董麗娟，張煥可

(許昌電氣職業(yè)學(xué)院，河南 許昌 461000)

0 引言

作為世界上的農(nóng)業(yè)大國，我國農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)在國民經(jīng)濟(jì)中占比較大，雖然我國農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力人口較多，但因我國農(nóng)業(yè)機(jī)械化程度不高，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力并不如許多發(fā)達(dá)國家，例如，丹麥農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力只有2%，生產(chǎn)力卻能滿足整個(gè)國家近600萬人口的需求。因此，要促進(jìn)國家農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的增長，首先要提高農(nóng)業(yè)機(jī)械化技術(shù)的設(shè)計(jì)、制造與應(yīng)用。結(jié)合現(xiàn)代先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)與機(jī)械技術(shù)，使農(nóng)機(jī)設(shè)備逐漸趨于現(xiàn)代化、智能化、科技化和機(jī)械化。虛擬制造技術(shù)的應(yīng)用，能提高農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械零件設(shè)計(jì)的整合性，提高農(nóng)機(jī)設(shè)備的設(shè)計(jì)效率，并根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行有針對(duì)性的個(gè)性化設(shè)計(jì)，提高農(nóng)業(yè)機(jī)械使用過程中的有效性。另外，虛擬制造技術(shù)在農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)行、維護(hù)等各個(gè)環(huán)節(jié)中都具有重要的作用。

1 虛擬制造技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 國外發(fā)展現(xiàn)狀

一直以來，隨著全球制造業(yè)市場競爭越來越激烈，許多國家的企業(yè)為了快速搶占市場，不斷圍繞著如何提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率和控制生產(chǎn)成本而努力，在20世紀(jì)90年代，隨著一種全新的制造模式與概念的提出——虛擬制造，通過不斷發(fā)展，成為了現(xiàn)代制造技術(shù)中的重要發(fā)展技術(shù)。在國外許多工業(yè)較為發(fā)達(dá)的國家，虛擬制造技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域，包括交通、物流、生產(chǎn)制造等。例如，波音777的設(shè)計(jì)、裝配、測試等制造環(huán)節(jié)都是建立在虛擬制造技術(shù)上完成的，并在虛擬制造技術(shù)的支持下，將原定的8年開發(fā)周期縮短到了5年，提高了生產(chǎn)效率。另外，虛擬制造技術(shù)也對(duì)世界制造業(yè)的未來發(fā)展具有較為深遠(yuǎn)的影響。

1.2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

一直以來，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在我國各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用都不高，但隨著我國頻頻頒布相關(guān)支持政策，并將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)列為未來發(fā)展的重點(diǎn)任務(wù)之一，體現(xiàn)了我國對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展的重視。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是虛擬制造技術(shù)的基礎(chǔ)，但目前，虛擬制造技術(shù)在我國企業(yè)應(yīng)用中依舊欠缺，相比發(fā)達(dá)國家而言，我國企業(yè)缺乏對(duì)虛擬制造技術(shù)的應(yīng)用，生產(chǎn)效率相對(duì)低下，企業(yè)利潤也相對(duì)較低，源于我國對(duì)虛擬制造技術(shù)的研究力度、宣傳力度不高。因此，政府部門應(yīng)帶頭發(fā)揮組織工作，組織相關(guān)企業(yè)進(jìn)行虛擬制造技術(shù)的研究和創(chuàng)新，加強(qiáng)與國外企業(yè)技術(shù)方面的交流與合作。企業(yè)應(yīng)根據(jù)自身發(fā)展需求，不斷提高企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)，保證產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，從而提高企業(yè)競爭力。

2 農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)中虛擬制造技術(shù)的作用

2.1 提高產(chǎn)品功能

農(nóng)機(jī)設(shè)備的設(shè)計(jì)過程較為復(fù)雜，并具有許多不確定因素，因此，在農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)師在虛擬制造技術(shù)的輔助下，可通過虛擬環(huán)境進(jìn)行設(shè)計(jì)、觀察、調(diào)試，并使用虛擬運(yùn)動(dòng)仿真技術(shù)進(jìn)行檢測改進(jìn)，從而提高設(shè)計(jì)效率和產(chǎn)品功能，在控制成本的基礎(chǔ)上提高農(nóng)機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量和穩(wěn)定性，有效控制產(chǎn)品缺陷，從而提高產(chǎn)品的市場競爭力。

2.2 提高建模效率和準(zhǔn)確性

在農(nóng)機(jī)設(shè)備設(shè)計(jì)的模型制作環(huán)節(jié)中，要使用許多公式和圖形處理技術(shù)，制作、運(yùn)算的過程較為復(fù)雜，在建模過程中出現(xiàn)錯(cuò)誤的幾率也較高。虛擬制造技術(shù)的使用直接依靠數(shù)據(jù)建模代替圖形處理的建模方式，大大提高建模效率，同時(shí)也能有效減少在模型制作、計(jì)算過程中出現(xiàn)錯(cuò)誤的幾率，使建模過程更加數(shù)字化、信息化、智能化。

3 農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)中虛擬制造技術(shù)的運(yùn)用分析

3.1 構(gòu)建合理的虛擬制造系統(tǒng)

在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)過程中，合理利用虛擬制造技術(shù)能提高農(nóng)機(jī)虛擬模型的構(gòu)建質(zhì)量，從而提高虛擬制造技術(shù)在農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)中的利用率。虛擬制造技術(shù)在農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)中的基礎(chǔ)組成部分有信息系統(tǒng)、物理系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)。從功能上來說，在農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)中虛擬制造技術(shù)應(yīng)該包括理論智能信息系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)、建模系統(tǒng)、仿真制造系統(tǒng)、仿真檢測系統(tǒng)、虛擬制造環(huán)境等。在農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)中使用虛擬制造技術(shù)，能提高農(nóng)業(yè)機(jī)械的安全性能，提升運(yùn)行速度和生產(chǎn)效率，同時(shí)也可以減少機(jī)械對(duì)能源的消耗。根據(jù)不同地區(qū)對(duì)農(nóng)機(jī)的不同需求，農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)工作者應(yīng)結(jié)合市場需求，將虛擬制造技術(shù)與先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)相互結(jié)合，從而保證農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)更符合市場需求。另外，農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)工作者應(yīng)對(duì)農(nóng)作物的特征具有一定的了解，當(dāng)發(fā)現(xiàn)農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)中存在設(shè)計(jì)缺陷，應(yīng)及時(shí)改進(jìn)和優(yōu)化，從而保證農(nóng)機(jī)產(chǎn)品的有效利用。

3.2 虛擬制造結(jié)構(gòu)智能化運(yùn)用

目前，在我國農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)工作中，所使用的虛擬制造技術(shù)結(jié)構(gòu)為VW體系結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)功能層包括界面層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層、控制層和活動(dòng)層，設(shè)計(jì)師需要借助這五大層面功能進(jìn)行農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)。另外，在農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)過程中，與計(jì)算機(jī)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、智能技術(shù)和大數(shù)據(jù)信息技術(shù)相聯(lián)合，提取相關(guān)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、地理信息、市場信息等為依據(jù)，使用智能技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)有效控制自動(dòng)分析建模，可以有效提高虛擬制造技術(shù)在農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)中的建模質(zhì)量和建模效率，形成全新的建模流程。首先，需要農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)工作者經(jīng)過研究、信息采集和調(diào)查，將準(zhǔn)備好的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)錄入虛擬制造系統(tǒng)中；其次，虛擬制造系統(tǒng)進(jìn)行整合數(shù)據(jù)處理，控制建模；最后，農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)工作者要觀察虛擬模型的運(yùn)行現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時(shí)調(diào)整。通過優(yōu)化虛擬制造體系，能有效提高農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)工作效率，提高農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)工作質(zhì)量，同時(shí)也能進(jìn)一步提高模型的精確度，提高虛擬制造技術(shù)在農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)中的有效運(yùn)用。

3.3 農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)中虛擬制造技術(shù)的運(yùn)用領(lǐng)域

虛擬制造技術(shù)應(yīng)用在機(jī)械制造行業(yè)中，是科技發(fā)展的過程中技術(shù)發(fā)展與行業(yè)發(fā)展之間的融合。農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)中應(yīng)用虛擬制造技術(shù)，不但能夠提高農(nóng)機(jī)的設(shè)計(jì)效率，更能有效保障農(nóng)機(jī)虛擬模型的構(gòu)建質(zhì)量。在農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)中，虛擬制造技術(shù)可以運(yùn)用到多個(gè)領(lǐng)域。虛擬制造技術(shù)可以運(yùn)用在農(nóng)機(jī)零部件設(shè)計(jì)工作中；在農(nóng)機(jī)生產(chǎn)過程中的虛擬仿真，并對(duì)農(nóng)機(jī)生產(chǎn)過程進(jìn)行優(yōu)化；對(duì)農(nóng)機(jī)設(shè)備進(jìn)行離線仿真，并模擬、分析農(nóng)機(jī)設(shè)備的動(dòng)態(tài)特性；對(duì)農(nóng)機(jī)設(shè)備運(yùn)輸仿真，制定物流規(guī)劃；對(duì)農(nóng)機(jī)設(shè)備裝配過程仿真，提高裝配效率和安全性；對(duì)農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)中的復(fù)雜數(shù)據(jù)進(jìn)行3D可視化模擬、輸出；對(duì)農(nóng)機(jī)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程操作管理、遙控式制造；虛擬制造技術(shù)能提高內(nèi)部通訊效率；對(duì)農(nóng)機(jī)使用方法進(jìn)行仿真可視化操作培訓(xùn)。另外，在實(shí)際農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)工作中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)制定多個(gè)虛擬設(shè)計(jì)方案，當(dāng)虛擬模型構(gòu)建失敗或出現(xiàn)不合理現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)及時(shí)改進(jìn)或替換，在不斷的設(shè)計(jì)、研發(fā)過程中，提高農(nóng)機(jī)的運(yùn)行質(zhì)量。同時(shí)，農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)工作者應(yīng)提高自身知識(shí)儲(chǔ)備，不斷學(xué)習(xí)虛擬制造技術(shù)和農(nóng)作物相關(guān)知識(shí)，充分了解農(nóng)作物生長特性，才能在農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)工作中，不斷提高農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)質(zhì)量。

4 結(jié)語

綜上所述，虛擬制造技術(shù)在我國農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)中應(yīng)用發(fā)展前景較高，具有提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量和農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的重要作用，同時(shí)也存在成本高昂、操作復(fù)雜、現(xiàn)階段市場需求量小的問題，從而造成農(nóng)業(yè)機(jī)械制造企業(yè)投入成本資金不能及時(shí)回籠。要完善虛擬制造技術(shù)在農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，首先應(yīng)改善我國農(nóng)業(yè)大環(huán)境與生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，并加大政府宣傳力度和支持力度，隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)的改革，需求者增多，需求者購買能力提高，虛擬制造技術(shù)在農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢也將徹底發(fā)揮與推廣，從而提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，促進(jìn)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的增長，促進(jìn)國家經(jīng)濟(jì)水平的提高。