科技館展品展項機械結構的可靠性設計

展聰 王婕

(甘肅科技館 甘肅蘭州 730000)

隨著科技館展品數量的不斷增加，展品的故障率也隨著增加，極大地影響到科技館展品呈現效果。此類問題的產生，是由于科技館展品未能遵循特定設計標準進行，展品相較于工廠儀器和設備而言，在設計中需要多方考慮觀眾需求與后期維護是否便捷等因素，在此基礎上優化設計。科技館除了承擔日常科教職能以外，還有社會科普職能，因此對展品可靠性設計提出了更高層次的要求。為了保證展品可靠陳列，降低故障幾率，應積極優化改良，提升科技館展品展項機械結構可靠性設計，通過此種方式可以及時發現和解決設備故障問題，切實提升科技館展品機械結構合理性。

1 科技館展品分類和可靠性發展概況

1.1 展品分類

1.1.1 大型場景展品

科技館現代化發展下，大型場景展品較為常見，通過光、電、聲等科技手段，營造出身臨其境的環境，在直觀展示的同時，增強環境真實感和體驗感。例如：模擬創設地震房屋垮塌場景，緊緊圍繞防災減災的主題內容來布置一系列展品，增強展品與觀眾的互動性[1]。

1.1.2 體驗式展品

伴隨著虛擬現實技術、計算機等技術的推廣應用，科技館涌現出大量的體驗式展品，可以模擬情境進行展覽。例如：“體驗滑翔傘”展項，借助計算機技術、傳感器和風機設備支持，可以帶給觀眾十分逼真且真實的體驗，更加直觀地了解到滑翔傘的運動方式，受到觀眾的喜愛和支持。

1.1.3 操作性展品

操作性展品在科技館的展品中占比較大，多數在半數以上，即需要觀眾動手操作學習科學知識的展品，形式多樣、操作簡單，具有引導和教育的積極作用[2]。作為科技館的重要展品，操作性展品展覽是否穩定、可靠，將直接影響到展覽效果。

1.2 結構可靠性設計概況

科技館展品可靠性，是指在特定條件下和規定時間內規范執行規定的能力。可靠性展品可以為展教活動順利展開提供支持，促進科技館社會職能實現，在提升展覽效果同時，最大程度上減少科技館的人力、物力和財力的投入力度。展品可靠性表現在固有可靠性以及展品使用可靠性，前者是展品設計制作者保證其可靠性，后者是指展品使用維護可靠性。展品固有可靠性，主要包括展品可靠性設計、可靠性測試以及可靠性保持。可靠性設計強調展品設計階段，分析展品全生命周期可能出現的問題，通過可靠性分析，并遵循相應的標準優化設計，以此來提升展品可靠性。可靠性測試，是指展品研發階段對主要零部件和功能測試，確定其功能可靠性使用。可靠性保持，則是對展品原材料采購、加工工藝等方面全方位控制，從而實現展品生產品質全面控制。

就展品可靠性要素來看，包括設計可靠性、易維修和耐久性幾方面，從展品設計、使用和維護各階段要求來優化設計。由于展品可靠性設計是一項系統工程，應該立足于展品全生命周期進行可靠性問題研究分析，并提出合理化的展品可靠性方法，以此來提升展品可靠性設計合理性[3]。

科技館展品展現相較于常規儀器設備而言，更多的是注重引導觀眾親身參與和感受，在觀察、思考和操作過程中獲得有效的科學教育，高效學習科學知識。所以，應該正確看待展品展項機械結構可靠性設計的重要性，積極引入新技術和新理念來提升機械結構可靠性，有助于減少機械結構故障幾率，保證展品展項正常展覽呈現[4]。

2 科技館展品展項的特點和現狀

科技館展品類型多樣，包含歷史、文化、科技、地理、天文、醫學、生物等領域。隨著科技館建設規模不斷擴大，大量高技術人才也在積極參與到科技館展品展項設計中，在帶來先進技術，促使展品展項功能多樣化的同時，展品展項的故障幾率也隨之增加。因此，科技館展品展項故障發生概率將會伴隨著結構復雜化而逐漸增加。

科技館的展品展項相較于常規意義上的儀器設備而言存在很大的差異，常規儀器設備經過系統、專業培訓的人員負責操控，操作流程嚴謹。而科普展品多是觀眾動手觀察、操作，在活躍思維過程中學習科學知識，以此來宣傳科學知識，滿足群眾的求知欲。部分觀眾好奇心強烈，對并未公開展示的發射裝置、接受裝置、傳感器等隱藏裝置，有著極強的探究欲望。另外，科技館需要面向廣大學生和觀眾，如果秩序混亂，可能出現損壞展品展項的情況，帶來不必要的損耗，增加后期維護成本。

展品展項維護方面，科技館需要投入大量的資金和人力，但維護人員工作壓力較大，實際工作中可能存在敷衍了事，維護不到位的情況，影響到展品展項的正常展覽呈現。

3 科技館展品展項機械結構可靠性設計中的問題

科技館展品展項機械結構可靠性設計系統性較強，其中包含了諸多內容，需要綜合考量產品展出效果全方位設計。但實際上，科技館展品展項機械結構設計中還存在很多的不足，設計效果不理想，具體問題如下。

3.1 過分拘泥于展覽效果

科技館的展品類型逐漸多樣化，不同展品的展覽要求不同，但部分科技館過分拘泥于展覽效果，卻很少關注展覽機械性能提升。盡管科技館之間彼此競爭較為激烈，提升展品觀賞性無可厚非，但僅僅關注展示效果，卻忽視了機械性能設計，則背離了展品設計本質目標[5]。例如：某科技館在開放后，展覽的動車組模擬運行設備運行鏈接傳動軸現場工作原理與宣傳不符。對于這一問題，被媒體爆出后，科技館迫于壓力向公眾致歉。通過這一事件可以了解到，科技館虛假宣傳來吸引觀眾，不僅無法起到宣傳科學知識，還會產生誤導，形成錯誤的觀念認知，極大地影響到科技館整體形象。

3.2 展品展項機械性能不理想

對部分科技館而言，展品展項機械性能和結構即便具有較強的適應性價值，但由于科技館人員理念滯后，思維呆板，展品展項具體展覽中僅僅是突出了機械性能運行特色，卻很少針對性地進行機械結構可靠性設計。此種情況下，不僅無法吸引更多觀眾，展品展項的機械性能也無法得到觀眾的認可。例如：某科技館展示了一套展示機械性能的設備，即便機械設備性能發揮突出，并對機械動能效果有效評價，但實際上設備運行簡單，造型和傳統設備并無二致，因此難以有效地吸引觀眾參與，展覽效果不理想[6]。后續改造中，技術人員應該提取機械設備結構原理，設計和制作模擬傳動桿裝置，在得到認可后推廣。

3.3 缺乏完善的設計標準與審核機制

科技館展品展項機械結構設計中，需要遵循相應的設計標準與審計機制，但受限于諸多因素影響，存在很大的欠缺和不足。科技館的多數展品展項是非標準設備，機械結構設計多是結合設計師自身經驗和閱歷進行。展品展項機械結構設計中，很少進行疲勞性和破壞性實驗，不可避免地弱化了后期展品展項機械結構可靠性能。與此同時，展品展項機械結構型設計缺乏嚴謹、合理的審核機制，這就導致很多科技館在展品展項選擇方面，致力于選擇更具創新性的展品，力求彰顯科技館展品特色。在展品展項機械結構可靠性設計方面，多是一次性完成，缺少專人負責設計圖紙質量審核，盲目加工制作，此種情況下可能會為設備安全穩定運行埋下隱患[7]。

3.4 片面追求高新技術表現形式

科技館展品展項機械結構設計中，由于配套設計審核機制不完善的情況，可能存在片面追求高新技術表現形式。在展品選擇方面過分關注唯一性展品，很多展品展項設計中均是一次成型。機械結構設計人員設計的圖紙并未接受專業機構審核，盲目生產和制作，不可避免地為展品展項可靠性埋下隱患。對于科技館展品展項機械結構可靠性設計，并非盲目引進高新技術即可。例如：模擬駕駛展項的方向盤與轉向機構連接件設計中，為了提升舒適度，選擇新型鋁合金一次成型柔性彈簧充當連接件。即便操作過程較為舒適，但操作者用力過猛可能導致連接件損壞，造成不必要的資源損耗，背離展品機械結構可靠性設計要求。

4 科技館展品展項機械結構可靠性設計

科技館展品展項機械結構可靠性，是指在特定情況下，無故障執行特定功能的能力，支持科技館展教活動展開。在展品展項機械結構可靠性設計中，要綜合考量全生命周期可能出現的問題，遵循合理標準進行可靠性分析和設計。具體設計要點如下。

4.1 展品展項機械結構零部件標準化

4.1.1 通用操作部件

在展品展項機械結構中，有很多的通用操作部件，如多檔旋鈕部件、手輪等部件，零件材料、規格型號和站臺安裝方式等內容均應該遵循統一合理的標準，在后續故障處理時便于檢修和維護。推桿在設計合理基礎上配備專門的防夾手結構，避免安全事故出現[8]。遙感和按鈕等部件均可以直接采購，但由于市場上此類部件類型多樣，應綜合考量不同部件優勢特點，從中選擇最佳的部件，統一安裝使用。觸屏安裝機構和平板支撐旋轉機構，是展品和觀眾交互的主要機構，應該在設計中綜合考量俯仰角度調整要求，確保標準件選型、站臺安裝方式和零部件材料等內容遵循統一要求。

4.1.2 通用電氣部件標準化設計

選擇不同尺寸規格的通用電控柜，積極優化線路布局，并對電氣部件做出明確規定。科技館用電控板，可以滿足多數展品統一控制要求。展品的以太網通信、串口通信、輸入和輸出等統一要求。關于電氣控制各項功能，在統一的電氣控制程序模塊基礎上進一步開發，同時也要開發通用型的多媒體程序控制模塊，以此來滿足多數展品的互動功能需要。

4.1.3 通用傳動部件

科技館展品互動功能設計，在常見的輸入和輸出基礎上，進一步增加中間傳動環節，進行標準化和通用化設計。所有部件均采用常用標準機械零部件進行，結合負載情況、傳動距離、使用環境以及維修便捷等多方面要求綜合設計。

4.1.4 設備安裝部件

設備安裝部件展臺的選擇至關重要，是展品展覽的基礎前提，形式多樣，需要在前提設計中確定相關參數規格。展臺高度參數選擇中，面向成人與兒童確定不同的展臺高度；便于后續維修，維修空間尺寸盡量大，選擇統一鎖扣、鉸鏈；文字字體和高度統一，做好表面處理。顯示屏采用固定的顯示器和電視，結構設計、防護措施和選擇的材料方面規定統一。外掛設備配備專門的支架結構，用于滿足后續設備安裝，如投影機設備，但是投影機設備的選購要充分市場調查，結合科技館展廳特性，做好防撞、防塵等安全防護工作。通過拴上保險繩，避免設備墜落誘發安全事故，保障人員人身安全。對于圖文版音箱部件，契合實際情況設計便于更換的圖文版結構，集成整合到展臺上。在展臺內部配備導軌式抽拉平臺，所需要的傳動部件、電控柜、工控機等均集成在平臺上，在后續維修中只需要拉出即可，不需要人員進入內部維修，提升維修成效。

4.1.5 安全防護部件

展品外部防護部件的選擇，同樣要遵循統一標準和要求，包括材料、同期與散熱孔、黏結工藝、與戰天連接方式等。依據不同場所來設計不同的圍欄結構，具體有維持參觀秩序和展品安全防護兩種圍欄。對于前者，依據空間布局自行設計，保證強度符合要求同時，起到引導參觀路線的積極作用；后者圍欄則是遵循國家標準進行設計，保證展品和人員安全。圍欄可以采用鋼化玻璃，在不影響觀看展品的同時，還可以保障圍欄強度，依據實際需要選擇單塊玻璃或是帶夾層鋼化玻璃。另外，為了便于后續維護，可以優化設計安全玻璃夾持結構，遵循統一標準、統一安裝，全方位保障鋼化玻璃圍欄的安全性。為了保證機械結構實用性和可靠性，應該市場調查選擇高資質的設備生產廠商，建立長期合作關系，同時為后續維護工作提供支持。抽象性科技館展品展項要保證結構穩定性，如果展品過于理論性和抽象性，可能導致公眾不了解其具體用途。所以，同機械設備生產商建立合作關系，幫助公眾了解機械設備在實際生活中的應用方向，展現機械結構原理，加深機械性能理解和掌握。

4.2 機械結構耐環境設計

外部環境因素對科技館展品展項機械結構可靠性影響較大，由于展品展項工作時間長，每天在8 h以上；不同地區氣候條件存在建筑差異，溫差大；各項展品展項性能不盡相同，對一些用電展品功率較大，對電網穩定運行則會產生不良影響；內部部分展品可能會涉及用水，因此附近空氣相對濕度較大，可能會侵蝕機械結構，增加故障發生概率，使用壽命大大縮短。所以，機械結構可靠性設計中，需要高度重視環境因素考量，優化設計提前預防，確保機械結構工作穩定、安全。

4.3 加強破壞、故障預防設計

科技館展品展項多樣，在前期設計階段，應該綜合考量設計要點，做好前期的破壞性操作設計和故障預防設計。展品展項的操作部分和傳動部分故障概率高，對觀眾可以接觸的區域，都可能發生磨損、破壞。所以，前期設計中重點做好此類區域承受破壞性操作設計，降低后期故障可能性。科技館的展品設備長時間超負荷運行，加之后期的磨損、老化，導致設備發生故障概率較高。如果展出期間出現故障未能及時有效修復，將會影響到展品正常展覽。對此，為了規避此類問題，前期設計重要全方位考量，仔細審核，結合不同故障類型、位置和原因預防設計，通過此種方式，將后期發生故障概率降到最低，全方位保證科技館展品展項的正常展覽。

科技館應建立展品展項的標識提示系統，有效檢測展品拆卸安裝或是模塊故障問題。對零件安裝高度和方向，以及配合間隙、配對零件、電阻、數據流、電感等參數在零部件和接口附近有明確標識，對于重要位置有清晰、直觀的圖表展現。基于此種方式，便于現場故障檢修和維護，切實提升設備故障維修效率。另外，隨展品備件和工具要配備齊全，便于展品機械結構故障時可以第一時間維修或更換，減少故障帶來的負面影響。只有這樣，才能保證展品展項機械結構合理、穩定，提升科技館展品的展覽效果。

5 結語

綜上所述，面對新時期科技館的運營管理要求，應正確看待展品展項機械結構可靠性設計。綜合分析可能出現的問題，積極引進先進技術，在關注機械結構觀賞性同時，更要關注結構的可靠性設計。只有保證機械結構可靠性，才能為后續展品展項的正常展出提供保障，降低故障發生概率，促進科技館科普教育作用充分發揮。