基于極限理念的速度產品設計研究

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

一切數學概念都來自社會實踐。來源于生活現實的思想火花被人們捕捉到以后，經過提煉形成概念或理念，又經過推理和使用，充實和拓展，不斷完善形成經典的理論。毫無疑問，追求極限是社會發展的產物。極限理念在生活中的應用，是將具有數學感受的秩序、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 速度產品概述

速度產品的誕生，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。在構思過程中，充分考慮高速運行的產品應具有的特性，以及實現產品高速運行的相關方法，在設計實踐中發現問題、解決問題，并給予優化，使之達到合理的狀態。

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，形態很是夸張，不僅難以用力驅動和保持平穩，連上、下車都成了一個復雜又危險的事情，這種產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，可以輸出穩定的傳動比，潤滑油在鏈條與鏈輪高速轉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品穩定高速運行。

3 基于極限理念的速度產品設計研究

3.1 農業機械效率極限產品研究與發展

我國正處于從傳統農業向現代農業轉變的關鍵時期，國家出臺一系列政策，支持和促進農業機械化發展，如拖拉機、播種機、收割機械等。加快推進農業機械化和農機工業化發展，對于提高農業裝備水平、改善農業生產條件、增強農業綜合生產能力、拉動農村消費需求等具有重要意義。

3.2 工程機械能力極限產品研究與發展

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

我國工程機械行業歷經50多年的發展，具有相當規模和蓬勃發展活力，已形成18大類、4500多種規格型號的產品，基本能滿足國內市場的需求。工程機械設備的開發，特別注重工程機械配套發動機和關鍵零部件產品的結構調整，進行升級和換代，實現不同的需求。

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各類設備中，相對傳統控制器，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，系統的設計、安裝、調試等使用方便，維修工作量小、體積小、能耗低等優越性，具有良好發展前景。

3.3 海洋機械潛力極限產品設計研究

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展密不可分。 提高海洋資源開發能力，發展海洋經濟，保護海洋生態環境是共同的任務，海洋機械的發展相對陸地機械的發展較慢。海洋機械，主要是機械發動機推動的船只，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動機的動力系統構成。在諸多船舶中，最常見的是鋼質船、內燃機動力船、螺旋槳推進船等。輪船發展至今，戰略用船已經越來越先進，其中包括各類戰略艦船、巡洋艦等。現代化的輪船有客輪、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代社會快節奏的生活，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。

在數字經濟與共享經濟的刺激下，智慧出行讓許多用戶擁有了更為優質的出行體驗。如何通過合理的設計，最大限度地發揮數字經濟和共享經濟的效果，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展潛力。

3.5 娛樂速度產品設計研究

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，轉變為更多元化的出行，出租、巴士、地鐵、抑或者是這幾年迅速占領市場的共享出行經濟。調研顯示，整個出行方式的市場，擁有著巨大的發展潛力和變更迭代空間。

受到美國街頭文化的啟發與靈感，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滑板的運行模式，致力于出行快樂，從“娛樂玩具”轉變為“新型快樂出行方式”。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，擁有著一定數量的市場需求和巨大的經濟價值潛力。

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”。在現代產品設計中，流線型的產品外觀設計依然在特定語義環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

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

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定性。

4 結語

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