常規(guī)意義上的儀器設(shè)備而言存在很大的差異，常規(guī)儀器設(shè)備經(jīng)過系統(tǒng)、專業(yè)培訓(xùn)的人員負責(zé)操控，操作流程嚴謹。而科普展品多是觀眾動手觀察、操作，在活躍思維過程中學(xué)習(xí)科學(xué)知識，以此來宣傳科學(xué)知識，滿足群眾的求知欲。部分觀眾好奇心強烈，對并未公開展示的發(fā)射裝置、接受裝置、傳感器等隱藏裝置，有著極強的探究欲望。另外，科技館需要面向廣大學(xué)生和觀眾，如果秩序混亂，可能出現(xiàn)損壞展品展項的情況，帶來不必要的損耗，增加后期維護成本。

展品展項維護方面，科技館需要投入大量的資金和人力，但維護人員工作壓力較大，實際工作中可能存在敷衍了事，維護不到位的情況，影響到展品展項的正常展覽呈現(xiàn)。

3 科技館展品展項機械結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計中的問題

科技館展品展項機械結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計系統(tǒng)性較強，其中包含了諸多內(nèi)容，需要綜合考量產(chǎn)品展出效果全方位設(shè)計。但實際上，科技館展品展項機械結(jié)構(gòu)設(shè)計中還存在很多的不足，設(shè)計效果不理想，具體問題如下。

3.1 過分拘泥于展覽效果

科技館的展品類型逐漸多樣化，不同展品的展覽要求不同，但部分科技館過分拘泥于展覽效果，卻很少關(guān)注展覽機械性能提升。盡管科技館之間彼此競爭較為激烈，提升展品觀賞性無可厚非，但僅僅關(guān)注展示效果，卻忽視了機械性能設(shè)計，則背離了展品設(shè)計本質(zhì)目標[5]。例如：某科技館在開放后，展覽的動車組模擬運行設(shè)備運行鏈接傳動軸現(xiàn)場工作原理與宣傳不符。對于這一問題，被媒體爆出后，科技館迫于壓力向公眾致歉。通過這一事件可以了解到，科技館虛假宣傳來吸引觀眾，不僅無法起到宣傳科學(xué)知識，還會產(chǎn)生誤導(dǎo)，形成錯誤的觀念認知，極大地影響到科技館整體形象。

3.2 展品展項機械性能不理想

對部分科技館而言，展品展項機械性能和結(jié)構(gòu)即便具有較強的適應(yīng)性價值，但由于科技館人員理念滯后，思維呆板，展品展項具體展覽中僅僅是突出了機械性能運行特色，卻很少針對性地進行機械結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計。此種情況下，不僅無法吸引更多觀眾，展品展項的機械性能也無法得到觀眾的認可。例如：某科技館展示了一套展示機械性能的設(shè)備，即便機械設(shè)備性能發(fā)揮突出，并對機械動能效果有效評價，但實際上設(shè)備運行簡單，造型和傳統(tǒng)設(shè)備并無二致，因此難以有效地吸引觀眾參與，展覽效果不理想[6]。后續(xù)改造中，技術(shù)人員應(yīng)該提取機械設(shè)備結(jié)構(gòu)原理，設(shè)計和制作模擬傳動桿裝置，在得到認可后推廣。

3.3 缺乏完善的設(shè)計標準與審核機制

科技館展品展項機械結(jié)構(gòu)設(shè)計中，需要遵循相應(yīng)的設(shè)計標準與審計機制，但受限于諸多因素影響，存在很大的欠缺和不足?？萍拣^的多數(shù)展品展項是非標準設(shè)備，機械結(jié)構(gòu)設(shè)計多是結(jié)合設(shè)計師自身經(jīng)驗和閱歷進行。展品展項機械結(jié)構(gòu)設(shè)計中，很少進行疲勞性和破壞性實驗，不可避免地弱化了后期展品展項機械結(jié)構(gòu)可靠性能。與此同時，展品展項機械結(jié)構(gòu)型設(shè)計缺乏嚴謹、合理的審核機制，這就導(dǎo)致很多科技館在展品展項選擇方面，致力于選擇更具創(chuàng)新性的展品，力求彰顯科技館展品特色。在展品展項機械結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計方面，多是一次性完成，缺少專人負責(zé)設(shè)計圖紙質(zhì)量審核，盲目加工制作，此種情況下可能會為設(shè)備安全穩(wěn)定運行埋下隱患[7]。

3.4 片面追求高新技術(shù)表現(xiàn)形式

科技館展品展項機械結(jié)構(gòu)設(shè)計中，由于配套設(shè)計審核機制不完善的情況，可能存在片面追求高新技術(shù)表現(xiàn)形式。在展品選擇方面過分關(guān)注唯一性展品，很多展品展項設(shè)計中均是一次成型。機械結(jié)構(gòu)設(shè)計人員設(shè)計的圖紙并未接受專業(yè)機構(gòu)審核，盲目生產(chǎn)和制作，不可避免地為展品展項可靠性埋下隱患。對于科技館展品展項機械結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計，并非盲目引進高新技術(shù)即可。例如：模擬駕駛展項的方向盤與轉(zhuǎn)向機構(gòu)連接件設(shè)計中，為了提升舒適度，選擇新型鋁合金一次成型柔性彈簧充當(dāng)連接件。即便操作過程較為舒適，但操作者用力過猛可能導(dǎo)致連接件損壞，造成不必要的資源損耗，背離展品機械結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計要求。

4 科技館展品展項機械結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計

科技館展品展項機械結(jié)構(gòu)可靠性，是指在特定情況下，無故障執(zhí)行特定功能的能力，支持科技館展教活動展開。在展品展項機械結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計中，要綜合考量全生命周期可能出現(xiàn)的問題，遵循合理標準進行可靠性分析和設(shè)計。具體設(shè)計要點如下。

4.1 展品展項機械結(jié)構(gòu)零部件標準化

4.1.1 通用操作部件

在展品展項機械結(jié)構(gòu)中，有很多的通用操作部件，如多檔旋鈕部件、手輪等部件，零件材料、規(guī)格型號和站臺安裝方式等內(nèi)容均應(yīng)該遵循統(tǒng)一合理的標準，在后續(xù)故障處理時便于檢修和維護。推桿在設(shè)計合理基礎(chǔ)上配備專門的防夾手結(jié)構(gòu)，避免安全事故出現(xiàn)[8]。遙感和按鈕等部件均可以直接采購，但由于市場上此類部件類型多樣，應(yīng)綜合考量不同部件優(yōu)勢特點，從中選擇最佳的部件，統(tǒng)一安裝使用。觸屏安裝機構(gòu)和平板支撐旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，是展品和觀眾交互的主要機構(gòu)，應(yīng)該在設(shè)計中綜合考量俯仰角度調(diào)整要求，確保標準件選型、站臺安裝方式和零部件材料等內(nèi)容遵循統(tǒng)一要求。

4.1.2 通用電氣部件標準化設(shè)計

選擇不同尺寸規(guī)格的通用電控柜，積極優(yōu)化線路布局，并對電氣部件做出明確規(guī)定?？萍拣^用電控板，可以滿足多數(shù)展品統(tǒng)一控制要求。展品的以太網(wǎng)通信、串口通信、輸入和輸出等統(tǒng)一要求。關(guān)于電氣控制各項功能，在統(tǒng)一的電氣控制程序模塊基礎(chǔ)上進一步開發(fā)，同時也要開發(fā)通用型的多媒體程序控制模塊，以此來滿足多數(shù)展品的互動功能需要。

4.1.3 通用傳動部件

科技館展品互動功能設(shè)計，在常見的輸入和輸出基礎(chǔ)上，進一步增加中間傳動環(huán)節(jié)，進行標準化和通用化設(shè)計。所有部件均采用常用標準機械零部件進行，結(jié)合負載情況、傳動距離、使用環(huán)境以及維修便捷等多方面要求綜合設(shè)計。

4.1.4 設(shè)備安裝部件

設(shè)備安裝部件展臺的選擇至關(guān)重要，是展品展覽的基礎(chǔ)前提，形式多樣，需要在前提設(shè)計中確定相關(guān)參數(shù)規(guī)格。展臺高度參數(shù)選擇中，面向成人與兒童確定不同的展臺高度；便于后續(xù)維修，維修空間尺寸盡量大，選擇統(tǒng)一鎖扣、鉸鏈；文字字體和高度統(tǒng)一，做好表面處理。顯示屏采用固定的顯示器和電視，結(jié)構(gòu)設(shè)計、防護措施和選擇的材料方面規(guī)定統(tǒng)一。外掛設(shè)備配備專門的支架結(jié)構(gòu)，用于滿足后續(xù)設(shè)備安裝，如投影機設(shè)備，但是投影機設(shè)備的選購要充分市場調(diào)查，結(jié)合科技館展廳特性，做好防撞、防塵等安全防護工作。通過拴上保險繩，避免設(shè)備墜落誘發(fā)安全事故，保障人員人身安全。對于圖文版音箱部件，契合實際情況設(shè)計便于更換的圖文版結(jié)構(gòu)，集成整合到展臺上。在展臺內(nèi)部配備導(dǎo)軌式抽拉平臺，所需要的傳動部件、電控柜、工控機等均集成在平臺上，在后續(xù)維修中只需要拉出即可，不需要人員進入內(nèi)部維修，提升維修成效。

4.1.5 安全防護部件

展品外部防護部件的選擇，同樣要遵循統(tǒng)一標準和要求，包括材料、同期與散熱孔、黏結(jié)工藝、與戰(zhàn)天連接方式等。依據(jù)不同場所來設(shè)計不同的圍欄結(jié)構(gòu)，具體有維持參觀秩序和展品安全防護兩種圍欄。對于前者，依據(jù)空間布局自行設(shè)計，保證強度符合要求同時，起到引導(dǎo)參觀路線的積極作用；后者圍欄則是遵循國家標準進行設(shè)計，保證展品和人員安全。圍欄可以采用鋼化玻璃，在不影響觀看展品的同時，還可以保障圍欄強度，依據(jù)實際需要選擇單塊玻璃或是帶夾層鋼化玻璃。另外，為了便于后續(xù)維護，可以優(yōu)化設(shè)計安全玻璃夾持結(jié)構(gòu)，遵循統(tǒng)一標準、統(tǒng)一安裝，全方位保障鋼化玻璃圍欄的安全性。為了保證機械結(jié)構(gòu)實用性和可靠性，應(yīng)該市場調(diào)查選擇高資質(zhì)的設(shè)備生產(chǎn)廠商，建立長期合作關(guān)系，同時為后續(xù)維護工作提供支持。抽象性科技館展品展項要保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，如果展品過于理論性和抽象性，可能導(dǎo)致公眾不了解其具體用途。所以，同機械設(shè)備生產(chǎn)商建立合作關(guān)系，幫助公眾了解機械設(shè)備在實際生活中的應(yīng)用方向，展現(xiàn)機械結(jié)構(gòu)原理，加深機械性能理解和掌握。

4.2 機械結(jié)構(gòu)耐環(huán)境設(shè)計

外部環(huán)境因素對科技館展品展項機械結(jié)構(gòu)可靠性影響較大，由于展品展項工作時間長，每天在8 h以上；不同地區(qū)氣候條件存在建筑差異，溫差大；各項展品展項性能不盡相同，對一些用電展品功率較大，對電網(wǎng)穩(wěn)定運行則會產(chǎn)生不良影響；內(nèi)部部分展品可能會涉及用水，因此附近空氣相對濕度較大，可能會侵蝕機械結(jié)構(gòu)，增加故障發(fā)生概率，使用壽命大大縮短。所以，機械結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計中，需要高度重視環(huán)境因素考量，優(yōu)化設(shè)計提前預(yù)防，確保機械結(jié)構(gòu)工作穩(wěn)定、安全。

4.3 加強破壞、故障預(yù)防設(shè)計

科技館展品展項多樣，在前期設(shè)計階段，應(yīng)該綜合考量設(shè)計要點，做好前期的破壞性操作設(shè)計和故障預(yù)防設(shè)計。展品展項的操作部分和傳動部分故障概率高，對觀眾可以接觸的區(qū)域，都可能發(fā)生磨損、破壞。所以，前期設(shè)計中重點做好此類區(qū)域承受破壞性操作設(shè)計，降低后期故障可能性?？萍拣^的展品設(shè)備長時間超負荷運行，加之后期的磨損、老化，導(dǎo)致設(shè)備發(fā)生故障概率較高。如果展出期間出現(xiàn)故障未能及時有效修復(fù)，將會影響到展品正常展覽。對此，為了規(guī)避此類問題，前期設(shè)計重要全方位考量，仔細審核，結(jié)合不同故障類型、位置和原因預(yù)防設(shè)計，通過此種方式，將后期發(fā)生故障概率降到最低，全方位保證科技館展品展項的正常展覽。

科技館應(yīng)建立展品展項的標識提示系統(tǒng)，有效檢測展品拆卸安裝或是模塊故障問題。對零件安裝高度和方向，以及配合間隙、配對零件、電阻、數(shù)據(jù)流、電感等參數(shù)在零部件和接口附近有明確標識，對于重要位置有清晰、直觀的圖表展現(xiàn)?；诖朔N方式，便于現(xiàn)場故障檢修和維護，切實提升設(shè)備故障維修效率。另外，隨展品備件和工具要配備齊全，便于展品機械結(jié)構(gòu)故障時可以第一時間維修或更換，減少故障帶來的負面影響。只有這樣，才能保證展品展項機械結(jié)構(gòu)合理、穩(wěn)定，提升科技館展品的展覽效果。

5 結(jié)語

綜上所述，面對新時期科技館的運營管理要求，應(yīng)正確看待展品展項機械結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計。綜合分析可能出現(xiàn)的問題，積極引進先進技術(shù)，在關(guān)注機械結(jié)構(gòu)觀賞性同時，更要關(guān)注結(jié)構(gòu)的可靠性設(shè)計。只有保證機械結(jié)構(gòu)可靠性，才能為后續(xù)展品展項的正常展出提供保障，降低故障發(fā)生概率，促進科技館科普教育作用充分發(fā)揮。