基于虛擬設計技術的蓖麻剝殼機設計

高銳濤 王秀東 郭曉燕 曹玉華

（華南農業大學，廣東 廣州 510642）

基于虛擬設計技術的蓖麻剝殼機設計

高銳濤 王秀東 郭曉燕 曹玉華

（華南農業大學，廣東 廣州 510642）

本文通過對現有農機產品造型、色彩、人機交互等方面的分析，歸納出先進農機產品造型語言，色彩搭配，人機交互的特征，對現有的蓖麻剝殼機進行設計改良。使用二維軟件和三維軟件進行虛擬設計，模擬產品的真實情況。設計過程耗費時間短，修改方便，效果直觀真實，有效地解決了傳統的農機設計中，設計進度緩慢，返工和修改工作量大的問題，縮短了生產周期，降低了開發成本。

農機；造型；虛擬設計；人機交互

1.設計背景

1.1剝殼機發發展現狀

農作物剝殼設備種類多樣，其中包含蓖麻剝殼機、花生剝殼機、核桃剝殼機等，這類產品有些雖然有一定的發展歷史，但其更新換代的速度較為緩慢，大都停留在滿足功能的層面上，對產品的造型外觀缺乏思考與設計，大都以多塊金屬板塊拼湊，對內部結構加以包裹，形成外殼，較為呆板單一，且有些產品邊緣突起，過于鋒利，存在較大的安全隱患。色彩搭配過于單調沉悶，大都以白色、綠色、紅色等作為產品的顏色，顏色單一，缺乏對不同功能區域的顏色區分。內部結構外露，缺乏必要的防護，容易對操作者造成傷害。目前蓖麻剝殼機也存在同樣的問題。

目前，我國在蓖麻主要種植地已有許多機械設備，逐漸實現蓖麻去籽的機械化，基本滿足農民的勞作需求，但其在功能，造型，人機方面還有待完善。在政策的支持，以及市場的迫切需求下，對其進行改進、完善，研發設計出新型的蓖麻剝殼機，具有廣闊的發展前景。

1.2虛擬設計在農機上的應用

虛擬設計技術是由多學科先進知識形成的綜合系統技術，其本質是以計算機支持的仿真技術為前提，在產品設計階段，實時并行地模擬出產品開發全過程及其對產品設計的影響，預測產品性能、產品制造成本、產品的可制造性、產品的可維護性和可拆卸性等，從而提高產品設計的一次成功率。它也有利于更有效更經濟靈活地組織制造生產，使工廠和車間的設計與布局更合理更有效，以達到產品的開發周期及成本的最小化、產品設計質量最優化、生產效率的最高化的目的。虛擬設計技術作為一種新型的技術，對于縮短農機產品設計制造周期，降低農機產品設計制造成本等，都有著極其重要的作用。新時期新背景下，加強對于虛擬設計技術在農機產品設計制造中的應用的研究有著重要的現實意義。

1.3設計意義

通過虛擬設計的手段對現有蓖麻剝殼機的缺點加以改進，進行創新設計，具有以下的設計意義：

（1）通過對現有結構改進，可以提高剝殼去籽的效率，增加蓖麻籽良品的產率，從而達到增加產油量，提高利潤的目標。

（2）通過對造型、色彩的改進，設計出具有機械美感，造型優美，色彩協調宜人的機械，對勞作者有著積極的心理暗示作用，帶來愉悅的使用感受，緩解勞作的枯燥和壓力，提高工作效率。

（3）通過對人機交互界面的改進，可以簡化操作流程，使其更加合理自然，降低勞作者的學習成本，更好地普及推廣農業機械，促進農業機械化程度。

（4）虛擬設計與整條生產鏈的結合，對于縮短農機的生產周期，降低生產成本，提高生產效率及產品質量都有著重要的現實意義。

2.方案規劃

2.1設計定位

基于對國外知名農機品牌的調研與總結，以及對原機的分析，針對現有剝殼機存在的問題進行改良設計。同時結合蓖麻剝殼機的室外工作環境，設計整體感強，造型優美，具有機械美感，色彩協調舒適，材料經濟又有親和力，維修維護方便，符合人機工程學的蓖麻剝殼機。

2.2設計方案

蓖麻剝殼機是在收獲蓖麻的場地或者場院內進行蓖麻籽剝殼的農業機械，必須充分考慮使用者操作的方便性，機器的后期保養與維修，以及節省機器運輸過程的占用空間。通過對整條生產鏈的分析，運用新的造型及對材料重新考量，延長機器的使用壽命，降低其生產成本，運輸成本。

造型可以考慮采用簡約又有力量感的線條，讓機器整體更有機械美感；外殼可以考慮采用塑料，打破傳統農業機械大都采用金屬外殼包裝的固有習慣，一方面降低了生產成本，另一方面也增強了產品的親和度。機器的各種尺寸應充分地考慮人機工程學，讓操作過程舒適安全。在色彩方面，應對不同區域進行分割，深沉的顏色和明度較高的顏色互相搭配，讓整體顯得更加專業而又不沉悶單調，讓使用者的操作過程更加舒適。方案草圖如圖1所示。

方案主要由左右兩個模塊組合而成，左側為入料口，右側為操作面板，兩者具有一定的高度差，劃分明顯；操作面板所在的一側進行了不同斜度的分割，操作界面由3個旋鈕、兩個按鍵開關和顯示屏組成。同時入料口設有蓋子，機器長期不工作時可以密封，防止灰塵堆積；出料口和出渣口均有金屬邊框鑲嵌的設計，讓整體更精致，有細節；出渣口采用嵌套可拆卸軟管，避免了廢渣亂飛的情況，更好地實現廢渣的收集清理；背面及四周邊緣分別設有散熱孔，更好地實現機器全方位散熱；塊體邊緣都進行了切割處理，使整體更有塊面感，機械感和力量感。

圖1　方案草圖

圖2　建模

圖3　渲染

3.虛擬設計及分析

通過二維軟件和三維軟件進行虛擬設計，用三維建模，渲染，虛擬裝配的方式模擬蓖麻剝殼機真實產品的情況，逐步改善模型。整個虛擬設計過程使用到Rhnio、Keyshot等軟件。

3.1虛擬建模及渲染

通過Rhino軟件進行虛擬建模，在虛擬的空間對各部件進行設計，修改尺寸，調整比例，完善后導入到渲染軟件Keyshot中，模擬現實的燈光，材質，色彩，場景對模型進行較為真實的渲染。過程如圖2、圖3所示。

3.2方案分析

（1）入料口設計。蓖麻為一年一熟的農作物，剝殼機的使用是階段性的，入料口裝配有蓋子的設計，讓機器不使用時可關閉，防塵防潮，有利于延長機器的壽命。

（2）操作界面的優化設計。設置“轉速一”、“轉速二”、“風力”3個旋鈕，以及“開”、“關”兩個按鍵，同時配有顯示屏顯示具體參數，極大的降低操作者的學習成本，讓操作流程更加簡單流暢，減少操作失誤的幾率。

（3）出渣口設計。將普通剝殼機水平出渣的方式，用可拆卸軟管的引導，轉換成豎直出渣的方式，下方可直接裝套袋子，收集廢渣，避免廢渣亂飛，弄臟地面。同時，可拆卸軟管在機器生產運輸過程中，可以拆卸并收納，節省空間，降低運輸成本。出渣口設計如圖4所示。

（4）散熱孔的設計。在剝殼機的四周邊緣及背面均設有散熱孔，一方面讓機器作業時內部熱量能夠得到有效全方面地散發，同時四周散熱孔也具有一定的裝飾性，讓機器更加精致美觀，有機械美感。

圖4　出渣口設計

結論

針對傳統蓖麻剝殼機在造型、色彩、人機等方面考慮欠缺，開發過程較為漫長，生產周期較長的不足。本研究通過對現有農機的調研，從造型，色彩，人機交互等方面進行分析，對現有的蓖麻剝殼機優化設計。相比傳統剝殼機，本設計的造型簡潔、時尚，更具機械美感；色彩協調統一，沉穩又不失活力；人機方面考慮周全，符合使用者的操作習慣，更加人性化。

利用二維軟件和三維軟件進行虛擬設計、建模、渲染模擬產品的真實情況，修改方便，效果直觀真實，有效地解決了傳統的農機設計中設計進度緩慢，返工和修改工作量大的問題，縮短了生產周期，降低了開發成本。對于促進農業機械的開發設計具有一定的現實意義。

[1]陳為.農業機械色彩設計的研究[J].當代農機，2007（4）：51-52.

[2]張建敏.農機產品的外型設計研究[J].農機化研究，2010（4）：99-103.

[3]吳江奎.農業機械產品形態設計研究[D].南京：南京農業大學，2013.

[4]王力捷.6BBS-50型蓖麻剝殼機的改進研究[J].農業開發與裝備，2009（6）：20-20.

TP313

A

曹玉華。

廣東省省級科技計劃項目（2013B020313004）。