徐金蘇 浙江省臺州學院，浙江省臺州市 318000

虛擬樣機技術在農業(yè)機械領域中的應用分析

徐金蘇 浙江省臺州學院，浙江省臺州市 318000

文章通過介紹虛擬樣機技術的基本情況，對虛擬樣機技術在農業(yè)機械領域的應用進行了分析。隨著技術進步和成本降低，虛擬樣機技術在農業(yè)機械中的全面應用將勢不可擋。

虛擬樣機技術；農業(yè)領域

引言

傳統(tǒng)的物理樣機設計由于要考慮研制成本、周期等因素，只能進行有限范圍、有限次數(shù)的試驗，而虛擬樣機技術則可實現(xiàn)對虛擬樣機無數(shù)次的仿真測試，便于及時發(fā)現(xiàn)產品在設計、制造和使用中的各種缺陷并采取有效措施并修正之。

1 虛擬樣機技術簡介

1.1 虛擬樣機技術的定義

虛擬樣機技術是一門綜合多學科的技術，源于對多體系統(tǒng)動力學的研究。虛擬樣機技術就不同的領域，有著不同的定義。機械工程中的虛擬樣機技術稱為機械系統(tǒng)動態(tài)仿真技術，是20世紀80年代隨著計算機技術的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的一項計算機輔助工程技術。多體系統(tǒng)動力學是虛擬樣機技術的核心理論。

1.2 虛擬樣機技術的優(yōu)點

虛擬樣機技術優(yōu)點：①全新的研發(fā)模式；②更低的研發(fā)成本、更短的研發(fā)周期、更高的產品質量；③實現(xiàn)動態(tài)聯(lián)盟的重要手段等。它是許多技術的綜合。目前，最先進的虛擬樣機技術及其分析軟件包含以下技術：幾何形體的計算機輔助設計（CAD）軟件和技術；動態(tài)仿真；有限元分析（FEA）軟件和技術；模擬各種各樣作用力的軟件編程技術；利用試驗裝置的實驗結果進行某些構件的建模；控制系統(tǒng)設計與分析軟件和技術和優(yōu)化分析軟件和技術等。

1.3 虛擬樣機技術的研究范圍

虛擬樣機技術的研究范圍主要是機械系統(tǒng)運動學和動力學分析，其核心是利用計算機輔助分析技術進行機械系統(tǒng)的運動學和動力學分析，以確定系統(tǒng)及其各構件在任意時間的位置、速度和加速度，同時，通過求解代數(shù)方程組確定引起系統(tǒng)及其各構件運動所需的作用力和其反作用力。

1.4 虛擬樣機技術的發(fā)展現(xiàn)狀

目前，虛擬樣機技術已在我國得到了應用與推廣，主要在汽車、航天航空、武器制造、機械工程等。

1.4.1 虛擬樣機技術在國內的應用。中航第一飛機研究院成功推出了國內首架飛機全機規(guī)模電子樣機；在863項目“月球表面探測機器人方案研究”中運用虛擬樣機技術構造虛擬月球面計算仿真環(huán)境，并對涉及的多項關鍵技術進行了深入研究，取得了很好的成果。但從我國目前的情況來看，虛擬樣機技術只停留在初步應用階段，有很大的提升空間。

1.4.2 虛擬樣機技術在國外的應用。虛擬樣機技術最早在一些發(fā)達國家，如美國、德國、日本等。在各領域，針對各種產品，虛擬樣機技術都為用戶節(jié)約開支、時間并提供滿意的設計方案。

約翰·迪爾（John Deere）利用虛擬樣機技術解決工程機械在高速行駛時的蛇行現(xiàn)象及在重載下的自激振動問題；福特汽車公司在某一款新車的開發(fā)中也采用了虛擬樣機技術，縮短設計周期70天；美國海軍的NAVAIR/APL項目，利用虛擬樣機技術，實現(xiàn)多領域多學科的設計并行和協(xié)同，形成了協(xié)同虛擬樣機技術；當然最為熟悉的是，美國波音飛機公司的波音777飛機是世界上首家以無圖紙方式研發(fā)并制造的飛機。

綜上，從產品優(yōu)化設計到工程咨詢，虛擬樣機技術的應用無處不在。

2 虛擬樣機技術在農業(yè)機械領域的應用

2.1 虛擬樣機技術在農業(yè)機械領域的應用現(xiàn)狀

目前，虛擬樣機技術在我國正被引起重視，但在農業(yè)機械設計開發(fā)上的應用還不是很普遍。今后，應該進一步加強虛擬樣機在農業(yè)機械設計開發(fā)中的推廣應用，增強我國農業(yè)機械產品的開發(fā)能力。

2.2 農業(yè)機械虛擬研究的必要性

由于我國多樣性的地形和作物以及農業(yè)機械對季節(jié)性的高要求，決定了農業(yè)機械設計研發(fā)過程周期長，成本高，加上有些理論的分析和綜合計算過程復雜，計算量相當大，農業(yè)機械的研制存在較大的困難。而傳統(tǒng)的農業(yè)機械設計對于相對復雜的機構分析和綜合問題，往往借助于作圖法和經驗的拼湊。由于這些原因，傳統(tǒng)的理論分析，很多只是定性地說明問題，缺乏精確的計算和驗證。同時，傳統(tǒng)的農業(yè)機械設計中很多設計參數(shù)靠設計人員的經驗決定，并且常常只是對產品進行靜態(tài)分析而不注重動態(tài)特征分析，這些都嚴重制約了產品質量的提高。

2.3 農業(yè)機械關鍵部件虛擬研究的意義

對農業(yè)機械進行虛擬研究可克服傳統(tǒng)物理樣機設計中的不足之處，可降低成本，提高效益，實現(xiàn)信息資源共享等。同時，利用虛擬樣機技術對農業(yè)機械關鍵部件的虛擬研究具有如下意義：①對農業(yè)機械關鍵部件的工作性能好壞嚴重影響到整機的工作性能。利用虛擬樣機對其關鍵部件的參數(shù)進行動態(tài)仿真分析，并進行有效結構優(yōu)化是必要的；②利用虛擬樣機技術，對農業(yè)機械的關鍵部件進行動力學仿真研究，可以在較短的時間內，以較小的成本分析確定影響整機工作性能的主要因素。

3 結束語

根據(jù)農藝要求，利用虛擬樣機創(chuàng)新性地設計制作農業(yè)機械，并嘗試利用相關CAD技術對關鍵機構進行參數(shù)優(yōu)化、二維草圖設計、三維建模、虛擬樣機仿真和有限元強度分析。通過虛擬樣機的制作及相關CAD技術的使用，對農業(yè)機械進行不斷改進，最后設計出結構簡單、工作性能可靠、成本可行的農業(yè)機械，這為物理樣機的制造及其使用提供了理論依據(jù)和科學指導。

[1]范成建,熊光明,周明飛,等.虛擬樣機軟件MSC.ADAMS應用與提高[M].第8版.北京:機械工業(yè)出版社.2006;1-10

[2]趙志平,李新勇.虛擬樣機技術及其應用和發(fā)展[J].機械研究與應用.2006;19(1):6-7

[3]陸琳,李耀明.虛擬樣機技術及其在農業(yè)機械設計中的應用[J].中國農機化.2004(4):59-60

[4]祖旭,黃洪鐘,張旭,等.虛擬樣機技術及其發(fā)展[J].農業(yè)機械學報.2004;35(2):168-171

[5]包金宇,廖文和,薛善良,等.虛擬樣機技術初探[J].機械制造與自動化.2003(6):1-3

[6]熊光楞,李伯虎,柴旭東,等.虛擬樣機技術[J].系統(tǒng)仿真學報.2001(1):114-117

[7]楊方飛,閻楚良,張書明,等.虛擬樣機技術在水泵設計中的應用[J].農業(yè)機械學報.2005(1):38-41

[8]席俊杰.虛擬樣機技術的發(fā)展及應用[J].制造業(yè)自動化.2006;28(11):19-21

[9]王志華,陳翠英.基于ADAMS的聯(lián)合收割機振動篩虛擬設計[J].農業(yè)機械學報.2003;34(4):53-56

徐金蘇（1983-），女，浙江臺州，工學碩士，機構學與機械動力學。

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.08.056