仿生理念在农业机械设计中应用

1、仿生理念在农业机械设计中的应用【摘 要】生物在自身进化及自然选择的长期作用下，形成了独 特的生命结构和功能，这为人类解决工程技术问题提供了大量的设 计原型和许多创造性的设计方法，是人类技术创新取之不尽的灵感 源泉。本文通过引入一些仿生学的理念，尝试解决农业机械设计中 存在的问题，并为新型农业机械的设计提供新思路和途径。通过探 讨仿生学宏观仿生与微观仿生方面的应用，建立农业机械的“活体” 概念。从无意识的引用到有意识运用仿生理念，将会推动农业机械 设计迈入新的阶段，并能帮助人类建造更多安全、可持续、节能并 与自然和谐的农业机械。【关健词】仿生学；仿生设计；创新设计；设计优化1. 前言生物在自身进

2、化及自然选择的长期作用下，通过亿万年的洗礼， 形成了独特的生命结构和功能，这为人类解决工程技术问题提供了 大量的设计原型和许多创造性的设计方法，是人类技术创新取之不 尽的灵感源泉。仿生学是将通过观察、分析、研究掌握的自然界生 物所具有的各种特殊本领，并模拟、移植到各工程技术领域中去， 为促进人类社会进步发展所用。仿生学的理念帮助工程师们打破思 维的局限，为工程设计提供新的概念、思路和方法。2. 农业机械设计中的仿生理念农业机械的发明和发展与大自然有着密不可分的联系，人类自 觉不自觉地利用了仿生学的理念。众多农业机械的造型比如开沟器、铧式犁、拨苗机械手等都可以在自然界找到原型。在农业机械 结构中

3、可认为农业机械由整体和细部构造组成。基于仿生学宏观和 微观的分类，仿生理念在农业机械设计中也分为宏观设计和微观设 计，并可体现在整体和局部设计两方面。宏观和微观两者的统一， 即综合仿生设计，见图 11。宏观仿生设计主要是形态结构的仿生。无论整体造型还是局部 构造的选择，自然界的优化结构都可为设计者们提供更多新的思 路。微观仿生设计方面主要是功能机理的仿生。生物界中自适应自 调控的功能正是农业机械自动控制的天然蓝本。无论宏观或微观仿 生，还是综合仿生的实现，都是农业机械从非生命体向类生命体的 重要转变。最终，这些仿生理念的应用将会使农业机械更具备生命 特征。2.1 宏观仿生与农业机械设计自然界中

4、动植物的种群数目繁多、形态各异，通过亿万年的洗 礼，不但结构形式愈加趋于合理，适应周围环境，而且在外形意象 表达上也趋于美观。这为人类解决工程技术问题提供了大量的设计 原型和许多创造性的设计方法。2.1.1 抽象形态仿生与农业机械造型设计抽象形态是从自然物原形出发，通过概括、抽象，从整体上反 映事物独特的本质特征。形式的简化性和特征的概括性，正好吻合 现代工业产品对外观形态的简洁性，几何性以及产品的语意性的要 求，因此，它大量的应用于现代产品设计。现代汽车造型设计中经常用抽象到形态仿生， 奔驰的 seccoupe、雷诺的 twingo 以及浑圆的马自达 121 看上去都具备某种动物的神 态，道

5、奇的 viper “亦如一条准备给你致命一击的毒蛇”，而平尼法 尼亚设计的法拉利 275gtb 貌似鳌鱼2。福特 chia focus 的前进 气口像大猩猩的鼻子。例如美的电饭 yh164 小猪电饭堡，以形态仿 生为亮点，模仿成抽象的小猪摸样。这款外观设计别具一格，充满 情趣。抽象仿生形态作用于人时，产生的“心理”形态需要生活经验 的积累，经过联想和想象才能浮现在脑海中。因此，农业机械设计 师要有丰富的生活经验，充分地释放想象力，为人类创造更加精美 的农业机械产品。2.1.2 结构仿生与农业机械创新设计随着仿生学的深入开展，人们不但从外形、功能去模仿生物， 而且从生物奇特的结构中也得到不少启发。结构仿生是通过研究生 物整体或部分的构造组织方式发现其中与产品的潜在相似性进而 对其模仿，以创造新的形象或解决新的问题。产品设计领域的结构 仿生，往往从模拟生物外形开始，模拟生物外形所具有的功能如模 仿鱼外形设计潜艇，模仿鸟类进行飞行器设计。华南农业大学工程技术学院的邵耀坚4，利用仿生学原理设计 了水稻