关键字：仿生学；机械设计；应用
１ 引言 仿生学是一门实现生物特点与技术有效融合的科学，其通 过对生物结构特征、生理特性以及能量、信息转换控制等方面的 综合研究，选取一部分成果应用到各行业领域的生产体系，进而 实现其理念创新和技术变革。在实际生产中，仿生学的应用往往 能创造新的工艺系统、建筑构型以及自动化装置等，而且在设计 理念方面，其同样能提供新的思路与方向，以一种特定的途径有 效解决相关难题。就目前而言，随着大量仿生机械产品的推出， 仿生学应用在机械设计领域中越来越受到重视，相应的研究投 入也正逐年增加。当然，近年来机械仿生设计方面取得的成就也 不在少数，随着时代的发展而得到了不断深入、广泛和有效的推 进。 ２ 机械仿生设计的基本内容 当前形势下，机械仿生设计无疑正向着多元化发展，而且也
设计制造
仿生学原理在机械设计中的应用
朱书启 甘肃机电职业技术学院 741001
摘 要：科学技术日新月异，机械设计的理念和技术随之也迎来了多元化的发展。近年来，随着仿生学在机械设计领域的广泛应 用，众多研究难题得以有效解决，而且行业市场经济也随之得到了一定促进，为我国生产机械化的推进提供了巨大的动力。本文分析了 机械仿生设计中的相关基本内容，并就仿生学原理在机械设计中的实际应用作出浅要论述。
钻头以及推土板三个方面的结构中找到了仿生学结合要点。通 过不断操作试验，在减小深松阻力这点上，成功提出了仿生弯曲 型结构，而且在钻头设计上，同样参照穿山甲体表鳞片分布形式 制作出了新型的仿生钻头，不仅有效解决了生产工作中的钻头 泥包问题，还极大的加强了泥质岩钻探中机械设备的实际工作 效率。由此可见，随着仿生学原理的不断深化应用，机械设计中 存在的一些难题也将逐步得到妥善的解决，实际设备生产效率 也将因此而大大提高。
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在机械仿生设计中，生物运动特征的仿生也必不可少。对于这些 生物与生俱来的特点，通过将其板块化 、细节化，便能从中 找 出 与实际生产工作的良好结合点，使得相应的机械设计更贴合自 然，因而应用水平也就随之提高。目前的运动特征仿生中，对生 物基本运动方式、运动系统的调节等都进行了全面的研究，而实 际生活中的一些相关机械设备也为生产工作带来了极大的便 利。
心需要监控的变电站数量多，信息量也就很大，很多信息如果不 及时看就会被新的信息冲入历史数据库，可以将信息进行规范 与分层分类整理，如信号可以分为告知信号、异常信号和事故信 号等。
３ 结论 本文对分布式供电系统的设计原则进行了分析并且提出了 两种分布式供电系统的结构设计，将集中监控应用到分布式的 变电系统中，不仅可以有效减少工作人员，达到减人增效的效 果，而且可以使变电站内的工作和任务进行统一的分化、统一的 管理，从而可以有效提高变电站内的工作效率，促进电力企业的 发展和经济效益的提高。文章还对变电系统集中监控中的监控 和操作分化设计模式在分布式变电站中的具体实施过程中应该 注意的问题进行了分析，对监控信号的规范与变电站接入的方 案进行了简要介绍，具有一定的参考价值。 参考文献： [1] 鲁宁,邱仕义.分布式变电站综合自动化系统设计[J].电工 技术,2009（6）. [2] 李幼平.新形势下探讨变电运行集中监控模式[J].中国科 技博览,2010（33）. （作者简介：梁伟，男，1973 年出生，河北唐山人，专科，河北 理工学院助工，研究方向：机电一体化及机械设计。）
3.3 人工智能机器人 近代机械设计领域的发展成果中，最重要的莫过于机器人， 这不仅仅是机械制造重大变革的体现，更是仿生学原理在机械 设计方面的本质性应用。目前，相关的人工智能机器人的设计制 造等都已较为纯熟，通过对人体相关结构体系的不断认知，机器 人已然能够适应人类生产生活中的大部分工作。如上图 （ｂ）所 示，仿生机械手关节的设计无疑大大加强了机械设备的灵活性， 而随着计算机网络技术的配合推进，机械自动化生产进程也因 此而得到了促进。从目前的形势来看，仿生机器人的设计将逐步 走向全面化与智能化，而未来生产工作将因其大量投入使用而 变得极为便利。 四 总结 显然，仿生学在机械设计中的应用无疑为其注入了新的血 液，使得相应的生产工作很好契合了人与自然协调发展的要求， 这既是科技创新的必要，更是维持机械设计行业强大生命力的 重要途径。当前正处于生物科学飞速发展的阶段，因而深化仿生 学在机械领域的应用也必须加快进程。当然，在这方面工作上， 更应从本质上分析生物的独有特性和功能，不可一味进行模仿， 必须立足于提高生产力的基础上进行全面的仿生设计。 参考文献： [1]郭志军,周志立,张毅等.深松耕作土壤宏观扰动轮廓分析 [J].拖拉机与农用运输车，2003（3）：27-30. [2]张毅,孙友宏,任露泉.钻头泥包的土壤动物仿生学分析研 究[J].探矿工程，2003（2）：41-43. [3]丛茜,王连成,任露泉等.鳞片形非光滑表面的仿生设计[J]. 吉林工业大学学报.1998，28（2）：12-17. [4]蓝伟明,汪久根,李兴林等.整台涂层的仿生设计及其性能 [J].浙江大学学报工学版，2002，36（1）：78-82. （作者简介：朱书启，男，1977 年 3 月出生，陕西柞水人，讲 师，研究方向：机械制造，计算机辅助设计与制造，数控加工。）
2.3 组织结构仿生 这方面的仿生是结合生物科学而进行的深层应用，也从微 观角度上实现了人与自然的协调发展。在相关的机械仿生设计 中，其通常在材料生产方面收效较为显著，因此而推出的一系列 仿生材料也良好地适应了高强度、高效率的性能需求，为生产发 展带来了极大的经济效益。而通过对生物内部组织机制一些必 要性联系的分析，机械微组装、分级结构设计等也都有了新的发 展方向。 2.4 信息控制仿生 随着信息化时代的到来，人们对于信息的传递与控制要求 也越来越高，而在这一方面，生物在不断进化过程所拥有的一些 能力同样可以借鉴。具体地，在机械仿生设计中，信息管理设备 往往能通过生物的一些信息获取方式、反馈系统以及自主控制 能力等得到全新的发展空间，不仅生产质量得以有效保证，而且 实际效率也随之大大提高。 ３ 仿生学原理在机械设计中的实际应用 纵观当前机械仿生设计的发展趋势，在实际生产中的应用 更加多元化与广泛化，而相应的技术革新也正逐步走向智能化 与全面化，现具体举出以下几例加以分析： 3.1 半步行轮驱动机构 在地面工作机械的仿生设计研究中，半步行轮驱动机构是 根据传统的水牛耕地现象而创造出的新型技术，如下图 （ａ）所 示，通过对水牛在水田中的工作特征分析，陈秉聪等人提出了全 新的“半浮式理论”，有效的将机械运动中的“沉”、“浮”以及“滑 行”、“驱动”加以有机结合，以此改变了传统生产中承重与驱动 并存的结构体系，而代之以一种适用于水田及松软土壤工作的 高效生产方式。同时，从机械仿生设计所延伸的一系列研究中， 也相继推出了众多滚动阻力较小，而驱动动力较大的先进设备， 为行业生产提供了巨大的动力。显然，仿生学原理在机械设计中 的实际应用不仅加快了机械设备的改革，而且还有效促进了设 备实效化、便利化的发展。
（a） 仿生半步行轮
（b） 仿生机械手关节
3.2 大型触土机械设计 在大型触土机械的设计方面，相关科研人员也从深松部件、
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57Biblioteka 2.2 集中监控中运行问题分析 分布式的变电系统进行集中监控需要考虑的问题有：（１）集 中监控模式的接入与调试。变电系统集中监控模式的建设是需 要一个过程的，所以在进行集中监控模式的建设前，应该先制定 科学的建设目标，具体实施中应该先组建集中监控中心，无人值 班变电站直接接入监控中心，新建变电站应根据技术改造进展 情况，以分步实施的方式将其它分散变电站接入。（２）调度模式 的转化。传统模式调度命令由调度值班人员下达，在变电站采用 集中监控模式后，调度模式也发生变化。操作指令由调度人员把 预令下达到集中监控中心，集中监控中心把预令下达到电气设 备，电气设备操作人员做准备工作，然后操作人员与调度人员联 系，并得到运行指令。（３）专业化管理模式的加强。对分布式分布 的变电站采用集中监控模式，大大减少了工作人员，但是需要专 业的管理人员对监控系统进行管理。将任务分工明确，选择专业 人员进行管理不仅可以使变电站内的繁琐事务得到统一管理， 还可以使监控人员更加专注于处理变电运行和电力设备的工 作。（４）监控中心信号分类。在对变电站运行的监控过程中，监控 信号的规范性是最复杂的问题，由于在集中监控模式下，监控中
逐步从传统的基础设计走向了新型的创新设计。目前，机械设计 行业已然建立起了全面的仿生体系，通过对生物科学的有益吸 收，主要实现了以下几个方面的仿生设计：
2.1 功能特性仿生 在自然界的长期发展演变中，生物为了更好适应周围环境 的改变，逐渐形成了自身独有的功能特性。而在机械仿生设计 中，这一点往往能为各方面的工作指引一个新的方向，并使之有 效抓住技术创新的突破口。现今已有的设计实例中，不仅包括生 物特殊外形的仿生、还包括生理特性的一系列应用，显然这些方 面技术创新的研究都取得了相应的成果，功能特性的仿生也使 得机械设计不再拘泥于传统的模型设计，而更多拥有了其灵活 性与实效性。 2.2 运动特征仿生 机械设计中，运动体系的规划往往是重点以及难点，同样，
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一的集中监控中心，监控中心负责对分布在不同地方的变电站 的实 时 监控，并有操作和联系功能，运行操作分区域配置，就 近 负责本变电站的操作、事故处理、工作许可及验收、巡视。（３）监控 管理区域化。该模式中监控和调度设立在一起，电气设备的调度 人员负责变电运行的集中监控工作，或者是监控人员在变电运 行监控的范围内负责电气设备的调度，使调度和监控一体化。