農業機械設計中CAD繪圖技術的應用探究

沈 惠

（江蘇省江陰中等專業學校徐霞客校區，江蘇 無錫 214407）

CAD的全稱為AutoCAD，是一個專業繪圖設計軟件，可以用于繪制二維制圖和基本三維設計，廣泛應用于機械設計、工業制圖等方面，能有效地提高設計者工作效率。設計農業機械圖紙，對圖紙精度要求很高，常規設計軟件不能滿足其應用要求，而通過應用CAD繪圖技術，可提高產品圖紙設計精度。因此，在農業機械設備設計中，設計人員應著重發揮CAD繪圖技術優勢，進而提升農業機械設計效率和質量。

1 CAD繪圖技術在農業機械設計中的優越性

1.1 提高農業機械設計效率

計算機輔助設計技術可以利用計算機輔助設計中的數學建模，大大縮短農業機械設計周期，提高農業機械設計工作效率。合理使用CAD技術有利于提升所設計農業機械的精準性，達到新時期農業機械發展的實際需求。設計人員可通過CAD技術繪制相應的農業機械產品圖紙后，把文件修改為任意格式，確保圖紙能夠根據格式轉換導入到其他軟件內。采用CAD技術能夠把零件合理用于裝配環境內，設計人員開展設計時可參考其他零件大小，確保各零件之間相互銜接，提高農業機械產品設計質量。利用三維模型對農業機械零件實施分解，特別是比較復雜的零件，通過CAD計數逐步優化零件構造，達到設計裝配原理需求，促使農業機械產品實現便捷化設計[1]。

1.2 提高農業機械設計精度

農業機械加工設計中的機械制圖需要高精度繪圖，而傳統機械制圖方式則存在著很大誤差。但是，CAD繪圖技術在農業機械繪圖中的應用，具有較高的精度，人工繪制無法比擬。在具體設計過程中，可以保障農業機械部件精度達到相關要求，切實滿足當代農業機械設計標準，提高農業機械整體設計質量。

1.3 高效輔助農業機械部件設計

利用CAD繪圖技術可以通過仿真方式對新產品進行設計，且還可以參考鄰近部件位置和狀況進行設計，從而有效地避免了由于產品獨立設計而造成的裝配誤差，使得農業機械設計工作更方便、快捷。利用CAD繪圖技術，還可以將整個設計流程以3D形式展示出來，并以動畫形式展示其工作原理。在組裝農業機械過程中，將簡單部件進行分析，將其分解為幾個基本部件，再將其進行三維建模，最終形成完整零件。對于復雜零件，可以從二維結構中確定其剖面輪廓，再在三維空間內轉動，形成新基體，通過一系列計算，確定該部件外形，再由該部件運動部件進行仿真，并根據該部件運動特性，檢測零件設計是否符合要求[2]。

1.4 減少農業機械設計時間

在農業機械設計中，利用CAD繪圖技術進行機械結構設計，可以減少1/3的時間，大大提高產品設計效率和生產率。同時，利用CAD繪圖技術進行新型機床開發與設計，僅需要對其部分零件進行再設計、加工，而大多數零件的設計仍將沿用既往資料，從而使設計效率提高3～5倍。CAD繪圖軟件系統具有高度可變性，可以通過對其進行快速重組，獲得一種新型農業機械產品。

2 農業機械CAD繪圖技術工程設計實踐

2.1 農業機械優化設計

在農業機械工程設計中，應先檢查農業機械系統各個方面，再以信息資料為載體，從中選出一種最有效的方案，以適應現代農業機械各種設計要求。在一般農業機械設計中，如果沒有特別條件，必須嚴格按照設計規范和設計理論進行設計，最終獲得設計實時數據。傳統農業機械設計技術雖有合理設計環節，但其應用領域很狹窄，僅適用于某些舊式農機，不能適應新產品的使用[2]。然而，CAD繪圖技術則是通過對傳統的設計進行優化，采用多種優化技術來擴展農機的應用范圍，增加農業機械適用品種，為農業機械工程設計工作提供多種數據和信息支撐。設計中利用計算機，即可在最短時間內，找到所有需要的部件，再按下相應指令，屏幕上即可顯示出具體操作步驟[2]。

2.2 農業機械綠色設計

為了保證農業機械設計品質與水準，設計師在進行設計之前，必須對產品環境進行深入研究，以達到國內設計標準，并降低設備的能耗。另外，在進行農業機械環保設計時，必須對環保指標進行嚴格控制，選用最先進科學方法，以達到節能降耗目的。在農業機械整體設計中，對物料進行回收或采用拆裝方法，可達到提高效率、節約能源的目的[3]。例如，雷沃農業機械制造公司基于綠色理念，應用CAD軟件具有一定成本控制功能，能在最短時間內指導使用者熟悉軟件設計流程及步驟。作為CAD繪圖技術重要評估決策系統，其主要作用是在仿真活動結束后，為農業機械的后續制造提供大量資源和資料，改善單元受力控制能力和優化系數，提升農業機械設計質量，減少所用設計費用，以提高農業機械產品穩定性和可靠性。

2.3 農業機械系統設計

目前，我國農業機械品種越來越多，其結構也越來越復雜，必須采用先進控制技術，以保證農業機械定位精度。農業機械由傳動系統、執行系統和操縱系統組成。基于CAD繪圖技術，對影響農機產品品質的內外因素進行有針對性的研究，找出這些因素和問題間的內在關系，并運用計算機輔助設計方法來解決這些問題。同時，農業機械設計人員要建立完善的評價體系，公平公正地評價產品外觀和品質，并使系統設計合理符合規范[4]。在CAD繪圖技術應用基礎上，建立三角形、方形、球形、柱形、錐形和棱臺等不同模型。因此，在進行設計時，必須對數據進行參數化，并對其進行仿真，以保證系統的穩定性和可靠性。另外，CAD繪圖技術將農業機械設計中建模技術和軟件技術有機地結合起來，更有利于提高農業機械設計水準[5]。

3 農業機械設計中CAD繪圖技術應用策略

3.1 CAD繪圖技術設計農業機械模型

CAD繪圖技術是實現造型的關鍵，以立體和曲面的技術形式來輔助機械設計。模型形式多種多樣，所有簡單圖形都可用來進行CAD繪圖技術建模。當然，在結構復雜的農業機械設計中，為了適應結構多樣化、層次化和復雜化需求，可采用布爾算法實現結構的合理排列和組合。CAD繪圖技術是一種靈活、可調技術，其可以根據特定機械設計要求，對農業機械設計內容進行再計算，從而得到理想機械結構。在機械設計中進行建模，既可以為機械設計提供理論基礎，又可以解決許多機械設計問題[6]。例如，在鋼框架結構CAD造型設計中，機械設計者將試驗設計參數進行統計，可依據設計參數來決定初步設計方案。在農業機械建模過程中，對產品零件進行機械設計，結合模型數據，以求出最優的機械設計計劃。將CAD模型引入到農業機械模型結構中，參照相似模型的零件和機械設計知識，設置具體農業機械設計數據，完成3D模型建模，進而提升農業機械設計效率。

3.2 農業機械設計中應用CAD繪圖技術方法

分析CAD繪圖技術與農業機械設計關系，主要從零件角度考慮。在農業機械設計過程中，必須對基礎零件進行重新組合、組合，形成全面、系統、科學的設計方案[7]。CAD繪圖技術在實現農業機械設計時，具有編輯作用。機械設計師只要按照預先設計好的設計圖，使用CAD繪圖技術編輯功能將這些零件重新組合起來，就可以得到一種全新農業機械結構。一些農業機械設計中，零件種類繁多，而且零件排列和組合非常復雜。利用CAD繪圖技術對零件進行轉動，將零件進行再組裝，即可得到新零件，并根據新零件機械設計，得到新三維結構，從而使機械設計方案更加科學，達到改善農業機械產品質量的目的。另外，在機械設計方案編輯中，還可合理地運用CAD軟件開發體系，從平面設計、立體設計、曲面設計、數據分析等方面對設計方案進行優化[1]。

3.3 CAD繪圖技術與CAE軟件整合應用

農業機械設計方面，CAE軟件主要應用于農業機械結構優化、機械方案對比及設計方案分析中。通過CAE分析，使機械設計方案更加科學、合理及規范。將CAD繪圖技術和CAE技術有機地結合起來，以CAD繪圖技術為基礎，對CAD繪圖技術進行分析，即可確保農業機械設計工作順利進行[8]。農業機械設計工作者應積極運用CAD繪圖技術，并不斷地學習和熟練運用此技術，充分發揮其在機械設計中的作用，即可拓展三維CAD繪圖技術在農業機械設計中的發展空間，逐步朝著規范化、智能化方向發展。在應用三維CAD繪圖技術時，應注重與實際設計要求的有機結合，以保證三維CAD繪圖技術的正確設計，使其在機械設計中得到最大程度的體現。

4 CAD繪圖技術在農業機械設計中的應用發展趨勢

4.1 農業機械全過程優化

在農業機械設計中，應綜合各方面因素，從各種選擇中選出最優方案，以使其滿足農機設計的特定需求。一般情況下，應根據農業機械設計理論、規范要求等進行設計，建立相應數學模型，利用計算機進行計算。在傳統農業機械產品設計中，存在一定優化問題，但是，由于應用領域限制，很難滿足新時代農業機械需求。此種形勢下，便需要應用CAD繪圖技術全流程優化功能，實現前后處理，得到滿意優化效果，為農業機械設計提供了許多技術支撐。例如，在一臺農機上，對所用機器進行一次設計，可以自動地列出并發現待識別的指令，再單擊相應命令，彈出詳細說明。通過動態控制方式，可以實現全流程的展示，在需要修改部件時，單擊命令指令，便可以進入相應的農業機械設計編輯環境[9]。

4.2 農業機械智能優化

CAD中智能化技術的應用一直是一個熱門話題，傳統智能算法在運行效率、運行質量等方面都有待提高[10]。近年來，隨著大數據技術的發展，智能算法的性能不斷提高，將智能算法和CAD繪圖技術相結合，可以在農機產品的設計中建立新的農業CAD知識庫。首先，要準確地理解農業機械設計需求，才能做出更為高質量的農業機械產品。其次，了解CAD智能云計算平臺用戶參數，采用分布式方法進行上傳。在數據挖掘中，有遺傳算法、神經網絡算法及 K算法等。智能設計就是運用大數據技術對產品進行優化設計，并對其進行改進。農業機械產品的實施基于CAD設計成果與機加工相結合產物，把產品設計應用到實踐中。

5 結束語

綜上所述，CAD繪圖技術在農業機械設計中的應用還處在快速發展階段。目前，CAD繪圖技術已經被廣泛地運用到農業機械設計中，大大提高了農業機械設計水平，減少農業機械產品開發和設計周期。CAD繪圖技術是一種顛覆了傳統設計的技術，從其使用程度可以較為客觀地反映農業機械設計水平。因此，在日后農業機械設計中要充分利用CAD繪圖技術優點，借助CAD技術，提高產品功能性，降低生產成本，助推農業機械設計的發展。