農(nóng)業(yè)機械設(shè)計數(shù)字化設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用

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摘要:在闡述數(shù)字化設(shè)計技術(shù)概念的基礎(chǔ)上，介紹了數(shù)字化設(shè)計技術(shù)在農(nóng)業(yè)機械設(shè)計中的應(yīng)用及未來發(fā)展趨勢，認為數(shù)字化設(shè)計技術(shù)將更加突出設(shè)計的創(chuàng)新性與實用性，在機械產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計中具有無可替代的重要性。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化；設(shè)計；農(nóng)機；應(yīng)用

1關(guān)于數(shù)字化設(shè)計技術(shù)

數(shù)字化設(shè)計是隨著計算機在各個行業(yè)應(yīng)用和輔助下而誕生的一門新型技術(shù)，因此，數(shù)字化設(shè)計技術(shù)的核心和發(fā)展，其實是以計算機信息處理技術(shù)在數(shù)字領(lǐng)域的升級與應(yīng)用為依托（如壓縮與編碼）。CAD（計算機輔助設(shè)計）就是最早應(yīng)用在設(shè)計與制造行業(yè)中的數(shù)字化技術(shù)，而且涵蓋非常廣泛，有效推動了設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用與升級，也在很大程度上拓寬了數(shù)字化設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。[1]數(shù)字化設(shè)計技術(shù)的關(guān)鍵是以打造呈現(xiàn)產(chǎn)品形態(tài)的信息平臺為基準，借此生成以計算機為核心的數(shù)字化模型，然后再將其滲透到產(chǎn)品開發(fā)的各個環(huán)節(jié)，從而實現(xiàn)不需要再借助實物模型就可以完成產(chǎn)品開發(fā)的目標。其核心優(yōu)勢主要體現(xiàn)在如下幾個方面。

1.1優(yōu)化設(shè)計的實用性與消解缺陷

不同的設(shè)計環(huán)節(jié)，會對產(chǎn)品生出不一樣的定義，具有很大的不確定性；而且各個類型的定義模塊在彼此轉(zhuǎn)化時，非常容易造成數(shù)據(jù)的流失。這就造成數(shù)字化設(shè)計會形成定義產(chǎn)品的單一模型，但這種單一性會隨著信息密集程度的改變而導(dǎo)致產(chǎn)品模型也隨之發(fā)生轉(zhuǎn)化，如全信息化模型和集成類產(chǎn)品模型的差別。對數(shù)字化設(shè)計而言，這其實是一種有效的技術(shù)輔助，從而讓設(shè)計更具針對性與有效性。但同時，因為數(shù)字化設(shè)計的概念還是過于抽象，所以會在制造環(huán)節(jié)存有不足之處,需要反復(fù)修改和測試。這會加大成本的耗損，并拉長了產(chǎn)品上市的時間。為此，需要在制造實物模型之前，先進行大量且有效的仿真分析與測試，不斷消解設(shè)計缺陷。

1.2優(yōu)化數(shù)字化設(shè)計合作

對于所有的設(shè)計工作者而言，一個產(chǎn)品項目的設(shè)計與開發(fā)，必須結(jié)合不同小組的特色與優(yōu)勢來進行科學(xué)化的分工協(xié)作。唯有這樣，才能實現(xiàn)技術(shù)優(yōu)勢的全面整合，共同搭建出更加完善和具有可行性的數(shù)字化制造模型，以此提高設(shè)計和開發(fā)的效率。

1.3減少對實物模型的依賴

數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用，讓設(shè)計越來越脫離了對實物模型的依賴，并且可以通過仿真技術(shù)的不斷測試和分析，將設(shè)計中存在的缺陷盡可能地剔除，從而達到制作出與設(shè)計要求最匹配的實物模型。這將大大縮減產(chǎn)品的開發(fā)成本，提高設(shè)計的成功率與效率。

2數(shù)字化設(shè)計技術(shù)在農(nóng)業(yè)機械設(shè)計中的應(yīng)用

2.1行業(yè)競爭推動數(shù)字化技術(shù)的普及

隨著社會的進步與發(fā)展，農(nóng)業(yè)機械設(shè)計越來越希望讓消費者具備更多的選擇性。因此應(yīng)用創(chuàng)新和減少故障發(fā)生率，成為優(yōu)化農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品設(shè)計的必經(jīng)之路。為了降低常見故障的發(fā)生，在設(shè)計時就必須采取相應(yīng)的改進方法，并提前進行仿真推演與測試，一旦驗證了改進方法的有效性，就能將制造與生產(chǎn)環(huán)節(jié)的成本納入可控范圍，極大地增強了企業(yè)在同類農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品中的競爭力。于是更多的農(nóng)業(yè)機械制造企業(yè)為了贏得市場，就會加大在設(shè)計環(huán)節(jié)的創(chuàng)新投入來獲取消費者的認可。農(nóng)業(yè)機械行業(yè)采用以數(shù)字化技術(shù)為支撐的決策模式，相繼開發(fā)出了知識型數(shù)據(jù)庫，進一步加大了整個行業(yè)對數(shù)字化設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用程度。

2.2在普及中優(yōu)化了虛擬化現(xiàn)實技術(shù)

數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用的普及和升級，加快了農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品設(shè)計向虛擬化現(xiàn)實技術(shù)的轉(zhuǎn)化，并通過融入和吸收諸如多媒體與3D圖形新形態(tài)，讓設(shè)計者在進行產(chǎn)品設(shè)計時擁有了更為真實的多維體驗，也讓用戶能對產(chǎn)品的性能有了更具體的視覺感受，極大地優(yōu)化了產(chǎn)品性能和提高了上市成功的概率。特別對于農(nóng)業(yè)機械這種相對復(fù)雜的產(chǎn)品，設(shè)計意圖與應(yīng)用效果之間會存在很大的差距。虛擬化現(xiàn)實技術(shù)的出現(xiàn)，不僅有效解決了農(nóng)業(yè)機械的設(shè)計與應(yīng)用兩個環(huán)節(jié)無法實現(xiàn)無縫對接的難題,而且優(yōu)化了針對農(nóng)業(yè)機械的設(shè)計周期長、內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問題的處理辦法，讓農(nóng)業(yè)機械的產(chǎn)品性能通過模擬性應(yīng)用來進行驗證，然后再根據(jù)驗證情況著手進行改進。在設(shè)計目標完成后，便可讓目標用戶來對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和性能進行模擬應(yīng)用評估，并從他們口中得到最有效的反饋建議，使產(chǎn)品在上市后就能獲得用戶的極大認可。目前農(nóng)業(yè)機械設(shè)計，首先是借助CAD系統(tǒng)形成模型，再將其導(dǎo)入虛擬環(huán)境中，以此提高設(shè)計的可視化程度。其次是利用VR-CAD（虛擬現(xiàn)實-計算機輔助設(shè)計）系統(tǒng)幫助設(shè)計者在虛擬化的環(huán)境中進行設(shè)計。但我國在虛擬化技術(shù)層面的研究還處于相對滯后的階段，仍需對更為系統(tǒng)和完善的研究理論與應(yīng)用方案進行深入探索。

2.3加強數(shù)字化設(shè)計的協(xié)同性

農(nóng)業(yè)機械生產(chǎn)企業(yè)既要參與市場競爭，同時又要實現(xiàn)跨企業(yè)的協(xié)同合作，以滿足客戶越來越個性化的定制需求。因此協(xié)同化設(shè)計同樣成為農(nóng)機企業(yè)生存與發(fā)展的重要經(jīng)營手段，并可能成為整個行業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的重要方向。為了從浩瀚的技術(shù)信息與零件資源中找到有效的資訊，就必須對搜索技術(shù)加以優(yōu)化。比如某個服務(wù)器存儲了上百萬的零件信息，而且還在不斷成級數(shù)增加。農(nóng)機企業(yè)在進行新產(chǎn)品設(shè)計時，就要對需要的零部件的參數(shù)和性能進行搜索，并且探討怎樣才能匹配到有效的供應(yīng)商客戶端。隨著數(shù)字化設(shè)計技術(shù)在農(nóng)業(yè)機械領(lǐng)域應(yīng)用影響的不斷擴大，設(shè)計者、供應(yīng)商與制造商之間，必須在設(shè)計端就要開展深入的協(xié)同合作，才能借助各自的資源與軟件技術(shù)優(yōu)勢，實現(xiàn)新型農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品的不斷升級，并從設(shè)計和制造兩個環(huán)節(jié)不斷提升產(chǎn)品的國際競爭力和生產(chǎn)效率，并確保達到最佳的制造品質(zhì)。

3農(nóng)業(yè)機械數(shù)字化設(shè)計技術(shù)的創(chuàng)新之處

農(nóng)業(yè)機械本身屬于制造業(yè)的范疇，產(chǎn)品種類齊全且復(fù)雜，優(yōu)勢是國內(nèi)外的市場需求體量非常巨大。近年來，我國企業(yè)將數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用于大型農(nóng)業(yè)機械的研究與開發(fā)，其力度越來越大。通過引進更多的工程技術(shù)和仿真技術(shù)來對產(chǎn)品性能進行設(shè)計和檢測，希望能借此不斷優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和性能。對今后的研發(fā)趨勢應(yīng)多關(guān)注如下幾個重點。

3.1強化產(chǎn)品的創(chuàng)新思維

以往產(chǎn)品創(chuàng)新只是針對少數(shù)用戶，根據(jù)他們的需求對產(chǎn)品原有技術(shù)做一些優(yōu)化，在局部功能上改善和某些實用操作上升級，進而滿足他們的需求。而今后的農(nóng)業(yè)機械設(shè)計將更加重視產(chǎn)品的原始創(chuàng)意設(shè)計，將以克服人們農(nóng)藝作業(yè)上的困難和滿足人們對生產(chǎn)力提升的需求（含潛在的需求）為創(chuàng)新點，通過對某一需求市場的分析，并在得到評估和確認后進入到技術(shù)層面的匹配性論證，然后對具體產(chǎn)品設(shè)計中的各種難題逐一篩選與解除，進而切入到制造環(huán)節(jié)各種元件的經(jīng)濟技術(shù)指標的分析、供應(yīng)商設(shè)備和配件的優(yōu)選和確認，以及更細化的加工流程的取舍和確認。

3.2加大虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用

近十年來，數(shù)字化設(shè)計一個很關(guān)鍵的進步就是虛擬技術(shù)的出現(xiàn)，虛擬技術(shù)在機械設(shè)計應(yīng)用中最突出的表現(xiàn)就是可以通過計算機仿真合成，構(gòu)建出幾乎與實物等同的虛擬模型，使那些結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)計困難、設(shè)計周期長的大型農(nóng)業(yè)機械的設(shè)計變得更加簡便和高效，讓設(shè)計者和用戶真實感受產(chǎn)品的設(shè)計過程。其開發(fā)步驟主要為：首先用計算機的聲控系統(tǒng)和三維成像技術(shù)來進行初步的仿真處理；然后再逐步細化到具體的模型；最后再真實有效地呈現(xiàn)出農(nóng)業(yè)機械的運動過程，并合成出機械內(nèi)部具體的設(shè)備結(jié)構(gòu)模型，進一步驗證和提高設(shè)計思維在制造環(huán)節(jié)的可行性。

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作者：高廣智 馬銘彧 單位：黑龍江農(nóng)墾農(nóng)業(yè)機械試驗鑒定站