關(guān)于虛擬制造技術(shù)在農(nóng)機產(chǎn)品設(shè)計制造中的應(yīng)用的研究

宮曉琴

太原理工大學(xué)輕紡工程與美術(shù)學(xué)院 030600

在傳統(tǒng)農(nóng)機設(shè)計與制造中，設(shè)計制造人員在利用計算機進(jìn)行農(nóng)機部件以及產(chǎn)品設(shè)計時，必須提前了解產(chǎn)品以及農(nóng)機部件的性能，如果通過檢測發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品以及農(nóng)機部件性能不能夠滿足實際需求之后，設(shè)計人員需要對產(chǎn)品進(jìn)行重新設(shè)計。虛擬制造技術(shù)的出現(xiàn)改變了傳統(tǒng)的農(nóng)機設(shè)計與制造技術(shù)，它并不是對產(chǎn)品以及農(nóng)機部件的實際制造，而是設(shè)計人員通過虛擬技術(shù)以及計算機技術(shù)，利用虛擬環(huán)境對農(nóng)機產(chǎn)品的功能及各方面的性能進(jìn)行相應(yīng)的檢測，分析農(nóng)機產(chǎn)品實際的運行狀況，使得人們更為清晰地了解農(nóng)機產(chǎn)品的性能，做出更加科學(xué)合理的改用方案。本文主要研究我國虛擬制造技術(shù)的內(nèi)涵，探討虛擬制造技術(shù)在農(nóng)機產(chǎn)品設(shè)計制造中的應(yīng)用現(xiàn)狀，為我國在農(nóng)機產(chǎn)品設(shè)計制造中虛擬制造技術(shù)運用的進(jìn)一步發(fā)展提供一些思路。

1 虛擬制造技術(shù)的含義分析

1.1 虛擬制造技術(shù)定義解析

虛擬制造技術(shù)是一種現(xiàn)實制造的過程及結(jié)果在計算機上的具體體現(xiàn)形式，因此，它又可以被稱為擬實制造。虛擬制造主要是采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)以及計算機仿真技術(shù)，通過科學(xué)利用計算機，實現(xiàn)產(chǎn)品的開發(fā)、制造、管理等各個環(huán)節(jié)的計算機虛擬化控制，這樣可以極大提高農(nóng)機產(chǎn)品制造過程中的各級過程控制及決策能力。虛擬制造技術(shù)不同于現(xiàn)實制造技術(shù)，它不是農(nóng)機產(chǎn)品各個單項技術(shù)的簡單組合，而是通過計算機，對各種農(nóng)機制造系統(tǒng)知識進(jìn)行系統(tǒng)化的組織，通過計算機模擬，對農(nóng)機產(chǎn)品以及各項制造活動進(jìn)行全面建模及虛擬制造，設(shè)計人員必須做到合理利用理論知識，通過對理論知識的運用，實現(xiàn)農(nóng)機產(chǎn)品的有效集成。農(nóng)機產(chǎn)品實際制造之前，操作人員還需要對現(xiàn)實物件信息、人物信息以及其他各方面的信息進(jìn)行有效管理與控制，通過仿真技術(shù)、信息技術(shù)以及計算機技術(shù)，找出農(nóng)機技術(shù)中實際出現(xiàn)的問題，并對這些問題進(jìn)行探討，找到問題原因及解決策略，從而有效提高農(nóng)機產(chǎn)品設(shè)計制造的質(zhì)量水平。

1.2 虛擬現(xiàn)實以及虛擬制造

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在農(nóng)機產(chǎn)品設(shè)計以及制造運用中具有極大的潛力，它建立在虛擬制造技術(shù)實踐以及制造理念基礎(chǔ)上，通過運用虛擬制造技術(shù)實踐以及制造理念，實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實技術(shù)的有效融合。虛擬制造技術(shù)可以說是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的一個具體運用，它主要利用多功能傳感設(shè)備，實現(xiàn)虛擬環(huán)境與實際用戶之間的交互。換句話說，虛擬現(xiàn)實技術(shù)是對真實世界的一種再現(xiàn)以及模擬。在技術(shù)上，虛擬現(xiàn)實技術(shù)利用計算機生成三維環(huán)境，通過利用各種接口設(shè)備及顯示設(shè)備，向操作者提供一種虛擬沉浸的感覺，操作者可以通過這種虛擬沉浸的感覺，使自己的視點或身體某一部分處于計算機虛擬技術(shù)的環(huán)境當(dāng)中，從而更加科學(xué)地進(jìn)行農(nóng)機產(chǎn)品的設(shè)計及虛擬制造。從實質(zhì)上講，這種虛擬現(xiàn)實技術(shù)只是一種單項的仿真技術(shù)，它僅僅提供虛擬制造的農(nóng)機產(chǎn)品的局部環(huán)節(jié)，并沒有實現(xiàn)對農(nóng)機產(chǎn)品的智能、資源、過程、信息、技術(shù)以及人機合一等方面的全面集成。

1.3 實際制造與虛擬制造之間關(guān)系分析

虛擬制造是虛擬現(xiàn)實技術(shù)與計算機仿真技術(shù)的有效融合，它的主要過程是在計算機上實現(xiàn)的，其實際制造過程只是在計算機上的反映，同時在高速網(wǎng)絡(luò)以及高性能計算機的基礎(chǔ)上進(jìn)行相應(yīng)的虛擬制造。而實際的制造過程則是，農(nóng)機產(chǎn)品制造的信息流以及物質(zhì)流在一定的制造機制作用下，生產(chǎn)出適應(yīng)市場需求的農(nóng)機產(chǎn)品，通過對實際制造系統(tǒng)的綜合分析及控制，進(jìn)而制造出實際的農(nóng)機產(chǎn)品。通過對實際制造與虛擬制造之間關(guān)系的分析，我們可以看出：虛擬制造最終的目的是對實際農(nóng)機產(chǎn)品進(jìn)行虛擬反作用研究，進(jìn)而指導(dǎo)實踐，指導(dǎo)實際的農(nóng)機產(chǎn)品制造。在農(nóng)機產(chǎn)品的實際制造過程中，需要通過重復(fù)性的設(shè)計、試制、評價的循環(huán)過程來進(jìn)行，循環(huán)過程完成之后，還需要到實際制造中進(jìn)行相應(yīng)的驗證。通過反復(fù)的制造試制，積累經(jīng)驗，最終確定合理的農(nóng)機產(chǎn)品制造方案。虛擬制造流程，不同于現(xiàn)實制造技術(shù)，虛擬制造技術(shù)主要是利用計算機，在計算機技術(shù)及其他技術(shù)的支持下進(jìn)行實際產(chǎn)品設(shè)計制造，完成之后對各個環(huán)節(jié)進(jìn)行相應(yīng)地系統(tǒng)評價，從而對產(chǎn)品設(shè)計制造進(jìn)行優(yōu)化，這樣可以節(jié)約大量的物質(zhì)流通過程。

2 虛擬制造技術(shù)在農(nóng)機產(chǎn)品設(shè)計制造中的應(yīng)用

虛擬制造技術(shù)在農(nóng)機產(chǎn)品設(shè)計制造中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在兩個方面，一是通過計算機仿真技術(shù)以及計算機虛擬技術(shù)的綜合利用，同時通過建模對農(nóng)機的外觀、功能以及行為等進(jìn)行合理控制，通過建立逼真的虛擬環(huán)境，實現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計、工藝規(guī)劃以及加工制作的有效統(tǒng)一，提高分析與研究的科學(xué)性，同時對農(nóng)機產(chǎn)品的質(zhì)量檢測以及各級管理進(jìn)行控制。另一方面，虛擬制造技術(shù)可以實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動的虛擬化，實現(xiàn)機械與人之間的人機合一，對于農(nóng)機性能進(jìn)行試驗與評價，從而減少農(nóng)機產(chǎn)品生產(chǎn)的隨意性，降低農(nóng)機產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，增強農(nóng)機產(chǎn)品的可靠性延長使用壽命。

2.1 虛擬制造體系結(jié)構(gòu)分析

目前，我國比較先進(jìn)的虛擬制造體系結(jié)構(gòu)理論是由上海交通大學(xué)提出的，即：虛擬總線VM體系結(jié)構(gòu)。根據(jù)上海交通大學(xué)提出的虛擬總線VM體系結(jié)構(gòu)，農(nóng)機產(chǎn)品的虛擬制造結(jié)構(gòu)與體系主要應(yīng)分為五大部分：數(shù)據(jù)層、活動層、應(yīng)用層、控制層以及界面層這五大層，這五大層之間存在著密切的聯(lián)系。它們在虛擬制造技術(shù)中占據(jù)相當(dāng)?shù)谋壤挥袑@五大結(jié)構(gòu)有了深刻清晰的認(rèn)識與了解，才可以更好地將虛擬制造技術(shù)運用于農(nóng)機產(chǎn)品設(shè)計中。

2.2 虛擬制造系統(tǒng)構(gòu)成

農(nóng)機產(chǎn)品虛擬制造技術(shù)系統(tǒng)主要是由硬件資源、虛擬物理系統(tǒng)以及虛擬信息系統(tǒng)三部分組成。虛擬制造系統(tǒng)主要依靠CAD|CAM|CAE軟硬件系統(tǒng)，對設(shè)備、產(chǎn)品、生產(chǎn)以及管理的過程進(jìn)行控制。其中，產(chǎn)品設(shè)計模型主要包括環(huán)境評價、成本設(shè)計、功能設(shè)計、技術(shù)要求分析；生產(chǎn)過程模型則包括基本的加工方法、加工仿真以及控制方案等環(huán)節(jié)。

2.3 虛擬制造技術(shù)應(yīng)用實例分析

虛擬制造技術(shù)在農(nóng)機產(chǎn)品設(shè)計制造中的應(yīng)用實例，最為典型的就是聯(lián)合收割機的脫粒機械。脫粒機械作為聯(lián)合收割機的重要部件之一，直接影響著聯(lián)合收割機的工作效率及工作質(zhì)量。對脫粒機械進(jìn)行虛擬制造時，技術(shù)人員首先應(yīng)對實際制造過程進(jìn)行相應(yīng)的構(gòu)思，之后建立完整的三維模型，然后對運動仿真設(shè)計、虛擬裝配設(shè)計等環(huán)節(jié)進(jìn)行建模。在實際的脫粒機械虛擬制造過程中，設(shè)計人員可以對多個虛擬方案進(jìn)行設(shè)計，直到設(shè)計方案最優(yōu)化之后，選取設(shè)計制造參數(shù)進(jìn)行實際制造工作。

總結(jié)：

虛擬制造是建立在計算機仿真技術(shù)以及虛擬現(xiàn)實技術(shù)的基礎(chǔ)之上的，它是對于這兩種技術(shù)在制造領(lǐng)域的進(jìn)一步運用。虛擬制造技術(shù)可以正確反映產(chǎn)品實際情況，而且還可以實現(xiàn)資源、能源的零消耗。虛擬制造技術(shù)作為一種新型的技術(shù)，為我國農(nóng)業(yè)機械領(lǐng)域帶來了新的發(fā)展機遇，它的廣泛運用與發(fā)展，必將極大地提高我國農(nóng)業(yè)機械競爭力，極大地提高我國農(nóng)機企業(yè)的研發(fā)以及創(chuàng)新能力。雖然我國在農(nóng)機產(chǎn)品設(shè)計制造中積累了豐富的經(jīng)驗，但是在實際的虛擬制造技術(shù)運用中，很多問題仍然存在。為此，農(nóng)機產(chǎn)品設(shè)計制造企業(yè)在對虛擬制造技術(shù)進(jìn)行運用時，應(yīng)該深入研究虛擬制造技術(shù)運用現(xiàn)狀，發(fā)展新型虛擬制造技術(shù)，使我國在農(nóng)機產(chǎn)品設(shè)計制造中虛擬制造技術(shù)的運用得到的進(jìn)一步的發(fā)展。

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