引言
   
    在農機設計與制造方面，由于農業機械設計生產的特點，在開發研制過程中，用計算機繪制的很多新產品和部件必須制造后才能了解產品的性能。當性能不滿足要求時，需要重新修改產品的設計，這會導致產品的設計周期長、費時費力.很難適應卻能夠實現實際制造的本質過程。由于它發展了過程仿真技術并與擬實環境相結合，使開發人員能夠通過視覺和感覺來感知擬實環境中的產品運行情況，并可進行交互作用。它可以通過計算機虛擬模型來模擬和預估農機產品功能、性能及可加工性等各方面可能存在的問題，可在產品投產之前進行綜合的評價，使人們感受到未來產品的相關性能及可行性，從而提前做出決策和優化實施方案，提高人們的預測和決策水平。
   
    1虛擬制造技術內涵
   
    1.1 虛擬制造的定義
   
    虛擬制造，又稱擬實制造，是實際制造過程在計算機上的本質實現。其采用計算機仿真技術與虛擬現實技術，在計算機上實現產品開發、制造，以及管理與控制等制造的本質過程，以增強制造過程中各級的決策與控制能力。虛擬制造技術不是對已有各單項技術的簡單組合，而是對制造知識進行系統化組織，對工程對象和制造活動進行全面建模，在相關理論和已積累知識的基礎上實現集成。在建立真實制造系統前，利用信息技術、仿真技術、計算機技術對現實制造活動中的人、物、信息及制造過程進行全面的仿真，繼而尋找出實際制造中可能出現的問題，在產品實際生產前就可采取相應的頂防措施，從而達到產品制造的一次性成功。
   
    1.2虛擬制造與虛擬現實
   
    虛擬現實技術是虛擬制造理念與技術的主要支撐技術之一，是具有巨大潛力和美妙前景的新技術。虛擬制造技術是虛擬現實技術的一個具體應用。它是利用計算機生成一種模擬環境，通過多種傳感設備使用戶"投人"到該環境中，實現用戶與該環境直接進行自然交互的技術。虛擬現實就是對真實世界的一種模擬和再現。在技術上，它是指綜合利用計算機圖形系統和各種顯示和控制等接口設備，在計算機上生成可交互的三維環境，同時向操作者提供"沉浸"感覺。操作者感覺他自己的視點或身體的某一部分處在計算機生成的虛擬空間之中。但從本質上說它仍然是單項仿真技術，對虛擬制造所提供的支持也僅僅是在局部環節，沒有反映虛擬制造是對信息、技術、智能、資源、過程、串并行工作機制以及人一機全面集成這樣一個內涵。
   
    1.3虛擬制造與實際制造的關系
   
    虛擬制造是實際制造過程在計算機上的映射，是采用計算機仿真與虛擬現實技術，在高性能計算機及其高速網絡的支持下的協同工作。在實際制造系統中，物質流、信息流在一定的控制機制下，生產出適銷對路的產品.然后通過對實際制造系統進行抽象、分析、綜合，得到實際產品的全數字化模型;虛擬制造的最終目標是反作用于實際制造過程，用來指導生產實踐。因此，虛擬制造是實際制造的抽象，實際制造是虛擬制造的實例。
   
    實際制造過程流程圖，如圖1所示。在實際制造過程中，產品的制造要通過設計、試制、評價、再設計、再試制、再評價過程來確定制造方案，同時也要到實際制造中去驗證。經過反復的實際試制、制造進行積累經驗，最終確定產品的制造方案。圖2所示為虛擬制造流程圖。由圖2可以看出，虛擬制造過程只需在計算機上仿真實際設計制造過程，在各個工序都可以進行系統的評價，繼而反饋有用數據信息指導產品的設計優化、加工優化、裝配優化，從而節約了大量的實際物質流通過程。
   

    2虛擬制造技術的發展概況
   
    虛擬制造是1993年出現的，經過10年多的發展，無論在基礎研究，還是技術開發方面已經取得了很大的發展虛擬制造涉及的技術領域極其j一泛，在1994年的虛擬制造論壇上，提出了43項關鍵技術。其中，許多技術并非虛擬制造所特有，有些技術在其它領域早有研究和應用，但建模與仿真技術是虛擬制造的核心技術。
   
    美國國家標準及技術研究所制造工程實驗室成功建立了國家先進制造測試床;波音公司采用虛擬制造技術完成的第一架無圖紙飛機(波音777)的制造;美國北卡大學虛擬環境實驗室，開展的車輛駕駛員虛擬環境的研究。歐洲及其它國外機構:英國Herriot-Watt大學機械與化學工程系，從事與虛擬裝配有關的一系列研究工作，運用浸入式虛擬現實設計技術和定位電纜套索，虛擬裝配規劃和知識獲取，進行虛擬環境中的對象形變研究和沖突檢測研究等。
   
    在國內，由于虛擬制造技術出現較晚，研究機構還很少。清華大學CIMS工程研究中心虛擬制造研究室，是國內最早開展虛擬制造研究的機構之一，主要研究方向是虛擬產品開發;西安交通大學CAD/CAM研究所主要研究以網絡為中心的創新設計與全球制造(包括創新技法、信息共享、知識發掘、遠程設計與制造模式)。此外，仁海交通大學CIMS研究所、北京航空航天大學和浙汀大學等也進行了部分虛擬制造技術的研究。2005年3月，上海理工大學宣布成立了虛擬制造技術研究院。據不完全統計，目前全國已有30多家科研機構、高等院校和企業正在開展VM技術方面的研究。國內以清華大學、上海交大為主的高等院校正在開展基礎技術研究，正處于理論體系初步研究階段。該技術在農業機械的產品開發中的應用研究到目前只有浙江大學、吉林大學、沈陽農業大學等進行了初步的探討。

3在農機產品設計制造中的應用
   
    應用虛擬制造技術研究開發某種農機產品，采用計算機仿真與虛擬現實乎段，用計算機對農業機械的外觀、功能、行為進行建模以及生成逼真的三維虛擬環境，實現產品的設計、工藝規劃、加工制造、動態工作條件下的性能分析、質量檢驗以及企業各級過程的管理與控制等產品制造的本質過程。同時，通過虛擬現實系統觀察虛擬環境下虛擬農機的農業生產活動，進行虛擬環境中的農機性能實驗和特性評估，并實現人與機械之間的實時的交互，這對于增強制造過程各級的決策與控制能力、減少產品開發的育目性、縮短研制周期、降低制造成本、提高機器的適應能力、增加機器的工作可靠性和延長機器的使用壽命具有非常重要的意義。
   
    3.1農機產品虛擬制造體系結構
   
    在虛擬制造出現以來，國內外學者從不同角度建立了虛擬制造系統的體系結構最早提出VM體系結構的是日本大阪大學的Kazukil馬里蘭大學也相繼提出了自己的體系結構。我國各科研院所也開展了相應的工作，上海交通大學提出了基于"虛擬總線"的VM體系結構。國家CIMS中心提出了基于產品開發管理(PDM)集成的虛擬設汁、虛擬生產、虛擬企業柜架，認為虛擬制造的目標就是對產品的"可制造性""可生產性"和"可合作性"的決策支持。根據上海交通大學提出的"虛擬總線"的VM體系結構劃分，農機產品虛擬制造體系結構可分為5層:數據層、活動層、應用層、控制層、界面層。農機虛擬制造體系的構成，如圖3所示。
   

    界面層提供虛擬現實環境供操作者與系統交換信息、發出指令等。控制層根據界面層的操作指令轉化為控制數據，而后激發本地服務或通過網絡激發遠程系統服務。應用層則由虛擬產品設計、虛擬產品制造組成。這一部分包括產品設計、實體建模、并行設計、過程管理、虛擬制造過程仿真等。虛擬產品制造過程仿真提供有用信息給產品設計模塊，用于產品設計優化，繼而優化產品制造過程。活動層把應用層中的各種應用過程分解，以進程的方式執行各種活動。數據層則對各種數據進行管理、處理，并對其它層的運作提供支持。
   
    3.2農機產品虛擬制造系統構成
   
    農機產品虛擬制造系統構成，如圖4所示。虛擬制造系統主要由虛擬物理系統、虛擬信息系統、硬件資源3部分組成。它在CAD/cAM/CAD等軟、硬件系統資源的支持下，主要由設備、產品、生產過程及生產管理4個主要要素組成。產品設計模型中要求對農機產品進行全面的技術要求分析、功能設計、成本設計、環境評價;生產過程模型中則包括產品的加工仿真、加工方法選擇、控制方案制定等環節;虛擬設備模型中要對設備進行合理的布局，進行通訊網絡設計、作業計劃制定及控制程序開發等;在生產管理模型中，要對其進行功能結構分析、生產決策分析和信息管理。
   

    3.3虛擬制造在農機產品設計制造中的應用實例

   脫粒機械是收獲過程中最重要的機具之一，在聯合收獲機上作為核心部件對整機的工作質量與工作效率起到了決定性的作用。脫粒機械工作時，被割谷物經脫粒機械的喂人口進人由脫粒滾筒和凹版組成的脫粒間隙進行打擊和搓擦后，短脫出物通過柵格狀凹版進人由清選篩和風機組成的清糧裝置進行清選;長脫出物則進人分離裝置進行莖稈與籽粒的分離，長莖稈被排出機外;而籽粒等短脫出物則通過分離裝置上的篩孔進人下方的清糧裝置進行清選;在風機和清選篩的聯合作用下，穎殼等細小輕雜物被吹出機外，干凈的籽粒經由籽粒收集裝置進人集糧裝置。
   
    對于脫粒機械的虛擬制造，首先根據實際制造經驗進行整體的制造構思，建立零件的三維模型，然后進行整機的虛擬裝配設計、運動仿真設計，再對比運動仿真結果與實際工作效應，如果滿意則導人制造數據庫，不滿意則重新進行建模、仿真，直至符合要求為止。在虛擬制造過程中可以形成多個滿足條件的設計方案，設計者可根據實際工作狀況進行方案優化，選出最優設計制造方案，進而生成優化的設計制造參數進行指導實際制造。
   
    4結束語
   
    虛擬制造是虛擬現實技術和計算機仿真技術在制造領域的綜合發展及應用。它是產品在計算機中的虛擬實現，不消耗現實的資源和能量，但卻能實際反映產品的有關情況。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，虛擬制造技術的引人為農業機械行業帶來了全新的概念。隨著虛擬制造技術的不斷發展及其在企業中廣一泛的應用，必將極大地提高企業的研發創新能力，從而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。