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1.1功能原理

農機服務于農藝，是先進農業技術（生態農業、生物農業、有機農業）應用的載體。依照機械原理進行設計，滿足現代農業的技術要求，并充分考慮農業的區域性、多樣形、不確定性等因素，實現精確地定位、定時、定量作業，因而需要設計各類農具以滿足不同農藝功能性的使用要求[2-3]。

1.2結構原理

農業機械作業環境差，勞動強度大，必須對所設計的各零部件進行功能、強度、效率和效益分析，評估和核定在滿足功能和強度要求下合理配置和使用原材料及輔助材料，必須進行功能成本分析，優化使用零部件、標準件、外購件。

（1）針對農機種類多，規格不一，盡可能地采用標準化、系列化設計，并前瞻性地預測農藝的發展趨勢，以減少農業機械開發和研制費用，提高農業機械使用效率。

（2）在研發新型農機時，要考慮整機或零部件的通用性，減少重復設計，以提高零部件的互換性和維修能力，增加報廢農機的可回收利用價值，節約物資資源。

（3）優化各種鉸接機構和各種移動副，減少復雜運動并使之操作簡單、運動靈活。

（4）要充分考慮人機工程理念，減少復雜動作，盡可能減少農機手的勞動強度。

1.3技術原理

要正確處理技術要求與成本控制之間的矛盾，主要表現在選材、制造精度、標準件選用上。農業機械報廢期限短，技術要求過高，勢必加大成本，增加農業生產的投入，必須根據農藝要求，合理制訂技術標準。

1.4工藝原理

對零部件的加工工藝性進行分析，即在滿足使用條件下，向機加工的可能性和經濟性靠攏，向機加工的效率靠攏，能不加工的就少加工；能粗加工的就不精加工；能簡單加工的就不要復雜加工；能用小型設備的就不用大型設備；能快速加工的就要考慮提高效率。熟知機加工工藝的流程、工序、瓶頸、效率和經濟性，掌握一般冷加工、熱加工的工藝流程和工時成本，根據精度要求確定工藝工序，優化工藝[4]。

1.5外觀及成本原理

農業機械外觀要求布局合理、結構緊湊、強度分配科學、外表光潔，分析在使用過程中各種不確定因素，評估強度余量和安全系數，及各零部件是否有過剩功能等。

設計中成本控制是一個綜合參數，它主要體現在設計理念（如何制作成型）、用料（金屬材料和非金屬材料）和加工工藝等，具體反映到設計、用料、工藝、加工等各個環節，綜合反映了設計者的知識面和設計能力。

2農業機械設計中的材料使用

設計者應熟練掌握和使用各種金屬材料和非金屬材料，金屬材料包括板材（線材和管材）、型材、澆注成型材、初級加工材（如金屬篩網）等，要了解它們的物理性質、可加工性質（主要是可焊性、可折性等），對零件進行選型選材，并進行強度和力學分析。對非金屬材料，應了解其物理性質（彈性、耐磨性、耐疲勞性、可粘合性等）、化學性質，還要考慮可加工性和經濟性。

3農業機械設計中擴大標準件、通用件的適用范圍

農業機械使用的鏈接、鉸接以及各種移動副要求盡量靈活、操作簡便，盡量選用標準件、通用件，盡量在市場上定做，自己加工受到批量、專業等限制，且制作成本高，加工周期長，質量不易保證。

4農業機械的設計圖紙

一般采用設計圖紙，即通過主視圖、俯視圖、左視圖，再輔以剖視圖、局部視圖（局部剖視、局部放大等）等操作來達到對農業機械進行完整描述的目的。此過程中應注意以下幾個方面的問題：一是要在主視圖上最大限度地反映機械零件，不僅要考慮機械零件最復雜、最直觀的一面，而且要考慮機械零件的自然狀態和平行對稱位置；二是要注意所有零部件的對應關系是唯一的；三是要注意明確定位基準，要以中心線、對稱線為基準標注；或以重要加工面、重要參考面為基準來進行標注；四是所有的零部件（標準件除外）都應該出圖，把零部件的基本尺寸、加工尺寸、基準精度等完整的表達清楚，可以在一張圖紙上面做出若干相關的零件圖，這樣便于集中，不易出錯，利于考慮工序編排，容易查出錯誤，提高生產效率[5-6]。

5農業機械設計中的逆向設計

主設計師（創意人員）要有豐富的設計經驗、工藝經驗、農機加工經驗、農藝經驗和實際操作經驗，要熟悉客戶要求并借鑒以往的經驗，可以像主創意建筑師那樣，先做創意設計，把概念提出來，進行模擬排放，據此設計樣架，隨時修正，改進方案，然后做概念圖（效果圖），再進行設計制圖，并把人機工程提高到重要地位上來，這是現代工業對設計師提出的更高要求。

6參考文獻

[1] 毛凌華，李瑤，盧明，等.中國農業機械化的現狀與發展[J].江西農業學報，2009，21（7）：204-206.

[2] 藍勝.基于仿生設計在農業機械設計中的應用[J].建材與裝飾：上旬，2011（2）：3-4.

[3] 張金果.人機界面設計在農業機械中的應用認識[J].科技資訊，2011（1）：68.

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1仿生設計在農業機械設計中應用的意義

所謂仿生設計是在仿生學和設計學的基礎上發展起來的一門新興學科，是建立在技術系統上，通過對生物系統某些原理的實驗性模擬、構造，從而設計出一種新的設計思維方法［1］。農業機械設計就是研究與農業機械相關的設備，農業機械設計與我國農業的發展息息相關。對于農業而言，機械設備是實現農業現代化發展的保障，而機械設備作為一種產品，在現代社會里，人們對機械設備不僅注重功能性，同時也注重設備的整體造型的美觀性。而農業機械設計中應用仿生學，通過生物仿造，對農業機械進行模擬，可以對農業機械的功能進行優化，同時，通過仿生設計，還可以賦予農業機械新的生命象征，通過各種素材的搭配，可以設計出符合多功能性、符合人與自然和諧發展的農業機械產品。

2仿生設計在農業機械設計中的應用

2．1外觀上的仿生設計

對于農業機械而言，機械外觀合理與否直接影響到機械的使用性能。就當前農業機械來看，主要是集中在產品的使用性能上，而忽略了產品的外觀形象設計，以至于設計出來的產品缺乏親和力，人們在使用的過程中也比較機械，沒有很好的感覺體驗。而仿生設計的應用可以改善農業機械的使用功能，同時也能使得農業機械的外觀更加美觀、形象，使得人們使用的過程中倍感親切。在農業機械設計的過程中，應用仿生設計，將農業機械通過仿生技術進行模擬構造，一方面可以對農業機械的使用性能進行測試，另一方面可以對農業機械的外觀進行優化，以達到人們審美標準的需要。

2．2功能上的仿生設計

隨著社會的快速發展，人們會逐漸發現其他生物的一些功能遠遠比人類要強，從而促使著人們去對這些生物的功能進行研究。而仿生設計在對自然生物體，包括動物、植物、微生物、人類等所具有的典型的仿生物形態的認知基礎上，尋求對產品的突破和創新。而仿生設計的核心就是仿生技術，通過仿生技術，設計人員在進行農業機械設計時，可以將生物界中的某些獨特功能應用到農業機械中去，從而改善農業機械功能，滿足農業作業各方面的需求［2］。

2．3材料上的仿生設計

在農業機械設計中，不僅可以對農業機械的外觀和功能進行仿生，同時還可以對農業機械的材料進行仿生［3］。農業機械材料的選用直接關系到了農業機械的使用壽命。只有質量合格的產品才能被人們認可。在仿生設計中，可以通過觀察生物的結構和構造來更好地設計相應的機械。對于生物結構而言，有的生物結構非常精巧，這種精彩特質與材料直接相關，在農業機械設計時，設計人員選用生物材料來進行設計，從而更好地滿足實際需求。如土壤動物的脫土原理，在進行仿生設計時，設計人員就可以將這種材料應用于犁體中，從而減少農業機械在使用過程中黏土，進而提高農業作業效率。

2．4機械控制性能的仿生設計

隨著計算機基礎的發展，農業生產自動化已成為現代農業發展的主要方向，而要實現農業的自動化生產，農業機械就必須實現智能化控制。通過仿生設計，可以實現對農業機械更加人性化和智能化的控制，通過智能化控制，可以有效地實現農業生產的均勻化作業和精準化操作［4］。

3結語

現代社會，農業機械化作業已是大勢所趨，加大農業機械設計對推動農業的發展有著重大意義。仿生設計在農業機械設計領域中得到了廣泛的應用，仿生原理和仿生技術的出現為農業機械設計提供了多樣性的選擇，對農業機械設計的發展有著積極的作用。仿生設計不僅可以改善農業機械的功能，同時還能改善農業機械的外觀，實現農業機械的智能化控制，從而更好地滿足人們的需要。

作者:謝勇中 單位:邵陽學院

參考文獻:

［1］王波，高麗霞．仿生設計在農業機械設計中的應用［J］．農機化研究，2012(11):30－32．

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由于現今農業機械的設計水平相對落后，所以數字化設計技術必然在農業機械的設計過程中有更廣闊的應用前景。比如，可以將虛擬技術運用于農業機械設計中、數字化設計技術與農業機械設計協同設計以及在農業機械的設計中注重增強創新意識，下面將對這些數字化設計技術在農業機械設計中的運用前景進行詳述。

2.1將虛擬技術運用于農業機械設計中

虛擬技術是利用計算機技術來生成產品的三維圖像設計，通過虛擬技術可以使設計人員更加清楚地了解產品的形狀，另外虛擬技術可以對機械運動進行仿真模擬，即可以模擬所設計的產品的功能，這樣就便于設計人員對產品進行改進，更大程度上保障了產品設計的可行性。通過虛擬技術還能夠加快產品設計的速度，完善產品的質量。

2.2數字化設計技術與農業機械設計協同設計制造

在農業機械的制造過程中運用數字化設計技術能夠最大程度提升產品的可靠性，降低產品設計過程中的成本費用和設計時間。利用這一技術能夠使設計方案得到較快地更改，避免不夠完善的計劃造成生產成本浪費。

2.3農業機械數字化設計過程中更加注重創新設計

現今的農業機械種類和樣式差異不大，沒有較大的改良，所生產的農業機械不能完全滿足農民的需要，而且作用較單一，如果能夠對農業機械進行創新設計，那么將會使農業產品的種類更加完善，并且能夠更大限度的提高農業生產率。數字化設計技術可以較快捷、可靠地幫助研發人員設計出不同的農業機械，這將是未來農業機械的設計的必然發展方向。

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農業作為我國基礎性產業，在當前社會和經濟發展過程中發揮著非常重要的作用。近年來我國農業機械化速度不斷加快，這就對農業機械環保節能提出了更高的要求。通過全面重視現代農業機械設計的環保節能，才能更好地提高我國農業在國際上的競爭力，為農業機械的快速發展奠定良好的基礎。

1 我國農業機械化的發展

我國是一個農業大國，農業作為基礎產業對國民經濟發展具有非常重要的意義。相較于發達國家，我國農業發展水平普遍落后，這就需要我國農業要加快發展農業設施，充分地利用先進設備進行農業生產，提高農業機械化水平。通過在農村全面普及農業機械化農具，提高農業用具機械化水平，這對推動我國農業機械化的發展必然起到重要的推動作用。在當前現代農業發展過程中，由于科學技術的進步，使農業裝備有了較大改善，農業機械化發展有了技術上的保障。近年來我國農業發展過程中，充分的與工業、旅游業實現了結合，農產品已不單純的用于滿足溫飽，開始向工業化及觀賞化的方向發展。而且在機械化農業設備的輔助下，農作物的生產過程機械化水平不斷提升。隨著農業機械化的研發和推廣力度的不斷加快，我國農業機械化發展過程中也充分的吸收和借鑒國外的成功經驗和先進技術，這對推動現代化農業的發展具有非常重要的意義。發達國家已全面實現了農業機械化，我國在這方面還較為滯后，農業機械化的普及還具有較多的困難，這就需要在當前農業機械發展過程中，要加快觀念的轉變，全面強化農業機械化建設，并充分的利用環保節能理念來設計農業機械，更好的推動農業的健康、持續發展。

2 農業機械節能環保設計的意義

一直以來我國農業機械設計采用的都是傳統的方法，不僅存在著資源和能源消耗大的問題，而且還會對環境帶來較大的污染。隨著當前農業現代化水平的不斷提升，農業機械也加快了發展的步伐，開始向多功能、低消耗及高質量的方向發展。特別是我國每年有大量的農機產品報廢，可以將部分完好的零部件進行分類回收，這不僅有利于p輕農機產品生命周期末端的壓力，而且有效的降低了污染的程度?？梢哉f通過農業機械節能環保設計，打造出高質量的農機產品，這對帶動農業行業的快速發展具有非常重要的意義，而且有利于提高我國農機產品的市場競爭力，進一步擴大出口，為我國農業機械行業的健康發展打下堅實的基礎。

3 農業機械節能環保設計趨勢

3.1 農業機械的清潔性

當前農業生產中常用的機械多采用內燃機作為動力，由于內燃機需要消耗石油，而且機械運行中存在噪聲及廢氣污染，這不僅會對農產品的品質帶來不利影響，而且還會對環境帶來一定破壞。因此在農業機械節能環保設計過程中，盡可能的選擇電力為農業機械的動力源，同時還要加快太陽能、氫氣及天然氣等發動機的研發工作，實現發動機的環保設計。當前對于采取汽油和柴油的農業機械，需要對其發動機進行環保化學設計優化，通過采取有效的措施來減少運行過程中對石油能源的消耗，有效的降低廢氣和熱能的排放，避免漏油污染的發生，可以采用有源器聲控制系統來對發動機噪聲進行有效控制，降低噪聲所帶來的污染。

3.2 產品的可回收性設計

在農業機械設計初期，需要對設計的零件要考慮回收的可能性，并對回收價值、回收處理方法及回收處理結構等問題進行深入思考。通過對農業機械中一些常用零件進行回收與再利用，能夠實現材料資源的有效利用，有效的降低對環境的污染，實現了產品的可回收性設計。

3.3 產品的可拆卸性設計

設計人員要使所設計的結構易于拆卸與維護。在設計階段，可采用模塊化設計方法，即對一定范圍內的不同功能或相同功能不同性能、不同規格的產品進行功能分析，在此基礎上劃分并設計出一系列功能模塊，通過模塊的選擇和組合構成不同產品，滿足不同需求。這樣既可以很好地解決產品品種規格、產品設計制造周期和生產成本之間的矛盾，又可為產品的快速更新換代縮短設計周期，降低成本，有利于回收和重用，以達到節約資源和能源、保護環境的目的。

3.4 環保產品的成本分析

在農業機械設計初期，由于環保節能設計理念的運用，因此需要充分對產品的回收和再利用等性能進行深入考慮，這就需要在環保產品成本分析時要將污染物處理成本、產品拆卸及重復利用成本等考慮進去，確保產品成本分析的準確性。

3.5 材料選擇

在農業機械環保節能設計過程中，需要選擇環保材料費，這類材料不僅能夠回收再利用，而且對環境所帶來的影響也較小。在環保設計階段通過合理的選擇材料，有利于開發設計決策的科學性。在具體選擇材料時，盡可能選擇不存在有害物質及稀缺性的材料，有效的減少材料費的種類，并對所選擇材料費進行分類管理，材料費使用過程中廢棄和邊角料要做好回收利用工作。通過合理選擇環保材料費，能夠有效地降低產品所對環境帶來的負面影響。在當前農業機械環保節能設計工作中，在進行材料選擇時，需要重點確定材料的要求、選擇原則、影響因素、開發與應用及回收利用等方面，從而實現農業機械真正意義上的環保節能設計。

4 農業機械環保節能設計的前景展望

當前社會經濟發展速度較快，這也使能源緊缺問題越來越突出，在這種情況下，為了更好的滿足社會和經濟可持續發展的需求，在農業機械設計中運用環保節能設計已成為必然的趨勢，而且有利于促進農業技術的快速發展。在當前農業機械設計過程中，可以將環保節能作為設計的核心，有效的提高農業產品的生產質量，進一步對傳統的農業機械設計中存在的弊端進行規避，加快農業機械設計的創新。同時還要出臺相關政策來鼓勵農業機械中環保節能設計理念的應用，更好的促進農業技術水平的全面提升，加快推動我國農業經濟的健康、有序發展。

當前社會發展過程中對能源消耗量不斷增加，這也使節能和環保成為當前經濟發展的核心內容，因此在農業機械設計中需要提供節能環保理念，并將其全面落實到農業機械設計的每一個環節，有效的提高農業機械的生態效率和經濟效益，為農業生產現代化進程的實現打下堅實的基礎。

5 結束語

保護環保是人類生存和發展的重要保障，因此當前節能環保已成為社會的發展的重點問題。在農業機械設計過程中也需要充分的將環保和節能理念貫穿其中，并落實到設計的每一個環節，有效的解決傳統農業機械對環境所帶來的不利影響，更好地促進農業生產的發展，為農業經濟的健康、持續發展奠定良好的基礎。

參考文獻

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生物在自身進化及自然選擇的長期作用下，通過億萬年的洗禮，形成了獨特的生命結構和功能，這為人類解決工程技術問題提供了大量的設計原型和許多創造性的設計方法，是人類技術創新取之不盡的靈感源泉。仿生學是將通過觀察、分析、研究掌握的自然界生物所具有的各種特殊本領，并模擬、移植到各工程技術領域中去，為促進人類社會進步發展所用。仿生學的理念幫助工程師們打破思維的局限，為工程設計提供新的概念、思路和方法。

2.農業機械設計中的仿生理念

農業機械的發明和發展與大自然有著密不可分的聯系，人類自覺不自覺地利用了仿生學的理念。眾多農業機械的造型比如開溝器、鏵式犁、撥苗機械手等都可以在自然界找到原型。在農業機械結構中可認為農業機械由整體和細部構造組成?；诜律鷮W宏觀和微觀的分類，仿生理念在農業機械設計中也分為宏觀設計和微觀設計，并可體現在整體和局部設計兩方面。宏觀和微觀兩者的統一，即綜合仿生設計，見圖1[1]。

宏觀仿生設計主要是形態結構的仿生。無論整體造型還是局部構造的選擇，自然界的優化結構都可為設計者們提供更多新的思路。微觀仿生設計方面主要是功能機理的仿生。生物界中自適應自調控的功能正是農業機械自動控制的天然藍本。無論宏觀或微觀仿生，還是綜合仿生的實現，都是農業機械從非生命體向類生命體的重要轉變。最終，這些仿生理念的應用將會使農業機械更具備生命特征。

2.1宏觀仿生與農業機械設計

自然界中動植物的種群數目繁多、形態各異，通過億萬年的洗禮，不但結構形式愈加趨于合理，適應周圍環境，而且在外形意象表達上也趨于美觀。這為人類解決工程技術問題提供了大量的設計原型和許多創造性的設計方法。

2.1.1抽象形態仿生與農業機械造型設計

抽象形態是從自然物原形出發，通過概括、抽象，從整體上反映事物獨特的本質特征。形式的簡化性和特征的概括性，正好吻合現代工業產品對外觀形態的簡潔性，幾何性以及產品的語意性的要求，因此，它大量的應用于現代產品設計。

現代汽車造型設計中經常用抽象到形態仿生，奔馳的SECcoupe、雷諾的Twingo以及渾圓的馬自達121看上去都具備某種動物的神態，道奇的Viper“亦如一條準備給你致命一擊的毒蛇”，而平尼法尼亞設計的法拉利275GTB貌似鰲魚[2]。福特Chia Focus的前進氣口像大猩猩的鼻子。例如美的電飯YH164小豬電飯堡，以形態仿生為亮點，模仿成抽象的小豬摸樣。這款外觀設計別具一格，充滿情趣。

抽象仿生形態作用于人時，產生的“心理”形態需要生活經驗的積累，經過聯想和想象才能浮現在腦海中。因此，農業機械設計師要有豐富的生活經驗，充分地釋放想象力，為人類創造更加精美的農業機械產品。

2.1.2結構仿生與農業機械創新設計

隨著仿生學的深入開展，人們不但從外形、功能去模仿生物，而且從生物奇特的結構中也得到不少啟發。結構仿生是通過研究生物整體或部分的構造組織方式發現其中與產品的潛在相似性進而對其模仿，以創造新的形象或解決新的問題。產品設計領域的結構仿生，往往從模擬生物外形開始，模擬生物外形所具有的功能如模仿魚外形設計潛艇，模仿鳥類進行飛行器設計。

華南農業大學工程技術學院的邵耀堅[4]，利用仿生學原理設計了水稻工廠化育秧撥苗機械手，用以解決拔秧、拋植的有序栽植問題。吉林大學地面機械仿生技術教育部重點實驗室研制的仿生非光滑犁鏵的鏵式犁（以下簡稱仿生犁），與作為對照的普通犁鏵的鏵式犁（以下簡稱普通犁）在犁耕作業中測試的數據為依據發現：（1）仿生犁體的技術生產率、耗油量、勞動消耗和犁體成本4項定量化指標，比普通犁均有不同程度的改善、提高。這主要是由于其減小了犁耕作業比阻；（2）仿生犁體具有明顯的改善碎土及覆蓋效果，改善了作業質量，并間接降低了整地、平地的難度及動力消耗，提高了經濟效益；（3）通過對2種犁犁耕作業經濟效益的綜合評價分析得出：仿生犁犁耕作業的綜合經濟效益是普通犁的1.62倍[3]。

土方工程中所用工具的材料一般都是親水性金屬材料，理論與試驗都已證明，對這類親水材料可采用宏觀非光滑表面仿生設計方法進行改形以達到減粘降阻的目的。叢茜[4]等設計的仿生鱗片形非光滑推土板在進行土壤切削試驗時不發生粘附，與光滑推土板相比，可平均降低推土阻力約15%。

農業機械設計師也要積極的關注仿生發明中精巧的結構，并且巧妙地應用這些結構，結合市場的需求創造出人們需求的農業機械產品。同時農業機械設計師也要細心的觀察自然，提煉自然的精妙，提出更多的構想，為科學家的探索提供更多的思路，從而創造更有價值的仿生成果，為人類創造更加精美更加豐富的農業機械產品。

2.1.3意向仿生與農業機械美學設計

意象形態仿生是仿生設計高級階段，關鍵是找到原型和對象之間存在的特定的聯系，把有關自然物的屬性，運用比喻、象征等手法，用來體現產品的特質。意象形態的仿生是設計師（對自然）的感悟，并將這種感悟通過產品闡釋出來，從而達到物我交融的境界，關鍵是通過產品和自然物的類比，找出自然物與產品之間的內在關系。如果這種關系取舍恰當，就會使設計形神兼備，更好的體現產品的特質。

仿生設計是一種自然美學理念的回歸，賦予農業機械形態以生命的象征是當今人類對精神追求所達到的共識?，F代農業機械設計中，農業機械設計師對農業機械獨一性所顯示出的巨大熱情，同樣可以被用于蓬勃發展的現代農業機械設計領域。造型選擇都可以借鑒自然美學意象，如山巒的起伏，水流的婉轉。一種農業機械的成功不僅僅取決于它力學的合理性和材料的利用率，還應該具備著文化性、社會性甚至情感性。農業機械工程師不僅僅是一個計算者，也應該是充滿人文情懷的藝術家。

2.2微觀仿生與農業機械設計優化

如果自然界中繁多結構可以給概念設計以啟迪，那動植物其內部功能和機理也是結構設計的源泉。對于農業機械設計而言，在各種荷載的作用下安全性和耐久性是結構的首要因素。

2.2.1材料仿生與新功能農業機械設計

自然界是天然的材料庫，而且善于將不同的材料結合在一起。當今仿生材料科學的發展，為農業機械工程領域開創了新的天地。自然永遠是人類的靈感之源，她巧妙地運用有限的構筑板塊如蛋白質、多糖和脫氧核糖核酸（ DNA） 等，組建成非常復雜的系統。自然界的所有過程均為循環過程，其每次循環通常過程緩慢，消耗極小能量，但由此所生成的天然材料，不僅在納米尺度上結構可控，而且在宏觀上表現出完美的功能。自然正是這樣將有限的構筑板塊組裝成具有階層結構的細胞、組織、器官。受此啟發，人類期望從仿生角度構思和設計智能材料。

最新科學研究指出，生物體都是由少數很簡單的物質構成的，諸如糖、蛋白質和水之類。生物體的不同部分，從柔韌的皮膚到堅硬的骨骼，性能如此多樣，關鍵在于從原子排列成分子，及從分子組合成纖維，晶體等半成品，在結構上的千差萬別，就是由于結構的奇巧精致，形成了各種優越奇特的性能。

了解生物體構造的這些奧秘，最直接的目的就是研制新型的“仿生材料”。研究人員模仿鮑魚殼的微觀結構，將鋁分子充滿在碳化硼分子之間，己初步研制成功新型的陶瓷材料，除了既堅硬又柔軟以外，還可以感測并適應周圍環境的變化，如果飛機機翼材料具有這種性能，那么遭到損害時能夠感知并自行修復。具有和生物機體相同彈性的材料，伸縮自如，能成功地用來制作人工動脈。

農業機械設計師也要積極的關注仿生發明中奇特的材料，并且巧妙地應用這些材料，結合市場的需求創造出人們需求的新功能農業機械產品。

2.2.2功能仿生與農業機械優化設計

植物和動物在幾百萬年的自然進化中，不僅完全適應自然，而且其進化程度接近完美。人們發現，動植物的某些方面的功能，實際上遠遠超越了人類自身在此方面的科技成果。功能仿生主要研究自然界中生物體的功能原理，并用這些原理去改進現有的或建造新的技術系統，以促進產品的更新換代或新產品的開發。換句話可以說，更多的功能仿生則是根據生物系統某些優異的特點來捕捉設計靈感的，通過技術上的模擬，使其具有更優越的性能的產品。滿足了人對功利與實用的雙重需求。

例如科學家根據蜻蜒的飛行原理研制成功了直升飛機；根據加重的翅痣蜻蜒在高速飛行時安然無恙，人們仿效其在飛機的兩翼加上了平衡重錘，解決了因高速飛行而引起振動的棘手問題；又如根據蛙眼原理，科學家利用電子技術制成了雷達系統，能準確快速地識別目標；再如模仿狗鼻子的嗅覺功能，人類造出了電子鼻可以檢測出極其微量的有毒氣體等等諸多令人驚嘆的創造。

希望農業機械設計師也能從自然界找到更多的靈感，通過模仿生物某方面的特殊功能對農業機械進行優化設計，改善農業機械的效能。

2.2.3神經系統仿生與類生命農業機械設計

生物在不斷變化的環境中生存，必須適應外部環境的變化。人和動物神經系統的作用就是調節各個器官和各個系統的活動使之協調一致，相互配合以形成一個整體。自適應和自調節是類生命農業機械的第一步，農業機械在每天的工作過程中，都會遇到各種荷載的組合，比如溫度和工作荷載、震動和工作荷載等。現代農業機械也逐漸具備了神經和控制等系統對結構進行內外環境的調節。

當今農業機械智能監控系統的發展已經讓許多農業機械具備了處理系統，并擁有了一定的自處理能力、記憶力、處理信息的能力。不可否認的是最成功的系統應該具備的特點是預知性 （Prescience），就是知道下一步將發生什么。

未來農業機械也許能夠自行處理突發事件或特殊荷載，甚至自組裝和自修復。這應該也是未來智能農業機械結構的發展方向，而實現它單靠農業機械工程師自己己經遠遠不夠。計算機科學、控制論、信息工程、自動化等領域的發展使農業機械設計理念得以實現和完善。隨著計算機的問世和橋梁分析軟件的研發，有限單元法成了開啟復雜結構分析的鑰匙。

3.總結

在宏觀仿生方面，自然教給農業機械工程師的是對肉眼可見的農業機械外部形態和結構的塑造。微觀仿生方面，內部世界、分子層面的系統與功能所提供給橋梁結構新的跨越方式。最終，宏觀與微觀仿生的結合將會使農業機械結構更具適應性、可持續性，甚至生命性。

自然是位出色的老師， 蘊涵著無窮無盡的奧秘供人類學習。幾乎找不到一門科學不受到大自然的啟示?，F在，從無意識的沿用到有意識運用仿生理念，取大自然之精華而舍其糟粕，將會推動農業機械設計邁入新的階段。

參考文獻：

[1]胡楠，戴公連.仿生理念在橋梁設計中的應用[J].世界橋梁，2009，（3）：65-69.

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2基于CAD技術的農業機械設計軟件的形成

2.1軟件工具

我們經常會使用3DMAX、Solidworks、Pro/E等軟件來進行建模，這些軟件一般具有很強的零件裝配以及運動模擬功能，能夠輕松地構建出模具機構的三維動畫效果圖。在實際軟件設計中不管采用哪種軟件來建模，都需要考慮到后期動畫制作的軟件接口問題。在計算機軟件的程序接口方面，包括圖形程序接口統稱為API，結合目前軟件圖形技術的特點，本軟件選擇發展迅速、功能齊全、操作方便的DirectX來作為軟件設計圖像技術平臺。農業機械計算機輔助設計系統開發工具主要有程序語言和對已有的應用軟件進行二次開發這兩種方式。我們在實際操作中，由于使用程序語言比較靈活，成本控制較為簡單，選擇范圍較大，故而本軟件采用可視化程序語言VB來實施。在機構數據方面采用XNL技術，避免解析文件格式帶來的麻煩，為下一步工作提供便利。

2.2軟件結構

依據軟件設計的目標、內容，可以確定出軟件結構流程。從CAD圖紙到3DMAX建模再到中間的數據分析和校核，形成一個有效的軟件流程。另外還要包括3D組件完備的農業機械設計計算機輔助系統。

2.3軟件制作

在“部件”場景使用方面可以采用樹控件方式實現，可以在控件內直接選擇各部門的內容，在控件右上方進行圖形顯示，在控件下方進行各個參數的修改，對于3D圖形現實以及動畫都能夠采用Di-rect3D技術來實現，對于文件系統采用XML文件來實現，這樣使得軟件實際性能發揮較好。此外，考慮到計算機輔助系統的特征，可以針對各個部件進行參數直接輸入設定。首先，在3D圖形顯示窗口可以采用點擊的方式選擇部件，當出現子部件時可以根據各個子部件虛擬出一個可以在導航窗口中選擇并進行參數設置的基本部件;其次，為了實現軟件組件化和簡便化，提高軟件的可操作性和反復使用，在軟件中3D部分設計一個通用的基于Direct3D的3D控件。再者，使用隨想表達式計算類庫來進行動態公式的解析使用。隨想表達式計算控件能夠幫助用戶程序構建出解算效能的DLL系列組件，從而提高程序的可伸展性。目前隨想表達式計算類庫支持將近120種函數以及單行表達式計算和自定義變量表達式分部計算的功能，還具有較強的自動檢測和修改錯誤的能力。最后，軟件系統可以采用DOM技術來對XML文檔進行解析和操作，DOM技術能將XML文檔繼續南行結構信息的樹形構建，將文檔的頂端看作跟點，構成元素看作節點，每一個節點都存在可以交互的對象，DOM能找到每一個節點元素對應的屬性關系和存儲內容，將一個XML文檔快速轉換成程序中的一個對象集合，從而實施任意操作。同時，也可以對于DOM樹下的XML文檔采用XPath進行識別和匹配，然后在對文檔的結構和內容進行訪問與更新。

3基于CAD技術的農業機械設計軟件的優點

3.1虛擬組裝

在原始二維AutoCAD上進行三維建模需要進行DXF文件格式得轉化，然后輸入到3DMAX中。農業機械系統運動部件的運動方式可以利用運動方程進行設定，比如齒輪部件可以通過在“運動軌跡定義”后輸入軸旋轉的運動方程來進行轉動速度的調整。

3.2動畫實現

Direct3D可以采用直接截取動畫和關鍵幀動畫兩種方式來提供高質量的動畫。實現直接截取動畫需要創建相應的移動回調函數，并進行相應的計算來實現對動畫的有效截取。關鍵幀動畫功能在IDi-rect3DRM3接口中可以找到，通過應用程序代碼創建動畫對象，然后設置旋轉、定位以及縮放鍵來控制動畫對象。

3.3動畫仿真

在對軟件結構中得每一個組件和部件完成設置后便可以進入仿真頁面。通過仿真頁面的輸出窗口可以觀察到整個機械的運動情況，可以隨意的調整觀察角度從而分析機械的運動情況。同時在仿真頁面的數據顯示欄目，能夠隨時選定部件數據的動態輸入，從而做到對部件運動的及時監控和分析。

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在農業生產中，農機設備廣泛應用其中，較之傳統人工生產作業方式，農業生產效率和效益顯著提升，相應的促使農業機械化發展受到了社會廣泛的關注和重視。農業機械發展中，政策支持力度逐漸提升，農業生產機制也在不斷完善，農機補貼和信貸支持政策不斷完善，在一定程度上推動了我國農業機械生產作業進程，大大提升了農業機械化水平。農業未來發展的主流趨勢是機械化，新時期的農業化生產成為一門新時期的朝陽產業。我國農業機械化水平不斷增長，但是相較于發達國家而言還存在較大的差距，未來發展前景較為廣闊，相信在很長一段時間內，我國的農機工業將處于一個黃金發展階段[1]。但是需要注意的是，盡管當前政府對于農業機械發展重視程度較高，但是扶持力度還有待進一步提升，為了可以有效促進農業機械產業發展，創造新的經濟增長點，針對其中存在的問題有針對性予以完善，加強農業機械管理和維護保養工作，確保農業機械可以安全穩定運行，為農業經濟發展做出更大的貢獻。

2農機維護保養技術

2.1零部件的安裝

農業機械是由多個零部件共同組裝而成的，不同的零部件在安裝要求和規范上都有一定的不同，同時也都影響著機械設備能否正常運轉。在這些零部件中，有的零件在外觀上沒有顯著的差別，導致安裝過程中容易出現混淆的問題，一旦沒有正確安裝就會造成零部件損壞，甚至導致農機發生嚴重故障無法運轉[2]。一般情況下發動機活塞、風扇葉片、噴油泵柱塞、傳動軸萬向節是農業機械設備中較容易出現問題的部件，所以在安裝中需要提高重視，保證安裝的正確性。

2.2更換油

在油更換中容易忽略清洗油道這項工作。經過一段時間的使用后農機油會出現大量的雜質，雖然徹底更換油仍然會有部分雜質留在油底殼和油道中。有的維修人員沒有清洗油道直接注入新的油，這導致零部件表面雜質沒有清洗干凈，造成農機構建磨損，無法真正達到作用，造成農機運轉存在安全隱患。同時，農機經過大修完試運轉后會有很多雜質，這些雜質容易導致機械設備出現燒瓦、抱軸等問題，所以需要在更換油中徹底清洗[3]。

2.3活塞安裝時的明火加溫方式

在安裝活塞過程中，如果采用明火加熱容易造成活塞受熱出現變形的問題。通?；钊穸缺容^薄，只有鞘座部位略厚，明火加熱容易導致不同部位熱脹冷縮程度不同，加上活塞有著較大的熱膨脹系數，因此明火加熱容易導致活塞出現形變，在自然冷卻過程中破壞金屬組織，將活塞使用壽命縮短。

3農業機械設備維護管理

3.1創新農業機械設備維護方法

應當堅持秉承創新的理念，在農機設備維護管理中不斷引入新的方法和技術，與時俱進，不斷研發新技術。通過不斷的實踐提高機械設備維護管理方法，從而延長農業機械設備使用壽命，提高維護管理工作效率，推動農機設備維修行業的進步。農機使用單位應當制定農機設備維護制度，定期開展設備維護管理工作，在維護過程中積極引入先進的離你那，提升設備使用以及維護的工作效率和效果。

3.2完善農機管理制度

在農業日常管理中，農機管理制度是重要的工作內容之一，對于農業生產、農機的管理維護都有著重要意義，所以需要不斷完善相關制度。在制定和完善農機管理制度中需要重點從以下這兩方面入手：①責任問責制度，主要是要明確規定各個部門、人員的工作責任，采用責任到人的制度能夠激發員工工作的熱情，提高其工作責任心，一旦出現問題可追究到人，激勵每個員工切實提高對自身工作的重視；②日常管理制度，此制度主要是制定相應的維修管理和日常維護工作內容，從而保證農業機械管理的有效性，在日常工作中充分融入先進的維修和管理技術，推動機械管理方法的創新。通過完善相關制度能夠為機械設備管理指引方向，能夠提高農業機械設備管理的有效性。

4結束語

國家相關部門、機械生產管理單位以及機械使用者需要共同努力，實現農業機械的合理掛管理，提升農業機械的使用價值。

參考文獻：

[1]荀峰,陳娟,孔令平.設備管理原理在農業機械管理中的應用探究[J].中國林業產業,2016(3):196-197.

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1.1含義。農業機械設計需要結合使用方向來進行，優化功能組成，這樣在使用階段可以降級故障發生幾率，農業生產任務也能夠高效完成。數字化設計理念在農機產業中雖然應用實踐較短，但卻取得了很好的成果，所設計的機械結構更能夠滿足使用需求，基于計算機設備完成的設計任務，可以節省數據分析運算所用時間。借助計算機中的功能軟件，能夠輕松的完成圖紙繪制工作，并通過系統模擬來觀察運行期間的設備穩定性，最終得到的產品生產方案更安全可行。

1.2特點。數字化技術是科技發生的成果，農機生產行業正在向自動化控制方向發展，要求設計環節科學高效，必然會應用到數字化技術。分析技術應用特點可以了解到，在設計時間上有明顯的節約，可以同時完成多項任務，包括數據的錄入與運算，幫助提高產品設計效率。數字化技術還能夠結合使用需求對設計方案做出優化，并通過計算機軟件來完成設備的運行模擬，這樣所確定的最終方案更安全可靠，有效的降低來生產成本。傳統設計方法中，需要同時得出多種設計方案，增大了工作任務的難度，這一點在數字化技術中得到來解決。

2當今數字化設計技術研究的熱點

2.1計算機輔助概念設計（CACD）。新型技術的應用離不開計算機設備，農機設計過程中會涉及到大量的圖紙繪制，計算機繪圖軟件可以完成這一任務，在工作任務開展期間，技術人員將所得到的參數輸入到計算機中，選擇相應的功能，便能夠將機械圖形展現在其中。目前管理圖紙繪制的軟件也正在完善，功能也有明顯的增多，為農業機械設計提供來便捷性。

2.2知識工程（KBE）。知識工程在數字化設計技術中的應用愈來愈廣泛?，F代設計之所以不同于傳統的設計，是由于市場、競爭和技術進步形勢的變化，它比過去任何時候都更加依賴于對新知識的獲取，而不是依賴經驗。過去的一二十年間，在人工智能和知識工程等領域發展起來的基于框架、規劃、模型、本體等多種知識建模技術，主要是為實現計算機對知識的智能推理，提高計算機智能服務的。對于新知識的獲取，通常有以下幾個來源：已有知識；市場信息；數字仿真或虛擬現實；物理模型試驗；樣機試驗；已有產品運行表現。

2.3虛擬原型（VP）。虛擬原型技術，近年來作為數字化設計的一個重要的分支，得到了人們的普遍關注。虛擬原型技術是在CAX（如CAD、CAM、CAE等）/DFX（如DFA、DFM、DFS等）等技術基礎上發展而來，它將信息技術、先進制造技術和先進仿真技術等應用于復雜系統全生命周期，并進行綜合管理，從系統的層面來分析復雜系統，支持“由上至下”的復雜系統開發模式。虛擬原型是根據產品設計信息或產品概念產生的在功能、行為和感觀特性等方面和物理原型盡可能相似的可仿真的計算機模型。虛擬原型技術經過近十年的發展，已經可以部分替代物理原型，在產品設計中得到了廣泛的應用。

3農業機械數字化設計技術的發展趨勢

農業機械屬于制造業的范疇，門類廣、種類多，市場需求潛力巨大，據統計，目前我國農業機械產品擁有14大類、95小類，3000多種產品。盡管我國能生產的農業裝備品種很多，但產品技術水平、產品結構與發達國家還存在相當差距。在構型設計方面除了利用計算機輔助設計加速產品開發的同時，基于知識工程，利用計算機仿真對產品性能進行預測以優化產品結構也得到了人們的關注。在農業機械產品概念設計方面的研究也有學者開始涉及。今后數字化設計技術在農業機械中的發展趨勢，應注重以下幾點。

3.1突出產品創新設計。設計過程中應當突出產品的使用功能以及創新性，消費者在購買機械設備時擁有更多的參考。應用數字化技術后，設計階段創新理念可以更好的展現，結合農機設備使用階段容易發生的故障問題來進行，將故障發生幾率降至最低，這樣才能夠降低農業生產的成本投入，確保設備具有消費市場。農機設計生產企業有很多，只有突出設計階段的創新性，才能偶在激烈的市場競爭中占據有利位置?？梢悦鞔_，產品創新設計涉及到數據開采、知識發現及其重用技術、知識的表達與組織、知識數據庫的開發、基于知識的決策技術等。

3.2重視虛擬現實技術。虛擬現實技術的出現，給產品設計帶來了一場新的革命，它集3D圖形、聲音等多媒體為一身，讓設計者/用戶身臨其境的感受產品的設計過程，體驗其性能，從而提高設計的成功率。該技術在農業機械設計及制造中非常重要。對于結構復雜、設計困難、設計周期長的大型農業機械的設計，采用虛擬現實技術，既便于模擬產品的某些性能，又便于設計人員對產品的修改，更便于用戶針對產品的原型了解產品的結構和性能等，提出反饋意見，加快了產品投入市場的速度。目前國外已提出了兩種基于VR的工程設計方法，一種是增強可視化，它利用現有的CAD系統產生模型，然后將模型輸入到VR環境中，用戶充分利用各種增強效果設備如頭盔顯示器等產生臨境感。另一種是VR-CAD系統，設計者直接在虛擬環境中參與設計。國內相關的研究才剛起步，尤其是VR在工程上的應用方面還缺乏一套較為完善的理論和方法。

3.3強調產品協同設計。農業機械制造企業面臨著新的商業環境，如產品定制需求的增多；跨部門甚至跨企業共同協作進行產品設計與制造等，因此，產品設計制造的協同是現代企業適應全球經濟的重要手段，也是我國發展農業機械行業乃至整個機械行業所需要瞄準的方向。據估計，發達國家制造企業在新產品的開發過程中往往有40%~70%的工作是與其他企業和合作伙伴共同完成的。如何從浩瀚的產品資源中選擇合適的為己所用，這就提出了在已有知識庫中的搜索算法實現問題。PTC公司的Web服務器上保存了眾多世界領先的零件供應商的百余萬個零件，且每月增加幾萬個新的零件。盡管象PTC公司這樣將所有資源都納入自己的服務器的做法在搜索算法實現上較為容易，但在我國目前采用是不現實的，并且從長遠看也不是方向。一個可行的辦法就是由供應商在自己的服務器上提供零件的資源信息，這樣采用什么特征及其參數引導在眾多的供應商之間搜索，以及如何實現客戶端各種異構的應用系統與服務器各種異構數據庫之間信息的傳遞就成為研究的方向。農業機械在農業經濟和農業的發展中始終處于十分重要的地位，將數字化設計技術引入農業機械行業是改變傳統農業機械生產方式，用新技術改造傳統農業，支持新興農業技術，提高農業競爭力的重要手段。

參考文獻

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二、農業機械管理任務的確定

農業機械管理的目的。按照我國相關規定、設備管理標準、經濟與管理方針、法律法規等內容，對農業機械化設備管理當中要始終做到規范、合理、科學，實現對設備的細心養護、科學檢查、合理整改、更新等，使設備始終維持穩定的運行狀態，延長設備的使用壽命、減少后期維修。農業機械管理的任務。農業機械設備管理要嚴格按照國家的相關規定、法律法規執行。結合農業生產的地區環境、特征，做好對農業機械的科學、合理規劃與管理，針對本地區的需求，最好對設備的市場調研與分析，實現各個指標的平衡，科學合理的對機械設備進行配置、修理、改造等；按照“技術規范、經濟合理”這一原則[2]，不斷對當地的農業機械設備進行優化與改良，積極研發與組裝先進的農業機械化設備，爭取以較低的維護費用延長設備的使用壽命，確保設備能夠最大限度的滿足農業生產要求。

三、當前農業機械管理工作中存在的問題

1生產與使用不匹配

隨著生產競爭的加劇，農業生產當中的機械設備生產要求不斷增多，不僅要考慮到設備的使用質量、使用壽命，更要考慮到設備使用當中的適用性，要確保設備使用滿足農業生產，但是，很多生產企業優先考慮的都是制造成本與收益，對質量與使用功能上考慮的不多。

2銷售服務質量不高

很多時候，機械設備在購買過后會出現一些質量問題或者是運行故障，售后服務工作就顯得尤為重要。但是，大部分農機售后服務工作僅停留在表面，很多都是采取直接服務的模式，服務人員往往身兼多職，還會安排三包服務人員負責售后服務，受一些因素的影響，這種售后方式并不能滿足農戶需要，服務單一、模式老舊、服務不及時等嚴重制約了售后服務工作的開展[3]。

3監管環節薄弱

農機市場的監管不良，導致市場銷售混亂，不合乎規范的行為屢禁不止；相關部門市場監管力度不足，相關法規法律貫徹力度不強。

四、措施

1專管與群管相互結合

按照上級部門的規定，在農業機械管理上要組建起一支專業強、經驗豐富的管理團隊，確立專項管理系統。在管理團隊中，要有一位領導的統一帶領與部署。重視一線技術人員的參與，提高實際操作水平，使管理團隊中的人員增強對農機設備性能、功能、運行狀態的認識，加強對機械設備的維護與保養，將這些工作視為自己的職責。此外，要調動起一線生產人員、維修人員的工作積極性，提高機械管理的熱情度，組織技術人員深入到基層農戶，對農戶的機械設備進行檢修與維護，指導并幫助農戶正確使用機械設備；定期開展培訓工作，多途徑、多形式的完善農業機械設備管理體系[4]。

2實現技術管理與經濟管理的結合

首先，機械設備的管理要重視技術性與經濟性的結合，使用先進的技術使設備管理更為經濟合理。因為設備管理當中最為重要的就是全過程監督與優化，尤其重視度設備運行過程中的管理，只有設備穩定運行才能實現農業生產的持續進行。要從設備的設計、試驗、生產、配置、使用、維修、改造上做好全過程技術管理；而經濟管理則是指農業機械設備投資、成本、維修費用支出、核算等，是對資金改造過程的經濟效益的管理與分析。技術與經濟相結合是很重要的內容，只有兩者結合起來才能最大限度的延長設備使用壽命，使經濟效益與社會效益得以獲得。

3注重農業機械管理與生產的結合

在農業裝備當中，機械裝備是必不可少的，對機械設備的管理效果將對農業生產帶來直接影響，關系到農戶的收益。為此，要按照實際情況，將機械設備管理工作的目標、工作內容確定下來，切實做好設備維護、養護、修理等工作，實現設備供應、使用上的及時[5]。

4將制造、設計與使用結合起來

一般，由設備或者是制造部門負責機械產品的設計與制造，而使用過程的維護與管理則由農戶負責，也可以由其他部門負責管理與監督。只有這些部門與生產農戶之間加強聯系，切實做好信息溝通才能使設備管理得以優化。設計制造單位不能只看重成本，同時也要將機械設備的穩定性、耐用性、安全性作為加強的內容，而農戶則要針對生產當中存在的問題及時反饋、及時匯報，使問題得到及時解決，使自身權益得以保障，這樣才能使農業機械的穩定性增強，延長使用壽命[6]。最后，要做好思想政治引導工作，使其將物質獎勵相結合。管理人員要不斷增強自己的思想政治水品，不斷更新觀念，多與生產廠家、農戶進行溝通，對了解各方需求，結合具體問題開展管理工作，減少管理工作的盲從，提高管理水平。

結束語

隨著現代化農業生產技術的提高，農業機械設備生產與制造也進入到了一個新的使其，在設備穩定性與安全性上也在大大增強，極大的促進了農業生產。并且機械設備使用也將關系到農戶自身利益與設計、制造廠家的利益。由此，不斷針對農業機械設備當中存在的問題做好管理與優化顯得至關重要。本文對農業機械設備管理發展歷程進行了介紹，回顧了過去我國農業機械設備管理工作的內容與進步過程，并結合設備管理存在的問題從技術、經濟、設計、制造等方面提出了幾點管理對策，體現了農業設備管理的重要性。

參考文獻

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[4]李瑞達.建立健全工作機制深入貫徹《河北省農業機械管理條例》[J].河北農機，2012(5):8-9.

篇10

虛擬樣機技術是指通過使用計算機技術，在沒有建造物理樣機的時候建立數字化的機械模型系統，并使用仿真分析方式，將該系統模型在實際運作中的特性以圖形的形式顯示出來，從而尋找出最佳的機械設計方案。將其應用到農業機械設計中，有利于提高機械設計的效率。

1 虛擬樣機技術在農業機械設計上應用的意義

傳統的農業機械設計中往往需要經歷多個步驟，如再試驗、設計的改進、田間的試驗、試制樣機等。而設計師在設計的時候更多的是以自己的設計經驗進行設計，具體的設計參數也通常靠經驗來確定，這樣設計出來的產品對提高其質量起到了嚴重的阻礙作用。而且我國的農作物和農業用地的地形也具有多樣性的特點，以及對機械的要求也具有差異性，所以研制的農業機械也應當具有針對性，結合作物的實際需求進行設計。而在試制的時候由于受季節和氣候等因素的影響，將會造成設計周期的延長。隨著社會的進步，傳統的設計難以滿足新時期的需求，在虛擬樣機技術應用到農業機械設計中之后，不但能夠模擬農業機械的功能、結構，還能夠及時發現設計階段出現的樣機缺陷，然后做出相應的改進，有效地在設計之初完善機械設計方案。另外，虛擬樣機技術還實現了同步進行設計工作和完善工作的目標，對優化設計方案、做出前瞻性的決策發揮了重要作用。另外，還有利于節約機械原材料，促進機械設計成本的降低[1]。

2 虛擬樣機技術在農業機械設計上的具體應用

虛擬樣機技術在農業機械設計中的應用主要是利用ADAMS仿真方法，或是其他軟件結合ADAMS進行仿真分析農業機械，以此來提高農業機械設計的質量和效率。

2.1 ADAMS在農業機械設計中的應用

這種方法主要是將虛擬樣機的模型建立在ADAMS中，然后再仿真分析樣機的功能等。其優勢在于可以無縫連接數據，但也存在較弱的建模功能的不足之處。較為復雜的、大型的模型很難建立起來。例如在設計農用運輸車的時候，基于原有的多體動力學模型，使用ADAMS仿真分析其平順性，對完善其性能發揮了重要作用；在建造稻麥聯合收割機模型的時候使用ADAMS中的仿真軟件，優化了該模型的結構；在使用ADAMS仿真建立收割機結構的模型時，還仿真設計了割刀的運動，仿真之后得出的結果也比較合理，仿真設計的準確性較高，對機械設計具有極大的幫助[2]。

2.2 結構分析軟件結合ADAMS在農業機械設計中的應用

由于ADAMS的結構分析能力相對較弱，而且剛體是ADAMS主要的分析對象。因此，為了有效地分析柔性體，在仿真的時候就需要結合相關的結構分析軟件。如ANSYS有限元分析軟件結合ADAMS，建立了水稻缽苗模型、水稻移栽機模型，比較物理試驗的結果與仿真結果，驗證模型的可行性，從而設計出質量更優的產品；這2個軟件結合還仿真建立了耕整機的樣機模型，并在實際測量具體的尺寸之后，研究耕整機的實際震動原理，從而根據其性能設計符合農業實際需求的耕整機；另外使用ADAMS與ANSYS結合建模，還需要分析具體的作物特性，如基于了解了甘蔗的物理性能之后，先使用ANSYS將其數字模型建立起來，然后在虛擬樣機ADAMS引入數字模型，構建工作對象甘蔗與虛擬樣機之間的聯系，使收獲機作用于甘蔗，并對機器的具體工作過程進行精確的描述[3]。

2.3 控制系統分析軟件結合ADAMS在農業機械設計中的應用

現代機械設計的主要發展方向是結合控制系統與機械系統，能夠促進機械結構自身復雜性的降低，利用結合的控制系統可實現以往不能完成的復雜運動。同時還能促進結構運動，增強可靠性、精度。如在研究彈性軸軸承系統的時候使用Mat lab結合ADAMS的方法，仿真分析其受到徑向正弦載荷作用之后，所呈現出的動力學的具體特征；在研究馬鈴薯聯合收獲機的特性時，可以先仿真收獲機輸送臂的液壓模塊、機械模型，仿真的時候主要使用的是ADAMS，然后在Simulink中構件其控制模型，最終結合Mat lab與ADAMS集成仿真系統的模型。在分析系統模型之后，就可以實現仿真分析輸送臂工作原理的目的。

3 結語

總之，通過對虛擬樣機技術在農業機械設計中的應用的研究，可以了解目前農業機械設計存在的不足，將虛擬樣機技術廣泛應用到農業機械設計中可以有效解決其不足，還能夠滿足現代化農業機械設計的需求，從而提高機械設計的質量，促進農業機械的發展。

4 參考文獻

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1.對虛擬樣機的認識

1.1虛擬樣機的概念

在機械產品研發的過程中，機械設計是至關重要的一個環節，是進行機械生產的前提和基礎，并且決定了機械性能的高低。科學技術不斷發展的過程中，各種試驗方法也隨之得到迅速的發展，新興的學科、技術不斷地涌現出來，各學科之間開始進行交叉、融合。而虛擬樣機技術就是在這種技術背景下發展起來的試驗手段。虛擬樣機技術也可以稱之為機械系統動態仿真技術，它是指機械設計師在計算機上設計出樣機模型，然后針對模型作出各種動態性能的分析，將傳統的實物樣機試驗利用數字形式取而代之，然后針對性能欠缺的地方作出改進，對設計方案作進一步優化，最終設計出性能優良的機械產品。

1.2虛擬樣機的優勢

和傳統的物理樣機設計方法相比，虛擬樣機技術具有明顯的優越性，其具體表現在以下幾個方面：①就虛擬樣機技術的本質而言，其屬于模擬仿真技術的范疇，因此與多體運動學、動力學建模理論及技術實現等多個領域均有密切的相關性，是一項以先進的建模技術、信息管理技術、仿真技術以及虛擬現實技術和交互式用戶界面介紹為基礎的綜合性應用技術。②虛擬樣機具備智能性的特點，因此可以實現人機交互，嚴格說來它是起到輔助設計的作用，而非由計算機對產品設計做出程式化的分析。③盡管虛擬樣機是虛擬的，但是在功能方面和物理樣機的作用并沒有太大差別，它在特定的范圍內和物理樣機的功能是相似的，因此利用該技術進行檢測的真實度具備可信性。④虛擬樣機技術通過相關的分析軟件，與機械設計的知識相結合，對虛擬模型進行分析就可以對產品的性能作出預測，為產品的進一步優化提供可靠依據。

2.虛擬樣機技術在農業機械中應用現狀特點

2.1農機企業發展存在滯后性虛擬樣機技術

依托計算機技術而存在和發展，因此我國的農機設計行業計算機技術應用相對于其他如航空和汽車等設計制造業有一定的滯后性，原因有以下幾點：由于行業的資金實力不夠，農業機械類院校發展重視不夠，學習農業機械專業的積極性不高，導致農業機械專業院校投入不足、發展緩慢，因而高技術農機設計開發人才規模小，農機企業的銷售方式單一，銷售量及利潤低，技術人員待遇低，導致企業壯大困難，缺少足夠的資金投入研發，引進、留住人才困難。農機企業上市較少，目前一拖股份，吉峰農機等十余家上市公司，很多農機企業還是作坊式企業，科研和先進制造技術運用較少。因此制約了虛擬樣機技術的應用和推廣實踐。

2.2在農業機械裝備中的應用

在高校研究機構中逐漸形成團隊化，對農業機械裝備的研究成果轉化步伐加快。如中國農業大學，華南農業大學，廣西大學，分別在不同的應用方向取得了顯著的效果，華南農業大學首次把虛擬樣機技術應用到機械手的研究中，并相繼開展機械手在水稻拋秧機和水果采摘機器人等方面的應用，實現了整體設計方案的優化：廣西大學對甘蔗收獲機整機及關鍵部件的虛擬樣機模型進行了一系列連續深入的研究后，建立了基于產品數據管理（PDM）的甘蔗收獲機可視化虛擬設計平臺，涉及整個產品生命周期的描述、控制和管理，基于虛擬樣機技術的農業機械裝備正逐漸從對虛擬樣機模型的理論研究指導物理樣機試制階段發展到產品化生產階段，并取得了一定的經濟效益。

篇12

Key words： GU virtual design technology；agricultural machinery；application

中D分類號：S220.2 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）21-0193-02

0 引言

UG虛擬設計技術是一門高科技新興技術，以被各大領域所應用。其在農業機械領域方面的應用也將不斷地的深入，必將引領農業機械生產制造領域的變革。

1 UG虛擬設計技術的定義及特點

UG是Siemens PLM Software公司出品的一個產品工程解決方案，它為用戶的產品設計及加工過程提供了數字化得造型和驗證手段，UG針對用戶的虛擬產品設計和工藝要求的需要，提供了實踐驗證的解決方案，UG是用戶指南和普遍語法的的英文縮寫。這是一個交互式CAD/CAM（計算機輔助設計和計算機輔助制造）的系統，它功能強大，可以輕松實現各種復雜實體及造型的構建，它誕生之初主要基于工作站，它隨著PC硬件的發展和個人用戶的迅速增長，在PC上的應用取得了迅猛的發展，它已成為模具行業三維設計的一個主流。UG始發與1969年，它是基于C語言開發實現的。UG是一個在二維和三維空間無結構網格上使用自適應多重網格方法開發的一個靈活的數值求解偏激分方程的軟件工具。

1.1 UG虛擬設計技術定義

UG虛擬設計技術是匯集了計算機圖像技術、多媒體技術、智能接口技術、傳感技術、語音處理技術、音響技術、網絡技術、圖像識別處理技術，實時高度并行的計算技術、人工智能、人機工程學，人的心里及行為研究的眾多的關鍵技術，是這些技高度的融合與集成，UG虛擬設計技術是指以高度仿真的方式給客戶展示了實體變化和相互作用的三維界面，使客戶有身臨其境的感覺，并直接參與和仿真對象在模擬環境的作用和變化，有一種真實的感覺。高度仿真、身臨其境、交互作用是其主要特點。UG虛擬設計技術其特征是：①UG虛擬設計技術是一種基于計算機圖形學的實時動態、多觀點的三維設計技術，這種技術所構建的三維環境可以現實的世界真實的再現，也可以模擬超越現實的虛構世界。②設計者可以通過視、聽、觸的人體感官，直接以人的思維方式和自然技能與所設計的環境交互。③在設計操作的過程中，人是作為實時數據源的主體融入到虛擬的環境中，而不只是設計端的參與者。

1.2 UG虛擬設計技術的特點

首先UG虛擬設計技術是動態環境的建模技術，UG虛擬設計技術的核心內容是虛擬環境的構建，應用動態環境建模技術能有效的獲取實際環境下的三維數據，利用三維數據就構建虛擬環境模型。其次就是UG虛擬設計技術是實時的三維設計技術，當前，三維成像技術已經比較成熟，關鍵是如何能夠滿足時需實用的要求，為了達到這個要求圖形的刷新率要不低于于16幀/S，最好要高于31幀/S。再提高刷新率的同時要保證不降低圖形的復雜程度和質量。要在虛擬設計的真實感圖形中，完成圖像生成的硬件體系結構，當然用于加速的各種有效技術是重中之重。再次就是立體顯示和傳感技術，UG虛擬設計技術依賴與傳感技術和立體顯示的發展，而立體顯示技術又包含人的感官生理原理以及涉及計算機的如何生成技術，當今的硬件系統（單目鏡、頭盔顯示器和可移動的視覺顯示器）有待進一步的發展。光學顯示部分還有待改進，其還存在許多局限性。傳感器技術的可重復性、精確性、安全性和可靠性等技術問題需要有待提升，不同性能的傳感器性能有待提高。再次就是UG虛擬設計應用系統的開發工具，UG虛擬設計技術最終要面向應用，利用平臺的優勢可縮短與應用結合的時間。因此，就應大力研發UG虛擬技術的開發工具。當前，常用的UG虛擬設計技術系統開發工具Super8cape公司VRT，作為一個可視化的平臺，它有著較高網絡處理和交互能力，Scnse的WTK本身是C函數系統，它可提供合成虛擬的一個應用開發環境，3MudtiGen的MuMGen的軟件是具有交互式的建模系統，3MudtiGen-PoIadign的Vega使用簡單，可用于聽覺仿真和實時視覺。利用API可成交互式三維應用和實時可視仿真，利用VTree可生成視覺仿真和實時場景生成?？傊甎G虛擬設計技術的系統是眾多系統的集成，其包含了很多的信息模型，必須根據設計方式合理安排組合。集成技術涵蓋了數據的相互轉換、數據的管理模型、模式識別、模型的標定、信息的同步與合成等技術。

2 UG虛擬設計技術在農業機械中的應用

UG虛擬設計技術的應用領域很廣、很寬泛，最常用的幾個重要領域：一是醫療，涵蓋外科的手術訓練、病理解剖教學、和很復雜的外科手術和顯微鏡手術；二是游戲娛樂業，利用UG虛擬設計技術可以營出一定的虛擬環境，可以生動、逼真、形象的模擬太空飛船遨游太空、星球大戰場景、極地探險、海底探險以及一些逼真的街頭巷戰的打斗游戲，給人一種身臨其境的體驗感，并給體驗者帶來很強的知識性、趣味性、驚險性。三是在航空、航天和軍事方面。其應用與人員培訓、戰略規劃和面產品設計。如軍事是演示虛擬的戰爭場面、虛擬導彈發射器、飛機的虛擬設計系統、和太空訓練系統。四是廣泛的應用與教育系統的培訓，對于艦艇、飛機的駕駛員和宇航員、戰場指揮員和各種復雜系統的操作人員，模擬仿真的訓練是必備的課程，利用UG虛擬設計技術可使仿真效果更形象、逼真，如果仿真內容越加豐富、其培訓效果就更好。

2.1 UG虛擬設計技術在農業機械中的應用途徑

虛擬產品的生成是建立在計算機的系統基礎上開發完成的。它可以在虛擬的條件下完成產品構思、產品設計、產品制造、產品測試、產品分析。以往的農機產品設計是通過圖紙繪圖設計，樣機試制、樣機試驗、修改圖紙設計，重新試制，要經過漫長的時間才能生產出合格的產品，眾多的設計錯誤不能在設計初級階段得以發現，再加上農機產品的試驗是伴隨季節性，所以導致想要生產一款農機產品，需要漫長的開發周期。UG虛擬設計的應用大大的縮短了農機產品的開發周期。其明顯的優勢是把存儲在及計算機中的數字模型即虛擬產品代替現實中的實物模型進行仿真演練，進行分析。在模擬制造過程中計算全機模擬生成所有工件原型，然后再對虛擬產品進行預裝，在預裝的同時還能進行階段性的碰撞檢測。如對測試結果不滿意，就可及時的對虛擬工件圖進行修改再次預裝試驗，這樣就可以大大的提高了產品的可靠性，防止了大量的原材料的浪費。在生產產品的質量上、時間上、成本上、環境上各方面的因素上的得以改良和提高，起到了全局化和一次性研發成功的的效果。難度大且復雜的大型農機設備更需要這種模擬仿真技術，其不僅可以在運動學上加以仿真，還可以有效地利用優化設計、有限元分析的等方法對動力學加以仿真、分析，從而有效的完成各種構件的參數優化。生產出符合設計的更好的產品。其具體步驟分為以下幾點，一是幾何建模，利用照片掃描或者圖像繪圖軟件，繪制出虛擬對象的形狀和外表；二是運動型建模，能模擬對象在虛擬的世界中的動態特征，關于模擬對象的碰撞、伸縮、手抓提、位置變化、和表面變化的等特征就是運動建模；三是物理型建模，就是把模擬對象的慣性、質量、表面粗糙度、硬度與形體變化的虛擬建模方式。建立實體的物理模型的優勢在于：這個實體可以用虛擬的手加以感覺，可以真實的感覺到這個實體的質量，表面粗糙程度；四是聲音型建模，就是利用聽覺機理建立聲音模擬；五是演示模型的分割，在真實模擬的條件下，簡化模型的復雜程度，有效的提高模型的實時型。

2.2 UG虛擬設計技術的建模

與絕大數的仿真技術一樣，虛擬技術的核心應用就是虛擬世界的建模過程，首先是利用計算機從數學上定義模擬建模的基本過程，所具有并利用所特有的硬件資源，從而建立起模擬設備零件的幾何模型，再利用計算機的轉化過程實現所需的仿真模型。其次是要注重優化模型和開發模擬對象的數據庫，就是建立模擬對象的外表、形狀、行為、限制模型并將對應的模擬對象發送到仿真的世界。通過以上的兩個步驟UG虛擬設計的模型就可完成。

3 結語

虛擬設計技術在農業機械中的廣泛應用其優勢是很明顯的。隨時實時建?？墒拐麄€生線的生產流程得以簡化，并發揮了其最佳效果，有效的縮短了產品的生產周期，使產品生產周期達到了預期的目標，在生產產品之前就可以先行調試生產工具和軟件程序，這樣就可以有效的利用時間。此外UG虛擬設計技術還可以在教育培訓領域得到應用，工作人員對于一些惡劣的環境和危險的環境可以在模擬中進行培訓，從而杜絕了對人體的傷害和對設備的損害，既安全、方便、快捷又能節省人力財力。隨著科學技術的進步，知識和信息的快速更新，制造業面臨著要以最快的速度生產出最好的產品，要花費最低的成本與代價，同時生產環境要最優、服務要最好，要有快速的市場適應能力來贏得市場先機和時代先機。要完成這一偉大目標，就必須要求生產企業和相關工作者將制造技術和不斷發展的計算機科學、虛擬技術、系統科學、人工智能等相關的科學技術加以融合運用。創造出具有自動化、信息化、智能化的全新概念的基于數字媒體技術的UG虛擬設計技術。3DS MAX和CAD被廣泛的農業機械產品虛擬設計，其優勢是不僅能模擬產品工作狀態，還可以進行動態干涉檢查和相關的虛擬裝配，使設計過程有效地得以簡化，使其更直觀更合理，不但使產品的質量得以提高、設計周期大幅減縮，實驗經費大大節省，更能便于利用互聯網進行虛擬介紹和產品推銷，從而為提高企業形象，展示產品質量，提高產品的市場占有率夯實基礎。

綜上所述，在技術高速發展的21世紀，UG虛擬設計技術必將在農業機械領域得以深入應用。當然，UG虛擬設計技術是一門新興的科學應用技術，其應用前景廣闊，我國尚處于應用的初級階段，但只要不斷地加大對農業機械中UG虛擬設計技術的投入和研發力度，UG虛擬設計技術在農業機械中的發展前景機會更加廣闊。

參考文獻：

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1山西省設施農業機械化發展現狀

1.1山西省設施農業裝備發展情況

近年來，山西省以四大特色蔬菜產業優勢區為重點，圍繞高效農作物、無公害蔬菜、中藥材等優勢農作物的關鍵環節、加工環節[1]，引進了溫濕度自動控制（放風）系統、空間電場套、土壤電滅蟲機、農用補光燈、太陽能殺蟲燈、二氧化碳發生器、臭氧水氣一體機，大力推廣了卷簾機、大棚電動微耕機、大棚電動運輸車等設施農業裝備，截至2018年底，山西省設施農業裝備擁有量達到35×104臺（套）。

1.2山西省設施農業覆蓋情況

截至2018年，山西省設施農業總面積50869.24hm2[2]，其中：日光溫室面積達到27855.47hm2，占設施農業總面積的54.76%；塑料大棚面積達到22741.08hm2，占設施總面積的44.7%。全省設施農業仍以日光溫室和塑料大棚為主，由于日光溫室具有采光充分、保溫性能好、造價低、適于北方農業生產等優勢，逐漸成為山西省設施農業發展的主要支撐部分，日光溫室面積與溫室面積的占比由2011年的46.1%發展到2018年的54.8%。

2山西省設施農業機械化發展情況

2.1主要環節農業機械的適用性

2.1.1卷簾機。傳統草簾在雨雪天氣潮濕沉重，人工卷簾作業強度大，卷簾時間長；遭遇大風易被掀起，棚內作物會因溫度驟降而減產。卷簾機相對人工卷簾穩定性好，收放便捷，拉長光照時長，可大大提高作業效率。

2.1.2微耕機。微耕機具有體積小、質量輕、結構簡單、操作靈活等特點，普遍適用于溫室中的耕作、開溝、中耕培土等作業，可大幅度降低作業勞動強度[3]。

2.1.3灌溉設施。滴灌、噴灌等灌溉設施在溫室的運用可有效降低生產成本，調節溫室內溫度和濕度，減少各種病蟲害發生概率，避免漫灌帶來的土壤養分流失、板結等問題，為作物提供較好的生長環境。

2.1.4殺菌驅蟲設備。殺蟲燈具有操作簡單、使用方便、無毒害、無污染、效果顯著等特點，是替代農藥的首選，如柳林縣購買大批殺蟲燈，為提高無公害蔬菜和綠色食品生產創造了條件。

2.1.5補光設備。北方冬季遭遇雨雪、大風、連陰等天氣會導致溫室大量減產，安裝補光設備能在惡劣氣候條件下為作物提供充足光照，能夠有效促進作物生長，提高農作物品質。

2.2設施農業機械化水平

近年來，山西省在提高設施農業生產機械化、集約化等方面做了大量工作，設施耕整地、設施灌溉施肥、設施環境調控等主要環節機械化取得了較快發展。截至2018年，全省設施農業總面積達到50869.24hm2，設施農業機械化率為34.85%，較2014年提高了5.12個百分點。其中設施耕整地機械化率、設施種植機械化率、設施灌溉施肥機械化率、設施環境調控機械化率、設施采運機械化率分別達到77.64%、22.56%、49.16%、32.6%、0.59%，為持續推動全省設施農業高效、優質、綠色、生態發展奠定了良好的基礎。

3山西省設施農業機械化發展中存在的問題及建議

3.1設施農業機械化水平整體偏低

設施農業機械化雖然取得了較大發展，但與農業整體發展要求仍有較大差距，除設施耕整地、設施灌溉、機械卷簾等方面機械化發展較好外，設施種植、設施環境調控等環節的機械化水平仍有較大提升空間，設施采運、植保施肥環節是全省設施農業發展中的瓶頸，基本上完全靠人工作業完成，勞動強度大，作業成本高。應在農機農藝融合的基礎上，在溫室種植的主要環節開展農機具技術攻關，適度提高先進、適用農機具的推廣、補貼力度，強力提升設施農業機械化水平。

3.2設施農業生產效益低下