提高科技馆展品运行稳定性对策的思考

孙燕生 吴翠玲

科技馆常设展厅的展品在运行中频繁出现问题，既影响观众参观效果，又增加维修工作量。探讨出现这些问题的原因，笔者认为应该分析问题的本质，从最初的设计环节着眼，对于一些共性问题，不应局限于传统设计思路，应采取新的设计方法和有效的解决方案，从而为今后的展品设计总结经验，保证展品正常运行。本文侧重技术探讨，基本不涉及展厅管理和维修问题。

一、 保障操作体验型展品稳定性的辅助性设计

科技馆操作体验型展品经常出现令人惊愕的损坏现象，然而值得深思的是：同样类型的设备，为什么在其它地方不易损坏，而在科技馆却屡遭损坏？对此又该采取怎样的有效对策？

就一般产品的设计而言，因为产品的受力点、受力大小、受力方向等因素的变化存在一定规律，使得其在强度设计上有规律可循。原本科技馆的互动展品如果按照设计要求，在正常理想状态下按规范操作，应该不需要用很大的力和速度就能出现预期的展示效果。但是，开放式的参观方式使互动展品的受力方向、受力点位置及作用力大小等因素都无规律可循，展品经长期“暴力”操作，必然会加速损坏。按照以往传统设计思路，通常是适当考虑提高互动展品的材料强度或加大材料截面，但这种改进若达到了设计极限还不能很好解决问题又该如何呢？能否另辟蹊径，从其它角度考虑优化科技馆互动展品设计，以保障展品稳定运行呢？

由此笔者提出展品的“辅助性设计”概念，即针对展品设计的特殊性和复杂性，重点进行相应的辅助性设计，通过辅助性设计限制展品的受力大小、方向、速度和受力范围等因素，从而改善展品的工作环境，提高展品运行稳定性。

(一) 辅助防护挡板设计

尽量减少施力杆、手柄或手轮的长度或半径，以限制在展品上产生较大的力矩、扭矩或冲击力。观众手动部分应合理增加辅助防护挡板及架、套等设计，以有限空间限制观众内施力的大小、方向、速度和范围。

例1：某展品(见图1)有一个固定在墙上(或台体上)可以转动的转盘，观众通过转动转盘边缘操作展品，会经常发生用力快速旋转轮盘或用手拉拽、按压转盘等不规范操作，长期如此极易导致转盘结构损坏。经过观察观众操作过程以及分析展品运行状况，笔者建议采取以下辅助性设计：给转盘的外部设计一个固定的圆形挡板，注意调节好圆形挡板与墙的距离，既不能留有较大空间使观众不规范施力，又要便于观众拨动内部转盘，对展品正常运行起到了很好的保护作用。

图1 转盘防护

例2：某展品(见图2)包含一个“鲨鱼”模型，当观众将手伸进“鲨鱼”的嘴里，“鲨鱼”通过“神经系统”传导会突然要“咬住”观众的手。此展品具备互动性和趣味性，但是在实际操作中，经常有观众从上方用力压合“鲨鱼”头部，很快造成“鲨鱼”头部咬合结构损坏。经研究，可在“鲨鱼”头部上方的合适位置固定一块透明亚克力板，这样既能让观众很方便地将手伸入“鲨鱼”嘴里进行互动体验，又能用亚克力板很好地限制观众对“鲨鱼”头部上方用力等不规范操作。

图2 固定透明板防护

(二) 推杆和阻尼装置设计

很多互动展品设计有推杆机构，在满足功能需求的基础上，应尽可能在设计上缩短推杆行程，或在合适部位适当增加阻尼机构，以尽量减少观众施加给推杆机构的猛烈冲击。实践证明以上辅助设计效果良好。

(三) 防止操作件丢失的防护性设计

较贵重或较脆弱的小型展品在科技馆经常发生丢失或摔坏的现象，增加了维修工作量；而较长的制作加工周期，又影响观众参观。若采用RFID射频技术给小展品植入芯片来防止丢失，又给后期管理带来很多不便。笔者建议进行防止操作件丢失的防护性设计，从而完善和优化原设计。

例3：某展品(见图3)设置了2个可供观众任意操作、用易碎材料制作的立方块，极易摔碎或丢失。为了达到既方便观众互动操作，又防止丢失的目的，笔者设计了一个有机玻璃罩，将小立方块放入罩中，并在罩子合适的位置开一个矩形口，口的垂直高度既适合观众手伸入罩中灵活操作展品，又能限制立方体不被观众取出，同时又给矩形口设计有足够的水平宽度并加软衬于边缘处，从而防止小观众被挤伤。这样看似简单的装置既不影响原有功能，又有效避免了小型展品的丢失或损坏。须注意的是：上述保护措施不太适合过小的展品，但适合于价值较高或较易损坏、厂家备件又不充足的小型展品。当然，若是展厅人流量不多、管理到位、备件充足的情况下，也可不加装透明罩，以使观众更方便地互动体验。

图3 透明罩防护

例4：某展品可让观众在台体上做电路实验，不同材料导体和非导体可分别装入到若干透明圆柱体中，观众可将圆柱体插入电路槽中观察其中灯泡的亮灭。该展品具有互动性，但圆柱体极易摔坏，笔者尝试设计成若干如下装置(见图4)，以完善上述设计结构。将所有的圆柱体固定在一个能转动的轮式结构上，圆柱体能绕轴转动，观众通过转动轮式结构上的圆柱体，分别接入实验电路。此方法既能实现原设计的功能要求，又能将互动的小展品固定在可旋转的结构中达到互动效果，而且还有引导观众操作的作用，增强了互动性和趣味性。若展品坚固耐摔且备件充足，可考虑不采用该种机构，而采用原来更简单随意的互动设计。

图4 轮式结构防护

(四) 运动副手动操作部分结构的设计

互动部分的运动副接触面，应尽量选择面与面接触的低副和较大接触面，以降低或减少接触面的压强和磨损。运动副的手动操作部分应采取小巧灵活的设计，尽量采用强度较高、质量远小于运动副固定部分的材料。

强度高、质量轻的两个要求看似矛盾，但随着科技的发展，新型材料不断涌现，兼顾成本，选择一些高强度且耐磨、质量小的材料还是可以实现的，这样既可使观众能灵活轻巧、不费力地操作展品，又减少了互动机构的磨损和冲击。

(五) 配件与展品连接方式设计

常设展厅的有些展品配置了眼镜、话筒、耳机等配件，在配件与展品连接方式的选择上，宜采用固定连接方式(见图5)，尽量不采用柔性连接。若有特殊需要必须采用柔性连接，展品中暴露在外的耳机线、数据线和控制线等配件应穿入蛇管内，以防止电缆挣脱和缠绕。

图5 固定连接

二、 操作体验型展品“互动”性设计的取舍

一般常设展厅中操作体验型互动类展品损坏率高，运行不稳定；反之，不容许动手参与的、只能观看的展品相对来说损坏率低，运行较稳定。那么，科技馆的绝大多数操作体验类的展品是否都有必要设计成“互动”展品？其“互动”设计的依据和意义是什么？

笔者认为：科技馆展品所强调的“互动”，是指在观众与展品的互动过程中，既要有观众向展品传递“信息”和“变化”的过程，也要让观众感受到展品向观众传递“信息”和“变化”带来的体验，这个过程是交互的。以“自己拉自己”展品为例，观众在施力的过程中，能感受到由于自身重量所传递过来的反作用力，同时不同体重的作用力是不同的。如果仅有观众单向向展品传递信息的过程，而展品演示过程的变化不受观众施力变化的控制，或者观众感受不到来自展品“传递”的信息，即没有“互动”关联，可以说此类互动对于展览教育和观众理解展示内容没有实质性意义。例如，某展品操作体验部分是一个推杆，观众只要施力将推杆从A点推动到B点，触碰机构内部限位开关，即可启动沙盘上的小车。实际上，观众在从A点到B点施力过程中，施力的大小和速度的变化对小车运动没有任何影响，仅是发出一个启动信号而已，同时小车的运动变化等信息也没有通过操作机构反馈给观众，这样的操作互动体验反而使观众过多关注于肢体互动本身，无暇顾及展示内容。既然如此，笔者认为此类“操作体验型互动设计”即使设计构思再精巧、再有趣，也宁可舍弃不用，不如简化设计成电钮启动展品。这样不仅使观众的注意力集中于展品的演示，还可提高展品运行稳定性。总之，操作体验型互动性设计是科技馆教育的手段，一切设计应为展览教育服务，是否要有“互动”设计，应根据具体情况确定。

三、 关于展品电气控制部分的稳定性设计问题

(一) 尽量选取通用性强的优质标准模块

展品电气系统设计制作中应本着简单化、模块化、标准化的设计原则，尽量选取通用性强、稳定性好、功能丰富、便于升级、市场成熟、符合国家技术标准的产品。目前市售的各种标准电气控制单元和系统功能模块种类丰富，功能强大，完全能满足一般性展品电气控制系统设计需求。而对于不具备较强研发实力和设计制作水平的厂家，不建议其自行设计系统、电路板或功能模块，以免因质量不可靠而影响设备运行稳定性，并给日后维护带来麻烦。比如，从工控核心控制单元设计选择来说，建议采用PLC控制技术及进口产品，以保证其稳定性。而对于欲采用单片机技术进行控制的厂家，则要认真考察其技术力量和研发能力，且对其产品及外围电路均要严格做出要求。有的科技馆为了系统的稳定性，干脆一律要求制作厂家所有的有功能需求的控制单元，均采用PLC控制，以确保其工作稳定性。

(二) 系统设计制作应依据标准施行

系统内部设备之间的信号通信和电缆联接应按照使用说明手册要求，使用标准电缆、通信接口、信号放大器等进行外部端口或接线端子的通信连接，应采用硬件支持和相关软件设计规范满足功能需求，应采用市售标准通用驱动器和负载产品，不要由展品制作厂家自行设计上述电路接入设备内部电路中(甚至将“飞线”直接接入内部电路板)，以免因自行设计电路的质量以及单元电路之间耦合匹配问题影响系统稳定性，给日后维护带来麻烦。总之电气系统部分宜采用标准化设计制作。

例5：有的厂家制作了一种含有UPS设备的开关机系统(包括一些自行设计的电路板)，原意是保障展厅在设备关机后，依靠UPS系统继续给电脑和投影仪供电，以使电脑和投影机自动关机，从而避免因彻底断电造成电脑出现故障。但是由于展品制作企业的设计水平参差不齐，这些自行设计的电路系统大部分难以保证其可靠性，运行一段时间后，很多此类展品无法自动开关机。

改进方案一：取消原自行设计的开关机电路系统，更换电脑传统硬盘为固态硬盘，并在电脑内设置自动定时开关机或采用标准定时开关替代原开关机系统。

改进方案二：有条件的场馆可采用集中控制系统，可靠高效地实现展厅所有多媒体设备开关管理。

四、 原型试验对提高展品稳定性的意义

由于创新展品本身缺少可参照的设计经验和有关试验数据，如果又缺少展品原型试验所得到的有关测试数据和设计经验，极易造成设计缺陷，导致日后展品运行过程中产生各种故障，甚至无法运行。为确保展品机械和电气部分的稳定运行，创新展品设计制作初期应先进行原型实验，以便能够及时发现原始设计缺陷和问题，预测展品在运行中可能出现的问题，据此不断修改和完善原设计，因此原型试验也是展品设计制作中很重要的环节。而对一些重要的标志性及设计复杂程度高的展品，还必须提高设计标准和要求，以提高展品日后运行稳定性和可靠性。

总之，科技馆要重视不断总结展品设计制作等方面的经验，可从注意观察展品运行中一些反复出现的问题入手，深入研究一些共性问题，加强与业内在研发设计制作等方面的技术交流，注重展品设计细节，发现问题后采取有效的技术措施加以解决，以确保展品安全稳定运行。

诚然，涉及到展品运行稳定性的因素很多，包括展品前期设计、材料、制作、工艺、装配和后期维护、保养及展厅管理等等方面，本文篇幅有限，不可能全部涉及，以上仅仅是在几个点上做了一定思考和探索。

[1]刘久凯.论多媒体技术在电工电子技术课程教学中的应用[J].电子制作,2013(4):97.

[2]蓝冬青.科技馆科普展品设计制作探讨[J].科普研究，2010(4):24.