科技馆展品展项机械结构的可靠性设计

展聪 王婕

(甘肃科技馆 甘肃兰州 730000)

随着科技馆展品数量的不断增加，展品的故障率也随着增加，极大地影响到科技馆展品呈现效果。此类问题的产生，是由于科技馆展品未能遵循特定设计标准进行，展品相较于工厂仪器和设备而言，在设计中需要多方考虑观众需求与后期维护是否便捷等因素，在此基础上优化设计。科技馆除了承担日常科教职能以外，还有社会科普职能，因此对展品可靠性设计提出了更高层次的要求。为了保证展品可靠陈列，降低故障几率，应积极优化改良，提升科技馆展品展项机械结构可靠性设计，通过此种方式可以及时发现和解决设备故障问题，切实提升科技馆展品机械结构合理性。

1 科技馆展品分类和可靠性发展概况

1.1 展品分类

1.1.1 大型场景展品

科技馆现代化发展下，大型场景展品较为常见，通过光、电、声等科技手段，营造出身临其境的环境，在直观展示的同时，增强环境真实感和体验感。例如：模拟创设地震房屋垮塌场景，紧紧围绕防灾减灾的主题内容来布置一系列展品，增强展品与观众的互动性[1]。

1.1.2 体验式展品

伴随着虚拟现实技术、计算机等技术的推广应用，科技馆涌现出大量的体验式展品，可以模拟情境进行展览。例如：“体验滑翔伞”展项，借助计算机技术、传感器和风机设备支持，可以带给观众十分逼真且真实的体验，更加直观地了解到滑翔伞的运动方式，受到观众的喜爱和支持。

1.1.3 操作性展品

操作性展品在科技馆的展品中占比较大，多数在半数以上，即需要观众动手操作学习科学知识的展品，形式多样、操作简单，具有引导和教育的积极作用[2]。作为科技馆的重要展品，操作性展品展览是否稳定、可靠，将直接影响到展览效果。

1.2 结构可靠性设计概况

科技馆展品可靠性，是指在特定条件下和规定时间内规范执行规定的能力。可靠性展品可以为展教活动顺利展开提供支持，促进科技馆社会职能实现，在提升展览效果同时，最大程度上减少科技馆的人力、物力和财力的投入力度。展品可靠性表现在固有可靠性以及展品使用可靠性，前者是展品设计制作者保证其可靠性，后者是指展品使用维护可靠性。展品固有可靠性，主要包括展品可靠性设计、可靠性测试以及可靠性保持。可靠性设计强调展品设计阶段，分析展品全生命周期可能出现的问题，通过可靠性分析，并遵循相应的标准优化设计，以此来提升展品可靠性。可靠性测试，是指展品研发阶段对主要零部件和功能测试，确定其功能可靠性使用。可靠性保持，则是对展品原材料采购、加工工艺等方面全方位控制，从而实现展品生产品质全面控制。

就展品可靠性要素来看，包括设计可靠性、易维修和耐久性几方面，从展品设计、使用和维护各阶段要求来优化设计。由于展品可靠性设计是一项系统工程，应该立足于展品全生命周期进行可靠性问题研究分析，并提出合理化的展品可靠性方法，以此来提升展品可靠性设计合理性[3]。

科技馆展品展现相较于常规仪器设备而言，更多的是注重引导观众亲身参与和感受，在观察、思考和操作过程中获得有效的科学教育，高效学习科学知识。所以，应该正确看待展品展项机械结构可靠性设计的重要性，积极引入新技术和新理念来提升机械结构可靠性，有助于减少机械结构故障几率，保证展品展项正常展览呈现[4]。

2 科技馆展品展项的特点和现状

科技馆展品类型多样，包含历史、文化、科技、地理、天文、医学、生物等领域。随着科技馆建设规模不断扩大，大量高技术人才也在积极参与到科技馆展品展项设计中，在带来先进技术，促使展品展项功能多样化的同时，展品展项的故障几率也随之增加。因此，科技馆展品展项故障发生概率将会伴随着结构复杂化而逐渐增加。

科技馆的展品展项相较于常规意义上的仪器设备而言存在很大的差异，常规仪器设备经过系统、专业培训的人员负责操控，操作流程严谨。而科普展品多是观众动手观察、操作，在活跃思维过程中学习科学知识，以此来宣传科学知识，满足群众的求知欲。部分观众好奇心强烈，对并未公开展示的发射装置、接受装置、传感器等隐藏装置，有着极强的探究欲望。另外，科技馆需要面向广大学生和观众，如果秩序混乱，可能出现损坏展品展项的情况，带来不必要的损耗，增加后期维护成本。

展品展项维护方面，科技馆需要投入大量的资金和人力，但维护人员工作压力较大，实际工作中可能存在敷衍了事，维护不到位的情况，影响到展品展项的正常展览呈现。

3 科技馆展品展项机械结构可靠性设计中的问题

科技馆展品展项机械结构可靠性设计系统性较强，其中包含了诸多内容，需要综合考量产品展出效果全方位设计。但实际上，科技馆展品展项机械结构设计中还存在很多的不足，设计效果不理想，具体问题如下。

3.1 过分拘泥于展览效果

科技馆的展品类型逐渐多样化，不同展品的展览要求不同，但部分科技馆过分拘泥于展览效果，却很少关注展览机械性能提升。尽管科技馆之间彼此竞争较为激烈，提升展品观赏性无可厚非，但仅仅关注展示效果，却忽视了机械性能设计，则背离了展品设计本质目标[5]。例如：某科技馆在开放后，展览的动车组模拟运行设备运行链接传动轴现场工作原理与宣传不符。对于这一问题，被媒体爆出后，科技馆迫于压力向公众致歉。通过这一事件可以了解到，科技馆虚假宣传来吸引观众，不仅无法起到宣传科学知识，还会产生误导，形成错误的观念认知，极大地影响到科技馆整体形象。

3.2 展品展项机械性能不理想

对部分科技馆而言，展品展项机械性能和结构即便具有较强的适应性价值，但由于科技馆人员理念滞后，思维呆板，展品展项具体展览中仅仅是突出了机械性能运行特色，却很少针对性地进行机械结构可靠性设计。此种情况下，不仅无法吸引更多观众，展品展项的机械性能也无法得到观众的认可。例如：某科技馆展示了一套展示机械性能的设备，即便机械设备性能发挥突出，并对机械动能效果有效评价，但实际上设备运行简单，造型和传统设备并无二致，因此难以有效地吸引观众参与，展览效果不理想[6]。后续改造中，技术人员应该提取机械设备结构原理，设计和制作模拟传动杆装置，在得到认可后推广。

3.3 缺乏完善的设计标准与审核机制

科技馆展品展项机械结构设计中，需要遵循相应的设计标准与审计机制，但受限于诸多因素影响，存在很大的欠缺和不足。科技馆的多数展品展项是非标准设备，机械结构设计多是结合设计师自身经验和阅历进行。展品展项机械结构设计中，很少进行疲劳性和破坏性实验，不可避免地弱化了后期展品展项机械结构可靠性能。与此同时，展品展项机械结构型设计缺乏严谨、合理的审核机制，这就导致很多科技馆在展品展项选择方面，致力于选择更具创新性的展品，力求彰显科技馆展品特色。在展品展项机械结构可靠性设计方面，多是一次性完成，缺少专人负责设计图纸质量审核，盲目加工制作，此种情况下可能会为设备安全稳定运行埋下隐患[7]。

3.4 片面追求高新技术表现形式

科技馆展品展项机械结构设计中，由于配套设计审核机制不完善的情况，可能存在片面追求高新技术表现形式。在展品选择方面过分关注唯一性展品，很多展品展项设计中均是一次成型。机械结构设计人员设计的图纸并未接受专业机构审核，盲目生产和制作，不可避免地为展品展项可靠性埋下隐患。对于科技馆展品展项机械结构可靠性设计，并非盲目引进高新技术即可。例如：模拟驾驶展项的方向盘与转向机构连接件设计中，为了提升舒适度，选择新型铝合金一次成型柔性弹簧充当连接件。即便操作过程较为舒适，但操作者用力过猛可能导致连接件损坏，造成不必要的资源损耗，背离展品机械结构可靠性设计要求。

4 科技馆展品展项机械结构可靠性设计

科技馆展品展项机械结构可靠性，是指在特定情况下，无故障执行特定功能的能力，支持科技馆展教活动展开。在展品展项机械结构可靠性设计中，要综合考量全生命周期可能出现的问题，遵循合理标准进行可靠性分析和设计。具体设计要点如下。

4.1 展品展项机械结构零部件标准化

4.1.1 通用操作部件

在展品展项机械结构中，有很多的通用操作部件，如多档旋钮部件、手轮等部件，零件材料、规格型号和站台安装方式等内容均应该遵循统一合理的标准，在后续故障处理时便于检修和维护。推杆在设计合理基础上配备专门的防夹手结构，避免安全事故出现[8]。遥感和按钮等部件均可以直接采购，但由于市场上此类部件类型多样，应综合考量不同部件优势特点，从中选择最佳的部件，统一安装使用。触屏安装机构和平板支撑旋转机构，是展品和观众交互的主要机构，应该在设计中综合考量俯仰角度调整要求，确保标准件选型、站台安装方式和零部件材料等内容遵循统一要求。

4.1.2 通用电气部件标准化设计

选择不同尺寸规格的通用电控柜，积极优化线路布局，并对电气部件做出明确规定。科技馆用电控板，可以满足多数展品统一控制要求。展品的以太网通信、串口通信、输入和输出等统一要求。关于电气控制各项功能，在统一的电气控制程序模块基础上进一步开发，同时也要开发通用型的多媒体程序控制模块，以此来满足多数展品的互动功能需要。

4.1.3 通用传动部件

科技馆展品互动功能设计，在常见的输入和输出基础上，进一步增加中间传动环节，进行标准化和通用化设计。所有部件均采用常用标准机械零部件进行，结合负载情况、传动距离、使用环境以及维修便捷等多方面要求综合设计。

4.1.4 设备安装部件

设备安装部件展台的选择至关重要，是展品展览的基础前提，形式多样，需要在前提设计中确定相关参数规格。展台高度参数选择中，面向成人与儿童确定不同的展台高度；便于后续维修，维修空间尺寸尽量大，选择统一锁扣、铰链；文字字体和高度统一，做好表面处理。显示屏采用固定的显示器和电视，结构设计、防护措施和选择的材料方面规定统一。外挂设备配备专门的支架结构，用于满足后续设备安装，如投影机设备，但是投影机设备的选购要充分市场调查，结合科技馆展厅特性，做好防撞、防尘等安全防护工作。通过拴上保险绳，避免设备坠落诱发安全事故，保障人员人身安全。对于图文版音箱部件，契合实际情况设计便于更换的图文版结构，集成整合到展台上。在展台内部配备导轨式抽拉平台，所需要的传动部件、电控柜、工控机等均集成在平台上，在后续维修中只需要拉出即可，不需要人员进入内部维修，提升维修成效。

4.1.5 安全防护部件

展品外部防护部件的选择，同样要遵循统一标准和要求，包括材料、同期与散热孔、黏结工艺、与战天连接方式等。依据不同场所来设计不同的围栏结构，具体有维持参观秩序和展品安全防护两种围栏。对于前者，依据空间布局自行设计，保证强度符合要求同时，起到引导参观路线的积极作用；后者围栏则是遵循国家标准进行设计，保证展品和人员安全。围栏可以采用钢化玻璃，在不影响观看展品的同时，还可以保障围栏强度，依据实际需要选择单块玻璃或是带夹层钢化玻璃。另外，为了便于后续维护，可以优化设计安全玻璃夹持结构，遵循统一标准、统一安装，全方位保障钢化玻璃围栏的安全性。为了保证机械结构实用性和可靠性，应该市场调查选择高资质的设备生产厂商，建立长期合作关系，同时为后续维护工作提供支持。抽象性科技馆展品展项要保证结构稳定性，如果展品过于理论性和抽象性，可能导致公众不了解其具体用途。所以，同机械设备生产商建立合作关系，帮助公众了解机械设备在实际生活中的应用方向，展现机械结构原理，加深机械性能理解和掌握。

4.2 机械结构耐环境设计

外部环境因素对科技馆展品展项机械结构可靠性影响较大，由于展品展项工作时间长，每天在8 h以上；不同地区气候条件存在建筑差异，温差大；各项展品展项性能不尽相同，对一些用电展品功率较大，对电网稳定运行则会产生不良影响；内部部分展品可能会涉及用水，因此附近空气相对湿度较大，可能会侵蚀机械结构，增加故障发生概率，使用寿命大大缩短。所以，机械结构可靠性设计中，需要高度重视环境因素考量，优化设计提前预防，确保机械结构工作稳定、安全。

4.3 加强破坏、故障预防设计

科技馆展品展项多样，在前期设计阶段，应该综合考量设计要点，做好前期的破坏性操作设计和故障预防设计。展品展项的操作部分和传动部分故障概率高，对观众可以接触的区域，都可能发生磨损、破坏。所以，前期设计中重点做好此类区域承受破坏性操作设计，降低后期故障可能性。科技馆的展品设备长时间超负荷运行，加之后期的磨损、老化，导致设备发生故障概率较高。如果展出期间出现故障未能及时有效修复，将会影响到展品正常展览。对此，为了规避此类问题，前期设计重要全方位考量，仔细审核，结合不同故障类型、位置和原因预防设计，通过此种方式，将后期发生故障概率降到最低，全方位保证科技馆展品展项的正常展览。

科技馆应建立展品展项的标识提示系统，有效检测展品拆卸安装或是模块故障问题。对零件安装高度和方向，以及配合间隙、配对零件、电阻、数据流、电感等参数在零部件和接口附近有明确标识，对于重要位置有清晰、直观的图表展现。基于此种方式，便于现场故障检修和维护，切实提升设备故障维修效率。另外，随展品备件和工具要配备齐全，便于展品机械结构故障时可以第一时间维修或更换，减少故障带来的负面影响。只有这样，才能保证展品展项机械结构合理、稳定，提升科技馆展品的展览效果。

5 结语

综上所述，面对新时期科技馆的运营管理要求，应正确看待展品展项机械结构可靠性设计。综合分析可能出现的问题，积极引进先进技术，在关注机械结构观赏性同时，更要关注结构的可靠性设计。只有保证机械结构可靠性，才能为后续展品展项的正常展出提供保障，降低故障发生概率，促进科技馆科普教育作用充分发挥。