宮曉琴

太原理工大學(xué)輕紡工程與美術(shù)學(xué)院 030600

在傳統(tǒng)農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)與制造中，設(shè)計(jì)制造人員在利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行農(nóng)機(jī)部件以及產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，必須提前了解產(chǎn)品以及農(nóng)機(jī)部件的性能，如果通過檢測(cè)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品以及農(nóng)機(jī)部件性能不能夠滿足實(shí)際需求之后，設(shè)計(jì)人員需要對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。虛擬制造技術(shù)的出現(xiàn)改變了傳統(tǒng)的農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)與制造技術(shù)，它并不是對(duì)產(chǎn)品以及農(nóng)機(jī)部件的實(shí)際制造，而是設(shè)計(jì)人員通過虛擬技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)，利用虛擬環(huán)境對(duì)農(nóng)機(jī)產(chǎn)品的功能及各方面的性能進(jìn)行相應(yīng)的檢測(cè)，分析農(nóng)機(jī)產(chǎn)品實(shí)際的運(yùn)行狀況，使得人們更為清晰地了解農(nóng)機(jī)產(chǎn)品的性能，做出更加科學(xué)合理的改用方案。本文主要研究我國(guó)虛擬制造技術(shù)的內(nèi)涵，探討虛擬制造技術(shù)在農(nóng)機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用現(xiàn)狀，為我國(guó)在農(nóng)機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造中虛擬制造技術(shù)運(yùn)用的進(jìn)一步發(fā)展提供一些思路。

1 虛擬制造技術(shù)的含義分析

1.1 虛擬制造技術(shù)定義解析

虛擬制造技術(shù)是一種現(xiàn)實(shí)制造的過程及結(jié)果在計(jì)算機(jī)上的具體體現(xiàn)形式，因此，它又可以被稱為擬實(shí)制造。虛擬制造主要是采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以及計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，通過科學(xué)利用計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的開發(fā)、制造、管理等各個(gè)環(huán)節(jié)的計(jì)算機(jī)虛擬化控制，這樣可以極大提高農(nóng)機(jī)產(chǎn)品制造過程中的各級(jí)過程控制及決策能力。虛擬制造技術(shù)不同于現(xiàn)實(shí)制造技術(shù)，它不是農(nóng)機(jī)產(chǎn)品各個(gè)單項(xiàng)技術(shù)的簡(jiǎn)單組合，而是通過計(jì)算機(jī)，對(duì)各種農(nóng)機(jī)制造系統(tǒng)知識(shí)進(jìn)行系統(tǒng)化的組織，通過計(jì)算機(jī)模擬，對(duì)農(nóng)機(jī)產(chǎn)品以及各項(xiàng)制造活動(dòng)進(jìn)行全面建模及虛擬制造，設(shè)計(jì)人員必須做到合理利用理論知識(shí)，通過對(duì)理論知識(shí)的運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)產(chǎn)品的有效集成。農(nóng)機(jī)產(chǎn)品實(shí)際制造之前，操作人員還需要對(duì)現(xiàn)實(shí)物件信息、人物信息以及其他各方面的信息進(jìn)行有效管理與控制，通過仿真技術(shù)、信息技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)，找出農(nóng)機(jī)技術(shù)中實(shí)際出現(xiàn)的問題，并對(duì)這些問題進(jìn)行探討，找到問題原因及解決策略，從而有效提高農(nóng)機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造的質(zhì)量水平。

1.2 虛擬現(xiàn)實(shí)以及虛擬制造

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在農(nóng)機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)以及制造運(yùn)用中具有極大的潛力，它建立在虛擬制造技術(shù)實(shí)踐以及制造理念基礎(chǔ)上，通過運(yùn)用虛擬制造技術(shù)實(shí)踐以及制造理念，實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的有效融合。虛擬制造技術(shù)可以說是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的一個(gè)具體運(yùn)用，它主要利用多功能傳感設(shè)備，實(shí)現(xiàn)虛擬環(huán)境與實(shí)際用戶之間的交互。換句話說，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是對(duì)真實(shí)世界的一種再現(xiàn)以及模擬。在技術(shù)上，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)利用計(jì)算機(jī)生成三維環(huán)境，通過利用各種接口設(shè)備及顯示設(shè)備，向操作者提供一種虛擬沉浸的感覺，操作者可以通過這種虛擬沉浸的感覺，使自己的視點(diǎn)或身體某一部分處于計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)的環(huán)境當(dāng)中，從而更加科學(xué)地進(jìn)行農(nóng)機(jī)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)及虛擬制造。從實(shí)質(zhì)上講，這種虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)只是一種單項(xiàng)的仿真技術(shù)，它僅僅提供虛擬制造的農(nóng)機(jī)產(chǎn)品的局部環(huán)節(jié)，并沒有實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)機(jī)產(chǎn)品的智能、資源、過程、信息、技術(shù)以及人機(jī)合一等方面的全面集成。

1.3 實(shí)際制造與虛擬制造之間關(guān)系分析

虛擬制造是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的有效融合，它的主要過程是在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)的，其實(shí)際制造過程只是在計(jì)算機(jī)上的反映，同時(shí)在高速網(wǎng)絡(luò)以及高性能計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行相應(yīng)的虛擬制造。而實(shí)際的制造過程則是，農(nóng)機(jī)產(chǎn)品制造的信息流以及物質(zhì)流在一定的制造機(jī)制作用下，生產(chǎn)出適應(yīng)市場(chǎng)需求的農(nóng)機(jī)產(chǎn)品，通過對(duì)實(shí)際制造系統(tǒng)的綜合分析及控制，進(jìn)而制造出實(shí)際的農(nóng)機(jī)產(chǎn)品。通過對(duì)實(shí)際制造與虛擬制造之間關(guān)系的分析，我們可以看出：虛擬制造最終的目的是對(duì)實(shí)際農(nóng)機(jī)產(chǎn)品進(jìn)行虛擬反作用研究，進(jìn)而指導(dǎo)實(shí)踐，指導(dǎo)實(shí)際的農(nóng)機(jī)產(chǎn)品制造。在農(nóng)機(jī)產(chǎn)品的實(shí)際制造過程中，需要通過重復(fù)性的設(shè)計(jì)、試制、評(píng)價(jià)的循環(huán)過程來進(jìn)行，循環(huán)過程完成之后，還需要到實(shí)際制造中進(jìn)行相應(yīng)的驗(yàn)證。通過反復(fù)的制造試制，積累經(jīng)驗(yàn)，最終確定合理的農(nóng)機(jī)產(chǎn)品制造方案。虛擬制造流程，不同于現(xiàn)實(shí)制造技術(shù)，虛擬制造技術(shù)主要是利用計(jì)算機(jī)，在計(jì)算機(jī)技術(shù)及其他技術(shù)的支持下進(jìn)行實(shí)際產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造，完成之后對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行相應(yīng)地系統(tǒng)評(píng)價(jià)，從而對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造進(jìn)行優(yōu)化，這樣可以節(jié)約大量的物質(zhì)流通過程。

2 虛擬制造技術(shù)在農(nóng)機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用

虛擬制造技術(shù)在農(nóng)機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是通過計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)以及計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)的綜合利用，同時(shí)通過建模對(duì)農(nóng)機(jī)的外觀、功能以及行為等進(jìn)行合理控制，通過建立逼真的虛擬環(huán)境，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃以及加工制作的有效統(tǒng)一，提高分析與研究的科學(xué)性，同時(shí)對(duì)農(nóng)機(jī)產(chǎn)品的質(zhì)量檢測(cè)以及各級(jí)管理進(jìn)行控制。另一方面，虛擬制造技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的虛擬化，實(shí)現(xiàn)機(jī)械與人之間的人機(jī)合一，對(duì)于農(nóng)機(jī)性能進(jìn)行試驗(yàn)與評(píng)價(jià)，從而減少農(nóng)機(jī)產(chǎn)品生產(chǎn)的隨意性，降低農(nóng)機(jī)產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，增強(qiáng)農(nóng)機(jī)產(chǎn)品的可靠性延長(zhǎng)使用壽命。

2.1 虛擬制造體系結(jié)構(gòu)分析

目前，我國(guó)比較先進(jìn)的虛擬制造體系結(jié)構(gòu)理論是由上海交通大學(xué)提出的，即：虛擬總線VM體系結(jié)構(gòu)。根據(jù)上海交通大學(xué)提出的虛擬總線VM體系結(jié)構(gòu)，農(nóng)機(jī)產(chǎn)品的虛擬制造結(jié)構(gòu)與體系主要應(yīng)分為五大部分：數(shù)據(jù)層、活動(dòng)層、應(yīng)用層、控制層以及界面層這五大層，這五大層之間存在著密切的聯(lián)系。它們?cè)谔摂M制造技術(shù)中占據(jù)相當(dāng)?shù)谋壤挥袑?duì)這五大結(jié)構(gòu)有了深刻清晰的認(rèn)識(shí)與了解，才可以更好地將虛擬制造技術(shù)運(yùn)用于農(nóng)機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中。

2.2 虛擬制造系統(tǒng)構(gòu)成

農(nóng)機(jī)產(chǎn)品虛擬制造技術(shù)系統(tǒng)主要是由硬件資源、虛擬物理系統(tǒng)以及虛擬信息系統(tǒng)三部分組成。虛擬制造系統(tǒng)主要依靠CAD|CAM|CAE軟硬件系統(tǒng)，對(duì)設(shè)備、產(chǎn)品、生產(chǎn)以及管理的過程進(jìn)行控制。其中，產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型主要包括環(huán)境評(píng)價(jià)、成本設(shè)計(jì)、功能設(shè)計(jì)、技術(shù)要求分析；生產(chǎn)過程模型則包括基本的加工方法、加工仿真以及控制方案等環(huán)節(jié)。

2.3 虛擬制造技術(shù)應(yīng)用實(shí)例分析

虛擬制造技術(shù)在農(nóng)機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用實(shí)例，最為典型的就是聯(lián)合收割機(jī)的脫粒機(jī)械。脫粒機(jī)械作為聯(lián)合收割機(jī)的重要部件之一，直接影響著聯(lián)合收割機(jī)的工作效率及工作質(zhì)量。對(duì)脫粒機(jī)械進(jìn)行虛擬制造時(shí)，技術(shù)人員首先應(yīng)對(duì)實(shí)際制造過程進(jìn)行相應(yīng)的構(gòu)思，之后建立完整的三維模型，然后對(duì)運(yùn)動(dòng)仿真設(shè)計(jì)、虛擬裝配設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)進(jìn)行建模。在實(shí)際的脫粒機(jī)械虛擬制造過程中，設(shè)計(jì)人員可以對(duì)多個(gè)虛擬方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，直到設(shè)計(jì)方案最優(yōu)化之后，選取設(shè)計(jì)制造參數(shù)進(jìn)行實(shí)際制造工作。

總結(jié)：

虛擬制造是建立在計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)以及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基礎(chǔ)之上的，它是對(duì)于這兩種技術(shù)在制造領(lǐng)域的進(jìn)一步運(yùn)用。虛擬制造技術(shù)可以正確反映產(chǎn)品實(shí)際情況，而且還可以實(shí)現(xiàn)資源、能源的零消耗。虛擬制造技術(shù)作為一種新型的技術(shù)，為我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域帶來了新的發(fā)展機(jī)遇，它的廣泛運(yùn)用與發(fā)展，必將極大地提高我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械競(jìng)爭(zhēng)力，極大地提高我國(guó)農(nóng)機(jī)企業(yè)的研發(fā)以及創(chuàng)新能力。雖然我國(guó)在農(nóng)機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，但是在實(shí)際的虛擬制造技術(shù)運(yùn)用中，很多問題仍然存在。為此，農(nóng)機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造企業(yè)在對(duì)虛擬制造技術(shù)進(jìn)行運(yùn)用時(shí)，應(yīng)該深入研究虛擬制造技術(shù)運(yùn)用現(xiàn)狀，發(fā)展新型虛擬制造技術(shù)，使我國(guó)在農(nóng)機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造中虛擬制造技術(shù)的運(yùn)用得到的進(jìn)一步的發(fā)展。

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