農業機械數字化設計平臺研究—基于微信公眾平臺和移動學習

陳 紅

(百色職業學院 計算機工程系,廣西 百色 533000)

0 引言

隨著計算機技術的發展,UG 作為一體化的CAD/CAE/CAM(計算機輔助設計/計算機輔助分析/計算機輔助制造)軟件在各個領域得到了廣泛的應用。該軟件以工作站和微機為平臺,UG CAD 與UG CAM 功能之間緊密相連,確保了CAM 模型與CAD 設計的同步性。它是工業界中最好且最具代表性的數控軟件之一,利用它可以針對任何加工任務生成優化和可用的數控加工路徑。在UG使用過程中,如果能進行技術性交流交互,可以有效地提高專家經驗的獲取效率,提高設計的速度和質量。本文采用微信公眾平臺的形式對農機數字化設計平臺進行優化,以期提高農機數字化設計過程中的技術交流和交互性。

1 基于微信公眾平臺和移動學習的交互式網絡平臺

微信是一種功能非常強大的即時聊天工具,可以作為移動學習的交互式平臺,學生在學習過程中可以相互添加好友,結為相互學習的同伴,也可以以班級為單位建立微信學習群。微信工號為移動學習提供了更多的教學方式,可以讓老師和學生擺脫時空的束縛,且支持第三方應用軟件,使移動教學的渠道、方式和內容都有所擴展。

基于微信公眾平臺的移動學習基本框架如圖1所示。采用點對點和多點的交互方式,教師可以在虛擬的群里讓學生自己上自習和討論交流問題,可以體驗到真實的班級情景。采用基于微信公眾平臺的學習方式,教師的教學內容可以采用語音、視頻、圖片和文字等多媒體形式進行推送,并通過分組實現精確的推送。在實際教學時,教師申請微信公號后,學生可以通過關注公號獲取教學信息和內容,教學內容還可以通過微博、QQ空間和云存儲等方式進行分享和存儲。目前,除了微信公眾平臺之外,還有網絡圖文教程和網易/QQ課堂,對幾種課堂形式進行了對比,如表1所示。

圖1 基于微信公眾平臺的移動學習基本框架

由表1中5個特征比較可知:微信公眾平臺的移動學習方式的優點最多。因此,其成為當前最熱門的移動學習平臺。在進行實際教學時,可以根據實際教學內容對課程進行規劃,并安排作業和測試等。總體設計框架如圖2所示。

表1 移動學習方式統計

圖2 微信移動學習課程總體設計圖

微信平臺是整個移動學習的平臺,根據網絡教學學生和教師端環境的基本特征設計相應的內容。其中,最重要的是課程發布、信息檢索、課程測試和提交作業等功能,從而使移動學習過程達到教師和學生交流交互的目的。

2 農機數字化設計和交流交互平臺

隨著計算機硬件和軟件技術的不斷發展,個人PC機的性能已經超越了以前服務站的計算能力,采用小型PC機也可以實現機械零部件的數字化設計,促使農機零部件的設計向數字化設計模式轉換。因此,在農機零部件數控加工和模具加工過程中很多都引入了計算機,從過去的勞動密集型向信息化和數字化方向發展,使得農機CAD/CAM 技術迅速發展和普及。目前,常用的CAD/CAM軟件主要有3種,包括SolidWorks、UG NX和PRO/E。這些軟件在使用過程中有許多技術問題需要討論,可以利用微信公眾平臺進行技術交流交互。雖然數字化設計軟件有好幾種,但是各種軟件各有利弊。

SolidWorks是一種高級3D模型的繪圖軟件,智能化程度較高,是創建三維實體最常用的軟件之一,具有建模直觀簡單、兼容性強、效率高等優點,在建立三維模型時具有較大的優勢。

UG NX是UGS 公司的軟件,功能非常強大,且使用性能高。建模時具有關聯系,還可以創建裝配圖,裝配圖中對一個零件進行修改時可以由約束關系自動修改其他零件相關尺寸,從而更加符合農機零部和裝配體的設計方法和習慣。本次采用的數字化建模方式便是采用這種建模方法。

Pro/E是美國參數科技公司開發出的CAD/CAE/CAM 軟件,三維建模也非常簡單方便,采用面單一數據庫和基于特征的參數化造型,可以虛擬組裝農機零部件,驗證零件之間的干涉等。

這些軟件中,UG軟件的功能最為強大,具有建模、造型、繪圖、裝配和加工等功能功能。

1)建模。建模是UG軟件最基本的功能之一,可根據模型特征繪制草圖,然后進行拉伸和旋轉等操作,最后成型,在成型后也可對模型做出修改。

2)造型設計。對于復雜的農機零部件(如曲面零件),可以通過UG軟件進行造型。對于復雜的曲面形狀,UG軟件提供了掃描、橋接、網格曲面等一些功能,可以方便實現復雜零件的造型。

3)繪圖。在建模完成后,UG軟件可以直接將模型生成二維工程圖,還可以添加旋轉剖面和階梯剖面、定義形位公差和標準尺寸等,并保持和農機零部件三維模型的一致性,有效提高了二維制圖的效率。

4)裝配。農機零部件完成后,UG軟件還可以將建立的農機零部件進行虛擬裝配。在裝配時,可根據約束關系來模擬真實的農機裝配體,還可對零件進行相關的修改。修改一個零件后,軟件自動相關其和其他零件的配合和關聯系等。

5)加工。UG可以根據建模和工藝設計自動生成數控加工的程序,還可以根據不同機床類型得到適合不同機床的加工程序。

刀具的選擇如圖3所示。在UG軟件中,生成加工程序后,可以根據不同機床的類型及待加工農機零件的加工需求,來選擇合適的刀具。刀具選擇完成后,便可以進行工序的選擇,如圖4所示。

在生成加工程序之前可以先創建工序,然后更新加工序來生成自動加工程序。由于農機一些零部件工藝的復雜性,因此在設計過程中可以通過交流互動的方式來提高設計效率。

圖3 刀具的選擇

圖4 創建工序示意圖

農機零件數字化設計微信公眾交互平臺如圖5所示。在農機一些復雜零部件的設計過程中,可以通過建立農機數字化設計的微信公眾平臺來實現交流交互。通過小組交流、同伴學習、技術討論和資源共享等,可以解決設計過程中遇到的一些技術難題,從而有效提高了設計效率。

3 基于微信交互式平臺的農機數字化設計

在農機零部件設計過程中,對于一些復雜的零部件需要采用曲面設計。例如,拖拉機前蓋板的曲面藝術樣條可以通過曲線網格命令來創建。創建完成后的模型如圖6所示。

圖5 農機零件數字化設計微信公眾交互平臺

圖6 拖拉機前蓋板模型創建

在完成拖拉機前蓋板的建模后,為了加工出復雜的曲面模型,需要對加工工藝進行分析。UG軟件可以自動生成程序,但對一些加工細節還需要通過技術交互式平臺進行交流。

拖拉機前蓋板模型加工軌跡設計如圖7所示。為了生成拖拉機前蓋板模型的加工軌跡,本次創建了基于微信公眾平臺的交互式平臺。通過該平臺可以對農機數字化設計過程的技術細節進行交流,通過交流交互成功完成了加工軌跡的設計,并對加工精度進行了技術統計,結果如表2所示。

圖7 拖拉機前蓋板模型加工軌跡設計

表2 加工精度對比

對基于平臺的加工精度和傳統的方法進行了對比,可以看出:對于復雜農機零部件的加工,基于平臺的加工精度要明顯高于傳統的方法。這是由于通過平臺可以進行技術交流,更有利于專家經驗的獲取,從而有效提高了加工效率和加工精度。

4 結論

為了提高農機復雜零部件的設計效率和設計質量,在農機數字化設計過程中引入了一種基于微信公眾平臺的交互性平臺,通過數字化設計軟件和技術交流完成農機零件的設計。以一款拖拉機前蓋板的曲面造型為例,采用交互性平臺對拖拉機蓋板進行了設計,并成功完成了加工路徑的規劃。最后,對加工精度進行了對比,結果表明:采用微信交互平臺后,拖拉機蓋板的加工精度有了明顯的提升,為農機的現代化數字設計提供了較有價值的參考。