謝藏鋒 岳偉晗 劉明成 謝宇航 張佳慧

(遼寧科技大學(xué)，遼寧 鞍山 114051)

1 關(guān)于極限理念

一切數(shù)學(xué)概念都來(lái)自社會(huì)實(shí)踐。來(lái)源于生活現(xiàn)實(shí)的思想火花被人們捕捉到以后，經(jīng)過(guò)提煉形成概念或理念，又經(jīng)過(guò)推理和使用，充實(shí)和拓展，不斷完善形成經(jīng)典的理論。毫無(wú)疑問(wèn)，追求極限是社會(huì)發(fā)展的產(chǎn)物。極限理念在生活中的應(yīng)用，是將具有數(shù)學(xué)感受的秩序、和諧、對(duì)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(yùn)動(dòng)為理念的設(shè)計(jì)，從遠(yuǎn)古的木履蓑衣到現(xiàn)代的高鐵、飛機(jī)，印證了人類在漫漫歷史長(zhǎng)河中的進(jìn)步與對(duì)速度的追求。在構(gòu)思過(guò)程中，充分考慮高速運(yùn)行的產(chǎn)品應(yīng)具有的特性，以及實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品高速運(yùn)行的相關(guān)方法，在設(shè)計(jì)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題，并給予優(yōu)化，使之達(dá)到合理的狀態(tài)。

例如自行車(chē)的設(shè)計(jì)。最原始的自行車(chē)，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(dòng)和保持平穩(wěn)，連上、下車(chē)都成了一個(gè)復(fù)雜又危險(xiǎn)的事情，這種產(chǎn)品顯然無(wú)法滿足高速行駛的基本條件。而賽級(jí)山地自行車(chē)，在訓(xùn)練有素的參賽選手的操控下，可達(dá)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(shè)計(jì)，行進(jìn)中符合空氣動(dòng)力學(xué)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(chē)最輕可低至2 kg，較低的自重可極大降低產(chǎn)品在運(yùn)行中對(duì)與地面的摩擦阻力。對(duì)于傳動(dòng)部分，鏈條與鏈輪配合準(zhǔn)確，可以輸出穩(wěn)定的傳動(dòng)比，潤(rùn)滑油在鏈條與鏈輪高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可在表面形成一層油膜，極大降低了傳動(dòng)阻力，前后輪的軸承采用耐磨復(fù)合材料制作，保證其使用壽命，以最小的傳動(dòng)效率損耗保證產(chǎn)品穩(wěn)定高速運(yùn)行。

3 基于極限理念的速度產(chǎn)品設(shè)計(jì)研究

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

我國(guó)正處于從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵時(shí)期，國(guó)家出臺(tái)一系列政策，支持和促進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展，如拖拉機(jī)、播種機(jī)、收割機(jī)械等。加快推進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化和農(nóng)機(jī)工業(yè)化發(fā)展，對(duì)于提高農(nóng)業(yè)裝備水平、改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件、增強(qiáng)農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力、拉動(dòng)農(nóng)村消費(fèi)需求等具有重要意義。

3.2 工程機(jī)械能力極限產(chǎn)品研究與發(fā)展

工程機(jī)械是裝備工業(yè)的重要組成部分，應(yīng)用于交通運(yùn)輸建設(shè)、起重裝卸作業(yè)和各種建筑工程所需的綜合性機(jī)械裝備，還應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑、城市建設(shè)、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域，如叉車(chē)、鏟土運(yùn)輸機(jī)械、壓實(shí)機(jī)械、混凝土機(jī)械等。

我國(guó)工程機(jī)械行業(yè)歷經(jīng)50多年的發(fā)展，具有相當(dāng)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(hào)的產(chǎn)品，基本能滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需求。工程機(jī)械設(shè)備的開(kāi)發(fā)，特別注重工程機(jī)械配套發(fā)動(dòng)機(jī)和關(guān)鍵零部件產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)調(diào)整，進(jìn)行升級(jí)和換代，實(shí)現(xiàn)不同的需求。

目前，自動(dòng)化的應(yīng)用，可編程序邏輯控制器(PLC)已廣泛應(yīng)用于起重行業(yè)各類設(shè)備中，相對(duì)傳統(tǒng)控制器，它具有功能強(qiáng)大、性價(jià)比高、硬件配套齊全、適應(yīng)性強(qiáng)、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、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(jī)械潛力極限產(chǎn)品設(shè)計(jì)研究

我國(guó)既是幅員遼闊的陸地國(guó)家，又是海洋國(guó)家，海洋與我國(guó)的生存和發(fā)展密不可分。 提高海洋資源開(kāi)發(fā)能力，發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)，保護(hù)海洋生態(tài)環(huán)境是共同的任務(wù)，海洋機(jī)械的發(fā)展相對(duì)陸地機(jī)械的發(fā)展較慢。海洋機(jī)械，主要是機(jī)械發(fā)動(dòng)機(jī)推動(dòng)的船只，多用鋼鐵制造，較少的是以人力踩踏木輪推進(jìn)，如公園娛樂(lè)船只，近代海洋機(jī)械是以蒸汽推動(dòng)為主和渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)構(gòu)成。在諸多船舶中，最常見(jiàn)的是鋼質(zhì)船、內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力船、螺旋槳推進(jìn)船等。輪船發(fā)展至今，戰(zhàn)略用船已經(jīng)越來(lái)越先進(jìn)，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(guān)系到人類命運(yùn)的全球性商業(yè)航運(yùn)。

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

3.4 速度產(chǎn)品改變上班族的生活

上班族通常都會(huì)有通勤需求，因?yàn)樗麄兇蠖喽家獜木幼〉牡胤絹?lái)往辦公地。在大城市，“通勤難”似乎成了當(dāng)代社會(huì)年輕人一個(gè)日益明顯的大問(wèn)題。隨著人們消費(fèi)水平的提高和現(xiàn)代社會(huì)快節(jié)奏的生活，私家車(chē)越來(lái)越多，對(duì)人們的日常出行帶來(lái)方便。公交車(chē)與私家車(chē)具有較高的行駛速度，能夠在較大程度上減少出行的時(shí)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(shí)段易堵車(chē)、停車(chē)位緊缺等問(wèn)題也是值得思考的。自行車(chē)在一定程度上緩解了上述問(wèn)題，是年輕人“輕出行”的一種方式，但由于其為人力驅(qū)動(dòng)，速度較低，體積大，不方便攜帶進(jìn)入地鐵和公交車(chē)。在《中國(guó)城市通勤研究報(bào)告》中顯示，排名第一的北京通勤車(chē)平均延時(shí)58 min，私家車(chē)停車(chē)難也居榜首。由此可見(jiàn)，開(kāi)發(fā)一款方便快捷、占地小、速度快的交通代步工具，對(duì)上班族來(lái)說(shuō)顯得極其重要。

在數(shù)字經(jīng)濟(jì)與共享經(jīng)濟(jì)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(yàn)。如何通過(guò)合理的設(shè)計(jì)，最大限度地發(fā)揮數(shù)字經(jīng)濟(jì)和共享經(jīng)濟(jì)的效果，基于智慧出行理念的城市共享代步工具設(shè)計(jì)具有很大的市場(chǎng)發(fā)展?jié)摿Α?/p>

3.5 娛樂(lè)速度產(chǎn)品設(shè)計(jì)研究

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

受到美國(guó)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(lǐng)域?yàn)榍腥朦c(diǎn)。對(duì)市場(chǎng)需求和經(jīng)濟(jì)價(jià)值進(jìn)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(jìn)傳統(tǒng)滑板的運(yùn)行模式，致力于出行快樂(lè)，從“娛樂(lè)玩具”轉(zhuǎn)變?yōu)椤靶滦涂鞓?lè)出行方式”。不僅是為了讓滑板愛(ài)好者擁有更多的選擇，更是減少社會(huì)資源浪費(fèi)以及對(duì)公共交通輕量便捷化做出貢獻(xiàn)。低價(jià)成本以及高效快捷的出行方式，擁有激起這一市場(chǎng)漣漪的極大可能性，擁有著一定數(shù)量的市場(chǎng)需求和巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值潛力。

3.6 基于極限理念的越野滑板設(shè)計(jì)分析

3.6.1 語(yǔ)義設(shè)計(jì)

光滑圓潤(rùn)的產(chǎn)品更具有所謂“速度感”、“流動(dòng)感”，例如海豚、鯨魚(yú)等海洋生物。從空氣動(dòng)力學(xué)、流體力學(xué)的角度去看，這種形狀在流體中行進(jìn)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(shè)計(jì)中，流線型的產(chǎn)品外觀設(shè)計(jì)依然在特定語(yǔ)義環(huán)境下有著較為廣泛的應(yīng)用。越野者急速滑板在外觀上采用流線型的設(shè)計(jì)語(yǔ)義，從視覺(jué)傳達(dá)上給人帶來(lái)一種速度感、流暢感。

3.6.2 曲面設(shè)計(jì)

在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)師較為關(guān)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(yīng)該嚴(yán)格使用高質(zhì)量的B樣條曲線來(lái)進(jìn)行繪制，曲線的階數(shù)(degree)和控制點(diǎn)(control points)數(shù)量具有嚴(yán)格的關(guān)系，當(dāng)控制點(diǎn)數(shù)量相比階數(shù)大于1時(shí)，樣條曲線呈現(xiàn)出相對(duì)“完美”的狀態(tài)；當(dāng)控制點(diǎn)數(shù)量相比階數(shù)大于2及以上時(shí)，樣條曲線上會(huì)產(chǎn)生節(jié)點(diǎn)(knot)，在節(jié)點(diǎn)處，曲線連續(xù)性下降，產(chǎn)生“不順暢”的視覺(jué)體驗(yàn)。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中繪制B樣條曲線應(yīng)避免出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)。同理在曲面設(shè)計(jì)中，原生NURBS分為U向和V向，在創(chuàng)建原生曲面時(shí)，應(yīng)注意U向和V向的曲面質(zhì)量，創(chuàng)建原生面通過(guò)曲面控制點(diǎn)調(diào)整曲面造型，利用樣條曲線限制曲面邊緣，以此設(shè)計(jì)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(xué)強(qiáng)度，保證滑板在承受一般人體重量后支架部分不會(huì)發(fā)生不合理形變，使得支架與軸承、PU等零件配合準(zhǔn)確，保證護(hù)板連接部分的機(jī)械性能與穩(wěn)定性。

4 結(jié)語(yǔ)

基于極限理念的速度產(chǎn)品，采用全新設(shè)計(jì)思想，以極限運(yùn)動(dòng)為核心，對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行改進(jìn)再創(chuàng)新，力求將平凡的產(chǎn)品做出極致體驗(yàn)，既提升速度與越野性，同時(shí)又保證使用者的安全，開(kāi)發(fā)更具時(shí)代意義，惠及大眾。