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论文案例分享-“护林助手”系列产品的创新与应用设计说明

2021-04-01 09:12:58

  一、设计概况

  (一)设计背景及意义

  2019年3月30日18时,四川省凉山发生森林火灾,着火点在海拔3800余米左右,地形复杂、坡陡谷深、交通及通讯不便,导致救火迟缓,难度系数高。

  2019年亚马逊雨林的火灾截止至8月19日,火灾爆发数量与2018年同期相比增长了83%,一共记录了超过7.2万起火灾。有专家指出,亚马逊雨林不同于一般的草原或是森林自然原因起火,而是人为造成的,当地人民为了开垦土地,砍伐了大量的树木,至此导致了当地气温升高,从而引发森林火灾。

  随着中国乃至世界经济建设的持续发展,近几年来,世界各地发生数起重大火灾,造成经济财产以及人员损失的惨痛教训。为此,各个地区的消防工作难度便增加了不少。火灾重在“灭小、灭早、灭初期”,可是往往都是火源点发现太晚,火势加大,从而加大了灭火的难度,为了破解这样的局面,公安部就“灭小、灭早、灭初期”而提出了“密集织网、广泛布点、联防联动、协同作战”的模式构想。

  就目前而言,我国消防产品生产企业数量虽多,但大部分集中度低规模小,产品单一,缺乏技术,从而国内真正有实力的消防企业更是屈指可数。

  二、市场调研

  (一)消防产品的现状及发展趋势

  目前,我国消防生产企业数量超过5000家,但是消防行业的集中度比较低,在全国,真正有实力,能够形成消防企业集团化、产品多样性的企业并没有多少,于消防行业内的能上市公司更是少之又少。大部分消防企业的产品是比较单一的,而且规模较小,在市场上的影响有限,缺乏品牌观念与消防产品生产的技术,在国内消防行业的产值能超过亿元的企业或是公司数量有限。

  根据前瞻产业研究院分析发布的《中国消防行业市场前瞻及投资战略规划分析报告》中的统计数据可以知道,消防行业的市场呈现一年比一年高速增长的态势,截止到2017年我国消防产品行业市场的规模增长突破3000亿元,达到了3008亿元,同比2016年的2700亿元增长了11.41%(如图2-1)。并且预计在未来几年内将会呈现出快速增长的态势(如图2-2)。当前,智慧消防已经成为整个消防产品行业的主流与风口,消防产业对于新技术的需求与依靠,也让众多科技企业加入智慧消防布局。

  (二)现有的消防产品及其特色

  海康机器人(如图2-3)

  海康大型消防无人机的适应性强,机动灵活、操作方便。在日常巡逻中可进行温度检测、火点定位,有助于森林消防人员进行消防指挥工作。海康机器人森林防火系统运用了无人机、温度成像仪、智能识别等技术,可通过火情监测、监控、无人机火点检测以及决策平台四位一体系统化,覆盖管理林区。

  电动消防巡逻车(如图2-4)

  这款电动消防巡逻车机动灵活、无污染、噪音小等特点。主要用于林区防火巡查,其行动速度快捷、维护费用低,比较适用于平原地区的林区或者道路便捷的林区,这样一来,许多民众就会看见,从而得到了宣传也让民众了解消防、关注消防、参与消防。

  三、设计主题、目标

  (一)设计主题

  如今经济飞速发展,自然环境却受到威胁,而环境不仅是经济发展的物质基础,更是人类赖以生存的必要条件,所以,自然环境与经济发展的关系是对立统一的,人们在发展经济的同时也要解决环境的问题,为环境提供更多的物质条件。

  利用现代科技智慧,让科技与消防联动起来,实现万物互联的发展,对自然环境进行织网、布点、联防联动、协同作战,形成科技+智慧的消防方式,降低消防工作的难度,保障人们的生命与财产安全,使森林火灾及时发现,早日实现“灭小、灭早、灭初期”的需求。

  (二)设计目标

  根据“护林助手”系列产品的功能性需求,进行外观造型的创新设计,在功能上与信息技术相结合,从发现温度异常点到数据传输接收到灭火与检测,三者形成一个联动性,从而实现火灾预防的工作。以5G网络为纽带和基础,万物互联,加强产品检测与联动性,有效预防森林火灾的发生,形成线上和线下为一体的智慧森林消防系统。

  四、设计定位

  (一)风格定位

  1、造型结构

  在结构设计上,思考产品特殊使用环境和功能性,另外,在外观造型设计上,主要考虑产品的内部黑箱及其使用功能,所以,“护林助手”系列产品中,“智能眼”产品使用并安装在树干上,其外观造型主要仿生七星瓢虫的外观进行再设计(如图4-1);而产品“消防先锋”,由于此产品,在林间使用,需要灵活移动,所以其轮子的造型较大,防滑钉较突出,底盘较高。整体分析完后,本人针对这些产品的特性进行了前期草图绘制,再不断的选择与修改中,将红橘黑作为“智能眼”的主色调,醒目而易发现(如图4-2);另外,“消防先锋”需要一个储存站来存放和资源补给,所以其外观造型是由其功能决定的(如图4-3)。确定了基本方案后,再进一步对外观造型进行细节设计,不断的优化和改进。

  2、功能设计

  在“护林助手”系列产品中,“消防先锋”、“智能眼”、“储存站”三者形成一个联动性的系统。“智能眼”作为先行者警报器,其功能主要为发现温度异常点,进行火源点位置报告;“消防先锋”作为系统中的执行者,由于其特殊的环境,灵活的移动是其主要功能性,另外,还有实时影像的传输,接受命令与反馈,熄灭温度异常点,且检测是否温度正常;“储存站”作为森林防火系统的纽带,能接受终端命令,随时检测“消防先锋”的实时状态和资源补给,“储存站”的存在能快速有效组织森林火灾扑救工作,是“护林助手”系列产品中必不可少的保证。(如图4-4)

  3、材料运用

  “护林助手”系列产品的使用环境是在自然森林中,长期处于日晒雨淋的状态,所以在材料选择上需要耐性较高,化学稳定性较好的一些材料。综合各方面的需求,本人认为ABS材料比较适合本产品的材料特性需求,其ABS综合性能较好,化学稳定性较高,有高抗冲、高耐热、阻燃等特性,在流动性上稍逊于HIPS,且可与有机玻璃熔接,表面可进行电镀、喷漆处理。

  (二)使用人群定位

  由于本产品是针对于森林火灾消防的预防阶段,所以,它并不是针对所有消防人群的使用,仅用于管理森林以及森林消防的特殊人群使用,如森林消防队、林业局等与森林消防安全相关的人员与机构。

  (三)环境定位

  “护林助手”是一款适用于森林消防的产品,其旨在预防森林火灾的发生,所以它的环境定位主要在森林或者树林里面使用,有的森林由于面积太大,地面的巡逻人员不仅要耗费大量的时间与精力去巡逻,效率还不高,所以“护林助手”安装在森林里面,形成一个监控网,可以及时报告实时状态。

  五、设计创意及分析

  (一)作品创意分析

  践行“科技+智慧消防”理念

  智慧消防是一个综合性的火灾预防与控制平台,它所依靠的现代科技和通讯技术,是通过资源的共享、大数据等手段综合了各方面相关的力量,实现火灾预防与控制的社会化。

  智慧消防所运用物联网和大数据的手段,借助GPS、GIS、GSM,在火灾预防方面能够实现各个单位的自我管理、政府执法监督、实现社会共同参与的一个有机的融合;在火灾预防以及应急方面可以实现专业性的消防合理化布局、专业以及义务性消防力量的联动、等级层面指挥的上下贯通,在城市以及森林整体火灾预防控制方面做到“信息相通、指挥恰当、处理高效”。

  根据2017年所颁布的《公安部消防局2017年工作要点》,推进智慧消防,着力提高消防工作科技化、信息化水平,运用万物互联网、大数据技术而建立消防远程检测控制体系。

  (二)方案介绍

  对森林火灾及森林消防进行一定的调研后,很多火灾均源于发现不够及时,未做到“灭小、灭早、灭初期”的要求,导致大量的人员伤亡以及财产损失的重大教训。综上而言,本产品以“科技+智慧消防”作为产品的核心理念,对森林进行网格化布点,实时监测异常点,对终端系统进行传感器数据的报告,接收系统命令形成一个联动性,各个产品和系统各司其职却又互相联系,协同作战。每个产品之间的联系以达到最终形成一个能有效预防森林火灾发生的消防方式,以科技指挥,进行智慧消防。

  (三)方案制作

  1、制作过程

  建模渲染

  最终确定草图方案后,对产品进行模型制作的过程,用犀牛建模展示最终的3D实物效果图,确定产品大概的尺寸后开始建模,使得效果图中未体现的细节部分进行再优化和调整。模型成型后,更能清晰、真实的感受产品的比例。“护林助手”产品共由三个产品组成。最后,对每个产品进行渲染,赋予产品颜色及其材质,对每个产品的各个角度进行再渲染(如图5-1),并完成最终效果图(如图5-2)。

  模型制作

  根据最终模型的效果图、尺寸以及材质,进行手工模型制作。在手工模型的材料选择中,以易加工、易成型为主。在制作过程中,为了调节摄像头与喷水口的位置,让它们更符合环境以及其功能性,本人将某些细节处的尺寸与原尺寸进行一定的修改。制作完成后,进入到试验阶段,本人对产品进行了性能及部分功能的检验,最终呈现一个最佳的状态。

  2、实施过程

  “护林助手”系列产品的实施过程,需要交互界面系统的智能命令和指示。交互界面系统分为终端可视化大屏及APP。使用操作过程为:“智能眼”发现火源---向终端和APP发出警报---终端和APP向“消防先锋”下达命令---“消防先锋”接收命令完成与否并反馈于终端和APP---如果灭火失败会及时通知森林消防中心。具体流程(如图5-3)。

  图5-3

  3、展览形式

  最终展览形式为大屏交互界面设计、APP、实物和展板。在大屏上将会有各个储存站内部“消防先锋”的数据、监测网地图、“智能眼”工作状态、异常、报警等信息,APP上则会显示报警的地点,可进行命令下发。而“消防先锋”有的在“储存站”进行资源补给,有的则行驶在森林里,最后“智能眼”在树干上进行24小时监测。展台上的布置比例根据森林模型来缩放,还原真实场景。