現(xiàn)代數(shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造上的應(yīng)用

（駐馬店職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，河南 駐馬店 463000）

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，在工業(yè)機(jī)械制造方面，技術(shù)的創(chuàng)新迎來了一個(gè)新的高潮，朝著現(xiàn)代化、精確化的方向發(fā)展。在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造方面，現(xiàn)代數(shù)字化的農(nóng)業(yè)發(fā)展將逐步實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的高效化，能夠充分體現(xiàn)創(chuàng)新性，并降低故障的發(fā)生概率。在對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行數(shù)字化的設(shè)計(jì)制造時(shí)，將會(huì)融合更多的數(shù)據(jù)開采技術(shù)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的精確化、自動(dòng)化、遠(yuǎn)程化與虛擬化[1]，將改變傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式，開創(chuàng)信息化現(xiàn)代化的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式，從質(zhì)的方面改變農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

1 數(shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù)

數(shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù)是在數(shù)字化技術(shù)與制造技術(shù)相互融合的背景下，同時(shí)在虛擬現(xiàn)實(shí)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、快速原型、數(shù)據(jù)庫等技術(shù)支撐下，根據(jù)用戶的需求與工作特點(diǎn)，對(duì)信息進(jìn)行快速收集與分析處理、規(guī)劃充足，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行仿真以及原型制造，進(jìn)而生產(chǎn)出符合用戶需求的產(chǎn)品技術(shù)。數(shù)字化主要在于將信息轉(zhuǎn)變?yōu)橐子谔幚淼臄?shù)據(jù)，再將數(shù)據(jù)建立為數(shù)字化模型引入計(jì)算機(jī)內(nèi)部進(jìn)行統(tǒng)一處理。

1.1 計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)

在數(shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù)中，計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)主要包括了CAD（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）、CAE（計(jì)算機(jī)輔助工程分析）、CAM（計(jì)算機(jī)輔助制造）、CAPP（計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃）與PDM（產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理）[1]。CAD 主要為產(chǎn)品的構(gòu)思、功能設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)分析與制造加工等等，用于協(xié)助創(chuàng)建、修改、分析和優(yōu)化的設(shè)計(jì)技術(shù)。CAE 是指有限元分析和機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)分析，主要在于機(jī)械的運(yùn)動(dòng)模擬與參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。CAM 是對(duì)機(jī)械零件的加工設(shè)計(jì)，主要在于數(shù)控技術(shù)。PDM 是在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)之前對(duì)各類文檔、圖紙、生產(chǎn)單、成本核算單等進(jìn)行統(tǒng)一管理的技術(shù)，能夠?qū)φ麄€(gè)生產(chǎn)周期內(nèi)的全部數(shù)據(jù)進(jìn)行管理與分析，主要關(guān)注于產(chǎn)品的研發(fā)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，能夠支持產(chǎn)品計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)系統(tǒng)。

1.2 虛擬設(shè)計(jì)與制造

虛擬技術(shù)主要在于利用計(jì)算機(jī)創(chuàng)設(shè)虛擬環(huán)境，具有實(shí)時(shí)性、交互性、沉浸性與感知性等，就目前的數(shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù)而言，虛擬設(shè)計(jì)與制造主要以建模、測(cè)試與裝配為主，設(shè)計(jì)人員通過計(jì)算機(jī)創(chuàng)設(shè)虛擬環(huán)境，完成產(chǎn)品感知與設(shè)計(jì)操作的調(diào)整，進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化。在傳統(tǒng)的機(jī)械制造技術(shù)當(dāng)中，機(jī)械的零件裝配主要由仿真軟件來實(shí)現(xiàn)，完成機(jī)械的模擬裝配與產(chǎn)品分析，而數(shù)字化虛擬技術(shù)可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)人員的人機(jī)交互，控制零件并觀察零件的裝配過程[2]，來預(yù)計(jì)產(chǎn)品的性能與機(jī)械的可加工性，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造，對(duì)設(shè)計(jì)制造過程中各種可能存在的問題進(jìn)行檢驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)過程的管理與控制，提升機(jī)械制造效率。

1.3 異地協(xié)同設(shè)計(jì)

異地協(xié)同設(shè)計(jì)是當(dāng)下數(shù)字化設(shè)計(jì)行業(yè)的一大發(fā)展方向，是當(dāng)前技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。當(dāng)需要多人、異地進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)制造時(shí)，異地協(xié)同設(shè)計(jì)能夠從流程、協(xié)作與管理三方面提供幫助[1]，流程類主要是根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)習(xí)慣進(jìn)行常規(guī)的設(shè)計(jì)與校審工作，協(xié)作類則是負(fù)責(zé)在設(shè)計(jì)制造過程當(dāng)中的信息交流、共享與合作等問題，管理類則是幫助相關(guān)的設(shè)計(jì)工作人員及時(shí)了解與掌握設(shè)計(jì)過程中的情況[2]。異地協(xié)同設(shè)計(jì)是計(jì)算機(jī)協(xié)同工作與數(shù)字化制造技術(shù)對(duì)設(shè)計(jì)過程的支持設(shè)計(jì)，可融合不同的設(shè)計(jì)任務(wù)，對(duì)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合協(xié)調(diào)，滿足各個(gè)階段對(duì)產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型的不同需求，保證在產(chǎn)品的開發(fā)過程當(dāng)中滿足客戶的應(yīng)用需求。

1.4 概念與工業(yè)設(shè)計(jì)

概念設(shè)計(jì)是在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)之前對(duì)用戶需求進(jìn)行分析到生成概念產(chǎn)品的過程，主要是利用設(shè)計(jì)概念并以其為主線貫穿全部設(shè)計(jì)過程的設(shè)計(jì)方法，是對(duì)設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)思維的歸納與精煉，需要將設(shè)計(jì)方案做出周密的調(diào)查與策劃，分析出客戶的具體要求與方案意圖，然后提煉出最為準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)概念[3]。在工業(yè)設(shè)計(jì)方面，概念設(shè)計(jì)是對(duì)機(jī)械的布局設(shè)計(jì)、形狀設(shè)計(jì)與人機(jī)工程設(shè)計(jì)，在數(shù)字化計(jì)算機(jī)技術(shù)的輔助下，概念設(shè)計(jì)與工業(yè)設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)產(chǎn)品的外觀到性能等方面的全方位設(shè)計(jì)，使產(chǎn)品與用戶具有良好的親和性與匹配度，將提出的問題與解決方案可視化，建立更好的設(shè)計(jì)體驗(yàn)，是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品創(chuàng)新的重要方式。

2 農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造

2.1 智能CAD 制造技術(shù)

在CAD 技術(shù)發(fā)展初期，其主要應(yīng)用于二維圖形的繪制。如今，隨著CAD 技術(shù)的飛速發(fā)展，主要應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)方面的幾何建模、工程分析、設(shè)計(jì)審查與評(píng)價(jià)、計(jì)算機(jī)輔助繪圖、工程數(shù)據(jù)庫的建立等等，發(fā)展成真正意義上的計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械設(shè)計(jì)[3]。智能CAD 制造技術(shù)是在人工智能系統(tǒng)的發(fā)展下進(jìn)一步進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，CAD 技術(shù)主要以計(jì)算機(jī)技術(shù)與電子技術(shù)為建模基礎(chǔ)，包含了專家系統(tǒng)與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)兩大系統(tǒng)，專家系統(tǒng)主要在于運(yùn)用專業(yè)知識(shí)對(duì)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造過程中的問題進(jìn)行計(jì)算機(jī)程序的調(diào)試，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)則包含了大量人工神經(jīng)元，主要在于為機(jī)械制造提供靈活的變量調(diào)節(jié)方式，能夠用于機(jī)械生產(chǎn)的調(diào)試與機(jī)械的裝配等等[4]。同時(shí)，智能CAD 制造技術(shù)能夠?qū)χ圃爝^程和管理過程的龐大信息量進(jìn)行處理，其制造系統(tǒng)表現(xiàn)出更加靈活、敏捷、智能的特點(diǎn)。現(xiàn)如今在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造方面引入智能CAD 制造技術(shù)，能夠有效解決在機(jī)械生產(chǎn)管理過程中信息資源利用率較低的問題，節(jié)約機(jī)械開發(fā)成本。

2.2 農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造特點(diǎn)

農(nóng)業(yè)機(jī)械主要為在種植業(yè)和畜牧業(yè)的生產(chǎn)中對(duì)農(nóng)畜產(chǎn)品的初加工與處理過程中所使用的機(jī)械設(shè)備，主要包括了農(nóng)業(yè)動(dòng)力機(jī)械、加工機(jī)械、畜牧機(jī)械、監(jiān)控機(jī)械等等。農(nóng)業(yè)機(jī)械的設(shè)計(jì)制造需要根據(jù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際需要、自然條件等等，利用機(jī)械動(dòng)力學(xué)、控制論的理論對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)等問題進(jìn)行研究設(shè)計(jì)，在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)當(dāng)中，農(nóng)業(yè)機(jī)械型號(hào)類型單一，對(duì)信息的利用率較低，嚴(yán)重影響了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，在引入現(xiàn)代數(shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù)之后，農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域呈現(xiàn)出以下特點(diǎn)[5]：

2.2.1 結(jié)構(gòu)類型多樣化

利用現(xiàn)代數(shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù)后能夠依托計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理，增加對(duì)信息的利用率，對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造做出一定程度的創(chuàng)新。例如，部分農(nóng)業(yè)機(jī)械根據(jù)其所用動(dòng)力分為蓄力牽引式、動(dòng)力自走式、機(jī)電動(dòng)力驅(qū)動(dòng)式等等，當(dāng)農(nóng)業(yè)機(jī)械與拖拉機(jī)進(jìn)行配套時(shí)可以分為牽引式、懸掛式、半懸掛式等等。

2.2.2 機(jī)械結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定

運(yùn)用數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行農(nóng)業(yè)機(jī)械的設(shè)計(jì)制造，在計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的幫助之下，能夠運(yùn)用虛擬技術(shù)為農(nóng)業(yè)機(jī)械創(chuàng)設(shè)虛擬環(huán)境對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行一定程度上的試驗(yàn)，檢測(cè)出農(nóng)業(yè)機(jī)械在不同環(huán)境之下的運(yùn)行穩(wěn)定性，并可對(duì)機(jī)械零件進(jìn)行檢查，使生產(chǎn)出的農(nóng)業(yè)機(jī)械結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定。

3 數(shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù)與農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)

3.1 應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

近年來，隨著虛擬VR 技術(shù)的高速發(fā)展，在農(nóng)業(yè)機(jī)械的設(shè)計(jì)制造中也充分應(yīng)用了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是指綜合應(yīng)用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)接口技術(shù)、傳感器技術(shù)與人工智能等技術(shù)制造出人工模擬環(huán)境，并有效模擬人在自然環(huán)境中的人機(jī)交互技術(shù)[2]。應(yīng)用在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造中時(shí)，主要在于運(yùn)用幾何建模、運(yùn)動(dòng)建模、物理建模、行為建模和聲音建模等模擬農(nóng)業(yè)機(jī)械的應(yīng)用環(huán)境，對(duì)影響參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，提升機(jī)械設(shè)計(jì)的主動(dòng)性，對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真，使產(chǎn)品能夠更加符合實(shí)際應(yīng)用。

3.2 實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械的設(shè)計(jì)與制造協(xié)同

在數(shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù)中，信息的協(xié)同技術(shù)能夠幫助農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)與制造的協(xié)同發(fā)展，主要在于其協(xié)同性能夠聯(lián)系產(chǎn)品設(shè)計(jì)與產(chǎn)品制造[3]。農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品的制造是在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)之上，協(xié)同技術(shù)能夠使產(chǎn)品在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)達(dá)到信息的共享，讓產(chǎn)品的全部工作者參與到設(shè)計(jì)中，幫助設(shè)計(jì)者開拓思路，并且能夠使產(chǎn)品更加適應(yīng)實(shí)際應(yīng)用，可根據(jù)不同的設(shè)計(jì)任務(wù)與設(shè)計(jì)問題對(duì)信息進(jìn)行處理分析，讓設(shè)計(jì)工作更為高效，提升農(nóng)業(yè)機(jī)械的設(shè)計(jì)制造水平，為企業(yè)節(jié)約設(shè)計(jì)制造成本。

3.3 基于參數(shù)化設(shè)計(jì)的農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造

參數(shù)化設(shè)計(jì)是數(shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù)當(dāng)中對(duì)參數(shù)進(jìn)行模擬與變量設(shè)計(jì)的綜合設(shè)計(jì)方法，在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造當(dāng)中，該技術(shù)能夠極大提升農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)效率與設(shè)計(jì)水平。參數(shù)化設(shè)計(jì)方法在于對(duì)農(nóng)業(yè)技術(shù)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行框架設(shè)計(jì)，為解決ICAD 技術(shù)問題提供新思路[3]。在農(nóng)業(yè)機(jī)械的應(yīng)用中，對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，能夠有效保證設(shè)計(jì)的合理性與應(yīng)用性能，在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中可運(yùn)用實(shí)例推理模塊化參數(shù)設(shè)計(jì)及變量設(shè)計(jì)進(jìn)行合理測(cè)試，對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械中所存在的問題提出規(guī)避策略，保障機(jī)械實(shí)際應(yīng)用的有效性。同時(shí)，在參數(shù)化設(shè)計(jì)中包括了裝配模型的應(yīng)用分析，主要根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙構(gòu)建相應(yīng)的幾何模型對(duì)機(jī)械的性能及產(chǎn)品原理進(jìn)行闡述，有助于盡快對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行生產(chǎn)制造。

4 結(jié)語

綜上所述，現(xiàn)代數(shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù)中主要包括了計(jì)算機(jī)技術(shù)、虛擬設(shè)計(jì)制造技術(shù)、協(xié)同技術(shù)等等，應(yīng)用在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造方面能夠有效縮短設(shè)計(jì)制造時(shí)間，并最大化地使設(shè)計(jì)能夠滿足應(yīng)用需求，提升產(chǎn)品質(zhì)量，使企業(yè)獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用會(huì)越來越廣泛，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供新的發(fā)展模式。