数字化设计系统在农业机械设计制造中的应用

姚 楠，王伟超

（哈克（邯郸）农业机械装备制造有限公司，河北 邯郸 056000）

现代机械产品在我国的地位日益提高，主要原因在于我国经济水平的持续提高以及国家改革步伐的加速，促使农机产品获得显著发展。农机产品的发展还给人们的生活提供了极大的便利，推动了其他产业的发展。农业的发展少不了机械的支撑，但是机械在应用实践中不可避免地会产生各种无法预计的问题，由此影响到农业生产。对此，农业若想取得持续发展，就需要科学规划农机产品，而农机设计环节需要充分应用现代数字化设计制造技术中的数字化设计系统。

1 数字化设计系统的概念与特征

1.1 概念

农机产品设计应根据其应用方向展开，完善功能构成，在应用阶段降低故障出现的概率，农业生产活动也可以更加高效地处理。数字化设计观念在农机产业方面尽管使用周期不长，但是获得了较好成效，其设计出的产品结构更加符合应用标准，能依靠计算机处理的设计任务节约信息分析计算的所用时间。依靠计算机内的功能系统，可以顺利完成图纸描绘，且基于系统虚拟来观察运转过程的机械稳固性，最后获得的机械产品更加安全有效。

1.2 特征

数字化设计系统是一种应用较为普遍的先进科技，在具体使用过程中呈现出很多特征。1）数字化设计系统作为一个集中的设计模型，能够被用于很多领域，而且适应性较强，同时有较大的潜藏空间，这些潜藏空间能够处理许多可能存在的弊端。2）数字化设计系统能够实现多组共同运转的可能性，促使工作效率得到大幅度提升，并且，使用数字化设计系统能够节约大量时间及成本，从本质上提升工作效率。3）因为该种模型是集中的，所以能够保证其设计效果。此外，设计环节能进行模型虚拟处理，该技术也是完全借助计算机软件来完成电脑合成的，能够克服传统技术对实体模型的依赖性。因此，相较于传统设计方式，数字化设计系统最大的特点在于可节省成本与提升工作效率。

2 数字化设计系统的应用热点

在农机产品设计制造环节，数字化设计能够起到非常关键的作用，但是要想实现农机产品设计制造和数字化设计制造的充分结合，相关人员还必须在技术、观念上不断创新。

2.1 CACD 技术

CACD 技术主要依靠现代设计的观念而展开，机械设计模式存在一定的开放性，同时开发程序非常标准。就数字技术而言，其主要是在任务、概念、科技与施工等方面进行了整体完善，进而为整个农业的持续发展生产大量优质产品，且提出了一系列改进技术。总体来讲，以CACD 技术为主的产品包括概念设计产品与构型设计产品，而概念设计重点负责编制方案内容，构型设计就是确定具体细节。这两种技术的协同出现，对设备质量、功能、成本与最后交货期间做出了明确决定。

2.2 VP 技术

VP 技术是数字化设计系统的一个关键分支，获得了人们的广泛关注。VP 技术是基于CAX 等技术研发出来的，其把信息系统、先进制造系统与先进虚拟系统等用在复杂系统的整个寿命周期，且展开整体管理，从系统方面研究复杂系统，支撑“从上到下”的复杂系统研发方式。VP 技术是结合产品设计资料和产品概念出现的，在功能、行为与感官特性等层面同物理原型尽量类似的能虚拟的计算机模型。VP 技术通过约10 年的发展，已能够取代部分物理原型，在设备设计方面获得了普遍应用。

2.3 KBE 技术

数字化设计制造系统中KBE 的应用越来越普遍。现代设计与传统设计的差别是因为市场、竞争与技术发展环境的改变，更为依赖对新知识的获得，而非依靠经验。在AI技术与KBE 等方面产生的依靠框架、设计、模型以及本体等诸多建模技术知识，目的在于获得计算机自动推理知识，提升计算机自动服务水平[1]。针对新知识的获得，一般有以下几个来源：现有知识及市场数据、数字虚拟和仿真现实、物理模型测试、样机测试、现有产品工作表现。

3 数字化设计系统在农业机械设计制造中的具体应用

3.1 农机产品的革新

为加快国家工业产业发展速度，必须注重农机产品的设计完善。比如，最早使用的拖拉机的功率分布有很多弊端，整个市场基本均是低功率的拖拉机，极少出现高功率的拖拉机，这样将直接制约整个农业产业的发展；为改善这种状况，如今出现了很多依靠数字化系统设计的农机产品。又如，数字化同步器和动力换挡搭配静液压传动的全新拖拉机，在具体生产阶段能够直接显示相关生产信息，且可与最早的信息资料相比较[2]。在操控方面，其系统更加灵活，操作性较强，而且附着单独的操控面板与操控机构，进而使操控效果更加凸显。从总体上来说，在革新农机产品时，可以从技术扫描、技术研究与材料优选角度着手，借助最新的数字系统使之具备更好的知识表达能力。因此，不管是数据创建或者组织应用，均有较好的成效，可以充分结合决策技术与知识表达。

3.2 VR 技术的应用

当前，VR 技术已被应用于诸多领域，充分突出了VR技术的学术应用优势。在农业设计制造中，VR 技术也表现出良好的应用效果，可以结合三维影像、影音资源和多媒体等，让设计师更好地根据个人想法创建出对应的情景，为用户带来良好体验，使其产生一种身临其境的感觉。就我国来讲，VR 技术主要被应用于大型设备中，由此模拟设备的一些特殊性能逐渐完善结构与性能[3]，而且其创建的数据反馈系统能够加速设备投放速度，提高使用效果，让大量使用者直接知道其优点所在，掌握其结构性能。另外，国外依靠VR 系统设计出的农机产品涉及的技术较多，最常见的就是增强可视化系统内容，重点以CAD 为主，独立创建一个功能性模型，且借助模型输入形式，将之传送至VR环境中，完成增强产品的目标。比如，在农机产品中存在特殊的VR 头盔显示仪，透过屏幕便可以让操作人员直接产生操控体验；其内在的VR－CAD 软件也可以融入虚拟环境中的辅助设计，由此全面完善大型产品的设计方式与功能效果[4]。从整体来讲，在国外这种技术已发展得相当成熟，创建了特殊的体系。然而，我国相应的研究依旧处于起步期间，农村还没有广泛应用该技术，理论与技术模式均有很多不足。同时，依靠农业教学自身产生的“机械设计技术”也具有较高的使用率，在演示产品时使用了大量的设计教学内容，较为普遍的是拆装教学内容、运行原理内容与故障检测内容等。其中，拆装教学内容主要使用了VR 软件，让操作人员戴上VR 头盔，远距离观察演示说明，掌握怎样准确拆装农业机械。比如，小麦联合收割机的各项功能可以依靠VR 技术得到体现，包含内部构造、拆装训练与原理展示等。当下农场的具体原型经在Unity 系统上的积极研发，能创建虚拟可视化系统[5]。此外，还可以基于VR技术把设备的操作与拆卸都呈现出来，使操作人员按照实际情况尝试多次练习，提高自身操作技能与应用水平。正因如此，促使农机设计制造更充满数字化特征。

3.3 注重机械协同设计

农机产品制造单位正处于新的商业环境中，如设备定制需求增加，跨部门以及跨企业协同展开设备设计和制造等，因此机械设计制造协同属于现代企业迎合全新商业环境的重要途径，还是国家发展农机产业以及整个机械产业所发展的趋势。估计发现，发达国家制造单位在新产品研发阶段通常有40%～70%的工作是和其他企业或合作伙伴共同完成的。怎样从大量的产品资源中挑选适当的资源，这可通过现有知识库内的搜索算法实现。虽然像PTC 企业这种把全部的资源均融进自身的服务器的方法在搜索算法方面实现得比较简单，但是当前在我国并不现实[6]。对此，供货商可在自身的服务器上供应配件的资源数据。农机产品在农业经济与农业发展阶段中一直处在非常关键的位置，把数字化设计系统融进农机产业是转变农机制造形式，用新科技改造传统产业，支撑新兴农业科技，增强农业竞争力的关键途径。

3.4 环保技术的应用

如今，我国农业慢慢朝着环境友好型方向转变，对农机产品设计制造环节提出了更高的要求。利用数字化设计系统能够明显提高农机设备的节能效果，彰显其环保能力，减少能源的总体消耗，为企业创造大量收益。通常情况下，环保技术能够以仿真实验的形式实现，经过技术调整设计出新型的环保型的农机产品。

4 结束语

机械产品制造创新速度不断加快，使数字化系统在人们的生活及生产活动方面起到了越来越重要的作用，使用范围也不断扩大，现已经变成人们实际生活中必不可少的关键部分。在农机产品设计制造方面，数字化设计系统的使用明显提高了生产与修整效率，既保障了生产效率，也保障了制造质量，使传统设计获得全面改善。因此，农业机械设计过程中应积极尝试应用KBE 技术、VP 技术、CACD技术，通过现代数字化设计技术弥补传统设计模式的不足。