农机设计中虚拟制造技术的应用

师立奇

（齐齐哈尔工程学院，黑龙江 齐齐哈尔 161005）

机械设计是通过对特定行业的器具进行设计，让其在使用过程中减少能耗，以此提高该行业的生产产量与效率，在农业中应用得十分广泛，因农业产品产量大，播种与收成需要耗费大量的人力、物力与财力。在农业机械设计与生产中应用虚拟制造技术，可以最大限度降低农机产品的生产成本，减少材料损耗与浪费，提高农业的生产效率，最大程度发挥现代化技术的优势，不仅能节省大规模生产制造的成本，还能从根本上提高产量。虚拟制造技术在农机设计中渐渐成为无法被替代的重要环节。

1 传统农机设计技术存在的不足

传统的农业机械设计技术存在缺点，其设备条件相对较差，一些农业企业的设备十分老旧，长期使用会造成生产销量的减少，缺少先进设备与技术的指导与支持，导致农机设计技术长期处于停滞不前的状态。同时，存在设计技术方面的不足，设计技术稍弱于发达国家；在设计理念上也有一定的不足，设计理念比较保守与传统，缺乏大胆思考与创新的能力，很大程度上造成了农机设计的落后。

传统农机设计的主要方式是依靠计算与估算，无法对机械的设计与生产进行准确计算，是在简单预估和假设下完成农机的设计，用此方式生产出来的农业机械有着随机性和不准确性，一旦计算过程中出现差错，就会影响农业机械的使用与成果。因此，农机设计技术用传统的方式进行设计时会存在大量问题，从而使得生产成本大大提高，不利于提高农机制造的产量与效率，只有对其不足之处加以调整与创新，才能让农机设计得到进一步的发展[1]。

2 现代化虚拟制造技术的优势

在农业中，对农业机械进行设计的主要目的是将其作用在实际应用中发挥至最大化，让农机产品的功能更加强大，方便广大老百姓在农业生产中使用农机。将现代化虚拟制造技术应用在农机设计上，可以很好地实现农机设计的发展需求，杜绝传统农机设计技术中存在的不准确性，使其更为高效、精准。虚拟制造技术通过检索、分析和收集等方式对农机设计进行处理，用科学的方式对数据进行整理与统计，从而得出最为优化与精准的设计方案与计算方式；通过专业技术人员的技术辅助、人工智能技术以及数据库技术等多方面的融合，让农机设计趋于合理、科学并能被投入农业中使用，充分发挥其应用优势，不断促进农业的发展。

3 应用虚拟制造技术制作农机模型的步骤

传统的农机设计模型大多数是采用手画模型图的方式，先画出农机的大致外观，然后对细节部分加以设计与修改，这种方式需要花费大量的时间与精力，一旦某一部分需要整改或者不合适，就要重新设计整个设计图。让虚拟制造技术参与农机设计中，可以使设计人员更加清晰地了解整个模型图的细节，也可以对其中一部分进行修改与加工，不会破坏其整体，同时能对设计出的农业机械进行仿真实验，用形象生动的方式将其展现出来，具有高度的灵活性与便捷性[2]。

一个完整的农机模型设计需要经过很多道步骤和程序，首先，农机元模型的设计。这个步骤是对农业机械的基本构造进行设计与画图，如绘制农机中所需的螺丝、小铁片、开关等基础物件，同时结合相关公式与数据进行设计，这是最为基础也是最重要的一部分，只有做好元模型的设计，才能让其合理并顺利地应用于虚拟制造中。其次，农机机构模型的设计。机构模型是将处理好的元模型进行分类组装，将其组装成一小部分的完整组件，这是模型设计中比较简单的一个步骤。最后，农机产品模型的设计。需要将处理好的机构模型按照相同的模板进行整合，以形成完整的农机产品并采集多次试验的数据，让整个模型趋于成熟。

4 虚拟制造技术的核心技术

4.1 仿真技术

仿真技术在虚拟制造技术中发挥着最大作用，农机设计模型通过虚拟制造后，可以用计算机语言把农业机械的整体造型、功能以及技术全面展示，在虚拟的状态下对农机进行分析与应用，从而大大缩短农机制造所需的时间与材料损耗，还能很大程度上节省人力与财力，让仿真技术全面应用在农机设计中，使虚拟制造与农机设计做到有机结合。比如，农机开发部门在设计多功能收割机的过程中，受到原材料和实际操作技术的影响，无法直接生产，而采用虚拟制造中的仿真技术就可以很好地解决这个问题，先把多功能收割机的相关数据通过计算机编入仿真程序中，利用建模等技术手段建立起多功能收割机的虚拟仿真造型，然后对其进行多次调整与修改，最终生产出高质量的多功能收割机并有效应用在农业生产中[3]。

4.2 虚拟现实技术

目前，虚拟现实技术被广泛应用在高科技行业中，通过对计算机图像系统等，将产品以最真实的形象展现在人们面前，比如观看3D 影视作品时，通过3D 眼镜对画面进行处理与转换，就能让内容真实地呈现在人们的眼前，这就是虚拟现实技术的应用。在农机设计中，虚拟现实技术可以让农业机械被直观地展现出来，全方位展示其作用与功能，还能结合不同的场景技术加以应用，展示农机产品的真实状态，加强投资者对其的理解，扩大农机产品的销量。比如，农机企业在进行拖拉机拆装教学和培训时，可以利用虚拟制造中的仿真技术用三维立体的方式拆装拖拉机，把拖拉机的每个零部件都全方位清晰地展示，从而使用户明晰各零部件的功能和作用，方便更好地了解拖拉机的使用和维修方法。

5 虚拟制造技术在农机设计中的特性及应用

5.1 具有强大的通用性

虚拟制造技术被广泛应用于各行业的生产制造中，在农机设计中具有强大的通用性。在设计过程中的每一个小环节均可通过虚拟制造技术加以调整与修改，并采用数据与公式对其进行设计，让农机建模更具合理性与准确性。针对农机设计的环节，利用虚拟制造技术手段进行辅助与处理，充分发挥其通用性的特性，可以使农业机械设计得更加完美，从而制造出利于农业生产与使用的农机产品。

5.2 具有强大的功能性

虚拟制造技术有着强大的功能性。在农机设计中，通过该技术可以直观地展现农业机械的外观、功能以及相关数据，也可以针对农机的某一部分进行整改且不会破坏整体设计，对于设计者来说是非常方便且实用的。同时，虚拟制造技术利用其强大的功能性，可以分析计算农机的设计与运动方式，充分利用其中的方程与计算方式，对存在问题的部分分别进行限制，让设计者可以一目了然地发现农机模型中的矛盾，并针对问题做出有效的处理与修改[4]。

5.3 简化建模过程

在农机设计过程中，有大量的数据需要得到分析和处理，而用传统的建模方式对其运动状况进行分析和计算，很大可能会导致图形和公式的处理方面存在计算上的错误，致使整个模型出现差错与计算错误，增加了农机设计的难度。通过应用虚拟制造技术，则不需要人工处理这些数据，只需要把数据、连接方式和参数输入做好的农机模型中，借助计算机数据完成后期的分析和处理，对有误的部分加以修改或者更改数据，简化建模过程中的环节与技术处理，能让农业机械设计流程更加简单、方便，减少了设计人员的工作量，还能有效提高农机设计工作的效率和准确度，让农机模型的制造更加成熟合理。

5.4 具备高效的数据处理能力

农机设计不仅对模型设计能力有着很高的要求，还要求工作人员的数据的分析处理能力比较强，只有这样才能让农业机械设备在满足生产需要的同时不断增强其功能与实用性。因为农机设计过程中会产生大量的数据，需要对其进行归纳整理和分析，如果单纯用人工计算则会浪费许多时间和精力。通过虚拟制造技术的介入，可以对农机模型进行整体监控与处理，直观地分析其运动轨迹以及过程，使其具备高效的数据处理能力，让农机在设计到运用过程中处于实时监控并及时得到处理的状态，让农业机械得到合理化、科学化的调整。

5.5 直观、清楚地了解农业机械

传统的农机设计方式只能通过图纸对农机产品进行设计，难以直观地展示设计出的实际产品效果，在功能介绍以及交易上存在一定的局限性。如今，经过虚拟制造技术的不断发展与应用，将其与农机设计过程进行结合，可以直观、清楚地了解农业机械的设计到生产过程，将农机设计到成品的过程以虚拟形象展现出来，对其具体功能进行深入剖析，帮助人们更加清楚地了解农机的功能、作用以及应用场景；还能全方位地对其进行展示与分析，根据用户的要求进行特定修改，让农机设计具有更多的功能，真正满足农业生产的需求以及充分应用到农业生产中。

6 结束语

虚拟制造技术的广泛应用，可以很好地解决传统农业设备生产和制造过程中所遇到的困难，并不断进行改革和创新，让虚拟制造技术发挥出通用性和功能性的作用，在农机设计过程中与虚拟制造技术相结合，不仅可以最大限度减少生产成本，还可以提高工作效率与生产周期，从而让农机产品的质量得到进一步提升。同时，需要为农机设计人才制订专业且有效的培训计划，让其适应虚拟制造技术发展的需要，旨在与时俱进，创造出更多利于农业发展的农机产品，促进农业的发展。