宫晓琴

太原理工大学轻纺工程与美术学院 030600

在传统农机设计与制造中，设计制造人员在利用计算机进行农机部件以及产品设计时，必须提前了解产品以及农机部件的性能，如果通过检测发现产品以及农机部件性能不能够满足实际需求之后，设计人员需要对产品进行重新设计。虚拟制造技术的出现改变了传统的农机设计与制造技术，它并不是对产品以及农机部件的实际制造，而是设计人员通过虚拟技术以及计算机技术，利用虚拟环境对农机产品的功能及各方面的性能进行相应的检测，分析农机产品实际的运行状况，使得人们更为清晰地了解农机产品的性能，做出更加科学合理的改用方案。本文主要研究我国虚拟制造技术的内涵，探讨虚拟制造技术在农机产品设计制造中的应用现状，为我国在农机产品设计制造中虚拟制造技术运用的进一步发展提供一些思路。

1 虚拟制造技术的含义分析

1.1 虚拟制造技术定义解析

虚拟制造技术是一种现实制造的过程及结果在计算机上的具体体现形式，因此，它又可以被称为拟实制造。虚拟制造主要是采用虚拟现实技术以及计算机仿真技术，通过科学利用计算机，实现产品的开发、制造、管理等各个环节的计算机虚拟化控制，这样可以极大提高农机产品制造过程中的各级过程控制及决策能力。虚拟制造技术不同于现实制造技术，它不是农机产品各个单项技术的简单组合，而是通过计算机，对各种农机制造系统知识进行系统化的组织，通过计算机模拟，对农机产品以及各项制造活动进行全面建模及虚拟制造，设计人员必须做到合理利用理论知识，通过对理论知识的运用，实现农机产品的有效集成。农机产品实际制造之前，操作人员还需要对现实物件信息、人物信息以及其他各方面的信息进行有效管理与控制，通过仿真技术、信息技术以及计算机技术，找出农机技术中实际出现的问题，并对这些问题进行探讨，找到问题原因及解决策略，从而有效提高农机产品设计制造的质量水平。

1.2 虚拟现实以及虚拟制造

虚拟现实技术在农机产品设计以及制造运用中具有极大的潜力，它建立在虚拟制造技术实践以及制造理念基础上，通过运用虚拟制造技术实践以及制造理念，实现虚拟现实技术的有效融合。虚拟制造技术可以说是虚拟现实技术的一个具体运用，它主要利用多功能传感设备，实现虚拟环境与实际用户之间的交互。换句话说，虚拟现实技术是对真实世界的一种再现以及模拟。在技术上，虚拟现实技术利用计算机生成三维环境，通过利用各种接口设备及显示设备，向操作者提供一种虚拟沉浸的感觉，操作者可以通过这种虚拟沉浸的感觉，使自己的视点或身体某一部分处于计算机虚拟技术的环境当中，从而更加科学地进行农机产品的设计及虚拟制造。从实质上讲，这种虚拟现实技术只是一种单项的仿真技术，它仅仅提供虚拟制造的农机产品的局部环节，并没有实现对农机产品的智能、资源、过程、信息、技术以及人机合一等方面的全面集成。

1.3 实际制造与虚拟制造之间关系分析

虚拟制造是虚拟现实技术与计算机仿真技术的有效融合，它的主要过程是在计算机上实现的，其实际制造过程只是在计算机上的反映，同时在高速网络以及高性能计算机的基础上进行相应的虚拟制造。而实际的制造过程则是，农机产品制造的信息流以及物质流在一定的制造机制作用下，生产出适应市场需求的农机产品，通过对实际制造系统的综合分析及控制，进而制造出实际的农机产品。通过对实际制造与虚拟制造之间关系的分析，我们可以看出：虚拟制造最终的目的是对实际农机产品进行虚拟反作用研究，进而指导实践，指导实际的农机产品制造。在农机产品的实际制造过程中，需要通过重复性的设计、试制、评价的循环过程来进行，循环过程完成之后，还需要到实际制造中进行相应的验证。通过反复的制造试制，积累经验，最终确定合理的农机产品制造方案。虚拟制造流程，不同于现实制造技术，虚拟制造技术主要是利用计算机，在计算机技术及其他技术的支持下进行实际产品设计制造，完成之后对各个环节进行相应地系统评价，从而对产品设计制造进行优化，这样可以节约大量的物质流通过程。

2 虚拟制造技术在农机产品设计制造中的应用

虚拟制造技术在农机产品设计制造中的应用主要体现在两个方面，一是通过计算机仿真技术以及计算机虚拟技术的综合利用，同时通过建模对农机的外观、功能以及行为等进行合理控制，通过建立逼真的虚拟环境，实现产品的设计、工艺规划以及加工制作的有效统一，提高分析与研究的科学性，同时对农机产品的质量检测以及各级管理进行控制。另一方面，虚拟制造技术可以实现农业生产活动的虚拟化，实现机械与人之间的人机合一，对于农机性能进行试验与评价，从而减少农机产品生产的随意性，降低农机产品的生产成本，增强农机产品的可靠性延长使用寿命。

2.1 虚拟制造体系结构分析

目前，我国比较先进的虚拟制造体系结构理论是由上海交通大学提出的，即：虚拟总线VM体系结构。根据上海交通大学提出的虚拟总线VM体系结构，农机产品的虚拟制造结构与体系主要应分为五大部分：数据层、活动层、应用层、控制层以及界面层这五大层，这五大层之间存在着密切的联系。它们在虚拟制造技术中占据相当的比例，只有对这五大结构有了深刻清晰的认识与了解，才可以更好地将虚拟制造技术运用于农机产品设计中。

2.2 虚拟制造系统构成

农机产品虚拟制造技术系统主要是由硬件资源、虚拟物理系统以及虚拟信息系统三部分组成。虚拟制造系统主要依靠CAD|CAM|CAE软硬件系统，对设备、产品、生产以及管理的过程进行控制。其中，产品设计模型主要包括环境评价、成本设计、功能设计、技术要求分析；生产过程模型则包括基本的加工方法、加工仿真以及控制方案等环节。

2.3 虚拟制造技术应用实例分析

虚拟制造技术在农机产品设计制造中的应用实例，最为典型的就是联合收割机的脱粒机械。脱粒机械作为联合收割机的重要部件之一，直接影响着联合收割机的工作效率及工作质量。对脱粒机械进行虚拟制造时，技术人员首先应对实际制造过程进行相应的构思，之后建立完整的三维模型，然后对运动仿真设计、虚拟装配设计等环节进行建模。在实际的脱粒机械虚拟制造过程中，设计人员可以对多个虚拟方案进行设计，直到设计方案最优化之后，选取设计制造参数进行实际制造工作。

总结：

虚拟制造是建立在计算机仿真技术以及虚拟现实技术的基础之上的，它是对于这两种技术在制造领域的进一步运用。虚拟制造技术可以正确反映产品实际情况，而且还可以实现资源、能源的零消耗。虚拟制造技术作为一种新型的技术，为我国农业机械领域带来了新的发展机遇，它的广泛运用与发展，必将极大地提高我国农业机械竞争力，极大地提高我国农机企业的研发以及创新能力。虽然我国在农机产品设计制造中积累了丰富的经验，但是在实际的虚拟制造技术运用中，很多问题仍然存在。为此，农机产品设计制造企业在对虚拟制造技术进行运用时，应该深入研究虚拟制造技术运用现状，发展新型虚拟制造技术，使我国在农机产品设计制造中虚拟制造技术的运用得到的进一步的发展。

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