仿生理念在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)用

1、仿生理念在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用【摘 要】生物在自身進(jìn)化及自然選擇的長(zhǎng)期作用下，形成了獨(dú) 特的生命結(jié)構(gòu)和功能，這為人類解決工程技術(shù)問(wèn)題提供了大量的設(shè) 計(jì)原型和許多創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)方法，是人類技術(shù)創(chuàng)新取之不盡的靈感 源泉。本文通過(guò)引入一些仿生學(xué)的理念，嘗試解決農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中 存在的問(wèn)題，并為新型農(nóng)業(yè)機(jī)械的設(shè)計(jì)提供新思路和途徑。通過(guò)探 討仿生學(xué)宏觀仿生與微觀仿生方面的應(yīng)用，建立農(nóng)業(yè)機(jī)械的“活體” 概念。從無(wú)意識(shí)的引用到有意識(shí)運(yùn)用仿生理念，將會(huì)推動(dòng)農(nóng)業(yè)機(jī)械 設(shè)計(jì)邁入新的階段，并能幫助人類建造更多安全、可持續(xù)、節(jié)能并 與自然和諧的農(nóng)業(yè)機(jī)械?！娟P(guān)健詞】仿生學(xué)；仿生設(shè)計(jì)；創(chuàng)新設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)優(yōu)化1. 前言生物在自身進(jìn)

2、化及自然選擇的長(zhǎng)期作用下，通過(guò)億萬(wàn)年的洗禮， 形成了獨(dú)特的生命結(jié)構(gòu)和功能，這為人類解決工程技術(shù)問(wèn)題提供了 大量的設(shè)計(jì)原型和許多創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)方法，是人類技術(shù)創(chuàng)新取之不 盡的靈感源泉。仿生學(xué)是將通過(guò)觀察、分析、研究掌握的自然界生 物所具有的各種特殊本領(lǐng)，并模擬、移植到各工程技術(shù)領(lǐng)域中去， 為促進(jìn)人類社會(huì)進(jìn)步發(fā)展所用。仿生學(xué)的理念幫助工程師們打破思 維的局限，為工程設(shè)計(jì)提供新的概念、思路和方法。2. 農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的仿生理念農(nóng)業(yè)機(jī)械的發(fā)明和發(fā)展與大自然有著密不可分的聯(lián)系，人類自 覺(jué)不自覺(jué)地利用了仿生學(xué)的理念。眾多農(nóng)業(yè)機(jī)械的造型比如開(kāi)溝器、鏵式犁、撥苗機(jī)械手等都可以在自然界找到原型。在農(nóng)業(yè)機(jī)械 結(jié)構(gòu)中

3、可認(rèn)為農(nóng)業(yè)機(jī)械由整體和細(xì)部構(gòu)造組成?；诜律鷮W(xué)宏觀和 微觀的分類，仿生理念在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中也分為宏觀設(shè)計(jì)和微觀設(shè) 計(jì)，并可體現(xiàn)在整體和局部設(shè)計(jì)兩方面。宏觀和微觀兩者的統(tǒng)一， 即綜合仿生設(shè)計(jì)，見(jiàn)圖 11。宏觀仿生設(shè)計(jì)主要是形態(tài)結(jié)構(gòu)的仿生。無(wú)論整體造型還是局部 構(gòu)造的選擇，自然界的優(yōu)化結(jié)構(gòu)都可為設(shè)計(jì)者們提供更多新的思 路。微觀仿生設(shè)計(jì)方面主要是功能機(jī)理的仿生。生物界中自適應(yīng)自 調(diào)控的功能正是農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)控制的天然藍(lán)本。無(wú)論宏觀或微觀仿 生，還是綜合仿生的實(shí)現(xiàn)，都是農(nóng)業(yè)機(jī)械從非生命體向類生命體的 重要轉(zhuǎn)變。最終，這些仿生理念的應(yīng)用將會(huì)使農(nóng)業(yè)機(jī)械更具備生命 特征。2.1 宏觀仿生與農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)自然界中

4、動(dòng)植物的種群數(shù)目繁多、形態(tài)各異，通過(guò)億萬(wàn)年的洗 禮，不但結(jié)構(gòu)形式愈加趨于合理，適應(yīng)周圍環(huán)境，而且在外形意象 表達(dá)上也趨于美觀。這為人類解決工程技術(shù)問(wèn)題提供了大量的設(shè)計(jì) 原型和許多創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)方法。2.1.1 抽象形態(tài)仿生與農(nóng)業(yè)機(jī)械造型設(shè)計(jì)抽象形態(tài)是從自然物原形出發(fā)，通過(guò)概括、抽象，從整體上反 映事物獨(dú)特的本質(zhì)特征。形式的簡(jiǎn)化性和特征的概括性，正好吻合 現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品對(duì)外觀形態(tài)的簡(jiǎn)潔性，幾何性以及產(chǎn)品的語(yǔ)意性的要 求，因此，它大量的應(yīng)用于現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)?，F(xiàn)代汽車造型設(shè)計(jì)中經(jīng)常用抽象到形態(tài)仿生， 奔馳的 seccoupe、雷諾的 twingo 以及渾圓的馬自達(dá) 121 看上去都具備某種動(dòng)物的神 態(tài)，道

5、奇的 viper “亦如一條準(zhǔn)備給你致命一擊的毒蛇”，而平尼法 尼亞設(shè)計(jì)的法拉利 275gtb 貌似鰲魚(yú)2。福特 chia focus 的前進(jìn) 氣口像大猩猩的鼻子。例如美的電飯 yh164 小豬電飯堡，以形態(tài)仿 生為亮點(diǎn)，模仿成抽象的小豬摸樣。這款外觀設(shè)計(jì)別具一格，充滿 情趣。抽象仿生形態(tài)作用于人時(shí)，產(chǎn)生的“心理”形態(tài)需要生活經(jīng)驗(yàn) 的積累，經(jīng)過(guò)聯(lián)想和想象才能浮現(xiàn)在腦海中。因此，農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì) 師要有豐富的生活經(jīng)驗(yàn)，充分地釋放想象力，為人類創(chuàng)造更加精美 的農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品。2.1.2 結(jié)構(gòu)仿生與農(nóng)業(yè)機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)隨著仿生學(xué)的深入開(kāi)展，人們不但從外形、功能去模仿生物， 而且從生物奇特的結(jié)構(gòu)中也得到不少啟發(fā)。結(jié)構(gòu)仿生是通過(guò)研究生 物整體或部分的構(gòu)造組織方式發(fā)現(xiàn)其中與產(chǎn)品的潛在相似性進(jìn)而 對(duì)其模仿，以創(chuàng)造新的形象或解決新的問(wèn)題。產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域的結(jié)構(gòu) 仿生，往往從模擬生物外形開(kāi)始，模擬生物外形所具有的功能如模 仿魚(yú)外形設(shè)計(jì)潛艇，模仿鳥(niǎo)類進(jìn)行飛行器設(shè)計(jì)。華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院的邵耀堅(jiān)4，利用仿生學(xué)原理設(shè)計(jì) 了水稻