农业机械智能化设计技术发展现状与展望

骆启敏

（巧家县农机安全监理站，云南 巧家 654600）

1 农业机械智能化设计技术发展

1.1 农业机械的模块化设计

模块化设计指的是在分析产品功能性的条件下设计的一系列功能模块，而这些模块的结合则能够组成各种类型的产品供客户选择。农业机械通常较为复杂，并且模块常常无法充分适应，所以时常无法发挥模块化设计的优点。所以，对于农业机械的模块化设计需要针对模块的划分、优化和评价几个方面开展。

（1）模块的划分。如今常见的划分手段有聚类式及启发式等，启发式结合工程适用背景来建立数学规划模型，利用相应的算法来获得模块划分的最优解。聚类式通过矩阵和网络的设计来表现产品元素拓扑关系，同时根据聚类算法来计算其中零件的成组模块区分，最主要的方式有两点，一种是以DSM聚类作为基础的模块划分方法，另一种则是以图论作为基础的模块划分方法。启发式的划分方法较为容易得出局部最优解，而聚类法则较为复杂，一些较为复杂的产品则并不适用。结合模块划分标准可以将模块划分手段分成以产品功能性、结构、生命周期三个层面的模块划分方法。

（2）模块的优化及评价。产品的模块化划分较为灵活，而模块化方案的不同，模块度也会存在一定差异。根据模块的系统和属性等层面来探讨模块化产品的优化问题，找出影响产品优化的因素，构建系统成本结构，重点改善系统的运作成本。而农业机械中应用模块化设计则需要注意两个层面的问题：其一，农业机械组件和功能性一般会存在一定的异质性，同时组件间的耦合强度普遍较高。所以，在实现模块划分过程中，需要重点关注其异质性，对组件进行同质化约简。而且，因为农业机械组件较为复杂，所以需要进一步考量产品生命周期的影响；其二，需要结合客户的要求和设计知识支撑的系统模块参数设计问题。模块化的设计需要有一个较为完备的应用体系，不但要做到模块划分，而且还要设计好模块主参数。

1.2 计算机辅助建模

目前，CAD 计算机辅助系统用作建模中，主要有PTC Creo参数化建模技术等，在农机产品数字化设计中有着普遍的应用。一般的产品模型数据与标准并不能有效地支撑几何构造历史等设计理念的传递，而通过以历史作为基础的参数化建模手段则能够利用宏命令来实现CAD 模型的交换。CAD 建模需要利用设计知识来实现智能化的设计，而设计知识与计算机建模的结合，则能够进一步保证模型的适用性。CAD 模型的设计知识分为尺寸、标准、材料特征等几个层面的隐性知识。以NIST CPM 作为基础的面向并行工程的设计数据库表示模型则将知识描述为三个层面，提出以知识为基础的参数化设计系统。这类系统通过运用KBE 技术把AGMA 标准结合在了直齿圆柱齿轮的CAD 系统建模中。基于Web 技术的CAD 建模系统则能够更加快速地产生CAD 模型以及CNC 代码，形成一种CAD 参数通用模型，利用嵌入式工程概念以及专家知识和设计标准编程与原型软件包结合的方式来创建CDM 模型，实现产品的自动化开发。

1.3 虚拟仿真

（1）农业机械中虚拟仿真技术的运用。结合生物技术及农艺技术，是集结先进制造技术和智能控制技术以及新材料的先进手段。农业机械仿真涉及到了农业科学、机械学、控制学等多个学科领域，目前仿真工具虽然能够化解多数仿真问题，不过若想进一步满足农业机械较为繁杂且多物理耦合的要求则需要根据各个农业机械领域的仿真进行分析。

（2）虚拟现实技术的应用。VR 技术的推广也为农业机械设计带来了影响，针对一些结构繁杂，设计起来难度较大的大型农业机械来说，通过VR 技术能够针对其外观、功能性、结构等完成建模，并通过虚拟现实技术来实现虚拟作业，对产品的功能性以及设计方案进行评价，并实现人与农业机械的灵活交互。现阶段，VR 技术在农业机械中的运用已经成为了各界所广泛关注的话题，而这一技术的应用也有着显著的成效，主要应用于虚拟装配以及虚拟试验中。其一，虚拟装配技术。和一般的装配技术对比，虚拟装配通过VA 能够在沉浸式的条件下实现农业机械的装配，并在产品装配的方向上来确定其可装配性，并设计装配方案。尤其是一些较为复杂的装配工作，VA 技术拥有着显著的优势。由于VA 技术的推广，国内外都针对虚拟装配技术的装配建模以及装配流程设计等进行了深入的研究；其二，虚拟试验。利用VR 技术完成农业机械的虚拟试验不但可以确定产品性能的预测，而且还可以为操作人员了解农业机械提供条件。VR 技术在农业机械虚拟试验中的应用尚不够成熟，而通过VR 技术开发的非道路车辆虚拟样机系统则能够完成模拟驾驶的目标，通过这一手段可以还实现驾驶控制系统的评测。

2 农机智能化设计技术发展趋势的展望

2.1 农机设计基础数据及互作机理

在当前的发展形势下，现代农业发展及粮食安全的需求逐渐提升，若想对其保障进行有效提高，就要在实际的农机设计基础上，对其中的设计数据不足、产品质量不高等问题的原因进行细致的分析。

2.2 按照用户需求进行个性化、定制化的农机设计

根据用户对农机的实际需求特点，对用户的需求采用大数据技术进行分析和总结，将农机使用与用户需求的根本联系进行总结，对合理优化的用户需求模型进行建立，将用户需求与产品设计制造之间的关系、转化等进行深入的分析和整合，紧密结合用户的需求来设计产品的功能与结构，不断提高农机设计制造的效率与质量，降低成本消耗，不断提升经济效益和核心竞争力。

2.3 实现多领域协同仿真技术的发展方向

随着当前农业现代化技术的不断发展，精细化、信息化农业的不断发展与进步，精细农业、信息农业的发展，对农机的整体性能与质量也提出了更高的要求，农机的仿真技术也要不断的进行转型与优化，要从单一的仿真理论及模式转变为多系统、全面的仿真理论模式。