基于虚拟设计技术的蓖麻剥壳机设计

高锐涛 王秀东 郭晓燕 曹玉华

（华南农业大学，广东 广州 510642）

基于虚拟设计技术的蓖麻剥壳机设计

高锐涛 王秀东 郭晓燕 曹玉华

（华南农业大学，广东 广州 510642）

本文通过对现有农机产品造型、色彩、人机交互等方面的分析，归纳出先进农机产品造型语言，色彩搭配，人机交互的特征，对现有的蓖麻剥壳机进行设计改良。使用二维软件和三维软件进行虚拟设计，模拟产品的真实情况。设计过程耗费时间短，修改方便，效果直观真实，有效地解决了传统的农机设计中，设计进度缓慢，返工和修改工作量大的问题，缩短了生产周期，降低了开发成本。

农机；造型；虚拟设计；人机交互

1.设计背景

1.1剥壳机发发展现状

农作物剥壳设备种类多样，其中包含蓖麻剥壳机、花生剥壳机、核桃剥壳机等，这类产品有些虽然有一定的发展历史，但其更新换代的速度较为缓慢，大都停留在满足功能的层面上，对产品的造型外观缺乏思考与设计，大都以多块金属板块拼凑，对内部结构加以包裹，形成外壳，较为呆板单一，且有些产品边缘突起，过于锋利，存在较大的安全隐患。色彩搭配过于单调沉闷，大都以白色、绿色、红色等作为产品的颜色，颜色单一，缺乏对不同功能区域的颜色区分。内部结构外露，缺乏必要的防护，容易对操作者造成伤害。目前蓖麻剥壳机也存在同样的问题。

目前，我国在蓖麻主要种植地已有许多机械设备，逐渐实现蓖麻去籽的机械化，基本满足农民的劳作需求，但其在功能，造型，人机方面还有待完善。在政策的支持，以及市场的迫切需求下，对其进行改进、完善，研发设计出新型的蓖麻剥壳机，具有广阔的发展前景。

1.2虚拟设计在农机上的应用

虚拟设计技术是由多学科先进知识形成的综合系统技术，其本质是以计算机支持的仿真技术为前提，在产品设计阶段，实时并行地模拟出产品开发全过程及其对产品设计的影响，预测产品性能、产品制造成本、产品的可制造性、产品的可维护性和可拆卸性等，从而提高产品设计的一次成功率。它也有利于更有效更经济灵活地组织制造生产，使工厂和车间的设计与布局更合理更有效，以达到产品的开发周期及成本的最小化、产品设计质量最优化、生产效率的最高化的目的。虚拟设计技术作为一种新型的技术，对于缩短农机产品设计制造周期，降低农机产品设计制造成本等，都有着极其重要的作用。新时期新背景下，加强对于虚拟设计技术在农机产品设计制造中的应用的研究有着重要的现实意义。

1.3设计意义

通过虚拟设计的手段对现有蓖麻剥壳机的缺点加以改进，进行创新设计，具有以下的设计意义：

（1）通过对现有结构改进，可以提高剥壳去籽的效率，增加蓖麻籽良品的产率，从而达到增加产油量，提高利润的目标。

（2）通过对造型、色彩的改进，设计出具有机械美感，造型优美，色彩协调宜人的机械，对劳作者有着积极的心理暗示作用，带来愉悦的使用感受，缓解劳作的枯燥和压力，提高工作效率。

（3）通过对人机交互界面的改进，可以简化操作流程，使其更加合理自然，降低劳作者的学习成本，更好地普及推广农业机械，促进农业机械化程度。

（4）虚拟设计与整条生产链的结合，对于缩短农机的生产周期，降低生产成本，提高生产效率及产品质量都有着重要的现实意义。

2.方案规划

2.1设计定位

基于对国外知名农机品牌的调研与总结，以及对原机的分析，针对现有剥壳机存在的问题进行改良设计。同时结合蓖麻剥壳机的室外工作环境，设计整体感强，造型优美，具有机械美感，色彩协调舒适，材料经济又有亲和力，维修维护方便，符合人机工程学的蓖麻剥壳机。

2.2设计方案

蓖麻剥壳机是在收获蓖麻的场地或者场院内进行蓖麻籽剥壳的农业机械，必须充分考虑使用者操作的方便性，机器的后期保养与维修，以及节省机器运输过程的占用空间。通过对整条生产链的分析，运用新的造型及对材料重新考量，延长机器的使用寿命，降低其生产成本，运输成本。

造型可以考虑采用简约又有力量感的线条，让机器整体更有机械美感；外壳可以考虑采用塑料，打破传统农业机械大都采用金属外壳包装的固有习惯，一方面降低了生产成本，另一方面也增强了产品的亲和度。机器的各种尺寸应充分地考虑人机工程学，让操作过程舒适安全。在色彩方面，应对不同区域进行分割，深沉的颜色和明度较高的颜色互相搭配，让整体显得更加专业而又不沉闷单调，让使用者的操作过程更加舒适。方案草图如图1所示。

方案主要由左右两个模块组合而成，左侧为入料口，右侧为操作面板，两者具有一定的高度差，划分明显；操作面板所在的一侧进行了不同斜度的分割，操作界面由3个旋钮、两个按键开关和显示屏组成。同时入料口设有盖子，机器长期不工作时可以密封，防止灰尘堆积；出料口和出渣口均有金属边框镶嵌的设计，让整体更精致，有细节；出渣口采用嵌套可拆卸软管，避免了废渣乱飞的情况，更好地实现废渣的收集清理；背面及四周边缘分别设有散热孔，更好地实现机器全方位散热；块体边缘都进行了切割处理，使整体更有块面感，机械感和力量感。

图1　方案草图

图2　建模

图3　渲染

3.虚拟设计及分析

通过二维软件和三维软件进行虚拟设计，用三维建模，渲染，虚拟装配的方式模拟蓖麻剥壳机真实产品的情况，逐步改善模型。整个虚拟设计过程使用到Rhnio、Keyshot等软件。

3.1虚拟建模及渲染

通过Rhino软件进行虚拟建模，在虚拟的空间对各部件进行设计，修改尺寸，调整比例，完善后导入到渲染软件Keyshot中，模拟现实的灯光，材质，色彩，场景对模型进行较为真实的渲染。过程如图2、图3所示。

3.2方案分析

（1）入料口设计。蓖麻为一年一熟的农作物，剥壳机的使用是阶段性的，入料口装配有盖子的设计，让机器不使用时可关闭，防尘防潮，有利于延长机器的寿命。

（2）操作界面的优化设计。设置“转速一”、“转速二”、“风力”3个旋钮，以及“开”、“关”两个按键，同时配有显示屏显示具体参数，极大的降低操作者的学习成本，让操作流程更加简单流畅，减少操作失误的几率。

（3）出渣口设计。将普通剥壳机水平出渣的方式，用可拆卸软管的引导，转换成竖直出渣的方式，下方可直接装套袋子，收集废渣，避免废渣乱飞，弄脏地面。同时，可拆卸软管在机器生产运输过程中，可以拆卸并收纳，节省空间，降低运输成本。出渣口设计如图4所示。

（4）散热孔的设计。在剥壳机的四周边缘及背面均设有散热孔，一方面让机器作业时内部热量能够得到有效全方面地散发，同时四周散热孔也具有一定的装饰性，让机器更加精致美观，有机械美感。

图4　出渣口设计

结论

针对传统蓖麻剥壳机在造型、色彩、人机等方面考虑欠缺，开发过程较为漫长，生产周期较长的不足。本研究通过对现有农机的调研，从造型，色彩，人机交互等方面进行分析，对现有的蓖麻剥壳机优化设计。相比传统剥壳机，本设计的造型简洁、时尚，更具机械美感；色彩协调统一，沉稳又不失活力；人机方面考虑周全，符合使用者的操作习惯，更加人性化。

利用二维软件和三维软件进行虚拟设计、建模、渲染模拟产品的真实情况，修改方便，效果直观真实，有效地解决了传统的农机设计中设计进度缓慢，返工和修改工作量大的问题，缩短了生产周期，降低了开发成本。对于促进农业机械的开发设计具有一定的现实意义。

[1]陈为.农业机械色彩设计的研究[J].当代农机，2007（4）：51-52.

[2]张建敏.农机产品的外型设计研究[J].农机化研究，2010（4）：99-103.

[3]吴江奎.农业机械产品形态设计研究[D].南京：南京农业大学，2013.

[4]王力捷.6BBS-50型蓖麻剥壳机的改进研究[J].农业开发与装备，2009（6）：20-20.

TP313

A

曹玉华。

广东省省级科技计划项目（2013B020313004）。