數(shù)字化設(shè)計在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計中應(yīng)用

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摘要：數(shù)字化設(shè)計技術(shù)是一種計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)，目前已廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域。數(shù)字化設(shè)計技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計，設(shè)計周期短，效益更顯著，可節(jié)省成本，優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量，能夠給農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計提供更好的設(shè)計條件。基于此，筆者結(jié)合數(shù)字化設(shè)計技術(shù)內(nèi)涵，系統(tǒng)論述了該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計的實(shí)施策略，僅供參考。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化設(shè)計；農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計；設(shè)計需求；實(shí)物模型

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)械對于我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)值有著重要影響，只有使用更為先進(jìn)的機(jī)械來完成農(nóng)業(yè)生產(chǎn)任務(wù)，才能保證農(nóng)業(yè)生產(chǎn)任務(wù)高效率地完成。為了保證機(jī)械產(chǎn)業(yè)發(fā)展的合理性，可以借助數(shù)字化設(shè)計技術(shù)來實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備的基礎(chǔ)設(shè)計?，F(xiàn)階段，社會已經(jīng)進(jìn)入信息化時代，信息化技術(shù)在各個領(lǐng)域呈現(xiàn)出穩(wěn)定的發(fā)展態(tài)勢。尤其在農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域內(nèi)，各項(xiàng)技術(shù)都正在逐步滲入，積極創(chuàng)新，信息化技術(shù)也得到了廣泛應(yīng)用。特別是數(shù)字化設(shè)計技術(shù)，在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計過程中發(fā)揮了重要作用，可以有效地實(shí)現(xiàn)設(shè)計理念的創(chuàng)新，進(jìn)一步提高設(shè)計效果。

1數(shù)字化設(shè)計技術(shù)

數(shù)字化設(shè)計技術(shù)在各行各業(yè)得到了廣泛應(yīng)用，如設(shè)計行業(yè)在進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計的過程中經(jīng)常應(yīng)用CAD軟件。同時，隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，計算機(jī)技術(shù)和設(shè)計技術(shù)都有著不同程度的發(fā)展，在對產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計過程中，設(shè)計技術(shù)內(nèi)涵有著較高的提升。在現(xiàn)階段設(shè)計過程中，需要進(jìn)行數(shù)字化平臺搭建，進(jìn)而可以在計算機(jī)技術(shù)支持下建立數(shù)字化產(chǎn)品模型，并在進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)過程中起到重要作用。這種數(shù)字化技術(shù)方式能夠有效地節(jié)省實(shí)物模型制造時間，以此達(dá)到較高的設(shè)計效率。

1.1基本概念

數(shù)字化設(shè)計技術(shù)有別于傳統(tǒng)的二維CAD設(shè)計，數(shù)字化設(shè)計解決方案是以三維設(shè)計為核心，并結(jié)合產(chǎn)品設(shè)計過程具體需求所形成的一套解決方案，如風(fēng)格曲面造型、設(shè)備空間布局、數(shù)字樣機(jī)評審、人機(jī)工程校核等。它與數(shù)字化制造、數(shù)字化仿真共同構(gòu)成了現(xiàn)代制造業(yè)的先進(jìn)數(shù)字化研發(fā)平臺。在進(jìn)行設(shè)計的過程中，由于信息技術(shù)的高速發(fā)展和普及，計算機(jī)數(shù)字化技術(shù)有著較大的發(fā)展空間。為此，在設(shè)計中與計算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，形成了數(shù)字化設(shè)計技術(shù)。在具體應(yīng)用過程中需要在計算機(jī)系統(tǒng)里輸入設(shè)計過程當(dāng)中的信息數(shù)據(jù)，從而進(jìn)行多元化處理。其中，包含數(shù)字編碼、數(shù)字壓縮以及調(diào)制解調(diào)等設(shè)計內(nèi)容。

1.2技術(shù)特征

數(shù)字化設(shè)計技術(shù)隨著技術(shù)的發(fā)展而逐漸發(fā)生變革，在計算機(jī)軟件功能不斷完善和優(yōu)化之下，可以有效地繪制產(chǎn)品圖紙。之后，在系統(tǒng)中可以進(jìn)行模擬，對其仿真實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品模型運(yùn)行情況進(jìn)行完整觀察和分析，并針對運(yùn)行過程中出現(xiàn)的問題，對設(shè)計方案進(jìn)行有效優(yōu)化，提升產(chǎn)品設(shè)計的合理性。在實(shí)踐中，數(shù)字設(shè)計技術(shù)突出了產(chǎn)品定義、標(biāo)準(zhǔn)化模型等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。1.2.1統(tǒng)一產(chǎn)品定義模型。在傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計過程中，同一個產(chǎn)品的定義模型往往會存在著一定的差異性。因此，在這樣的設(shè)計過程中，其產(chǎn)品設(shè)計具有一定復(fù)雜性。在不同的定義模塊中，轉(zhuǎn)化過程增加了設(shè)計人員對其數(shù)據(jù)管理的工作量，容易導(dǎo)致時效性不足，并直接導(dǎo)致數(shù)據(jù)方面出現(xiàn)不同程度缺失，嚴(yán)重地影響到產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量。而數(shù)字化設(shè)計是一種基于數(shù)字化產(chǎn)品定義模型的設(shè)計和分析，在設(shè)計過程中有著明顯的單一性特征，其在產(chǎn)品的生命周期管理方面有著一定基礎(chǔ)。而在現(xiàn)階段的信息集成化設(shè)計中，產(chǎn)品模型建設(shè)過程中始終保持一定的差異性，同時設(shè)計重心也不具體。因此，就需要嚴(yán)格依據(jù)產(chǎn)品模型進(jìn)行有效協(xié)調(diào)，進(jìn)一步提升數(shù)字化設(shè)計成效[1-2]。1.2.2滿足設(shè)計需求。在進(jìn)行設(shè)計的過程中，需要依據(jù)項(xiàng)目分工協(xié)作的實(shí)際需求，充分明確項(xiàng)目的不同分工，保障在每一個設(shè)計環(huán)節(jié)都能夠讓不同小組進(jìn)行分別設(shè)計。而在這種分工設(shè)計過程中，可以有效地保障產(chǎn)品的數(shù)字模型得到良好構(gòu)建，并形成質(zhì)量較高的實(shí)物模型。分析時可以對模型進(jìn)行制造性以及完整程度的分析，有效地提升設(shè)計過程中的質(zhì)量，充分滿足設(shè)計需求。1.2.3不需要實(shí)物模型。在數(shù)字化設(shè)計的過程中，由于是基于計算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行仿真模型的建立和研究，并不需要進(jìn)行實(shí)物方面的模型建立。這種方式便于控制各種不合理影響因素，有效地簡化實(shí)物模型的建立，既可提高設(shè)計效率，還可控制設(shè)計成本?，F(xiàn)階段的設(shè)計過程中，數(shù)字化設(shè)計技術(shù)有著較高的可靠性。同時，數(shù)字化技術(shù)在實(shí)際設(shè)計過程中，可以有效地依靠計算機(jī)技術(shù)，在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支持下，對產(chǎn)品的開發(fā)進(jìn)行全程控制，并且可以開展一些虛擬產(chǎn)品的設(shè)計和開發(fā)[3-4]。

2數(shù)字化設(shè)計技術(shù)的研究重點(diǎn)

2.1計算機(jī)輔助設(shè)計

計算機(jī)輔助設(shè)計是基于現(xiàn)代化設(shè)計技術(shù)的一種方式。在具體使用過程中，可以有效地應(yīng)用到農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計中，多體現(xiàn)為圖紙的繪制。在設(shè)計農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備過程中，設(shè)計人員需要利用計算機(jī)系統(tǒng)，使用各種繪圖軟件進(jìn)行機(jī)械設(shè)備圖紙繪制，同時，相關(guān)技術(shù)人員還需要將其中的參數(shù)錄入到系統(tǒng)當(dāng)中，使用計算機(jī)程序功能并依據(jù)圖紙上的具體信息，將圖紙進(jìn)行準(zhǔn)確繪制。數(shù)字化設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用，可提高繪圖軟件功能和可靠性。在進(jìn)行農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計的過程中，能夠有效地通過計算機(jī)輔助設(shè)計，提高設(shè)計的便捷性以及高效性。

2.2知識工程應(yīng)用于數(shù)字化設(shè)計

知識工程在數(shù)字化設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用過程中是一個十分重要的組成部分，尤其是在現(xiàn)階段數(shù)字化設(shè)計過程中，隨著設(shè)計應(yīng)用范圍擴(kuò)展，越發(fā)起到了關(guān)鍵作用。所謂知識工程，即KBE，是一種基于現(xiàn)代化的設(shè)計方式。相比傳統(tǒng)的設(shè)計方式，在實(shí)施過程中有著較為明顯的優(yōu)勢性。在應(yīng)用過程中，主要在技術(shù)、市場這兩方面。在全新的知識體系以及技術(shù)支持下，知識工程逐漸伴隨技術(shù)的發(fā)展而形成。在過去的設(shè)計過程中，其知識建模技術(shù)應(yīng)用在人工智能以及知識工程領(lǐng)域當(dāng)中，能夠有效地通過計算機(jī)技術(shù)，對于設(shè)計和研究的對象進(jìn)行合理的分析和計算。在進(jìn)行應(yīng)用的過程中，還能夠利用知識建模技術(shù)對其框架以及模型進(jìn)行有效分析。之后還需要通過智能計算，進(jìn)一步地提升計算機(jī)智能化的服務(wù)水平。

3數(shù)字化設(shè)計在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計中的應(yīng)用

3.1具體應(yīng)用

在傳統(tǒng)的設(shè)計過程中，往往需要針對設(shè)計對象需求進(jìn)行相關(guān)設(shè)計規(guī)劃。但在應(yīng)用數(shù)字化設(shè)計技術(shù)之后，由于數(shù)字化設(shè)計技術(shù)是一種基于計算機(jī)軟件下實(shí)現(xiàn)的設(shè)計方式，為此在圖紙繪制和輸出過程中還需要利用CAD、CAE等技術(shù)，不僅可以考慮產(chǎn)品設(shè)計需求，同時能夠結(jié)合產(chǎn)品的生命周期特征，對其設(shè)計過程中的要點(diǎn)進(jìn)行合理調(diào)整，進(jìn)一步提升設(shè)計過程的效率和質(zhì)量，充分保障在設(shè)計過程中能夠具有較高的質(zhì)量性和經(jīng)濟(jì)性。同時，在日后的制造過程中，能夠便于對產(chǎn)品維護(hù)。所以，對于數(shù)字化設(shè)計技術(shù)的使用，能夠?qū)υO(shè)計方案進(jìn)行整體性的優(yōu)化。農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備總體工作環(huán)境比較復(fù)雜，在實(shí)際使用中需要全面考慮土壤的基本條件和農(nóng)作物的種類，在設(shè)計制造的過程中需要充分考慮各方面的因素，全面提高農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的實(shí)際應(yīng)用性能。市場對于高性能的機(jī)械設(shè)備有著較高的需求，為此將其數(shù)字化設(shè)計技術(shù)應(yīng)用的過程中，需要基于傳統(tǒng)的設(shè)計方式，對其進(jìn)行充分優(yōu)化，避免在設(shè)計過程中出現(xiàn)質(zhì)量問題，在實(shí)際設(shè)計過程中，還需要重視起對現(xiàn)階段農(nóng)業(yè)設(shè)計技術(shù)方面的運(yùn)用，進(jìn)而有效保障提升農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的設(shè)計效果，以及提升整個行業(yè)當(dāng)中的設(shè)計水平。

3.2虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用

虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計過程中是未來發(fā)展重要趨勢之一。虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用過程中主要是利用綜合應(yīng)用的圖像系統(tǒng)，與設(shè)計的各種設(shè)備接口連接，以此形成仿真的三維圖像。這種類型的三維圖像，具有較強(qiáng)的交互性特征。農(nóng)業(yè)行業(yè)的特性決定了農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的使用場景，進(jìn)而影響了農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備很多的設(shè)計過程中需要設(shè)計人員身臨其境，在設(shè)備工作現(xiàn)場進(jìn)行設(shè)計元素的提取?；谔摂M仿真技術(shù)下的設(shè)計，能夠較為真實(shí)的還原應(yīng)用場景，使之現(xiàn)場仿真模型虛擬地呈現(xiàn)在設(shè)計者面前，從而還原了現(xiàn)實(shí)場景，形成良好的設(shè)計效果。同時在進(jìn)行數(shù)字化設(shè)計過程中，也可以更加有效地進(jìn)行設(shè)計方案的優(yōu)化和調(diào)整，針對傳統(tǒng)的設(shè)計方法無法實(shí)現(xiàn)的一些設(shè)計問題，進(jìn)行有效處理。

3.3產(chǎn)品設(shè)計與制造的協(xié)同

在進(jìn)行農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的設(shè)計過程中，其數(shù)字化設(shè)計技術(shù)方式有效地幫助設(shè)計人員在農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計過程中更加準(zhǔn)確地將產(chǎn)品設(shè)計和其接下來的制造需求進(jìn)行了融合，從而讓整體設(shè)計理念、生產(chǎn)制造和未來的設(shè)備調(diào)試進(jìn)行了良好的協(xié)同和結(jié)合。通過計算機(jī)基礎(chǔ)下的數(shù)字化設(shè)計技術(shù)方式，仿真使用場景下的不同工作方式，能夠充分體現(xiàn)出農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備產(chǎn)品設(shè)計和制造的協(xié)同和合理性。

3.4重視創(chuàng)新性設(shè)計

現(xiàn)階段農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的設(shè)計，需要充分進(jìn)行設(shè)計方面創(chuàng)新，來保障農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計過程中不斷提升的使用需求。這就需要農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備從業(yè)設(shè)計人員能夠嚴(yán)格依據(jù)設(shè)計當(dāng)中發(fā)現(xiàn)的問題，進(jìn)行創(chuàng)新研發(fā)，進(jìn)一步提升農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備設(shè)計過程的合理性。具體到產(chǎn)品設(shè)計過程中，就需要著重基于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備自身的可靠性、經(jīng)濟(jì)性、合理性的使用要求下，對每一款需要用到的機(jī)械型號，進(jìn)行市場事先調(diào)查分析，在保障使用設(shè)備設(shè)計用途的前提下，再進(jìn)行設(shè)計理念和設(shè)計技術(shù)的創(chuàng)新、優(yōu)化、完善，從而有效保障在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備在設(shè)計過程中，滿足個性化、替代化的使用需求，具有較高的應(yīng)用價值。

4數(shù)字化技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計中的未來展望

4.1柔性化

在農(nóng)業(yè)機(jī)械的設(shè)計過程中，柔性制造系統(tǒng)主要指的是信息系統(tǒng)和物質(zhì)儲存系統(tǒng)。柔性化制造是建立在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上，柔性化制造系統(tǒng)模式可以變換加工對象，在實(shí)際應(yīng)用中確定具體機(jī)械制造過程，對加工設(shè)備和物料進(jìn)行合理選擇。柔性化制造系統(tǒng)在我國農(nóng)業(yè)機(jī)械中的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，在實(shí)際應(yīng)用中也起到了重要作用。機(jī)電一體化系統(tǒng)柔性化制造模式不但可以滿足多批次不同產(chǎn)品的需求，同時也可以有效結(jié)合市場的實(shí)際需求進(jìn)行調(diào)整，確保人力資源和設(shè)備資源得到合理應(yīng)用[5]。

4.2智能化

工業(yè)數(shù)字化、智能化發(fā)展的環(huán)境下，越來越多的信息化設(shè)備開始和機(jī)電工程融合，促進(jìn)了農(nóng)業(yè)機(jī)械工程事業(yè)的發(fā)展。機(jī)電一體化系統(tǒng)在機(jī)械工程中的應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)工程項(xiàng)目的智能化、全程化管控。在未來機(jī)械工程發(fā)展過程中，還將整合人工智能、計算機(jī)工程科學(xué)、心理學(xué)等多學(xué)科內(nèi)容，更好地為農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)展服務(wù)?；谵r(nóng)業(yè)機(jī)械工程建設(shè)的需求不斷創(chuàng)新發(fā)展，持續(xù)提高農(nóng)業(yè)機(jī)械工程生產(chǎn)的質(zhì)量及效率，強(qiáng)化管理效果，降低能源消耗量。

4.3微型化

近年來，我國農(nóng)業(yè)機(jī)械工程技術(shù)水平不斷提升，對技術(shù)研究的重視程度加大，且機(jī)電一體化系統(tǒng)逐漸趨向于微型化的方向發(fā)展。當(dāng)前機(jī)電一體化系統(tǒng)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)，一般電子機(jī)械的體積小于1cm³，隨著半導(dǎo)體工藝的進(jìn)一步提升，在未來的發(fā)展過程中會更加注重將經(jīng)典的農(nóng)業(yè)機(jī)械本體與先進(jìn)的計算機(jī)控制技術(shù)融合為一體，通過更小的體積、更低的能源消耗的計算機(jī)控制來實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)機(jī)械本體逐步智能化、微型化，使之具有更加靈活的應(yīng)用能力和應(yīng)用場景。所以微型化的發(fā)展方向在今后農(nóng)業(yè)數(shù)字化機(jī)械設(shè)計中應(yīng)當(dāng)充分考慮，全面應(yīng)用。

4.4模塊化

當(dāng)前農(nóng)業(yè)機(jī)械一體化關(guān)聯(lián)產(chǎn)品的類型、種類較多，需要考量的影響因素較多，無法構(gòu)成統(tǒng)一性的標(biāo)準(zhǔn)，也會影響機(jī)電一體化系統(tǒng)具體應(yīng)用的可行性[6]，如在數(shù)字化設(shè)計農(nóng)業(yè)過程要考慮機(jī)械傳感器接口、電氣傳感器接口設(shè)計等。針對上述問題，未來需要強(qiáng)化在數(shù)字化設(shè)計農(nóng)業(yè)機(jī)械中的系統(tǒng)化、標(biāo)準(zhǔn)化管理，加強(qiáng)新技術(shù)研究，且根據(jù)常見的農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)需求等，制定模塊化的產(chǎn)品，推動相關(guān)農(nóng)業(yè)設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)的規(guī)模擴(kuò)展。

4.5網(wǎng)絡(luò)化

數(shù)字化設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用，將數(shù)字化設(shè)計考慮與網(wǎng)絡(luò)連接，則能夠?qū)崿F(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械的網(wǎng)絡(luò)化的遠(yuǎn)程監(jiān)管和自動化控制。比如可以通過現(xiàn)場監(jiān)控總線、移動局域網(wǎng)監(jiān)控技術(shù)等，為農(nóng)業(yè)機(jī)械工作的開展創(chuàng)設(shè)便利條件。同時網(wǎng)絡(luò)化的管理模式下，還能夠?qū)崟r與相關(guān)部門、技術(shù)人員溝通等，合理應(yīng)用各類資源，加強(qiáng)信息溝通及技術(shù)研究[7-8]。

5總結(jié)

綜上所述，在信息技術(shù)時代，將數(shù)字化設(shè)計技術(shù)運(yùn)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計中已成為大勢所趨。數(shù)字化設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用，不但有助于簡化產(chǎn)品設(shè)計流程，而且還可使農(nóng)業(yè)產(chǎn)品在設(shè)計時更符合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際需要，有效保障設(shè)計的效率性，值得進(jìn)一步應(yīng)用和推廣。

作者:王延申 馮振華 單位:許昌電氣職業(yè)學(xué)院