叶亚红
身份证号：321282198211273429,江苏 扬州 225009
摘要：近年来，虚拟样机技术在我国畜牧机械设计中崭露头脚。该技术得到了广泛应用在介绍虚拟样机技术的基本理论框架的基础上，回顾了虚拟样机技术的研究现状和发展趋势，分析了传统的CAD/CAE/CAM系统设计方法和特点。分析了虚拟样机技术在畜牧机械设计中的应用前景和需要解决的问题。
关键词：虚拟样机畜牧机械建模与仿真
一、引言
随着经济全球化，贸易自由化和社会信息化的发展，企业要想在激烈的市场竞争中取胜，就必须以市场为中心，以最短的产品开发时间和最好的产品质量。快速响应，最低的成本和价格以及最佳的售后服务（即tqsc），这要求公司使用现代设计方法来提高其设计能力。传统的畜牧机械产品设计开发周期长，投资大，精度低，设计粗糙，制约了产品质量的提高。传统的设计过程和CAD/CAM/CAE软件无法克服此瓶颈。功能齐全的虚拟原型和虚拟测试等新技术的应用可以改善这种情况。
二、我国畜牧机械设计特点
畜牧机械的工作对象是农作物，土壤和其他复杂因素。同一对象类型的不同个体差异很大，同一个体在不同时期具有较大差异，给理论分析带来很大困难。因此，畜牧机械的理论分析和计算只能在大量假设的前提下进行定性描述，缺乏准确的计算和验证。而且，某些畜牧机械地设计仅基于设计者将某些零件拼凑而成的经验，而不是从整个系统的角度出发，因此整个机器的设计水平取决于设计者的实际经验。另外，我国一些畜牧机械新产品的开发方法是引进，消化和重新设计，但效果总是很差。最初的设计过程仅拆卸了机器和测量的零件，并且对导入的原型缺乏系统地了解。
三、虚拟原型技术
虚拟原型是一种计算机仿真模型，具有对原型产品或系统的实际功能，可以与物理原型媲美。虚拟原型有两个主要的理解：计算机图形学和制造。前者是虚拟的，后者是指数词模型（DMU）。虚拟原型可以理解为使用虚拟现实技术将产品数据转换为数字模型，而不是物理原型。DMU是产品的高度逼真的计算机模型，其中包含有关产品设计，制造，维护和回收的信息。它由各种几何，人体工程学和功能仿真模型组成。作为产品开发的平台，决策部门在产品开发过程中扮演着辅助决策的角色。从使用和用户的角度，虚拟原型分为沉浸式虚拟原型和分析虚拟原型。沉浸式原型主要针对用户，强调视觉效果，材质和纹理特征。它的主要功能是允许用户或设计人员通过虚拟现实人机界面与虚拟原型进行交互，以获得有关产品形状和功能实现的反馈信息。分析原型主要供设计人员使用，不强调原型的图形显示和交互。这种原型主要由各种物理特征模型和功能模型组成，用于模拟产品的性能和功能，指导设计修改。
四、虚拟样机在畜牧机械中的应用前景
目前，在农业机械领域，国外大型农业机械制造商已经采用虚拟样机技术来提高产品性能。例如，美国公司和德国Klass农业机械制造公司等世界知名公司已经应用了虚拟原型技术。为了解决工程机械高速蛇行和重载自激振动的问题，约翰迪尔的工程师不仅找出了原因，而且提出了使用虚拟样机技术的改进计划，并在虚拟样机上进行了验证。大大提高了产品的高速运行性能和重型运行性能。
1.虚拟原型的建模
虚拟原型建模与物理原型制造相同，后者是虚拟原型技术的基础。虚拟原型应具有产品的几何结构特征和产品的所有目标预期（例如外观，功能，安全性，质量，成本等）以及物理原型的所有功能。在设计的早期阶段，虚拟原型主要由产品设计功能日常标准驱动。随着设计的深入，对虚拟原型的安全性和质量的期望逐渐提高。目前，多刚体系统的建模已经成熟，柔性多体系统的建模已逐渐成为研究的热点。
2.虚拟原型仿真
虚拟样机仿真是虚拟样机技术的核心，就像物理样机测试一样。
虚拟原型仿真的关键在于输入参数与实际情况相匹配。虚拟原型仿真需要在计算机上构建相同的虚拟测试设备和仪器，模拟与实际测试现场环境相同的虚拟环境，并设置实验条件和边界条件。只有将虚拟仿真与物理实验紧密结合，虚拟仿真数据才能真实可靠。由于虚拟仿真所需的某些数据最初是从物理实验中获得的，因此虚拟仿真的结果需要通过物理实验进行验证。随着虚拟仿真应用程序的发展，测试数据变得越来越丰富和准确，物理测试也越来越少。
3.协同仿真
现代畜牧机械产品越来越复杂，同一产品涉及越来越多的领域。协同仿真技术将不同学科的仿真工具结合起来，形成一个统一的仿真系统，不仅可以充分发挥仿真工具的优势，而且可以加强开发人员在不同领域的协调与合作。
4.多目标设计优化
在产品设计优化问题中，可能存在多个属于不同学科的优化目标和约束。现代多目标设计优化技术将解决学科之间的矛盾，寻求系统的全局最优解，并提供技术条件。这也是虚拟原型技术的发展方向。草地畜牧业设备零件种类繁多，结构复杂。畜牧机械面临诸如牧场之类的柔性物体。柔性多体系统动力学是大型刚体运动与弹性变形运动的耦合，这更加复杂。实际需要测试许多原型参数，这需要在初始应用中不断积累时间和繁重的工作量；企业具有较强的经济实力和人力资源，只能建立虚拟的样机应用系统；食品工业和软件开发人员需要编写一些特殊的软件，这需要大量的时间和金钱。
五、虚拟样机设计在机械设计中的有效应用
1.机械设计的重要性
机械设计是机械工程的重要组成部分。准确地说，是根据使用要求设计机器的工作原理，结构和运动。随着机械工程复杂性的增加，对传统机械设计的要求也越来越高。无论是加快产品更新速度，还是不断提高机械零件制备的技术含量，都对机械设计提出了更高的要求。目前，机械制造业作为我国的基础产业，可以清晰地反映出我国制造业的发展水平。实际上，该国非常重视机械制造业的发展，但是在发展过程中仍然存在各种问题。机械设计过程中的关键问题是低效率和高成本。然而，随着现代技术的不断发展，机械设计正在吸收传统设计概念的精髓，逐渐跟上科学技术的步伐，逐渐进入数字化，智能化和并行化的轨道。在这个大数据时代，在这个数字时代，机械设计必须与数字技术相结合，以数字技术为载体，彰显了机械设计的生命力。
2.虚拟样机技术在机械设计中的优势
首先，必须说虚拟原型技术为机械设计提供了新的设计概念，同时也简化了复杂的机械设计过程。在机械设计的早期阶段，直接在虚拟环境中创建虚拟原型。这样，可以在模拟原型上显示机械结构和功能，并且可以向设计者清楚地显示各种性能指标。通过对虚拟样机的分析，通过仿真技术发现了产品的缺陷。这样可以节省大量时间和成本来测试和分析产品。在产品的初始设计阶段，及时发现并改进产品的缺陷。虚拟样机技术为实现机械设计和改进做出了巨大贡献。在未来的发展过程中，可能会出现不同的问题，因此有必要使用不断更新的计算机技术和信息技术来解决这些问题。换句话说，需要改进虚拟原型技术，以更好地服务于虚拟原型技术和农业机械设计的特征。
结语
使用虚拟原型技术，可以从系统级别进行详细研究，跟踪原型的设计思想，指导设计，并大大提高设计水平。此外，虚拟原型技术采用数字仿真来设计和开发虚拟产品。仿真模型的参数是物理原型的设计参数，它代替了物理原型来测试和评估设计参数。在不制造物理原型的情况下，可以预测和预测产品性能，从而减少了物理原型的高制造过程，降低了开发成本，缩短了开发周期并提高了设计质量。目前，关于草地畜牧设备数字化设计技术的研究已列入国家“十一五”科技支撑计划项目，并逐渐受到了广大科技人员的关注。虚拟样机技术的应用必将促进我国草原畜牧业装备的发展。
参考文献：
[1]庄伟,富淼.虚拟样机技术在农业机械设计上的应用[J].现代农业科技,2016(4):191.
[2]贾毕清,韩绿化.基于ADAMS的虚拟样机技术及其在农业机械设计中的应用[J].农业装备技术,2017,43(5):44-46.