丁拱辰設(shè)計(jì)思想探析

占煒++李朔

一、丁拱辰及其設(shè)計(jì)思想概述

19世紀(jì)中葉，中國(guó)正面臨著深刻的社會(huì)變革，林則徐和魏源提出“師夷長(zhǎng)技以制夷”的思想，主張大力學(xué)習(xí)和引進(jìn)西方現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)以應(yīng)對(duì)西方資本主義勢(shì)力在中國(guó)的侵略擴(kuò)張。在這樣的背景下，那些有機(jī)會(huì)接觸西方科學(xué)技術(shù)的知識(shí)分子開(kāi)始介紹西方軍工、船舶、機(jī)械等知識(shí)，并進(jìn)行仿制設(shè)計(jì)，這可以說(shuō)是我國(guó)現(xiàn)代設(shè)計(jì)的開(kāi)端，而丁拱辰就是其中身先士卒的踐行者。丁拱辰（1800-1875），福建晉江人，字淑原，號(hào)星南。鴉片戰(zhàn)爭(zhēng)爆發(fā)后，目睹我國(guó)武器設(shè)備落后的被動(dòng)挨打局面，為加快我國(guó)武器發(fā)展進(jìn)程，有豐富出國(guó)游學(xué)經(jīng)歷的丁拱辰夜以繼日地整理、繪制他所積累的西式武器資料，編著成《演炮圖說(shuō)》一書(shū)，闡述各種火炮的設(shè)計(jì)、裝配、制造和應(yīng)用方法，并設(shè)計(jì)出點(diǎn)炮時(shí)用的象限儀。1849年，丁拱辰赴桂林從事各種類型的火炮、火箭、火噴筒等軍器的設(shè)計(jì)、制造工作，進(jìn)入這些軍備設(shè)施批量化制造的實(shí)踐階段，并在此基礎(chǔ)上先后寫(xiě)出《演炮圖說(shuō)后編》和《增補(bǔ)則克錄》兩部著作。洋務(wù)運(yùn)動(dòng)興起后，丁拱辰編著了12萬(wàn)字的《西洋軍火圖編》，系統(tǒng)論述了西式武器的設(shè)計(jì)、制造和使用的方法。丁拱辰在此期間還與人合作設(shè)計(jì)出火車和火輪船方案，并用銅材制造出小樣模型，為后續(xù)徐壽等人的戰(zhàn)船設(shè)計(jì)和研發(fā)奠定了一定基礎(chǔ)。丁拱辰著作的主要內(nèi)容包括：各種西式火炮、輪船、火藥、炮彈的仿制、設(shè)計(jì)、鑄造的方法與應(yīng)用；炮位的設(shè)計(jì)和安置方法；準(zhǔn)確測(cè)量各種火炮演放遠(yuǎn)近高低的方法；各種火炮類型、使用的說(shuō)明；火炮附加的滑車、炮架的設(shè)計(jì)和使用方法；面對(duì)不同自然環(huán)境的炮臺(tái)、炮位依勢(shì)而變的設(shè)計(jì)、制造和使用；演放火炮時(shí)的各種注意事項(xiàng)的圖解說(shuō)明。丁拱辰的著述中大量采用圖標(biāo)、圖表等圖示配合文字加以說(shuō)明，圖文并茂，有效促進(jìn)了設(shè)計(jì)方案的推廣和應(yīng)用。丁拱辰在仿制、設(shè)計(jì)、試制、推廣火炮、輪船的過(guò)程中，體現(xiàn)出了卓越的現(xiàn)代設(shè)計(jì)思想：1.在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中“先算后鑄”，將設(shè)計(jì)行為從生產(chǎn)活動(dòng)中分離出來(lái)，形成一種獨(dú)立職能，在意識(shí)和實(shí)踐上有效促進(jìn)了武器裝備領(lǐng)域從傳統(tǒng)手工業(yè)向現(xiàn)代工業(yè)的轉(zhuǎn)型，為武器裝備的大規(guī)模批量生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。2.從仿制火炮開(kāi)始，通過(guò)產(chǎn)品使用方式、使用環(huán)境等綜合分析，在仿制的基礎(chǔ)上開(kāi)始對(duì)產(chǎn)品局部功能展開(kāi)改良創(chuàng)新，同時(shí)也在火船、火輪車等產(chǎn)品上開(kāi)展概念創(chuàng)新，并試制出小型樣機(jī)論證設(shè)計(jì)的合理性。3.在產(chǎn)品研制過(guò)程中，開(kāi)始利用實(shí)驗(yàn)、實(shí)證等科學(xué)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，在產(chǎn)品尺度、工藝、材料等方面制定嚴(yán)謹(jǐn)?shù)囊?guī)范，使產(chǎn)品制造有“法”可依。4.在綜合協(xié)調(diào)產(chǎn)品內(nèi)部、外部多種因素的過(guò)程中體現(xiàn)出較為系統(tǒng)的設(shè)計(jì)觀念。

二、從仿制設(shè)計(jì)到創(chuàng)新設(shè)計(jì)

仿制是通過(guò)分析和測(cè)繪已有產(chǎn)品的詳細(xì)結(jié)構(gòu)和使用方式， 進(jìn)而獲得相同或加以改進(jìn)形態(tài)功能的產(chǎn)品或體系的設(shè)計(jì)過(guò)程。仿制也是一種設(shè)計(jì)，往往是一個(gè)國(guó)家和地區(qū)設(shè)計(jì)初始時(shí)的常用方式，可快速實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的追趕。丁拱辰在意識(shí)到本土武器、戰(zhàn)船落后于西方之后，首先做的就是將所積累的西式武器詳加考證，“涉海諸邦，所至留心炮法，其于各島炮式、船制，習(xí)聞習(xí)見(jiàn)，隨在彈心講求”，之后便用簡(jiǎn)明的圖形形式表達(dá)出加工方法、安裝程序、使用過(guò)程等信息。丁拱辰《演炮圖說(shuō)輯要》中的《西洋火輪車火輪船圖說(shuō)》是我國(guó)最早介紹蒸汽機(jī)、火車和輪船設(shè)計(jì)和制造的文章，所附的“火輪船圖”是我國(guó)最早的蒸氣動(dòng)力輪船仿制加工圖式。

然而，這種看似簡(jiǎn)單的仿制設(shè)計(jì)卻透露出了丁拱辰被動(dòng)創(chuàng)新的歷程。當(dāng)時(shí)滿清駐德公使許景澄對(duì)西方武器、船舶的仿制曾有“子藥皆秘法，難仿”的無(wú)奈，可以設(shè)想丁拱辰要以一個(gè)普通中國(guó)商人的身份在西方國(guó)家探索火器制造的詳細(xì)信息是何等困難。丁拱辰在了解了武器、船舶的碎片化信息之后，對(duì)西方設(shè)計(jì)的邏輯和方法詳加揣摩，找出了西方“必合勾股”等設(shè)計(jì)邏輯，并“引類相推，細(xì)心揣摩，摘試諸法”，在通過(guò)演算、推論之后，逐步完善西方各種武器、船舶設(shè)計(jì)制造的方法。因此，丁拱辰在仿制火炮、貨船的過(guò)程中自然融入了自身的創(chuàng)新，使物品設(shè)計(jì)、制造、使用趨于合理化。在從仿制到創(chuàng)新的設(shè)計(jì)發(fā)展過(guò)程中，丁拱辰還善于發(fā)現(xiàn)物品在使用過(guò)程中的問(wèn)題并加以改善而實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新。例如，為方便火炮的遷移以及使用過(guò)程中的方位、角度的調(diào)整，丁拱辰為火炮設(shè)計(jì)了一種巧妙的滑車絞架以配合使用，這種絞架靈巧、結(jié)實(shí)，使火炮的操縱推換都極為靈便，大大提高了火炮的戰(zhàn)斗力。丁拱辰在對(duì)輪船、火輪車進(jìn)行研究分析后繪出有關(guān)的設(shè)計(jì)圖樣，對(duì)機(jī)具在船身的位置和裝備方式做多種嘗試，并制作了樣機(jī)模型。這批輪船模型的結(jié)構(gòu)為明輪式，放在河內(nèi)試驗(yàn)行駛頗快，且功能較為完備。此外，丁拱辰還設(shè)計(jì)并制作了一輛鍋爐和機(jī)身都是銅制的“小火車”模型，這輛車以蒸汽為動(dòng)力，長(zhǎng)一尺九寸，寬二寸，可載重三十斤。限于當(dāng)時(shí)的加工和工藝水平，雖未制造出實(shí)用的火車和輪船，然而“雖小大之殊觀， 亦效法之初基”，且丁拱辰對(duì)這種并不能快速實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)說(shuō)道：“星南之意，不只切合一時(shí)之需，厚望于智者之發(fā)蒙啟懼，作有所深造焉。”對(duì)于超越時(shí)代設(shè)計(jì)的積極嘗試體現(xiàn)出了其長(zhǎng)遠(yuǎn)的目光以及“可持續(xù)”的創(chuàng)新設(shè)計(jì)觀念。

三、從經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)到科學(xué)設(shè)計(jì)

我國(guó)封建社會(huì)重政務(wù)、好思辨、輕工商、斥技藝的社會(huì)主導(dǎo)意識(shí)使得設(shè)計(jì)活動(dòng)長(zhǎng)期融于感覺(jué)、經(jīng)驗(yàn)和悟性的錘煉之中。這種社會(huì)意識(shí)形態(tài)極大限制了自然科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，阻礙了人們利用實(shí)驗(yàn)、實(shí)證等科學(xué)方法去解決問(wèn)題和開(kāi)展創(chuàng)新設(shè)計(jì)，這被認(rèn)為是中國(guó)現(xiàn)代設(shè)計(jì)發(fā)展在思想觀念中的最大障礙。19世紀(jì)中期西方列強(qiáng)的入侵也間接帶來(lái)了他們的科學(xué)研究意識(shí)和方法，人們不僅開(kāi)始重視科學(xué)技術(shù)，并且開(kāi)始將西方科學(xué)研究方法應(yīng)用到造物設(shè)計(jì)中，中國(guó)開(kāi)始走向引進(jìn)——仿制——消化——融匯——?jiǎng)?chuàng)新的被動(dòng)現(xiàn)代化道路。丁拱辰有豐富的國(guó)外游歷和經(jīng)商經(jīng)歷，耳濡目染，受西方實(shí)證研究方法影響頗深。他認(rèn)為“鑄炮之法，首在鍛煉之功，而圍徑之大小長(zhǎng)短，又須俱和算法”。丁拱辰在對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)和研制的過(guò)程中，體現(xiàn)出明顯的科學(xué)性、嚴(yán)謹(jǐn)性，力圖達(dá)到尺度精準(zhǔn)、裝配合理、操作規(guī)范。丁拱辰在設(shè)計(jì)器物時(shí)，對(duì)尺度的要求是極其嚴(yán)格的，在火炮的設(shè)計(jì)中，規(guī)范了多型號(hào)、不同大小的部件的尺寸，而且對(duì)其裝配位置也具體提出要求，所有部件皆需“配造合式”。例如，丁拱辰設(shè)計(jì)火炮的炮耳安置要“合宜”，安裝要不偏不倚，才能實(shí)現(xiàn)輕重平衡，達(dá)到“轟震可期穩(wěn)固”的效果，并提出了“合法”的操作過(guò)程。在如何實(shí)現(xiàn)“演炮”精準(zhǔn)定位的辦法上丁拱辰也費(fèi)勁心思，在游歷海外諸國(guó)期間，凡遇到精通數(shù)學(xué)的人，都會(huì)“輒為諮訪”，在演炮距離計(jì)算中最終引進(jìn)幾何數(shù)學(xué)的計(jì)算方法，“遵勾股，立表測(cè)影，期于必合”。數(shù)學(xué)方法的應(yīng)用是設(shè)計(jì)從經(jīng)驗(yàn)主義轉(zhuǎn)向科學(xué)化的重要體現(xiàn)。丁拱辰在此基礎(chǔ)上將不同標(biāo)準(zhǔn)和型號(hào)的火炮演放角度和發(fā)射距離的關(guān)系做科學(xué)化梳理和詳盡說(shuō)明，至此，在演炮中有了操作規(guī)范和參考標(biāo)準(zhǔn)，這種條理化的統(tǒng)計(jì)方法透射出了現(xiàn)代設(shè)計(jì)中對(duì)于物品使用的傳達(dá)理念。丁拱辰在火炮材料的選擇上，曾進(jìn)行多次反復(fù)實(shí)驗(yàn)得出了具有較好功效且廉價(jià)的鑄鐵的配比方案。因?yàn)殂~雖然具有較好的加工特性，且其材料特性更適合制作火炮，但丁拱辰認(rèn)為“鑄銅炮則工本甚巨，鑄鐵炮較為費(fèi)省”，建議鑄造鐵炮。在此指導(dǎo)思想下，進(jìn)而提出若煅煉鐵的方法得當(dāng)，使鐵能夠達(dá)到一定的“精純”，鐵炮也能達(dá)到銅炮的效果。丁拱辰隨即開(kāi)始尋找適合鑄炮的材料，后認(rèn)定“維粵省所產(chǎn)者為佳”，并經(jīng)多次試驗(yàn)論證原料的最佳配比方案，后終于得法：“新黑麻尖鍋鐵加至八成，取其堅(jiān)實(shí)，配以荒山新片鐵二成……，加工鍛煉鑄成，質(zhì)體內(nèi)外，一律光潤(rùn)”。此外，在加工工藝上，受限于當(dāng)時(shí)的鑄造技術(shù)，灌鑄的底部材料較為堅(jiān)硬，頂部較為疏松，丁拱辰提出“炮口朝上灌鑄”的加工規(guī)范，這種科學(xué)的方法可使炮尾堅(jiān)實(shí)，避免“炸裂之患”。

四、注重設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性

丁拱辰的設(shè)計(jì)實(shí)踐將設(shè)計(jì)行為從整體生產(chǎn)活動(dòng)中分離出，在對(duì)設(shè)計(jì)物進(jìn)行充分論證后開(kāi)始生產(chǎn)試制，有效降低產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)并提高開(kāi)發(fā)效率，這種產(chǎn)品開(kāi)發(fā)模式基本符合現(xiàn)代設(shè)計(jì)的特征。我們從丁拱辰崇尚科學(xué)研制、拓展創(chuàng)新維度的實(shí)踐中可以看到中國(guó)現(xiàn)代設(shè)計(jì)的雛形。丁拱辰在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中注重產(chǎn)品內(nèi)、外多元素的協(xié)調(diào)，表現(xiàn)出較系統(tǒng)的創(chuàng)新模式，具體表現(xiàn)在：從只關(guān)注產(chǎn)品設(shè)計(jì)到關(guān)注流程設(shè)計(jì)，從設(shè)計(jì)單一產(chǎn)品到設(shè)計(jì)系列化產(chǎn)品，從只關(guān)注產(chǎn)品的生產(chǎn)到關(guān)注產(chǎn)品的使用和傳播，從關(guān)注新產(chǎn)品創(chuàng)新到關(guān)注新老產(chǎn)品的協(xié)調(diào)創(chuàng)新，從關(guān)注產(chǎn)品本身拓展到關(guān)注產(chǎn)品與環(huán)境的協(xié)調(diào)。丁拱辰的系統(tǒng)性設(shè)計(jì)理念首先體現(xiàn)在對(duì)產(chǎn)品研制流程規(guī)范的制定上。丁拱辰強(qiáng)調(diào)在所有火炮制造過(guò)程中皆需要“先算后鑄”，即先設(shè)計(jì)規(guī)劃后制造生產(chǎn)。這是有別于手工業(yè)制造方式的現(xiàn)代化生產(chǎn)方式，這種模式使得大規(guī)模機(jī)械化制造成為可能。在完善單一火炮的設(shè)計(jì)后，丁拱辰注重多型號(hào)武器間的匹配和協(xié)同制造關(guān)系，通過(guò)綜合分析多型號(hào)的火炮尺寸關(guān)系，建立完善的火炮加工、裝配的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，建立系列化的產(chǎn)品族，并對(duì)不同型號(hào)產(chǎn)品相應(yīng)的操作細(xì)節(jié)和使用環(huán)境做充分說(shuō)明，有效提升了武器選擇的效率。丁拱辰特別重視產(chǎn)品使用方法的有效傳播。“擇其演炮要法，另擬圖說(shuō)數(shù)則，言簡(jiǎn)意賅，刊刻多張，懸掛炮臺(tái)”，利用圖形化的表達(dá)模式傳達(dá)操作方法以及使用規(guī)范，使駐守炮臺(tái)的司炮者，人人都能理解。丁拱辰在對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行改良創(chuàng)新后，也兼顧老產(chǎn)品的改造。例如在對(duì)炮圈進(jìn)行改良后，丁拱辰對(duì)“已成之炮”和“未鑄之炮”如何應(yīng)用這種改進(jìn)裝置有不同的方法和操作，并提出“夫制度制法，必當(dāng)因時(shí)變通，整理合度，以垂久遠(yuǎn)，似乎不必拘泥舊章也”。此外，丁拱辰還注重產(chǎn)品與使用環(huán)境的關(guān)系，分別介紹了“曲折炮臺(tái)”、“圓形炮臺(tái)”等不同形態(tài)炮臺(tái)的環(huán)境適應(yīng)性。

五、結(jié)語(yǔ) 近代中國(guó)特殊的國(guó)情導(dǎo)致其工業(yè)化道路較西方有巨大的差異，我們不能用西方現(xiàn)代設(shè)計(jì)的發(fā)展線索來(lái)理解中國(guó)設(shè)計(jì)的發(fā)展進(jìn)程，中國(guó)近代設(shè)計(jì)如何發(fā)端、如何演進(jìn)有其自身的特殊性。丁拱辰的設(shè)計(jì)是中國(guó)近代設(shè)計(jì)演進(jìn)旋律中不可或缺的音符，對(duì)丁拱辰設(shè)計(jì)思想的深度挖掘?qū)⒂兄谕晟浦袊?guó)近代設(shè)計(jì)歷史版圖的建構(gòu)。 （責(zé)任編輯：徐智本）