曜文编译致力为大家分享更多更好的高质量论文，供大家学习参考。同时大家也欢迎大家通过转载的方式进行分享，让更多的人能够观看学习，从中获得经验和灵感，小编将为大家提供*新sci论文资讯。
摘要:以虚拟制造技术在农机设计中起到的积极作用为出发点，简要地介绍了目前国内农机设计领域市场占有率较高的部分虚拟制造软件及其主要功能，并着重论述了虚拟制造技术在零部件设计、虚拟环境模拟与测试以及农机工程制图等方面发挥的积极作用。
关键词:农机设计;虚拟制造;应用
我国是农业生产大国，党和国家各级政府历来都十分重视农业现代化的发展，随着我国精准农业和设施农业的兴起，对各类农用机械的需求量不断攀升，同时还对各类农用机械的产品性能、工作效率等指标提出了更高的要求[1]。为了满足广大农户对于农机日益增长的需求，我国农机设计人员不得不加班加点力图研发更多种类的农用机械，虚拟制造技术的出现和推广，将大大降低我国农机设计人员的工作强度，并逐渐成为设计人员不可获缺的“左膀右臂”。
1应用现状
1.1应用优势
虚拟制造技术是采用计算机模拟软件来替代传统的实物样机设计、加工、制造及测试等一系列农机产品研发定型工作，这大大节省了目前农机研发的周期，其优势归纳如下。首先，虚拟制造技术的应用能够大大减少设计师进行力学计算和复核的工作量，并可在农机虚拟测试中节省大量零部件调整和优化的时间，对于农机研发企业而言将减少研发经费上的投入。其次，在虚拟研发的过程中，可同时对不同零部件设计数据和组合情况进行充分的测试，在调整的过程中仅仅需要在数据库调整某项数据便可重新进行实验，从而减少了测试样机的时间。*后，虚拟制造技术能够实现无纸化和网络化办公，从而将部分大型农机的设计工作分解成数个设计阶段，并将其委托给不同设计机构，进而将串行设计制造过渡到并行设计制造的模式，提高创新机械设计生产效率[2]。
1.2应用种类
通过查阅资料，将现今较为流行的虚拟制造技术软件进行了统计，并对部分虚拟制造软件的优势进行了简要的分析，如表1所示。
2农机零部件设计中的应用
由于目前农机的内部构造越来越复杂，其中数量*多的便是各类传动齿轮、轴承、滚珠以及螺丝钉等功能性零部件，上述各类零部件在外形和使用功能上相似，仅仅只是在实际尺寸上有所差别。利用虚拟制造技术ProEngineer中的族表功能，只需要事先构建一个类型的零部件尺寸虚拟模型，再将其他类别的零部件尺寸数据输入系统数据库，在需要调整相对应的零部件尺寸时，只要从数据库中导入零件尺寸数据便可立即获得该零部件的虚拟模型，从而大大地提高了农机设计的速度和效率[4]。通过采用类似“族表”的虚拟制造技术能够将农机设计研发中大量的零部件进行标准化，其后台数据库中能够贮存大量虚拟零部件尺寸模型及其不同规格的产品尺寸数据。同时，该技术能够在需要对零部件进行细微调整时，无需重新渲染新的模型，进行机械工程制图时，可直接将所使用的各类零部件进行目录化处理。
3农机虚拟试验中的应用
理论与实践相结合是现代科学的精神所在，也是各类农机设计的基本准则，任何一种农机的设计定型都必须经过严格的实验室与田间测试，尤其是针对使用频率较高、实际功能需求较为迫切的部分农机，如未进行严格的测试很有可能在设备运作期间发生意外而造成人员受伤和财产的损失。同时，通过不断的测试还可以逐步发现原有设计中的不足之处，并进一步提高农机设备的运行效率、产品能耗以及人机操作等性能指标[5]。但是，传统的农机测试技术不但需要设计单位先行制造大量的测试样机，而且还需等待相应的气候条件、作业场景和作业对象等到达一定的特征指标，从而导致现在农机设计定型工作的时间相当漫长。另外，一旦在测试过程中发现某些问题需要对测试样机进行调整，设计单位不得不重新拆装或翻新整台设备，这也大大增加了设计定型工作所耗费的金钱及时间。虚拟试验技术是利用计算机强大的数据处理能力，将农机本身与其现实中的作业场地环境、气候条件和作业对象进行数字化处理，并在计算机系统中利用各类模拟软件来部分或全部替代实体测试样机和测试环境，从而使得农机虚拟世界内进行相同的作业项目或测试内容。同时，利用各类交互式技术或数据感知分析技术，测试人员可从中采集和获得与真实世界中接近的相关测试数据。虽然在各类农机的测试过程中将存在各类复杂的信息，但计算机系统将凭借其强大的计算能力使部分定性研究向定量研究领域发展。
3.1自行喷灌机
我国华北和东北平原地区耕地面积广袤，地势较为平坦，十分适合大型机械化设备作业，而自行式喷灌机在节水节肥上受到了当地农户的欢迎。由于部分自行式设备外形较大，部门农机设计研发机构内无法容纳下整台机械，同时研发机构也无法在短时间内对农机进行全地形和全天候的实地测试。因此，利用虚拟制造技术对自行喷灌机进行测试将大大节约农机的定型测试时间。测试时，首先对需要测试的喷灌机进行全息模拟测绘，若该机器前期是采用虚拟制造技术设计而成，则只需将设计数据直接导入模型库即可。通过对模型内各类虚拟零部件的组装，并将喷灌机数据加载到数据库所模拟的地形地貌、气候环境以及作业对象等作业条件中，则可在虚拟的条件下完成对设备机电系统、动力系统、传统系统和控制系统等关键组件的测试，在相关虚拟测试中，利用大量的试验得出喷灌机在应对各种农作物和作业条件时所能够展现的设备性能、能耗以及灌溉均匀度等关键数据。
3.2果树采摘机
目前，经济类农作物成为我国农户增收致富的首要选择，而在经济类作物中，各类果树的发展尤为迅速，并且在观光农业和采摘体验农业中也有较好的表现，但是，在果树的生产过程中如何提高果实的采摘速度和质量成为了影响农户经济收入的重大问题。为此，我国农机科研人员在近期研发了多款果树自动采摘机，但在研发的过程中仍然存在诸多问题，如果实成熟度识别、采集器握力以及采摘路径规划等。在采用虚拟试验技术后，设计人员通过采集各地区所常见的果树品种在不同阶段的果实，确定了处于*佳采摘期的果品颜色、大小和形状等外观特征，并将上述果品的特征信息进行模拟化，在采摘果实时采摘机利用图像识别设备对每个果实进行识别，从而确保每一个采摘的果实都处于*佳的采摘时期。同时，鉴于不同果实在成熟时期果皮的受力情况差异性较大，一旦采集器的握力较大则容易造成果实的果皮破损从而影响果农的实际收益。而在虚拟条件下可大量进行抓握力的测试，并根据果实样本的受力44情况不断调整握爪的结构造型与握力大小。*后，在测试中记录下各种果实*佳的握姿和握力大小，以便于每台设备都能够适用于不同水果的采收。*后，采摘机的采摘路径规划对于其设备的工作效率有较大影响，而利用虚拟测试技术则可将此问题转化为三维的TSP问题进行计算，并结合系统中已经采集的各类成熟果实的性状特征，对采摘机机械臂的运动控制进行虚拟仿真。
3.3田间工况模拟与虚拟仿真
在进行虚拟试验时，*重要的环节便是成功模拟出各类农机的实际工作场景，学术界将其称为田间工况，从而让各类农机试验真正摆脱气候、地域等客观因素的制约，仅仅只需将农机的虚拟数据输入到田间工况模拟平台之中，设计人员便可足不出户、随时随地对农机进行各类作业内容的试验。为了营造更加逼真的田间工况平台，开发人员使用GIS技术对作业区的地形地貌进行了精准测绘，同时利用3D影像技术重新构建了田间各类农作物的外形特征，并利用地质勘测资料构建出土层松软度、孔隙率等信息。在上述所有与田间工况有关的数字信息采集完毕后，系统将自动根据信息数据构建出三维虚拟的环境，并通过相关程序的编写来实现各类农机在虚拟环境中的自由活动。该平台中能够真实地模拟各类农机在作业目的地中行进的各类姿态，如转向、直行和倒退等行走动作，同时，也可模拟出各类农机进行翻耕、播种、浇灌、收割和采摘等作业内容时，农机各部分组件之间力的传导与零部件位移的变化。
4农机设计工程制图中的应用
在农机设计进行工程制图阶段，设计人员必须将所有零部件的设计图纸编织成便于各家生产制造单位进行量产作业的工程图纸，鉴于目前的农机具复杂程度越来越高，使得农机的设计工作被分成彼此相连的几个部分，更加重了工程制图阶段的工作量。通过虚拟制造技术所设计的农机基本为三维视图，但目前大多数农机零部件加工机械能够识别的工程图纸均为二维工程图。因此，虚拟制造技术在农机设计阶段*后的任务便是将三维模型化的零部件图纸转化成二维的农机工程图纸。由于在虚拟制造时设计师为了便于对部分细小的零部件进行观察，故充分发挥了虚拟制造技术中对于设计空间的无限拓展能力，各类零部件的尺寸都被随意的缩放，为此在进行转化的过程中必须对所有零部件的尺寸和比例进行统一，之后便可利用软件直接完成农机工程图纸的绘制工作，而无需考虑投影变换、曲面相贯、隐藏线、轴测图以及明细表等工程制图中颇为复杂的问题。
5结束语
虚拟制造技术是结合计算机辅助设计与仿真技术的综合性工程，其能够在计算机中模拟设计、研发和测试等农机设计定型过程中的各个重要环节。随着我国农业机械化水平的不断提高，对于各类新型农机具的需求量也将越来越大，虚拟制造技术不但能够加快农机各个设计环节的速度，而且通过该项技术还能够不断提高现代化农机的工作效率，尤其是针对部分已实现自动控制的农用机械。同时，利用虚拟制造技术也将大大简化农机设计的复杂程度，从而为真正实现农用机械的“私人订制”奠定基础。
作者：陶东娅 单位：台州职业技术学院
声明：本文转载于网络，并不意味着代表本网站观点或证实其内容的真实性;本站致力于为大家 提供更多，更好的新闻内容。曜文专业，专注，为您提供SCI论文润色，发表服务。
如果您还苦于没有选题思路，或者写作无法进展，请您联系曜文编译，我们会为您提供一站式学术服务解决方案。不管您是有sci翻译润色、sci润色，还是其他学术编译需求您都可以放心交给我们。
