UG虚拟设计技术在农业机械中的应用

何玉静

摘要：随着科学技术的不断发展和计算机的普及和应用，各种新型材料、新型工艺、新兴技术和更好的设计与理论方法不断涌现，农业机械的更新速度也在不断加快。其中UG虚拟设计技术具有：有效的降低成本，大大的缩短开发周期，有效的提高产品的质量，和为生产企业有效的节约成本和提高经济效益等优势。本文了论述UG虚拟设计技术的基本组成及在农业机械中的应用，分析了UG虚拟设计技术在在农业机械中的应用前景。

Abstract： With the continuous development of science and technology and the popularization and application of computer， various new materials， new technology， and better design and theoretical methods are emerging， and the updating speed of agricultural machinery is also accelerating. UG virtual design technology has advantages of effectively reducing costs， greatly shortening the development cycle， effectively improving the quality of products， and saving costs for production enterprises and increasing economic benefit. This paper discusses the basic composition of UG virtual design technology and its application in agricultural machinery， and analyzes the application prospect of UG virtual design technology in agricultural machinery.

关键词：GU虚拟设计技术；农业机械；应用

Key words： GU virtual design technology；agricultural machinery；application

中圖分类号：S220.2 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）21-0193-02

0 引言

UG虚拟设计技术是一门高科技新兴技术，以被各大领域所应用。其在农业机械领域方面的应用也将不断地的深入，必将引领农业机械生产制造领域的变革。

1 UG虚拟设计技术的定义及特点

UG是Siemens PLM Software公司出品的一个产品工程解决方案，它为用户的产品设计及加工过程提供了数字化得造型和验证手段，UG针对用户的虚拟产品设计和工艺要求的需要，提供了实践验证的解决方案，UG是用户指南和普遍语法的的英文缩写。这是一个交互式CAD/CAM（计算机辅助设计和计算机辅助制造）的系统，它功能强大，可以轻松实现各种复杂实体及造型的构建，它诞生之初主要基于工作站，它随着PC硬件的发展和个人用户的迅速增长，在PC上的应用取得了迅猛的发展，它已成为模具行业三维设计的一个主流。UG始发与1969年，它是基于C语言开发实现的。UG是一个在二维和三维空间无结构网格上使用自适应多重网格方法开发的一个灵活的数值求解偏激分方程的软件工具。

1.1 UG虚拟设计技术定义

UG虚拟设计技术是汇集了计算机图像技术、多媒体技术、智能接口技术、传感技术、语音处理技术、音响技术、网络技术、图像识别处理技术，实时高度并行的计算技术、人工智能、人机工程学，人的心里及行为研究的众多的关键技术，是这些技高度的融合与集成，UG虚拟设计技术是指以高度仿真的方式给客户展示了实体变化和相互作用的三维界面，使客户有身临其境的感觉，并直接参与和仿真对象在模拟环境的作用和变化，有一种真实的感觉。高度仿真、身临其境、交互作用是其主要特点。UG虚拟设计技术其特征是：①UG虚拟设计技术是一种基于计算机图形学的实时动态、多观点的三维设计技术，这种技术所构建的三维环境可以现实的世界真实的再现，也可以模拟超越现实的虚构世界。②设计者可以通过视、听、触的人体感官，直接以人的思维方式和自然技能与所设计的环境交互。③在设计操作的过程中，人是作为实时数据源的主体融入到虚拟的环境中，而不只是设计端的参与者。

1.2 UG虚拟设计技术的特点

首先UG虚拟设计技术是动态环境的建模技术，UG虚拟设计技术的核心内容是虚拟环境的构建，应用动态环境建模技术能有效的获取实际环境下的三维数据，利用三维数据就构建虚拟环境模型。其次就是UG虚拟设计技术是实时的三维设计技术，当前，三维成像技术已经比较成熟，关键是如何能够满足时需实用的要求，为了达到这个要求图形的刷新率要不低于于16帧/S，最好要高于31帧/S。再提高刷新率的同时要保证不降低图形的复杂程度和质量。要在虚拟设计的真实感图形中，完成图像生成的硬件体系结构，当然用于加速的各种有效技术是重中之重。再次就是立体显示和传感技术，UG虚拟设计技术依赖与传感技术和立体显示的发展，而立体显示技术又包含人的感官生理原理以及涉及计算机的如何生成技术，当今的硬件系统（单目镜、头盔显示器和可移动的视觉显示器）有待进一步的发展。光学显示部分还有待改进，其还存在许多局限性。传感器技术的可重复性、精确性、安全性和可靠性等技术问题需要有待提升，不同性能的传感器性能有待提高。再次就是UG虚拟设计应用系统的开发工具，UG虚拟设计技术最终要面向应用，利用平台的优势可缩短与应用结合的时间。因此，就应大力研发UG虚拟技术的开发工具。当前，常用的UG虚拟设计技术系统开发工具Super8cape公司VRT，作为一个可视化的平台，它有着较高网络处理和交互能力，Scnse的WTK本身是C函数系统，它可提供合成虚拟的一个应用开发环境，3MudtiGen的MuMGen的软件是具有交互式的建模系统，3MudtiGen-PoIadign的Vega使用简单，可用于听觉仿真和实时视觉。利用API可成交互式三维应用和实时可视仿真，利用VTree可生成视觉仿真和实时场景生成。总之UG虚拟设计技术的系统是众多系统的集成，其包含了很多的信息模型，必须根据设计方式合理安排组合。集成技术涵盖了数据的相互转换、数据的管理模型、模式识别、模型的标定、信息的同步与合成等技术。

2 UG虚拟设计技术在农业机械中的应用

UG虚拟设计技术的应用领域很广、很宽泛，最常用的几个重要领域：一是医疗，涵盖外科的手术训练、病理解剖教学、和很复杂的外科手术和显微镜手术；二是游戏娱乐业，利用UG虚拟设计技术可以营出一定的虚拟环境，可以生动、逼真、形象的模拟太空飞船遨游太空、星球大战场景、极地探险、海底探险以及一些逼真的街头巷战的打斗游戏，给人一种身临其境的体验感，并给体验者带来很强的知识性、趣味性、惊险性。三是在航空、航天和军事方面。其应用与人员培训、战略规划和面产品设计。如军事是演示虚拟的战争场面、虚拟导弹发射器、飞机的虚拟设计系统、和太空训练系统。四是广泛的应用与教育系统的培训，对于舰艇、飞机的驾驶员和宇航员、战场指挥员和各种复杂系统的操作人员，模拟仿真的训练是必备的课程，利用UG虚拟设计技术可使仿真效果更形象、逼真，如果仿真内容越加丰富、其培训效果就更好。

2.1 UG虚拟设计技术在农业机械中的应用途径

虚拟产品的生成是建立在计算机的系统基础上开发完成的。它可以在虚拟的条件下完成产品构思、产品设计、产品制造、产品测试、产品分析。以往的农机产品设计是通过图纸绘图设计，样机试制、样机试验、修改图纸设计，重新试制，要经过漫长的时间才能生产出合格的产品，众多的设计错误不能在设计初级阶段得以发现，再加上农机产品的试验是伴随季节性，所以导致想要生产一款农机产品，需要漫长的开发周期。UG虚拟设计的应用大大的缩短了农机产品的开发周期。其明显的优势是把存储在及计算机中的数字模型即虚拟产品代替现实中的实物模型进行仿真演练，进行分析。在模拟制造过程中计算全机模拟生成所有工件原型，然后再对虚拟产品进行预装，在预装的同时还能进行阶段性的碰撞检测。如对测试结果不满意，就可及时的对虚拟工件图进行修改再次预装试验，这样就可以大大的提高了产品的可靠性，防止了大量的原材料的浪费。在生产产品的质量上、时间上、成本上、环境上各方面的因素上的得以改良和提高，起到了全局優化和一次性研发成功的的效果。难度大且复杂的大型农机设备更需要这种模拟仿真技术，其不仅可以在运动学上加以仿真，还可以有效地利用优化设计、有限元分析的等方法对动力学加以仿真、分析，从而有效的完成各种构件的参数优化。生产出符合设计的更好的产品。其具体步骤分为以下几点，一是几何建模，利用照片扫描或者图像绘图软件，绘制出虚拟对象的形状和外表；二是运动型建模，能模拟对象在虚拟的世界中的动态特征，关于模拟对象的碰撞、伸缩、手抓提、位置变化、和表面变化的等特征就是运动建模；三是物理型建模，就是把模拟对象的惯性、质量、表面粗糙度、硬度与形体变化的虚拟建模方式。建立实体的物理模型的优势在于：这个实体可以用虚拟的手加以感觉，可以真实的感觉到这个实体的质量，表面粗糙程度；四是声音型建模，就是利用听觉机理建立声音模拟；五是演示模型的分割，在真实模拟的条件下，简化模型的复杂程度，有效的提高模型的实时型。

2.2 UG虚拟设计技术的建模

与绝大数的仿真技术一样，虚拟技术的核心应用就是虚拟世界的建模过程，首先是利用计算机从数学上定义模拟建模的基本过程，所具有并利用所特有的硬件资源，从而建立起模拟设备零件的几何模型，再利用计算机的转化过程实现所需的仿真模型。其次是要注重优化模型和开发模拟对象的数据库，就是建立模拟对象的外表、形状、行为、限制模型并将对应的模拟对象发送到仿真的世界。通过以上的两个步骤UG虚拟设计的模型就可完成。

3 结语

虚拟设计技术在农业机械中的广泛应用其优势是很明显的。随时实时建模可使整个生线的生产流程得以简化，并发挥了其最佳效果，有效的缩短了产品的生产周期，使产品生产周期达到了预期的目标，在生产产品之前就可以先行调试生产工具和软件程序，这样就可以有效的利用时间。此外UG虚拟设计技术还可以在教育培训领域得到应用，工作人员对于一些恶劣的环境和危险的环境可以在模拟中进行培训，从而杜绝了对人体的伤害和对设备的损害，既安全、方便、快捷又能节省人力财力。随着科学技术的进步，知识和信息的快速更新，制造业面临着要以最快的速度生产出最好的产品，要花费最低的成本与代价，同时生产环境要最优、服务要最好，要有快速的市场适应能力来赢得市场先机和时代先机。要完成这一伟大目标，就必须要求生产企业和相关工作者将制造技术和不断发展的计算机科学、虚拟技术、系统科学、人工智能等相关的科学技术加以融合运用。创造出具有自动化、信息化、智能化的全新概念的基于数字媒体技术的UG虚拟设计技术。3DS MAX和CAD被广泛的农业机械产品虚拟设计，其优势是不仅能模拟产品工作状态，还可以进行动态干涉检查和相关的虚拟装配，使设计过程有效地得以简化，使其更直观更合理，不但使产品的质量得以提高、设计周期大幅减缩，实验经费大大节省，更能便于利用互联网进行虚拟介绍和产品推销，从而为提高企业形象，展示产品质量，提高产品的市场占有率夯实基础。

综上所述，在技术高速发展的21世纪，UG虚拟设计技术必将在农业机械领域得以深入应用。当然，UG虚拟设计技术是一门新兴的科学应用技术，其应用前景广阔，我国尚处于应用的初级阶段，但只要不断地加大对农业机械中UG虚拟设计技术的投入和研发力度，UG虚拟设计技术在农业机械中的发展前景机会更加广阔。

参考文献：

[1]刘尚，韩翠波.UG虚拟设计技术在农业机械中的应用[J]. 农机化研究，2007（03）：13-16.

[2]李霞，王维新.虚拟技术在农业机械中的应用[J].农机化研究，2005（03）：42-45.

[3]王凯湛，马瑞峻，胡健峰.虚拟样机技术在农业机械上的应用和发展[J].中国农机化，2008（04）：23-26.