虛擬樣機(jī)技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)上的應(yīng)用

張超群

（齊齊哈爾工程學(xué)院，黑龍江 齊齊哈爾 161005）

現(xiàn)階段，隨著科學(xué)技術(shù)的改進(jìn)和發(fā)展，現(xiàn)代技術(shù)被廣泛運(yùn)用于社會生產(chǎn)的各個領(lǐng)域中，其中在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的過程中開始廣泛運(yùn)用虛擬樣機(jī)技術(shù)，虛擬樣機(jī)技術(shù)的運(yùn)用能夠有效提高農(nóng)業(yè)機(jī)械使用的穩(wěn)定性和安全性，從而提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率和質(zhì)量，同時控制農(nóng)業(yè)機(jī)械研發(fā)成本。

1 虛擬樣機(jī)技術(shù)概述

1.1 虛擬樣機(jī)技術(shù)的內(nèi)涵

虛擬樣機(jī)技術(shù)，即VPT 技術(shù)，屬于虛擬數(shù)學(xué)化設(shè)計(jì)仿真技術(shù)的范疇，興起于21 世紀(jì)。虛擬樣機(jī)技術(shù)作為CAX/DFX 技術(shù)的延伸發(fā)展，在其完善和發(fā)展的過程中實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化建模、機(jī)械運(yùn)動和網(wǎng)絡(luò)信息等多元素的融合，相較于傳統(tǒng)的數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)，虛擬樣機(jī)技術(shù)具有更強(qiáng)的仿真功能，而且能實(shí)現(xiàn)對設(shè)計(jì)產(chǎn)品的系統(tǒng)化測評和協(xié)同分析。現(xiàn)階段，虛擬樣機(jī)技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)中，技術(shù)人員通過運(yùn)用虛擬樣機(jī)技術(shù)來進(jìn)行實(shí)踐，其中會運(yùn)用到的主要軟件有ADAMS 和SIMPACK 等。

1.2 虛擬樣機(jī)技術(shù)運(yùn)用的必要性

運(yùn)用虛擬樣機(jī)技術(shù)的主要目的在于彌補(bǔ)傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)中存在的問題，并在傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化。傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)的主要缺點(diǎn)在于技術(shù)設(shè)計(jì)方法較為落后，而且運(yùn)用圖紙進(jìn)行設(shè)計(jì)會影響到問題解決的效率和質(zhì)量，而且傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)無法很好滿足機(jī)械設(shè)計(jì)中對于圖紙精密程度的需求，從而影響到了圖紙繪制的效率和質(zhì)量。而且在開展設(shè)計(jì)工作之后如果發(fā)現(xiàn)圖紙中存在問題則會嚴(yán)重影響到設(shè)計(jì)工作的順利推進(jìn)，從而影響設(shè)計(jì)工作的進(jìn)度，同時會造成嚴(yán)重的資源浪費(fèi)。其次，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式下繪制的圖紙很難保證傳輸?shù)目焖傩?，會影響到異地生產(chǎn)規(guī)模的拓展?，F(xiàn)階段隨著科學(xué)技術(shù)的改進(jìn)和完善，虛擬樣機(jī)技術(shù)的運(yùn)用能很好彌補(bǔ)傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)的缺陷，從而提高機(jī)械設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量。

1.3 虛擬樣機(jī)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

虛擬樣機(jī)技術(shù)充分利用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和圖紙的傳輸，能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)在設(shè)計(jì)工程中的全覆蓋。此外，在進(jìn)行數(shù)據(jù)分析的過程中也會運(yùn)用到現(xiàn)代信息技術(shù)，從而提高機(jī)械設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量，推動了機(jī)械設(shè)計(jì)的自動化和智能化水平。隨著機(jī)械設(shè)計(jì)自動化和智能化水平不斷提高，設(shè)計(jì)過程中對于人力的依賴程度也在降低，在進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和計(jì)算的過程中表現(xiàn)最為明顯，對人力的依賴程度減少也能實(shí)現(xiàn)對機(jī)械設(shè)計(jì)成本的控制。運(yùn)用虛擬樣機(jī)技術(shù)進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)的過程中，提高了修改的便利性，而且在進(jìn)行數(shù)據(jù)修改的過程中也能運(yùn)用更為科學(xué)性的修改方式，從而提高數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性，以此來提高設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量，有利于生產(chǎn)企業(yè)搶占市場先機(jī)，創(chuàng)造自身的競爭優(yōu)勢。

虛擬樣機(jī)技術(shù)的發(fā)展，推動了整個設(shè)計(jì)行業(yè)的改進(jìn)和發(fā)展。現(xiàn)階段，隨著國家對農(nóng)業(yè)發(fā)展的重視程度不斷提高，給予農(nóng)機(jī)補(bǔ)貼的扶持力度也在不斷增加，在這種背景下更有利于虛擬樣機(jī)技術(shù)發(fā)揮對農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)展的推動作用。此外，得益于農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜业难邪l(fā)和推廣，農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)的“網(wǎng)絡(luò)化”程度不斷提高，運(yùn)用虛擬樣機(jī)技術(shù)能提高農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量，其中主要得益于計(jì)算機(jī)程序的引進(jìn)和運(yùn)用，通過進(jìn)行整個農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)過程進(jìn)行“搬運(yùn)”來提高農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)的智能化水平，而且能夠有效降低設(shè)計(jì)過程中對人力的依賴程度，節(jié)省了相應(yīng)的人力和物力。虛擬樣機(jī)技術(shù)在推動農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)發(fā)展的過程中也在推動整個現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展，提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率和質(zhì)量。利用虛擬樣機(jī)技術(shù)能有效提高獲取機(jī)械設(shè)計(jì)過程和結(jié)果的效率，從而提高數(shù)據(jù)分析的科學(xué)化程度。

2 虛擬樣機(jī)技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

2.1 機(jī)械產(chǎn)品運(yùn)動設(shè)計(jì)應(yīng)用

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和生產(chǎn)力水平的不斷提高，運(yùn)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的復(fù)雜機(jī)械設(shè)備類型也在不斷增加，但是在研發(fā)過程中仍然存在一個問題，即如何提高運(yùn)動相應(yīng)效率和精度，這是影響研發(fā)進(jìn)度和實(shí)現(xiàn)突破的主要因素。傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型雖然能夠解決農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行的過程中存在的視覺效果仿真問題，但是缺乏相應(yīng)的運(yùn)動分析能力，虛擬樣機(jī)技術(shù)的發(fā)展和運(yùn)用能夠很好彌補(bǔ)這一缺陷。在解決視覺效果仿真問題的過程中會運(yùn)用到ADAMS 軟件中的虛擬模型仿真分析功能，從而構(gòu)建起相應(yīng)的農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)運(yùn)動相應(yīng)模型，以此來為之后開展規(guī)?；脑O(shè)計(jì)和生產(chǎn)提供數(shù)據(jù)保證，提高生產(chǎn)設(shè)計(jì)的科學(xué)化和智能化水平。

2.2 機(jī)械產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)應(yīng)用

針對機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行造型設(shè)計(jì)也是產(chǎn)品研發(fā)中的一個重要環(huán)節(jié)，在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)工程中，依托CAD 軟件能實(shí)現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)品靜態(tài)二維或三維造型模型的建立，但是卻無法滿足更為復(fù)雜的機(jī)械產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)需求，因此影響了農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)立體性程度的提高。虛擬樣機(jī)技術(shù)依托ADAMS 軟件能進(jìn)行農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備三維造型的設(shè)計(jì)，而且能夠進(jìn)行復(fù)雜結(jié)構(gòu)的仿真分析，從而進(jìn)行數(shù)據(jù)分析結(jié)果的改進(jìn)和優(yōu)化。

3 虛擬樣機(jī)技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)上的展望

現(xiàn)階段，隨著科學(xué)技術(shù)的改進(jìn)和優(yōu)化，其在社會生產(chǎn)各個領(lǐng)域中的應(yīng)用也在不斷拓展，其中主要表現(xiàn)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。為了提高虛擬樣機(jī)技術(shù)運(yùn)用的有效性，需要探索出一種農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品綜合性虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)體系，從而更好滿足農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)過程中對于虛擬樣機(jī)技術(shù)的高標(biāo)準(zhǔn)要求。其中，實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和虛擬樣機(jī)技術(shù)的結(jié)合已經(jīng)成為了虛擬樣機(jī)技術(shù)的創(chuàng)新方向，其中主要運(yùn)用到VR技術(shù)的沉浸性和交互性優(yōu)勢，依托這些優(yōu)勢建立起農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品仿真模型，虛擬樣機(jī)技術(shù)在這個過程中發(fā)揮著重要的地位和作用。在具體運(yùn)用VR 技術(shù)的過程中能夠通過兩種技術(shù)的融合建立起農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品的三維模型，之后運(yùn)用所構(gòu)建模型中的仿真情境來實(shí)現(xiàn)綜合系統(tǒng)性的產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程。下面將具體分析虛擬樣機(jī)技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)上的未來展望，主要包含參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)兩個方面。

3.1 參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)

參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)主要進(jìn)行模型部分尺寸參數(shù)的調(diào)整和修改，以此來提高設(shè)計(jì)與修改工作的效率和質(zhì)量。相較于傳統(tǒng)的三維造型設(shè)計(jì)法，參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)的突出優(yōu)勢在于能夠通過輸入基本模型來進(jìn)行幾何元素規(guī)范要求的標(biāo)注，從而提高自動導(dǎo)出幾何模型的規(guī)范化程度，提高導(dǎo)出的效率和質(zhì)量。同時運(yùn)用參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)在進(jìn)行參數(shù)修改的過程中也能大大提高參數(shù)修改的效率和質(zhì)量，如果需要對幾何模型進(jìn)行修改，只需要修改局部的參數(shù)。此外，參數(shù)化設(shè)計(jì)還能實(shí)現(xiàn)對相似零件參數(shù)的修改，在此基礎(chǔ)上生成新的零件，從而不斷提高零件設(shè)計(jì)生產(chǎn)的效率和質(zhì)量。

3.2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也是虛擬樣機(jī)技術(shù)未來的發(fā)展趨勢，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)際上是一種綜合傳感交互技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)和顯示技術(shù)的計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)，運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能通過創(chuàng)建相應(yīng)的虛擬環(huán)境來創(chuàng)設(shè)一個虛擬環(huán)境，人們只需要借助相應(yīng)的傳感設(shè)備就能獲取虛擬環(huán)境的體驗(yàn)，在這個過程中實(shí)現(xiàn)了實(shí)時交互。

4 結(jié) 語

本文主要分析了虛擬樣機(jī)技術(shù)的內(nèi)涵、必要性和自身優(yōu)勢，在此基礎(chǔ)上深入分析了虛擬樣機(jī)技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用，其中主要包含虛擬產(chǎn)品運(yùn)動設(shè)計(jì)、造型設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)仿真等應(yīng)用，通過分析提高虛擬樣機(jī)技術(shù)運(yùn)用的有效性。