現代數字化設計制造技術在農業機械設計制造上的應用

楊曉暉

現代數字化設計制造技術在農業機械設計制造上的應用

楊曉暉

(甘肅省莊浪縣職業教育中心，甘肅 平涼 744699)

隨著我國市場經濟的不斷發展和農業現代化建設步伐的不斷加快，農機生產企業之間的競爭也越來越激烈。大多數農機生產企業為長久立足于行業市場中，采取了諸多措施來加強數字化技術在農業機械設計工作中的運用，將數字化技術應用于農業機械設計中的意義重大。基于此，詳細分析了現代數字化設計制造技術在農業機械設計制造領域的應用，以期為相關行業從業者提供參考。

現代數字化設計與制造技術；農業機械；設計制造；具體應用

近年來，中國計算機科技迅速發展，在計算機領域中出現了諸多輔助設計和制造技術，尤其是3D數字化CAD技術已成為各行各業運營的中心技術，也使得工業產業開發工作迎來了嶄新的發展契機，也給中國工業行業帶來了全新的發展機遇。農業機械作為機械工業的重要組成部分，在發展過程中受到設計制造方法的限制和約束，自身技術的創新功能比較弱，對農機產品的生產制造產生一定的負面影響。面對機遇和挑戰，我國應不斷推廣數字化設計制造技術的應用，推動其發展進程，進而提升我國農機裝備技術水平，保障中國農機裝備品質。

1　數字化設計制造技術

1.1　農業VR技術實踐設計強化

目前，VR(virtualreality)虛擬現實技術正在逐漸應用到社會的每個領域，還在學術探究與實踐中起到了較大的效用。同時，虛擬現實技術在農業機械設計技術領域當中也有著廣闊的實踐空間，虛擬現實技術的開發給農業機械設計實踐帶來了較大的改變。VR技術融合了3D圖形、音頻、多元化等技術元素，帶給設計師和用戶先進的設計理念和豐富的實踐體驗。近年來，我國在大型農業機械的設計中，將虛擬現實技術實踐于農業機械產品的某些性能仿真，可以實現產品結構和性能的調整和優化。同時，建立的信息反饋平臺提高了生產企業與市場的溝通效率，豐富了實踐手段，能夠使更多的客戶關注到產品的構造與功能優勢。目前，國外對于使用VR工程設計農業機械設施的重點主要有兩個實質技術。①要增強可視化技術，以CAD體系為核心，在設計高性能農機實踐模具的同時，還可以通過該模具較好地模擬實際環境的使用效果，如在農機設施上專門組裝了虛擬現實頭盔顯示器，為農機操作人員提供先進可靠的操作體驗。②VR-CAD系統還參與了虛擬環境的設計，優化了大型農機設施的設計方案和性能運用，該技術系統在國外已經有了較為完善應用基礎，但我國的研發應用還比較薄弱，許多應用程序才剛剛開發出來，虛擬實際工程技術較少實踐于農業生產，這種情況在鄉村地區尤為明顯。

1.2　產品協同技術

現如今，市場競爭愈演愈烈，市場環境越來越復雜，市場對農業機械產品的要求也在逐漸提升。隨著全球經濟一體化的發展，部門協同合作甚至跨企業跨國家共同合作制造產品成為一種必然模式。據統計，70%以上的農業機械產品均是由多家企業或多個部門共同合作完成的，如何在數據庫海量的資源中探尋到科學的數據已成為企業間競爭的重點，這也是企業能否取得成功的最大挑戰。值得一提的是，國外大多數企業會將諸多的零部件備件信息存儲在他們的服務器中，并及時進行更新，而不會一成不變。根據我國設計產品的發展情況可以看出，讓零部件供應廠商自己提供產品信息，將備件信息公布在自己的服務器上，引導供應商去查詢搜索產品零件的指標、參數以及特征、性能，對于未來的設計發展，這是一個非常好的方向。

2　基于大數據挖掘的智能數字化制造系統

在農機裝備產品的數字化研發過程中，由于設計和制造時會產生海量的數據，所以需要運用智能化算法對這些數據進行分析和處理，通過數據挖掘的方式找到數據的關聯性，并建立經驗數據庫。當經驗數據庫的規模足夠大時，可以將這些經驗數據直接用于自動化生產類似的新產品部件，達到智能化制造的目的。

基于云存儲網絡可以搭建智能制造系統，采用云存儲技術可以對智能系統生產過程中產生的海量數據進行存儲，大數據挖掘算法可以對數據進行分析和挖掘。不管從物料方面還是產品營銷方法以及智能機床的監測上，智能云存儲和大數據挖掘都可以發揮重要的作用。目前，神經網絡和聚類算法是典型的數據挖掘算法，且發展比較早，理論比較成熟，因此可以將其應用到農機的智能化制造系統的設計中。

神經網算法的工作原理模擬了人的神經元細胞的作用流程，通過對輸入數據進行分析、處理和挖掘，最終輸出想要得到的理想結果。

在對農機產品制造過程的數據進行分析時，可以在神經網算法使用時合理的確定權值和置信度；在關聯算法中，需要創建每個數據記錄候選集的支持度，然后通過數據之間的關聯性對數據進行分類。通過神經網絡算法和聚類分析，在農機產品部件的智能化制造過程中，可以快速診斷出生產線是否存在故障，并確定故障的類型，其流程為：傳感器數據采集→神經網絡分析→聚類算法挖掘→確定故障類型→調整作業姿態→優化工藝和生產流程。

利用大數據存儲技術可以將各種傳感器采集得到的數據進行存儲，并利用神經網絡算法和聚類算法對數據進行挖掘。如果確定制造過程中有存儲故障，智能決策系統則可以對加工系統的作業姿態進行調整;如果需要對整個工藝和加工流程進行調整，則可以臨時關閉生產線，待工藝和流程優化后繼續生產，從而保證產品的加工質量。

3　農機數字化生產過程研究

應用智能制造系統，農機產品的生產線可以實現自動化生產。在無人化車間，農機產品零件可以實現自動化裝配。在農機智能化生產中，大數據可以應用到生產過程中的各個方面，因此對大數據的挖掘處理也是非常重要的一個環節。大數據的智能化處理可以為產品的加工制造過程節省更多的時間成本和材料成本，提高生產效率。除了農機部件的自動化組裝外，部件的生產線可以更多的采用智能化制造系統。在進行拖拉機板類零件的加工時，有一些無法沖壓完成的部件需要借助焊接技術來完成，采用人工焊接不僅效率低，且精度也無法得到保證，而利用智能制造系統使機器人焊接拖拉機部件則變得非常簡單。

智能化自動加工過程可以大大提高加工效率，而在進行零件加工之前，為了保證加工質量和產品的最優化，還需要對產品的加工過程及產品加工后的性能進行優化，從而合理安排加工工藝和加工流程。如果采用實體機床進行加工，在優化過程中需要對產品進行反復的加工試制，其加工成本較高、試驗周期較長; 如果采用仿真模擬的方式對加工過程和加工產品進行模擬試驗，可以有效地提高效率，降低成本。虛擬制造系統可以采用虛擬化機床對零部件進行加工模擬，在加工過程中還可以觀察機器的運行情況，查看工件和機器之間是否存在干涉等問題，為實體機床加工提供可靠的數據參考。

采用智能制造系統對拖拉機進行數字化設計和制造，其最大的優勢是虛擬加工方法的應用。采用智能化虛擬加工系統可以快速地完成加工工藝的設計，是因為虛擬加工系統里存放了大量的經驗數據，且虛擬加工過程的可尋跡功能為工藝的優化提供了強大的數據支持，從而有效縮短了加工工藝的設計周期，提高了設計效率，降低了設計制造成本。

4　結語

在我國農業機械設計制造中，融入現代數字化設計制造技術，監督和管理機械產品設計制造的整個過程，是我國農業機械設計制造歷史上的不小成就，也是行業的重要轉型模式。相關從業者必須要正確地認知現代數字化設計制造技術應用的主要優勢，積極促使數字化設計生產得到切實落實。與此同時，對各項工序如產品設計和制造等實施協同化管理，不斷豐富農業機械產品類型，不斷提升農業機械設計制造技術水平，對縮小與發達國家之間的技術差距具有非常重要的意義。

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Application of modern digital design and manufacturing technology in agricultural machinery design and manufacturing

YANG Xiaohui

(Vocational Education Center of Zhuanglang County, Pingliang, Gansu 744699, China)

With the continuous development of China's market economy and the pace of agricultural modernization, the competition between agricultural machinery enterprises is becoming more and more fierce. Most agricultural machinery enterprises have taken many measures to strengthen the application of digital technology in agricultural machinery design for a long time. Obviously, the application of digital technology in the design of agricultural machinery is of great significance. Based on this, the application of modern digital design and manufacturing technology in the field of agricultural machinery design and manufacturing is analyzed in detail, hoping to provide some reference for practitioners in related industries.

modern digital design and manufacturing technology; agricultural machinery; design and manufacture; specific application

S220

A

2096–8736(2021)06–0040–03

楊曉暉(1986—)，男，甘肅莊浪人，大學本科，講師，主要研究方向為機械設計制造及自動化。

責任編輯：張亦弛

英文編輯：吳志立