淺談虛擬樣機(jī)技術(shù)農(nóng)業(yè)機(jī)械中的實(shí)用性

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1虛擬樣機(jī)技術(shù)的定義及優(yōu)點(diǎn)分析

(1)能減少大量的人工計(jì)算工作，避免多次試制零部件及機(jī)構(gòu)過程，節(jié)省材料、人力資源。

(2)仿真后能及時(shí)快速修改數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)圖紙，縮短時(shí)間，可重復(fù)仿真實(shí)驗(yàn)修改，做到一次試制成功達(dá)到更高的質(zhì)量要求，搶占市場(chǎng)先機(jī)。

(3)能適應(yīng)當(dāng)前以計(jì)算機(jī)為主要的辦公平臺(tái)需要，開展網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同設(shè)計(jì)制造新模式，快速傳輸、交換數(shù)據(jù)和圖紙，實(shí)現(xiàn)由過去的串行設(shè)計(jì)制造過渡到并行設(shè)計(jì)制造的模式，提高創(chuàng)新機(jī)械設(shè)計(jì)生產(chǎn)效率。

2虛擬樣機(jī)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

2．1虛擬樣機(jī)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及常用軟件

仿真軟件如ADAMS(Aut01natjcDynamicAnal-ysisofMechanicalSystem)、DADS、SIMPACK、ANSYS、WorkingModel、SolidWorks、IDEAS、PHOERNIS(Para-bolicHyperbolicOrEllipticNumericalIntegrationCodeSeries)、SIMILINK等，這些軟件的功能各有側(cè)重并均有各自的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用領(lǐng)域。

2．2我國(guó)虛擬樣機(jī)技術(shù)應(yīng)用農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)領(lǐng)域現(xiàn)狀分析

2．2．1兩種設(shè)計(jì)方式

前后兩種方式比較:前者受試驗(yàn)室外環(huán)境影響，存在用時(shí)長(zhǎng)，材料和人工費(fèi)高，靜態(tài)和動(dòng)態(tài)分離設(shè)計(jì)等缺陷;后者時(shí)間明顯縮短，計(jì)算分析準(zhǔn)確，靜態(tài)和動(dòng)態(tài)結(jié)合優(yōu)化設(shè)計(jì)，試制物理樣機(jī)次數(shù)少，能保障質(zhì)量?jī)?yōu)，出新產(chǎn)品快，物料、人工成本較低，還可實(shí)現(xiàn)并行多公司同時(shí)設(shè)計(jì)生產(chǎn)后迅速組裝等優(yōu)點(diǎn)，因此新的設(shè)計(jì)開發(fā)過程明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的開發(fā)過程。

2．2．2虛擬樣機(jī)技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械中應(yīng)用現(xiàn)狀特點(diǎn)

(1)農(nóng)機(jī)企業(yè)發(fā)展存在滯后性虛擬樣機(jī)技術(shù)依托計(jì)算機(jī)技術(shù)而存在和發(fā)展，因此我國(guó)的農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)行業(yè)計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用相對(duì)于其他如航空和汽車等設(shè)計(jì)制造業(yè)有一定的滯后性，原因有以下幾點(diǎn):由于行業(yè)的資金實(shí)力不夠，農(nóng)業(yè)機(jī)械類院校發(fā)展重視不夠，學(xué)習(xí)農(nóng)業(yè)機(jī)械專業(yè)的積極性不高，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)機(jī)械專業(yè)院校投入不足、發(fā)展緩慢，因而高技術(shù)農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)開發(fā)人才規(guī)模小，農(nóng)機(jī)企業(yè)的銷售方式單一，銷售量及利潤(rùn)低，技術(shù)人員待遇低，導(dǎo)致企業(yè)壯大困難，缺少足夠的資金投入研發(fā)，引進(jìn)、留住人才困難。農(nóng)機(jī)企業(yè)上市較少，目前有一拖股份，吉峰農(nóng)機(jī)等十余家上市公司，很多農(nóng)機(jī)企業(yè)還是作坊式企業(yè)，科研和先進(jìn)制造技術(shù)運(yùn)用較少。因此制約了虛擬樣機(jī)技術(shù)的應(yīng)用和推廣實(shí)踐。

(2)在農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備中的應(yīng)用，在高校研究機(jī)構(gòu)中逐漸形成團(tuán)隊(duì)化，成果轉(zhuǎn)化步伐加快。如中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)，廣西大學(xué)，分別在不同的應(yīng)用方向取得了顯著的效果，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)首次把虛擬樣機(jī)技術(shù)應(yīng)用到機(jī)械手的研究中，并相繼開展機(jī)械手在水稻拋秧機(jī)和水果采摘機(jī)器人等方面的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了整體設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化;廣西大學(xué)對(duì)甘蔗收獲機(jī)整機(jī)及關(guān)鍵部件的虛擬樣機(jī)模型進(jìn)行了一系列連續(xù)深入的研究后，建立了基于產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDM)的甘蔗收獲機(jī)可視化虛擬設(shè)計(jì)平臺(tái)，涉及整個(gè)產(chǎn)品生命周期的描述、控制和管理，基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備正逐漸從對(duì)虛擬樣機(jī)模型的理論研究指導(dǎo)物理樣機(jī)試制階段發(fā)展到產(chǎn)品化生產(chǎn)階段，并取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益。另外如山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，華南理工大學(xué)、沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)等學(xué)校的學(xué)者們也致力于研究這項(xiàng)技術(shù)在農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)制造中應(yīng)用與推廣實(shí)踐。

(3)國(guó)內(nèi)的研究者越來越多，并取得了一定成果。龐思紅等完成了液壓挖掘機(jī)虛擬樣機(jī)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，李寒杰在虛擬樣機(jī)技術(shù)及其在工程機(jī)械領(lǐng)域的應(yīng)用中構(gòu)建了研究平臺(tái)，王朝娜等通過比較傳統(tǒng)產(chǎn)品開發(fā)模式和基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的產(chǎn)品開發(fā)模式的不同來說明虛擬樣機(jī)技術(shù)在我國(guó)農(nóng)業(yè)裝備中的應(yīng)用及發(fā)展前景。李勇等將虛擬樣機(jī)技術(shù)應(yīng)用在小型農(nóng)用裝載機(jī)設(shè)計(jì)中的，利用Solid－Works設(shè)計(jì)裝載機(jī)虛擬樣機(jī)的過程，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)制造周期不足兩個(gè)月。馬斌強(qiáng)等闡述了虛擬樣機(jī)技術(shù)的內(nèi)涵和特點(diǎn)，并結(jié)合農(nóng)業(yè)機(jī)械系統(tǒng)的特點(diǎn)，概述了虛擬樣機(jī)技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域中應(yīng)用的情況。馬少輝，韓勇總結(jié)了虛擬樣機(jī)在農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)中應(yīng)用存在四個(gè)方面的制約因素。李杰等展望了農(nóng)業(yè)機(jī)械虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)發(fā)展方向:①多柔體系統(tǒng)的建模與仿真技術(shù);②協(xié)同仿真技術(shù);③多目標(biāo)(學(xué)科)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)。還有馬少輝、王剛、陸林、李霞、李勇、王凱湛、張布、蘇中濱等很多學(xué)者、專家都在為虛擬樣機(jī)技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)生產(chǎn)中的應(yīng)用做出了貢獻(xiàn)，并取得了一定成果。這些科技工作者的辛勤勞動(dòng)和努力，使虛擬樣機(jī)技術(shù)更加快速的應(yīng)用和普及到農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)制造的各個(gè)環(huán)節(jié)及各類農(nóng)機(jī)的設(shè)計(jì)生產(chǎn)中。

3虛擬樣機(jī)技術(shù)對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)助推作用

任何一項(xiàng)技術(shù)的誕生對(duì)社會(huì)發(fā)展都會(huì)起到一定推動(dòng)作用，虛擬樣機(jī)技術(shù)對(duì)航空、汽車等行業(yè)的促進(jìn)作用已經(jīng)凸顯，它在農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域中的應(yīng)用已經(jīng)起步，隨著我國(guó)現(xiàn)代化進(jìn)程加快，應(yīng)用的科研機(jī)構(gòu)、企業(yè)不斷增多，領(lǐng)域日益廣泛，正是由于科研機(jī)構(gòu)的應(yīng)用，培養(yǎng)出了大量的相關(guān)技術(shù)人才，企業(yè)的實(shí)踐已不再限于實(shí)驗(yàn)室。我國(guó)近幾年農(nóng)機(jī)企業(yè)和研發(fā)機(jī)構(gòu)發(fā)展也在提速，國(guó)家的農(nóng)機(jī)補(bǔ)貼政策落實(shí)，勞動(dòng)強(qiáng)度減少，我國(guó)社會(huì)財(cái)富積累增加，使農(nóng)機(jī)的購(gòu)買力增強(qiáng);航空、汽車行業(yè)的發(fā)展帶動(dòng)，給農(nóng)機(jī)企業(yè)的擴(kuò)張?zhí)峁┝藙?dòng)力;企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)加劇，因此運(yùn)用新技術(shù)新工藝的欲望和可行性也在提升，這推動(dòng)了虛擬樣機(jī)技術(shù)在農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)中的運(yùn)用和推廣。這種推動(dòng)作用會(huì)促使農(nóng)機(jī)的設(shè)計(jì)制造更快更好的發(fā)展，由我國(guó)現(xiàn)階段的農(nóng)機(jī)制造大國(guó)成為農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)制造強(qiáng)國(guó)邁進(jìn)早日變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，真正實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)制造的現(xiàn)代化。推動(dòng)作用會(huì)使農(nóng)機(jī)的設(shè)計(jì)呈現(xiàn)以下特點(diǎn):①發(fā)展和創(chuàng)新設(shè)計(jì)速度更快;②規(guī)模增大，應(yīng)用程度更深;③由單個(gè)的設(shè)計(jì)變?yōu)槎鄠€(gè)設(shè)計(jì)同時(shí)進(jìn)行的協(xié)同設(shè)計(jì);④單機(jī)的模擬仿真變?yōu)槎鄼C(jī)的系統(tǒng)仿真;⑤創(chuàng)新設(shè)計(jì)和優(yōu)化設(shè)計(jì)必然。

4結(jié)語

進(jìn)入21世紀(jì)以來，我國(guó)現(xiàn)代化進(jìn)程加快，需要農(nóng)機(jī)業(yè)新技術(shù)應(yīng)用快速發(fā)展。農(nóng)業(yè)部稱，2012年全國(guó)農(nóng)機(jī)總動(dòng)力邁上10億千瓦臺(tái)階，預(yù)計(jì)達(dá)到10．2億千瓦，同比增長(zhǎng)4．3%。大中型拖拉機(jī)預(yù)計(jì)達(dá)到490萬臺(tái)，同比增長(zhǎng)11．2%。農(nóng)機(jī)工業(yè)總產(chǎn)值突破3000億元，成為世界農(nóng)機(jī)制造大國(guó)。快速發(fā)展催生創(chuàng)新技術(shù)的發(fā)展，企業(yè)向速度、質(zhì)量要效益，以技術(shù)、人才作支撐。因此虛擬樣機(jī)技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)機(jī)械中，就會(huì)達(dá)到以上所追尋的目標(biāo)，虛擬技術(shù)作為國(guó)家“十二五”科技發(fā)展重點(diǎn)，有益助推農(nóng)業(yè)機(jī)械化的發(fā)展，使我國(guó)農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)制造業(yè)的發(fā)展早日實(shí)現(xiàn)3D打印、虛擬化、信息化、并行化、智能化、數(shù)控化的中國(guó)夢(mèng)。

作者：黎運(yùn)宇單位：廣西民族師范學(xué)院物理與電子工程系西南林業(yè)大學(xué)機(jī)械與交通學(xué)院