基于極限理念的速度產(chǎn)品設計研究

謝藏鋒 岳偉晗 劉明成 謝宇航 張佳慧

(遼寧科技大學，遼寧 鞍山 114051)

1 關于極限理念

一切數(shù)學概念都來自社會實踐。來源于生活現(xiàn)實的思想火花被人們捕捉到以后，經(jīng)過提煉形成概念或理念，又經(jīng)過推理和使用，充實和拓展，不斷完善形成經(jīng)典的理論。毫無疑問，追求極限是社會發(fā)展的產(chǎn)物。極限理念在生活中的應用，是將具有數(shù)學感受的秩序、和諧、對稱、整齊、神秘和美感等，賦予日常生活中的事物，使其具有超凡的能力，

2 速度產(chǎn)品概述

速度產(chǎn)品的誕生，是以追求速度的極限運動為理念的設計，從遠古的木履蓑衣到現(xiàn)代的高鐵、飛機，印證了人類在漫漫歷史長河中的進步與對速度的追求。在構(gòu)思過程中，充分考慮高速運行的產(chǎn)品應具有的特性，以及實現(xiàn)產(chǎn)品高速運行的相關方法，在設計實踐中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，并給予優(yōu)化，使之達到合理的狀態(tài)。

例如自行車的設計。最原始的自行車，輪徑普遍較大，手工木制，形態(tài)很是夸張，不僅難以用力驅(qū)動和保持平穩(wěn)，連上、下車都成了一個復雜又危險的事情，這種產(chǎn)品顯然無法滿足高速行駛的基本條件。而賽級山地自行車，在訓練有素的參賽選手的操控下，可達到60～80 km/h的速度，這是速度類產(chǎn)品的代表。分析其外觀，大多采用流線型設計，行進中符合空氣動力學原理，這是其能夠高速行駛的重要條件。在重量方面，采用新型材料碳纖維，山地自行車最輕可低至2 kg，較低的自重可極大降低產(chǎn)品在運行中對與地面的摩擦阻力。對于傳動部分，鏈條與鏈輪配合準確，可以輸出穩(wěn)定的傳動比，潤滑油在鏈條與鏈輪高速轉(zhuǎn)動時可在表面形成一層油膜，極大降低了傳動阻力，前后輪的軸承采用耐磨復合材料制作，保證其使用壽命，以最小的傳動效率損耗保證產(chǎn)品穩(wěn)定高速運行。

3 基于極限理念的速度產(chǎn)品設計研究

3.1 農(nóng)業(yè)機械效率極限產(chǎn)品研究與發(fā)展

我國正處于從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變的關鍵時期，國家出臺一系列政策，支持和促進農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展，如拖拉機、播種機、收割機械等。加快推進農(nóng)業(yè)機械化和農(nóng)機工業(yè)化發(fā)展，對于提高農(nóng)業(yè)裝備水平、改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件、增強農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力、拉動農(nóng)村消費需求等具有重要意義。

3.2 工程機械能力極限產(chǎn)品研究與發(fā)展

工程機械是裝備工業(yè)的重要組成部分，應用于交通運輸建設、起重裝卸作業(yè)和各種建筑工程所需的綜合性機械裝備，還應用于工業(yè)與民用建筑、城市建設、環(huán)境保護等領域，如叉車、鏟土運輸機械、壓實機械、混凝土機械等。

我國工程機械行業(yè)歷經(jīng)50多年的發(fā)展，具有相當規(guī)模和蓬勃發(fā)展活力，已形成18大類、4500多種規(guī)格型號的產(chǎn)品，基本能滿足國內(nèi)市場的需求。工程機械設備的開發(fā)，特別注重工程機械配套發(fā)動機和關鍵零部件產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)調(diào)整，進行升級和換代，實現(xiàn)不同的需求。

目前，自動化的應用，可編程序邏輯控制器(PLC)已廣泛應用于起重行業(yè)各類設備中，相對傳統(tǒng)控制器，它具有功能強大、性價比高、硬件配套齊全、適應性強、可靠性高、抗干擾能力強的特點，系統(tǒng)的設計、安裝、調(diào)試等使用方便，維修工作量小、體積小、能耗低等優(yōu)越性，具有良好發(fā)展前景。

3.3 海洋機械潛力極限產(chǎn)品設計研究

我國既是幅員遼闊的陸地國家，又是海洋國家，海洋與我國的生存和發(fā)展密不可分。 提高海洋資源開發(fā)能力，發(fā)展海洋經(jīng)濟，保護海洋生態(tài)環(huán)境是共同的任務，海洋機械的發(fā)展相對陸地機械的發(fā)展較慢。海洋機械，主要是機械發(fā)動機推動的船只，多用鋼鐵制造，較少的是以人力踩踏木輪推進，如公園娛樂船只，近代海洋機械是以蒸汽推動為主和渦輪發(fā)動機的動力系統(tǒng)構(gòu)成。在諸多船舶中，最常見的是鋼質(zhì)船、內(nèi)燃機動力船、螺旋槳推進船等。輪船發(fā)展至今，戰(zhàn)略用船已經(jīng)越來越先進，其中包括各類戰(zhàn)略艦船、巡洋艦等。現(xiàn)代化的輪船有客輪、貨輪和油輪，正在從事著各種關系到人類命運的全球性商業(yè)航運。

海洋機器人是一類能夠遙控或自主操控完成特定功能的無人海上航行器，經(jīng)歷了從載人到無人，從直接操控、遙控到自主、智能，從單機、多機到集群的主要發(fā)展階段。信息技術、人工智能技術特別是其分支機器智能技術的快速發(fā)展，正在推動海洋機器人以新技術革命的形式進入“智能海洋機器人”時代。

3.4 速度產(chǎn)品改變上班族的生活

上班族通常都會有通勤需求，因為他們大多都要從居住的地方來往辦公地。在大城市，“通勤難”似乎成了當代社會年輕人一個日益明顯的大問題。隨著人們消費水平的提高和現(xiàn)代社會快節(jié)奏的生活，私家車越來越多，對人們的日常出行帶來方便。公交車與私家車具有較高的行駛速度，能夠在較大程度上減少出行的時間，但其弊端也是較為明顯的，比如，在人流量較大的早晚高峰期時段易堵車、停車位緊缺等問題也是值得思考的。自行車在一定程度上緩解了上述問題，是年輕人“輕出行”的一種方式，但由于其為人力驅(qū)動，速度較低，體積大，不方便攜帶進入地鐵和公交車。在《中國城市通勤研究報告》中顯示，排名第一的北京通勤車平均延時58 min，私家車停車難也居榜首。由此可見，開發(fā)一款方便快捷、占地小、速度快的交通代步工具，對上班族來說顯得極其重要。

在數(shù)字經(jīng)濟與共享經(jīng)濟的刺激下，智慧出行讓許多用戶擁有了更為優(yōu)質(zhì)的出行體驗。如何通過合理的設計，最大限度地發(fā)揮數(shù)字經(jīng)濟和共享經(jīng)濟的效果，基于智慧出行理念的城市共享代步工具設計具有很大的市場發(fā)展?jié)摿Α?/p>

3.5 娛樂速度產(chǎn)品設計研究

自改革開放以來，人們的生活水平伴隨著新中國的發(fā)展速度不斷提高。人們的出行方式也由過去的單一步行、騎車，轉(zhuǎn)變?yōu)楦嘣某鲂校鲎?、巴士、地鐵、抑或者是這幾年迅速占領市場的共享出行經(jīng)濟。調(diào)研顯示，整個出行方式的市場，擁有著巨大的發(fā)展?jié)摿妥兏臻g。

受到美國街頭文化的啟發(fā)與靈感，從滑板這一小眾卻又歷史悠久、有著豐富文化的領域為切入點。對市場需求和經(jīng)濟價值進行分析，一方面是以使人們出行更加豐富和多元化為目的，另一方面是改進傳統(tǒng)滑板的運行模式，致力于出行快樂，從“娛樂玩具”轉(zhuǎn)變?yōu)椤靶滦涂鞓烦鲂蟹绞健?。不僅是為了讓滑板愛好者擁有更多的選擇，更是減少社會資源浪費以及對公共交通輕量便捷化做出貢獻。低價成本以及高效快捷的出行方式，擁有激起這一市場漣漪的極大可能性，擁有著一定數(shù)量的市場需求和巨大的經(jīng)濟價值潛力。

3.6 基于極限理念的越野滑板設計分析

3.6.1 語義設計

光滑圓潤的產(chǎn)品更具有所謂“速度感”、“流動感”，例如海豚、鯨魚等海洋生物。從空氣動力學、流體力學的角度去看，這種形狀在流體中行進具有更少的阻力，這種形狀也就是“流線型”。在現(xiàn)代產(chǎn)品設計中，流線型的產(chǎn)品外觀設計依然在特定語義環(huán)境下有著較為廣泛的應用。越野者急速滑板在外觀上采用流線型的設計語義，從視覺傳達上給人帶來一種速度感、流暢感。

3.6.2 曲面設計

在產(chǎn)品設計中，設計師較為關注曲面的質(zhì)量，曲面質(zhì)量的優(yōu)劣直接反映在產(chǎn)品的外觀表現(xiàn)上，包括光影、環(huán)境反射、造型比例等方面。在面積較大的曲面上，應該嚴格使用高質(zhì)量的B樣條曲線來進行繪制，曲線的階數(shù)(degree)和控制點(control points)數(shù)量具有嚴格的關系，當控制點數(shù)量相比階數(shù)大于1時，樣條曲線呈現(xiàn)出相對“完美”的狀態(tài)；當控制點數(shù)量相比階數(shù)大于2及以上時，樣條曲線上會產(chǎn)生節(jié)點(knot)，在節(jié)點處，曲線連續(xù)性下降，產(chǎn)生“不順暢”的視覺體驗。在產(chǎn)品設計中繪制B樣條曲線應避免出現(xiàn)節(jié)點。同理在曲面設計中，原生NURBS分為U向和V向，在創(chuàng)建原生曲面時，應注意U向和V向的曲面質(zhì)量，創(chuàng)建原生面通過曲面控制點調(diào)整曲面造型，利用樣條曲線限制曲面邊緣，以此設計出理想的形態(tài)。

3.6.3 支架或橋

支架往往由合金加工而成，具有較高的力學強度，保證滑板在承受一般人體重量后支架部分不會發(fā)生不合理形變，使得支架與軸承、PU等零件配合準確，保證護板連接部分的機械性能與穩(wěn)定性。

4 結(jié)語

基于極限理念的速度產(chǎn)品，采用全新設計思想，以極限運動為核心，對現(xiàn)有產(chǎn)品進行改進再創(chuàng)新，力求將平凡的產(chǎn)品做出極致體驗，既提升速度與越野性，同時又保證使用者的安全，開發(fā)更具時代意義，惠及大眾。