丁拱辰設計思想探析

占煒++李朔

一、丁拱辰及其設計思想概述

19世紀中葉，中國正面臨著深刻的社會變革，林則徐和魏源提出“師夷長技以制夷”的思想，主張大力學習和引進西方現(xiàn)代科學技術以應對西方資本主義勢力在中國的侵略擴張。在這樣的背景下，那些有機會接觸西方科學技術的知識分子開始介紹西方軍工、船舶、機械等知識，并進行仿制設計，這可以說是我國現(xiàn)代設計的開端，而丁拱辰就是其中身先士卒的踐行者。丁拱辰（1800-1875），福建晉江人，字淑原，號星南。鴉片戰(zhàn)爭爆發(fā)后，目睹我國武器設備落后的被動挨打局面，為加快我國武器發(fā)展進程，有豐富出國游學經(jīng)歷的丁拱辰夜以繼日地整理、繪制他所積累的西式武器資料，編著成《演炮圖說》一書，闡述各種火炮的設計、裝配、制造和應用方法，并設計出點炮時用的象限儀。1849年，丁拱辰赴桂林從事各種類型的火炮、火箭、火噴筒等軍器的設計、制造工作，進入這些軍備設施批量化制造的實踐階段，并在此基礎上先后寫出《演炮圖說后編》和《增補則克錄》兩部著作。洋務運動興起后，丁拱辰編著了12萬字的《西洋軍火圖編》，系統(tǒng)論述了西式武器的設計、制造和使用的方法。丁拱辰在此期間還與人合作設計出火車和火輪船方案，并用銅材制造出小樣模型，為后續(xù)徐壽等人的戰(zhàn)船設計和研發(fā)奠定了一定基礎。丁拱辰著作的主要內容包括：各種西式火炮、輪船、火藥、炮彈的仿制、設計、鑄造的方法與應用；炮位的設計和安置方法；準確測量各種火炮演放遠近高低的方法；各種火炮類型、使用的說明；火炮附加的滑車、炮架的設計和使用方法；面對不同自然環(huán)境的炮臺、炮位依勢而變的設計、制造和使用；演放火炮時的各種注意事項的圖解說明。丁拱辰的著述中大量采用圖標、圖表等圖示配合文字加以說明，圖文并茂，有效促進了設計方案的推廣和應用。丁拱辰在仿制、設計、試制、推廣火炮、輪船的過程中，體現(xiàn)出了卓越的現(xiàn)代設計思想：1.在產(chǎn)品開發(fā)過程中“先算后鑄”，將設計行為從生產(chǎn)活動中分離出來，形成一種獨立職能，在意識和實踐上有效促進了武器裝備領域從傳統(tǒng)手工業(yè)向現(xiàn)代工業(yè)的轉型，為武器裝備的大規(guī)模批量生產(chǎn)奠定了基礎。2.從仿制火炮開始，通過產(chǎn)品使用方式、使用環(huán)境等綜合分析，在仿制的基礎上開始對產(chǎn)品局部功能展開改良創(chuàng)新，同時也在火船、火輪車等產(chǎn)品上開展概念創(chuàng)新，并試制出小型樣機論證設計的合理性。3.在產(chǎn)品研制過程中，開始利用實驗、實證等科學方法進行設計，在產(chǎn)品尺度、工藝、材料等方面制定嚴謹?shù)囊?guī)范，使產(chǎn)品制造有“法”可依。4.在綜合協(xié)調產(chǎn)品內部、外部多種因素的過程中體現(xiàn)出較為系統(tǒng)的設計觀念。

二、從仿制設計到創(chuàng)新設計

仿制是通過分析和測繪已有產(chǎn)品的詳細結構和使用方式， 進而獲得相同或加以改進形態(tài)功能的產(chǎn)品或體系的設計過程。仿制也是一種設計，往往是一個國家和地區(qū)設計初始時的常用方式，可快速實現(xiàn)設計的追趕。丁拱辰在意識到本土武器、戰(zhàn)船落后于西方之后，首先做的就是將所積累的西式武器詳加考證，“涉海諸邦，所至留心炮法，其于各島炮式、船制，習聞習見，隨在彈心講求”，之后便用簡明的圖形形式表達出加工方法、安裝程序、使用過程等信息。丁拱辰《演炮圖說輯要》中的《西洋火輪車火輪船圖說》是我國最早介紹蒸汽機、火車和輪船設計和制造的文章，所附的“火輪船圖”是我國最早的蒸氣動力輪船仿制加工圖式。

然而，這種看似簡單的仿制設計卻透露出了丁拱辰被動創(chuàng)新的歷程。當時滿清駐德公使許景澄對西方武器、船舶的仿制曾有“子藥皆秘法，難仿”的無奈，可以設想丁拱辰要以一個普通中國商人的身份在西方國家探索火器制造的詳細信息是何等困難。丁拱辰在了解了武器、船舶的碎片化信息之后，對西方設計的邏輯和方法詳加揣摩，找出了西方“必合勾股”等設計邏輯，并“引類相推，細心揣摩，摘試諸法”，在通過演算、推論之后，逐步完善西方各種武器、船舶設計制造的方法。因此，丁拱辰在仿制火炮、貨船的過程中自然融入了自身的創(chuàng)新，使物品設計、制造、使用趨于合理化。在從仿制到創(chuàng)新的設計發(fā)展過程中，丁拱辰還善于發(fā)現(xiàn)物品在使用過程中的問題并加以改善而實現(xiàn)創(chuàng)新。例如，為方便火炮的遷移以及使用過程中的方位、角度的調整，丁拱辰為火炮設計了一種巧妙的滑車絞架以配合使用，這種絞架靈巧、結實，使火炮的操縱推換都極為靈便，大大提高了火炮的戰(zhàn)斗力。丁拱辰在對輪船、火輪車進行研究分析后繪出有關的設計圖樣，對機具在船身的位置和裝備方式做多種嘗試，并制作了樣機模型。這批輪船模型的結構為明輪式，放在河內試驗行駛頗快，且功能較為完備。此外，丁拱辰還設計并制作了一輛鍋爐和機身都是銅制的“小火車”模型，這輛車以蒸汽為動力，長一尺九寸，寬二寸，可載重三十斤。限于當時的加工和工藝水平，雖未制造出實用的火車和輪船，然而“雖小大之殊觀， 亦效法之初基”，且丁拱辰對這種并不能快速實現(xiàn)的設計說道：“星南之意，不只切合一時之需，厚望于智者之發(fā)蒙啟懼，作有所深造焉?！睂τ诔綍r代設計的積極嘗試體現(xiàn)出了其長遠的目光以及“可持續(xù)”的創(chuàng)新設計觀念。

三、從經(jīng)驗設計到科學設計

我國封建社會重政務、好思辨、輕工商、斥技藝的社會主導意識使得設計活動長期融于感覺、經(jīng)驗和悟性的錘煉之中。這種社會意識形態(tài)極大限制了自然科學技術的發(fā)展，阻礙了人們利用實驗、實證等科學方法去解決問題和開展創(chuàng)新設計，這被認為是中國現(xiàn)代設計發(fā)展在思想觀念中的最大障礙。19世紀中期西方列強的入侵也間接帶來了他們的科學研究意識和方法，人們不僅開始重視科學技術，并且開始將西方科學研究方法應用到造物設計中，中國開始走向引進——仿制——消化——融匯——創(chuàng)新的被動現(xiàn)代化道路。丁拱辰有豐富的國外游歷和經(jīng)商經(jīng)歷，耳濡目染，受西方實證研究方法影響頗深。他認為“鑄炮之法，首在鍛煉之功，而圍徑之大小長短，又須俱和算法”。丁拱辰在對產(chǎn)品進行設計和研制的過程中，體現(xiàn)出明顯的科學性、嚴謹性，力圖達到尺度精準、裝配合理、操作規(guī)范。丁拱辰在設計器物時，對尺度的要求是極其嚴格的，在火炮的設計中，規(guī)范了多型號、不同大小的部件的尺寸，而且對其裝配位置也具體提出要求，所有部件皆需“配造合式”。例如，丁拱辰設計火炮的炮耳安置要“合宜”，安裝要不偏不倚，才能實現(xiàn)輕重平衡，達到“轟震可期穩(wěn)固”的效果，并提出了“合法”的操作過程。在如何實現(xiàn)“演炮”精準定位的辦法上丁拱辰也費勁心思，在游歷海外諸國期間，凡遇到精通數(shù)學的人，都會“輒為諮訪”，在演炮距離計算中最終引進幾何數(shù)學的計算方法，“遵勾股，立表測影，期于必合”。數(shù)學方法的應用是設計從經(jīng)驗主義轉向科學化的重要體現(xiàn)。丁拱辰在此基礎上將不同標準和型號的火炮演放角度和發(fā)射距離的關系做科學化梳理和詳盡說明，至此，在演炮中有了操作規(guī)范和參考標準，這種條理化的統(tǒng)計方法透射出了現(xiàn)代設計中對于物品使用的傳達理念。丁拱辰在火炮材料的選擇上，曾進行多次反復實驗得出了具有較好功效且廉價的鑄鐵的配比方案。因為銅雖然具有較好的加工特性，且其材料特性更適合制作火炮，但丁拱辰認為“鑄銅炮則工本甚巨，鑄鐵炮較為費省”，建議鑄造鐵炮。在此指導思想下，進而提出若煅煉鐵的方法得當，使鐵能夠達到一定的“精純”，鐵炮也能達到銅炮的效果。丁拱辰隨即開始尋找適合鑄炮的材料，后認定“維粵省所產(chǎn)者為佳”，并經(jīng)多次試驗論證原料的最佳配比方案，后終于得法：“新黑麻尖鍋鐵加至八成，取其堅實，配以荒山新片鐵二成……，加工鍛煉鑄成，質體內外，一律光潤”。此外，在加工工藝上，受限于當時的鑄造技術，灌鑄的底部材料較為堅硬，頂部較為疏松，丁拱辰提出“炮口朝上灌鑄”的加工規(guī)范，這種科學的方法可使炮尾堅實，避免“炸裂之患”。

四、注重設計的系統(tǒng)性

丁拱辰的設計實踐將設計行為從整體生產(chǎn)活動中分離出，在對設計物進行充分論證后開始生產(chǎn)試制，有效降低產(chǎn)品開發(fā)的風險并提高開發(fā)效率，這種產(chǎn)品開發(fā)模式基本符合現(xiàn)代設計的特征。我們從丁拱辰崇尚科學研制、拓展創(chuàng)新維度的實踐中可以看到中國現(xiàn)代設計的雛形。丁拱辰在產(chǎn)品設計中注重產(chǎn)品內、外多元素的協(xié)調，表現(xiàn)出較系統(tǒng)的創(chuàng)新模式，具體表現(xiàn)在：從只關注產(chǎn)品設計到關注流程設計，從設計單一產(chǎn)品到設計系列化產(chǎn)品，從只關注產(chǎn)品的生產(chǎn)到關注產(chǎn)品的使用和傳播，從關注新產(chǎn)品創(chuàng)新到關注新老產(chǎn)品的協(xié)調創(chuàng)新，從關注產(chǎn)品本身拓展到關注產(chǎn)品與環(huán)境的協(xié)調。丁拱辰的系統(tǒng)性設計理念首先體現(xiàn)在對產(chǎn)品研制流程規(guī)范的制定上。丁拱辰強調在所有火炮制造過程中皆需要“先算后鑄”，即先設計規(guī)劃后制造生產(chǎn)。這是有別于手工業(yè)制造方式的現(xiàn)代化生產(chǎn)方式，這種模式使得大規(guī)模機械化制造成為可能。在完善單一火炮的設計后，丁拱辰注重多型號武器間的匹配和協(xié)同制造關系，通過綜合分析多型號的火炮尺寸關系，建立完善的火炮加工、裝配的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，建立系列化的產(chǎn)品族，并對不同型號產(chǎn)品相應的操作細節(jié)和使用環(huán)境做充分說明，有效提升了武器選擇的效率。丁拱辰特別重視產(chǎn)品使用方法的有效傳播。“擇其演炮要法，另擬圖說數(shù)則，言簡意賅，刊刻多張，懸掛炮臺”，利用圖形化的表達模式傳達操作方法以及使用規(guī)范，使駐守炮臺的司炮者，人人都能理解。丁拱辰在對產(chǎn)品進行改良創(chuàng)新后，也兼顧老產(chǎn)品的改造。例如在對炮圈進行改良后，丁拱辰對“已成之炮”和“未鑄之炮”如何應用這種改進裝置有不同的方法和操作，并提出“夫制度制法，必當因時變通，整理合度，以垂久遠，似乎不必拘泥舊章也”。此外，丁拱辰還注重產(chǎn)品與使用環(huán)境的關系，分別介紹了“曲折炮臺”、“圓形炮臺”等不同形態(tài)炮臺的環(huán)境適應性。

五、結語 近代中國特殊的國情導致其工業(yè)化道路較西方有巨大的差異，我們不能用西方現(xiàn)代設計的發(fā)展線索來理解中國設計的發(fā)展進程，中國近代設計如何發(fā)端、如何演進有其自身的特殊性。丁拱辰的設計是中國近代設計演進旋律中不可或缺的音符，對丁拱辰設計思想的深度挖掘將有助于完善中國近代設計歷史版圖的建構。 （責任編輯：徐智本）