農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)中虛擬制造技術(shù)的應(yīng)用

師立奇

（齊齊哈爾工程學(xué)院，黑龍江 齊齊哈爾 161005）

機(jī)械設(shè)計(jì)是通過對特定行業(yè)的器具進(jìn)行設(shè)計(jì)，讓其在使用過程中減少能耗，以此提高該行業(yè)的生產(chǎn)產(chǎn)量與效率，在農(nóng)業(yè)中應(yīng)用得十分廣泛，因農(nóng)業(yè)產(chǎn)品產(chǎn)量大，播種與收成需要耗費(fèi)大量的人力、物力與財(cái)力。在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)與生產(chǎn)中應(yīng)用虛擬制造技術(shù)，可以最大限度降低農(nóng)機(jī)產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，減少材料損耗與浪費(fèi)，提高農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)效率，最大程度發(fā)揮現(xiàn)代化技術(shù)的優(yōu)勢，不僅能節(jié)省大規(guī)模生產(chǎn)制造的成本，還能從根本上提高產(chǎn)量。虛擬制造技術(shù)在農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)中漸漸成為無法被替代的重要環(huán)節(jié)。

1 傳統(tǒng)農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)存在的不足

傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)存在缺點(diǎn)，其設(shè)備條件相對較差，一些農(nóng)業(yè)企業(yè)的設(shè)備十分老舊，長期使用會造成生產(chǎn)銷量的減少，缺少先進(jìn)設(shè)備與技術(shù)的指導(dǎo)與支持，導(dǎo)致農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)長期處于停滯不前的狀態(tài)。同時(shí)，存在設(shè)計(jì)技術(shù)方面的不足，設(shè)計(jì)技術(shù)稍弱于發(fā)達(dá)國家；在設(shè)計(jì)理念上也有一定的不足，設(shè)計(jì)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(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)的落后。

傳統(tǒng)農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)的主要方式是依靠計(jì)算與估算，無法對機(jī)械的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，是在簡單預(yù)估和假設(shè)下完成農(nóng)機(jī)的設(shè)計(jì)，用此方式生產(chǎn)出來的農(nóng)業(yè)機(jī)械有著隨機(jī)性和不準(zhǔn)確性，一旦計(jì)算過程中出現(xiàn)差錯(cuò)，就會影響農(nóng)業(yè)機(jī)械的使用與成果。因此，農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)用傳統(tǒng)的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)會存在大量問題，從而使得生產(chǎn)成本大大提高，不利于提高農(nóng)機(jī)制造的產(chǎn)量與效率，只有對其不足之處加以調(diào)整與創(chuàng)新，才能讓農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)得到進(jìn)一步的發(fā)展[1]。

2 現(xiàn)代化虛擬制造技術(shù)的優(yōu)勢

在農(nóng)業(yè)中，對農(nóng)業(yè)機(jī)械進(jìn)行設(shè)計(jì)的主要目的是將其作用在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮至最大化，讓農(nóng)機(jī)產(chǎn)品的功能更加強(qiáng)大，方便廣大老百姓在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用農(nóng)機(jī)。將現(xiàn)代化虛擬制造技術(shù)應(yīng)用在農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)上，可以很好地實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)的發(fā)展需求，杜絕傳統(tǒng)農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)中存在的不準(zhǔn)確性，使其更為高效、精準(zhǔn)。虛擬制造技術(shù)通過檢索、分析和收集等方式對農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)進(jìn)行處理，用科學(xué)的方式對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理與統(tǒng)計(jì)，從而得出最為優(yōu)化與精準(zhǔn)的設(shè)計(jì)方案與計(jì)算方式；通過專業(yè)技術(shù)人員的技術(shù)輔助、人工智能技術(shù)以及數(shù)據(jù)庫技術(shù)等多方面的融合，讓農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)趨于合理、科學(xué)并能被投入農(nóng)業(yè)中使用，充分發(fā)揮其應(yīng)用優(yōu)勢，不斷促進(jìn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展。

3 應(yīng)用虛擬制造技術(shù)制作農(nóng)機(jī)模型的步驟

傳統(tǒng)的農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)模型大多數(shù)是采用手畫模型圖的方式，先畫出農(nóng)機(jī)的大致外觀，然后對細(xì)節(jié)部分加以設(shè)計(jì)與修改，這種方式需要花費(fèi)大量的時(shí)間與精力，一旦某一部分需要整改或者不合適，就要重新設(shè)計(jì)整個(gè)設(shè)計(jì)圖。讓虛擬制造技術(shù)參與農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)中，可以使設(shè)計(jì)人員更加清晰地了解整個(gè)模型圖的細(xì)節(jié)，也可以對其中一部分進(jìn)行修改與加工，不會破壞其整體，同時(shí)能對設(shè)計(jì)出的農(nóng)業(yè)機(jī)械進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，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(gè)完整的農(nóng)機(jī)模型設(shè)計(jì)需要經(jīng)過很多道步驟和程序，首先，農(nóng)機(jī)元模型的設(shè)計(jì)。這個(gè)步驟是對農(nóng)業(yè)機(jī)械的基本構(gòu)造進(jìn)行設(shè)計(jì)與畫圖，如繪制農(nóng)機(jī)中所需的螺絲、小鐵片、開關(guān)等基礎(chǔ)物件，同時(shí)結(jié)合相關(guān)公式與數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，這是最為基礎(chǔ)也是最重要的一部分，只有做好元模型的設(shè)計(jì)，才能讓其合理并順利地應(yīng)用于虛擬制造中。其次，農(nóng)機(jī)機(jī)構(gòu)模型的設(shè)計(jì)。機(jī)構(gòu)模型是將處理好的元模型進(jìn)行分類組裝，將其組裝成一小部分的完整組件，這是模型設(shè)計(jì)中比較簡單的一個(gè)步驟。最后，農(nóng)機(jī)產(chǎn)品模型的設(shè)計(jì)。需要將處理好的機(jī)構(gòu)模型按照相同的模板進(jìn)行整合，以形成完整的農(nóng)機(jī)產(chǎn)品并采集多次試驗(yàn)的數(shù)據(jù)，讓整個(gè)模型趨于成熟。

4 虛擬制造技術(shù)的核心技術(shù)

4.1 仿真技術(shù)

仿真技術(shù)在虛擬制造技術(shù)中發(fā)揮著最大作用，農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)模型通過虛擬制造后，可以用計(jì)算機(jī)語言把農(nóng)業(yè)機(jī)械的整體造型、功能以及技術(shù)全面展示，在虛擬的狀態(tài)下對農(nóng)機(jī)進(jìn)行分析與應(yīng)用，從而大大縮短農(nóng)機(jī)制造所需的時(shí)間與材料損耗，還能很大程度上節(jié)省人力與財(cái)力，讓仿真技術(shù)全面應(yīng)用在農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)中，使虛擬制造與農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)做到有機(jī)結(jié)合。比如，農(nóng)機(jī)開發(fā)部門在設(shè)計(jì)多功能收割機(jī)的過程中，受到原材料和實(shí)際操作技術(shù)的影響，無法直接生產(chǎn)，而采用虛擬制造中的仿真技術(shù)就可以很好地解決這個(gè)問題，先把多功能收割機(jī)的相關(guān)數(shù)據(jù)通過計(jì)算機(jī)編入仿真程序中，利用建模等技術(shù)手段建立起多功能收割機(jī)的虛擬仿真造型，然后對其進(jìn)行多次調(diào)整與修改，最終生產(chǎn)出高質(zhì)量的多功能收割機(jī)并有效應(yīng)用在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中[3]。

4.2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

目前，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)被廣泛應(yīng)用在高科技行業(yè)中，通過對計(jì)算機(jī)圖像系統(tǒng)等，將產(chǎn)品以最真實(shí)的形象展現(xiàn)在人們面前，比如觀看3D 影視作品時(shí)，通過3D 眼鏡對畫面進(jìn)行處理與轉(zhuǎn)換，就能讓內(nèi)容真實(shí)地呈現(xiàn)在人們的眼前，這就是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用。在農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)中，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以讓農(nóng)業(yè)機(jī)械被直觀地展現(xiàn)出來，全方位展示其作用與功能，還能結(jié)合不同的場景技術(shù)加以應(yīng)用，展示農(nóng)機(jī)產(chǎn)品的真實(shí)狀態(tài)，加強(qiáng)投資者對其的理解，擴(kuò)大農(nóng)機(jī)產(chǎn)品的銷量。比如，農(nóng)機(jī)企業(yè)在進(jìn)行拖拉機(jī)拆裝教學(xué)和培訓(xùn)時(shí)，可以利用虛擬制造中的仿真技術(shù)用三維立體的方式拆裝拖拉機(jī)，把拖拉機(jī)的每個(gè)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(jī)的使用和維修方法。

5 虛擬制造技術(shù)在農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)中的特性及應(yīng)用

5.1 具有強(qiáng)大的通用性

虛擬制造技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各行業(yè)的生產(chǎn)制造中，在農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)中具有強(qiáng)大的通用性。在設(shè)計(jì)過程中的每一個(gè)小環(huán)節(jié)均可通過虛擬制造技術(shù)加以調(diào)整與修改，并采用數(shù)據(jù)與公式對其進(jìn)行設(shè)計(jì)，讓農(nóng)機(jī)建模更具合理性與準(zhǔn)確性。針對農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)，利用虛擬制造技術(shù)手段進(jìn)行輔助與處理，充分發(fā)揮其通用性的特性，可以使農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)得更加完美，從而制造出利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與使用的農(nóng)機(jī)產(chǎn)品。

5.2 具有強(qiáng)大的功能性

虛擬制造技術(shù)有著強(qiáng)大的功能性。在農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)中，通過該技術(shù)可以直觀地展現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械的外觀、功能以及相關(guān)數(shù)據(jù)，也可以針對農(nóng)機(jī)的某一部分進(jìn)行整改且不會破壞整體設(shè)計(jì)，對于設(shè)計(jì)者來說是非常方便且實(shí)用的。同時(shí)，虛擬制造技術(shù)利用其強(qiáng)大的功能性，可以分析計(jì)算農(nóng)機(jī)的設(shè)計(jì)與運(yùn)動方式，充分利用其中的方程與計(jì)算方式，對存在問題的部分分別進(jìn)行限制，讓設(shè)計(jì)者可以一目了然地發(fā)現(xiàn)農(nóng)機(jī)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(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)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(yùn)動狀況進(jìn)行分析和計(jì)算，很大可能會導(dǎo)致圖形和公式的處理方面存在計(jì)算上的錯(cuò)誤，致使整個(gè)模型出現(xiàn)差錯(cuò)與計(jì)算錯(cuò)誤，增加了農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)的難度。通過應(yīng)用虛擬制造技術(shù)，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(nóng)機(jī)模型中，借助計(jì)算機(jī)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(shù)處理，能讓農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)流程更加簡單、方便，減少了設(shè)計(jì)人員的工作量，還能有效提高農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)工作的效率和準(zhǔn)確度，讓農(nóng)機(jī)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(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)不僅對模型設(shè)計(jì)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(qiáng)，只有這樣才能讓農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備在滿足生產(chǎn)需要的同時(shí)不斷增強(qiáng)其功能與實(shí)用性。因?yàn)檗r(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)過程中會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，需要對其進(jìn)行歸納整理和分析，如果單純用人工計(jì)算則會浪費(fèi)許多時(shí)間和精力。通過虛擬制造技術(shù)的介入，可以對農(nóng)機(jī)模型進(jìn)行整體監(jiān)控與處理，直觀地分析其運(yùn)動軌跡以及過程，使其具備高效的數(shù)據(jù)處理能力，讓農(nóng)機(jī)在設(shè)計(jì)到運(yùn)用過程中處于實(shí)時(shí)監(jiān)控并及時(shí)得到處理的狀態(tài)，讓農(nóng)業(yè)機(jī)械得到合理化、科學(xué)化的調(diào)整。

5.5 直觀、清楚地了解農(nóng)業(yè)機(jī)械

傳統(tǒng)的農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)方式只能通過圖紙對農(nóng)機(jī)產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)，難以直觀地展示設(shè)計(jì)出的實(shí)際產(chǎn)品效果，在功能介紹以及交易上存在一定的局限性。如今，經(jīng)過虛擬制造技術(shù)的不斷發(fā)展與應(yīng)用，將其與農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)過程進(jìn)行結(jié)合，可以直觀、清楚地了解農(nóng)業(yè)機(jī)械的設(shè)計(jì)到生產(chǎn)過程，將農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)到成品的過程以虛擬形象展現(xiàn)出來，對其具體功能進(jìn)行深入剖析，幫助人們更加清楚地了解農(nóng)機(jī)的功能、作用以及應(yīng)用場景；還能全方位地對其進(jìn)行展示與分析，根據(jù)用戶的要求進(jìn)行特定修改，讓農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)具有更多的功能，真正滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需求以及充分應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。

6 結(jié)束語

虛擬制造技術(shù)的廣泛應(yīng)用，可以很好地解決傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)設(shè)備生產(chǎn)和制造過程中所遇到的困難，并不斷進(jìn)行改革和創(chuàng)新，讓虛擬制造技術(shù)發(fā)揮出通用性和功能性的作用，在農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)過程中與虛擬制造技術(shù)相結(jié)合，不僅可以最大限度減少生產(chǎn)成本，還可以提高工作效率與生產(chǎn)周期，從而讓農(nóng)機(jī)產(chǎn)品的質(zhì)量得到進(jìn)一步提升。同時(shí)，需要為農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)人才制訂專業(yè)且有效的培訓(xùn)計(jì)劃，讓其適應(yīng)虛擬制造技術(shù)發(fā)展的需要，旨在與時(shí)俱進(jìn)，創(chuàng)造出更多利于農(nóng)業(yè)發(fā)展的農(nóng)機(jī)產(chǎn)品，促進(jìn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展。