世界上第一輛真正意義上的自行車誕生于19世紀(jì)初，由德國人德萊斯在法國巴黎發(fā)明。這輛自行車是帶車把的木制兩輪車，沒有踏腳板和傳動鏈條。想要前進，得靠雙腳交替踏地前進。自行車問世后迅速成為人們青睞的交通工具。多少年來，工程師們不斷構(gòu)思著自己理想的自行車藍圖。

    在科幻電影《E.T.外星人》中，小男孩騎著他的小腳踏車，載著E.T.駛向空中……。這一幕作為電影史上的經(jīng)典鏡頭被珍藏。擁有一輛會“飛行”、承載“美好”和“希望”的E.T.自行車，成為我們這一代人的夢想。E.T.自行車之夢開啟了一扇“靈感”之門，激發(fā)無限的創(chuàng)造潛能，將理想變成現(xiàn)實。

圖1 科幻電影《E.T.外星人》

    對自行車進行再設(shè)計，是日前安世亞太與蘇氏集團合作提出的典型再設(shè)計項目。利用現(xiàn)代工程仿真和優(yōu)化技術(shù)，以及創(chuàng)新性的精密鑄造工藝，追求自行車結(jié)構(gòu)外形差異性、多樣化設(shè)計，同時給自行車行業(yè)以勇氣，讓我們懷著這個美麗的夢，走出車架款式創(chuàng)新之路。

釋放設(shè)計潛能

    通常，一輛自行車包括車架、輪胎、腳踏、剎車、鏈條等部件。車架相當(dāng)于人的骨架，根據(jù)管材的長短構(gòu)成的角度等影響整體自行車的特性。比如，直線騎行較好的自行車、易轉(zhuǎn)的自行車、騎行舒暢的自行車等，決定這些因素的很多都來自于車架。如何讓其更輕便、更牢固、更美觀、更舒適，需要不斷推陳出新。

    很多時候，工程師的創(chuàng)新想法并不一定能夠變成實現(xiàn)。其中，工藝束縛就是原因之一。工業(yè)再設(shè)計一個重要的誘發(fā)點，是基于創(chuàng)新性精密鑄造工藝的成熟，即無論工程師有多么偉大的設(shè)計想法，在制造工藝上都是可以實現(xiàn)的，并避免了后續(xù)焊接等工序。“無論多復(fù)雜皆可制造”釋放了巨大的設(shè)計潛能，為任何一個工業(yè)品的質(zhì)量提升和創(chuàng)新打開了一扇巨大的窗戶。自行車更是可以通過再設(shè)計，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)外形創(chuàng)新，滿足人們個性化、多樣化需求，并且在性能、可靠性、成本、外觀、舒適性等獲得多方面的提升。

結(jié)構(gòu)外形多樣化設(shè)計

    城市自行車經(jīng)歷過去幾十年的發(fā)展，結(jié)構(gòu)并沒有發(fā)生大的變化，但其功用卻發(fā)生了很大的轉(zhuǎn)移，即不僅僅是代步工具，更是一項休閑運動，代表了一種綠色的出行方式。看起來“千篇一律”的結(jié)構(gòu)，很難帶來美的感受�？勺冃蔚能嚰芙Y(jié)構(gòu)設(shè)計，是安世亞太與蘇氏的工程師們對自行車車架結(jié)構(gòu)上的大膽創(chuàng)意。通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，材料的重新布局和選擇，設(shè)計成更美觀、更復(fù)雜、一體化、更加柔性的結(jié)構(gòu)形式，造型自由符合人體工程學(xué)，更加舒適美觀時尚。但過去由于制造工藝的限制，只能舍棄那些時尚驚艷但難以制造的異形設(shè)計。但今天，基于蘇氏精密鑄造技術(shù)，伴我們美夢成真。

    當(dāng)然，異形設(shè)計確實突破了以往車架結(jié)構(gòu)設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，結(jié)構(gòu)強度、剛度、可靠性等進行驗證和確認(rèn)是個難題。但沒事兒，工程師們有仿真手段可用。仿真分析結(jié)果表明，這個一體化的柔性結(jié)構(gòu)滿足結(jié)構(gòu)強度、剛度、穩(wěn)定性要求。我們可以像那個小男孩一樣，安心快樂享受騎行（飛行）的樂趣。

圖2 對整體車架進行有限元仿真分析

綠色制造工藝，一體化成型

    從科學(xué)的角度講，影響安全還有焊縫和焊點。以焊接工藝手段成型的車架，多道焊縫不僅僅影響外觀質(zhì)量，由于多次焊接，對車架力學(xué)性能造成極大影響，解決抗變形，解決焊接材料相容性及焊接熱影響區(qū)材料性能下降，是目前焊接車架的瓶頸。一體化成型免焊接環(huán)節(jié)，大大降低了車架在使用中的失效因素，極大地提高使用的可靠性，有效解除了諸多追求多樣外形的創(chuàng)新設(shè)計在制造環(huán)節(jié)的工藝束縛。

圖3 焊接工藝手段成型的車架

圖4 一體化車架

    基于車架再設(shè)計理念和原型，采用創(chuàng)新性的精密鑄造工藝，最終我們看到的是一個單個的“零件”車架，結(jié)構(gòu)外形非常光滑、美觀，車架整體可靠性也獲得大大提升，真正實現(xiàn)了集輕便、美觀、牢固、舒適、環(huán)保于一體。設(shè)想一下，如此車架結(jié)構(gòu)，搭配精致零件和組裝技術(shù)，一定會是“驚艷”一片。

    工業(yè)4.0時代，E.T.自行車之夢，離我們越來越近。

圖5 E.T.自行車之夢

    這就是再設(shè)計的魅力。所謂再設(shè)計是重新審視原有設(shè)計，讓設(shè)計回歸需求本源，以最自然的方式來探索設(shè)計的本質(zhì)，效法自然。不斷的再設(shè)計過程，是不斷解放思想、大膽創(chuàng)新的過程。對自行車車架的再設(shè)計，是基于再設(shè)計理念和方法對傳統(tǒng)自行車進行的改造嘗試。這種嘗試會使我們離E.T.的自行車之夢越來越近。更重要的是，E.T.讓自行車飛了起來，“再設(shè)計”確是讓自行車設(shè)計理念飛了起來。

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本文標(biāo)題：自行車車架工業(yè)再設(shè)計案例：E.T.自行車之夢

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