农机设计中虚拟制造技术的运用分析

董丽娟，张焕可

(许昌电气职业学院，河南 许昌 461000)

0 引言

作为世界上的农业大国，我国农业经济在国民经济中占比较大，虽然我国农业劳动力人口较多，但因我国农业机械化程度不高，导致农业生产力并不如许多发达国家，例如，丹麦农业劳动力只有2%，生产力却能满足整个国家近600万人口的需求。因此，要促进国家农业经济效益的增长，首先要提高农业机械化技术的设计、制造与应用。结合现代先进的科学技术与机械技术，使农机设备逐渐趋于现代化、智能化、科技化和机械化。虚拟制造技术的应用，能提高农机设计对农业机械零件设计的整合性，提高农机设备的设计效率，并根据实际需求进行有针对性的个性化设计，提高农业机械使用过程中的有效性。另外，虚拟制造技术在农机设计、生产、运行、维护等各个环节中都具有重要的作用。

1 虚拟制造技术的发展现状

1.1 国外发展现状

一直以来，随着全球制造业市场竞争越来越激烈，许多国家的企业为了快速抢占市场，不断围绕着如何提高产品质量、提高生产效率和控制生产成本而努力，在20世纪90年代，随着一种全新的制造模式与概念的提出——虚拟制造，通过不断发展，成为了现代制造技术中的重要发展技术。在国外许多工业较为发达的国家，虚拟制造技术已经被广泛应用在各个领域，包括交通、物流、生产制造等。例如，波音777的设计、装配、测试等制造环节都是建立在虚拟制造技术上完成的，并在虚拟制造技术的支持下，将原定的8年开发周期缩短到了5年，提高了生产效率。另外，虚拟制造技术也对世界制造业的未来发展具有较为深远的影响。

1.2 国内发展现状

一直以来，虚拟现实技术在我国各个领域中的应用都不高，但随着我国频频颁布相关支持政策，并将虚拟现实技术列为未来发展的重点任务之一，体现了我国对虚拟现实技术发展的重视。虚拟现实技术是虚拟制造技术的基础，但目前，虚拟制造技术在我国企业应用中依旧欠缺，相比发达国家而言，我国企业缺乏对虚拟制造技术的应用，生产效率相对低下，企业利润也相对较低，源于我国对虚拟制造技术的研究力度、宣传力度不高。因此，政府部门应带头发挥组织工作，组织相关企业进行虚拟制造技术的研究和创新，加强与国外企业技术方面的交流与合作。企业应根据自身发展需求，不断提高企业生产技术，保证产品质量和生产效率，从而提高企业竞争力。

2 农机设计中虚拟制造技术的作用

2.1 提高产品功能

农机设备的设计过程较为复杂，并具有许多不确定因素，因此，在农机设计过程中，设计师在虚拟制造技术的辅助下，可通过虚拟环境进行设计、观察、调试，并使用虚拟运动仿真技术进行检测改进，从而提高设计效率和产品功能，在控制成本的基础上提高农机产品质量和稳定性，有效控制产品缺陷，从而提高产品的市场竞争力。

2.2 提高建模效率和准确性

在农机设备设计的模型制作环节中，要使用许多公式和图形处理技术，制作、运算的过程较为复杂，在建模过程中出现错误的几率也较高。虚拟制造技术的使用直接依靠数据建模代替图形处理的建模方式，大大提高建模效率，同时也能有效减少在模型制作、计算过程中出现错误的几率，使建模过程更加数字化、信息化、智能化。

3 农机设计中虚拟制造技术的运用分析

3.1 构建合理的虚拟制造系统

在农业机械设计过程中，合理利用虚拟制造技术能提高农机虚拟模型的构建质量，从而提高虚拟制造技术在农机设计中的利用率。虚拟制造技术在农机设计中的基础组成部分有信息系统、物理系统和硬件系统。从功能上来说，在农机设计中虚拟制造技术应该包括理论智能信息系统、智能控制系统、建模系统、仿真制造系统、仿真检测系统、虚拟制造环境等。在农机设计中使用虚拟制造技术，能提高农业机械的安全性能，提升运行速度和生产效率，同时也可以减少机械对能源的消耗。根据不同地区对农机的不同需求，农机设计工作者应结合市场需求，将虚拟制造技术与先进的计算机技术相互结合，从而保证农机设计更符合市场需求。另外，农机设计工作者应对农作物的特征具有一定的了解，当发现农机设计中存在设计缺陷，应及时改进和优化，从而保证农机产品的有效利用。

3.2 虚拟制造结构智能化运用

目前，在我国农机设计工作中，所使用的虚拟制造技术结构为VW体系结构，设计功能层包括界面层、数据层、应用层、控制层和活动层，设计师需要借助这五大层面功能进行农机设计。另外，在农机设计过程中，与计算机技术、互联网技术、智能技术和大数据信息技术相联合，提取相关设计数据、地理信息、市场信息等为依据，使用智能技术和计算机技术有效控制自动分析建模，可以有效提高虚拟制造技术在农机设计中的建模质量和建模效率，形成全新的建模流程。首先，需要农机设计工作者经过研究、信息采集和调查，将准备好的设计数据录入虚拟制造系统中；其次，虚拟制造系统进行整合数据处理，控制建模；最后，农机设计工作者要观察虚拟模型的运行现状，发现问题应及时调整。通过优化虚拟制造体系，能有效提高农机设计工作效率，提高农机设计工作质量，同时也能进一步提高模型的精确度，提高虚拟制造技术在农机设计中的有效运用。

3.3 农机设计中虚拟制造技术的运用领域

虚拟制造技术应用在机械制造行业中，是科技发展的过程中技术发展与行业发展之间的融合。农机设计中应用虚拟制造技术，不但能够提高农机的设计效率，更能有效保障农机虚拟模型的构建质量。在农机设计中，虚拟制造技术可以运用到多个领域。虚拟制造技术可以运用在农机零部件设计工作中；在农机生产过程中的虚拟仿真，并对农机生产过程进行优化；对农机设备进行离线仿真，并模拟、分析农机设备的动态特性；对农机设备运输仿真，制定物流规划；对农机设备装配过程仿真，提高装配效率和安全性；对农机设计中的复杂数据进行3D可视化模拟、输出；对农机生产设备进行远程操作管理、遥控式制造；虚拟制造技术能提高内部通讯效率；对农机使用方法进行仿真可视化操作培训。另外，在实际农机设计工作中，设计人员应制定多个虚拟设计方案，当虚拟模型构建失败或出现不合理现象时，应及时改进或替换，在不断的设计、研发过程中，提高农机的运行质量。同时，农机设计工作者应提高自身知识储备，不断学习虚拟制造技术和农作物相关知识，充分了解农作物生长特性，才能在农机设计工作中，不断提高农机设计质量。

4 结语

综上所述，虚拟制造技术在我国农机设计中应用发展前景较高，具有提高农业生产效率、农业生产质量和农业经济效益的重要作用，同时也存在成本高昂、操作复杂、现阶段市场需求量小的问题，从而造成农业机械制造企业投入成本资金不能及时回笼。要完善虚拟制造技术在农机设计中的应用，首先应改善我国农业大环境与生产结构，并加大政府宣传力度和支持力度，随着农业生产结构的改革，需求者增多，需求者购买能力提高，虚拟制造技术在农机设计中的优势也将彻底发挥与推广，从而提高农业生产效率，促进农业经济效益的增长，促进国家经济水平的提高。