農機設計中虛擬制造技術的應用

師立奇

（齊齊哈爾工程學院，黑龍江 齊齊哈爾 161005）

機械設計是通過對特定行業(yè)的器具進行設計，讓其在使用過程中減少能耗，以此提高該行業(yè)的生產產量與效率，在農業(yè)中應用得十分廣泛，因農業(yè)產品產量大，播種與收成需要耗費大量的人力、物力與財力。在農業(yè)機械設計與生產中應用虛擬制造技術，可以最大限度降低農機產品的生產成本，減少材料損耗與浪費，提高農業(yè)的生產效率，最大程度發(fā)揮現(xiàn)代化技術的優(yōu)勢，不僅能節(jié)省大規(guī)模生產制造的成本，還能從根本上提高產量。虛擬制造技術在農機設計中漸漸成為無法被替代的重要環(huán)節(jié)。

1 傳統(tǒng)農機設計技術存在的不足

傳統(tǒng)的農業(yè)機械設計技術存在缺點，其設備條件相對較差，一些農業(yè)企業(yè)的設備十分老舊，長期使用會造成生產銷量的減少，缺少先進設備與技術的指導與支持，導致農機設計技術長期處于停滯不前的狀態(tài)。同時，存在設計技術方面的不足，設計技術稍弱于發(fā)達國家；在設計理念上也有一定的不足，設計理念比較保守與傳統(tǒng)，缺乏大膽思考與創(chuàng)新的能力，很大程度上造成了農機設計的落后。

傳統(tǒng)農機設計的主要方式是依靠計算與估算，無法對機械的設計與生產進行準確計算，是在簡單預估和假設下完成農機的設計，用此方式生產出來的農業(yè)機械有著隨機性和不準確性，一旦計算過程中出現(xiàn)差錯，就會影響農業(yè)機械的使用與成果。因此，農機設計技術用傳統(tǒng)的方式進行設計時會存在大量問題，從而使得生產成本大大提高，不利于提高農機制造的產量與效率，只有對其不足之處加以調整與創(chuàng)新，才能讓農機設計得到進一步的發(fā)展[1]。

2 現(xiàn)代化虛擬制造技術的優(yōu)勢

在農業(yè)中，對農業(yè)機械進行設計的主要目的是將其作用在實際應用中發(fā)揮至最大化，讓農機產品的功能更加強大，方便廣大老百姓在農業(yè)生產中使用農機。將現(xiàn)代化虛擬制造技術應用在農機設計上，可以很好地實現(xiàn)農機設計的發(fā)展需求，杜絕傳統(tǒng)農機設計技術中存在的不準確性，使其更為高效、精準。虛擬制造技術通過檢索、分析和收集等方式對農機設計進行處理，用科學的方式對數(shù)據(jù)進行整理與統(tǒng)計，從而得出最為優(yōu)化與精準的設計方案與計算方式；通過專業(yè)技術人員的技術輔助、人工智能技術以及數(shù)據(jù)庫技術等多方面的融合，讓農機設計趨于合理、科學并能被投入農業(yè)中使用，充分發(fā)揮其應用優(yōu)勢，不斷促進農業(yè)的發(fā)展。

3 應用虛擬制造技術制作農機模型的步驟

傳統(tǒng)的農機設計模型大多數(shù)是采用手畫模型圖的方式，先畫出農機的大致外觀，然后對細節(jié)部分加以設計與修改，這種方式需要花費大量的時間與精力，一旦某一部分需要整改或者不合適，就要重新設計整個設計圖。讓虛擬制造技術參與農機設計中，可以使設計人員更加清晰地了解整個模型圖的細節(jié)，也可以對其中一部分進行修改與加工，不會破壞其整體，同時能對設計出的農業(yè)機械進行仿真實驗，用形象生動的方式將其展現(xiàn)出來，具有高度的靈活性與便捷性[2]。

一個完整的農機模型設計需要經過很多道步驟和程序，首先，農機元模型的設計。這個步驟是對農業(yè)機械的基本構造進行設計與畫圖，如繪制農機中所需的螺絲、小鐵片、開關等基礎物件，同時結合相關公式與數(shù)據(jù)進行設計，這是最為基礎也是最重要的一部分，只有做好元模型的設計，才能讓其合理并順利地應用于虛擬制造中。其次，農機機構模型的設計。機構模型是將處理好的元模型進行分類組裝，將其組裝成一小部分的完整組件，這是模型設計中比較簡單的一個步驟。最后，農機產品模型的設計。需要將處理好的機構模型按照相同的模板進行整合，以形成完整的農機產品并采集多次試驗的數(shù)據(jù)，讓整個模型趨于成熟。

4 虛擬制造技術的核心技術

4.1 仿真技術

仿真技術在虛擬制造技術中發(fā)揮著最大作用，農機設計模型通過虛擬制造后，可以用計算機語言把農業(yè)機械的整體造型、功能以及技術全面展示，在虛擬的狀態(tài)下對農機進行分析與應用，從而大大縮短農機制造所需的時間與材料損耗，還能很大程度上節(jié)省人力與財力，讓仿真技術全面應用在農機設計中，使虛擬制造與農機設計做到有機結合。比如，農機開發(fā)部門在設計多功能收割機的過程中，受到原材料和實際操作技術的影響，無法直接生產，而采用虛擬制造中的仿真技術就可以很好地解決這個問題，先把多功能收割機的相關數(shù)據(jù)通過計算機編入仿真程序中，利用建模等技術手段建立起多功能收割機的虛擬仿真造型，然后對其進行多次調整與修改，最終生產出高質量的多功能收割機并有效應用在農業(yè)生產中[3]。

4.2 虛擬現(xiàn)實技術

目前，虛擬現(xiàn)實技術被廣泛應用在高科技行業(yè)中，通過對計算機圖像系統(tǒng)等，將產品以最真實的形象展現(xiàn)在人們面前，比如觀看3D 影視作品時，通過3D 眼鏡對畫面進行處理與轉換，就能讓內容真實地呈現(xiàn)在人們的眼前，這就是虛擬現(xiàn)實技術的應用。在農機設計中，虛擬現(xiàn)實技術可以讓農業(yè)機械被直觀地展現(xiàn)出來，全方位展示其作用與功能，還能結合不同的場景技術加以應用，展示農機產品的真實狀態(tài)，加強投資者對其的理解，擴大農機產品的銷量。比如，農機企業(yè)在進行拖拉機拆裝教學和培訓時，可以利用虛擬制造中的仿真技術用三維立體的方式拆裝拖拉機，把拖拉機的每個零部件都全方位清晰地展示，從而使用戶明晰各零部件的功能和作用，方便更好地了解拖拉機的使用和維修方法。

5 虛擬制造技術在農機設計中的特性及應用

5.1 具有強大的通用性

虛擬制造技術被廣泛應用于各行業(yè)的生產制造中，在農機設計中具有強大的通用性。在設計過程中的每一個小環(huán)節(jié)均可通過虛擬制造技術加以調整與修改，并采用數(shù)據(jù)與公式對其進行設計，讓農機建模更具合理性與準確性。針對農機設計的環(huán)節(jié)，利用虛擬制造技術手段進行輔助與處理，充分發(fā)揮其通用性的特性，可以使農業(yè)機械設計得更加完美，從而制造出利于農業(yè)生產與使用的農機產品。

5.2 具有強大的功能性

虛擬制造技術有著強大的功能性。在農機設計中，通過該技術可以直觀地展現(xiàn)農業(yè)機械的外觀、功能以及相關數(shù)據(jù)，也可以針對農機的某一部分進行整改且不會破壞整體設計，對于設計者來說是非常方便且實用的。同時，虛擬制造技術利用其強大的功能性，可以分析計算農機的設計與運動方式，充分利用其中的方程與計算方式，對存在問題的部分分別進行限制，讓設計者可以一目了然地發(fā)現(xiàn)農機模型中的矛盾，并針對問題做出有效的處理與修改[4]。

5.3 簡化建模過程

在農機設計過程中，有大量的數(shù)據(jù)需要得到分析和處理，而用傳統(tǒng)的建模方式對其運動狀況進行分析和計算，很大可能會導致圖形和公式的處理方面存在計算上的錯誤，致使整個模型出現(xiàn)差錯與計算錯誤，增加了農機設計的難度。通過應用虛擬制造技術，則不需要人工處理這些數(shù)據(jù)，只需要把數(shù)據(jù)、連接方式和參數(shù)輸入做好的農機模型中，借助計算機數(shù)據(jù)完成后期的分析和處理，對有誤的部分加以修改或者更改數(shù)據(jù)，簡化建模過程中的環(huán)節(jié)與技術處理，能讓農業(yè)機械設計流程更加簡單、方便，減少了設計人員的工作量，還能有效提高農機設計工作的效率和準確度，讓農機模型的制造更加成熟合理。

5.4 具備高效的數(shù)據(jù)處理能力

農機設計不僅對模型設計能力有著很高的要求，還要求工作人員的數(shù)據(jù)的分析處理能力比較強，只有這樣才能讓農業(yè)機械設備在滿足生產需要的同時不斷增強其功能與實用性。因為農機設計過程中會產生大量的數(shù)據(jù)，需要對其進行歸納整理和分析，如果單純用人工計算則會浪費許多時間和精力。通過虛擬制造技術的介入，可以對農機模型進行整體監(jiān)控與處理，直觀地分析其運動軌跡以及過程，使其具備高效的數(shù)據(jù)處理能力，讓農機在設計到運用過程中處于實時監(jiān)控并及時得到處理的狀態(tài)，讓農業(yè)機械得到合理化、科學化的調整。

5.5 直觀、清楚地了解農業(yè)機械

傳統(tǒng)的農機設計方式只能通過圖紙對農機產品進行設計，難以直觀地展示設計出的實際產品效果，在功能介紹以及交易上存在一定的局限性。如今，經過虛擬制造技術的不斷發(fā)展與應用，將其與農機設計過程進行結合，可以直觀、清楚地了解農業(yè)機械的設計到生產過程，將農機設計到成品的過程以虛擬形象展現(xiàn)出來，對其具體功能進行深入剖析，幫助人們更加清楚地了解農機的功能、作用以及應用場景；還能全方位地對其進行展示與分析，根據(jù)用戶的要求進行特定修改，讓農機設計具有更多的功能，真正滿足農業(yè)生產的需求以及充分應用到農業(yè)生產中。

6 結束語

虛擬制造技術的廣泛應用，可以很好地解決傳統(tǒng)農業(yè)設備生產和制造過程中所遇到的困難，并不斷進行改革和創(chuàng)新，讓虛擬制造技術發(fā)揮出通用性和功能性的作用，在農機設計過程中與虛擬制造技術相結合，不僅可以最大限度減少生產成本，還可以提高工作效率與生產周期，從而讓農機產品的質量得到進一步提升。同時，需要為農機設計人才制訂專業(yè)且有效的培訓計劃，讓其適應虛擬制造技術發(fā)展的需要，旨在與時俱進，創(chuàng)造出更多利于農業(yè)發(fā)展的農機產品，促進農業(yè)的發(fā)展。