數字化設計在農業(yè)機械設計中應用
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摘要：數字化設計技術是一種計算機輔助設計技術，目前已廣泛應用于各種領域。數字化設計技術應用于農業(yè)機械設計，設計周期短，效益更顯著，可節(jié)省成本，優(yōu)化產品質量，能夠給農業(yè)機械設計提供更好的設計條件?；诖?，筆者結合數字化設計技術內涵，系統(tǒng)論述了該項技術應用于農業(yè)機械設計的實施策略，僅供參考。
關鍵詞：數字化設計；農業(yè)機械設計；設計需求；實物模型
農業(yè)生產機械對于我國的農業(yè)生產產值有著重要影響，只有使用更為先進的機械來完成農業(yè)生產任務，才能保證農業(yè)生產任務高效率地完成。為了保證機械產業(yè)發(fā)展的合理性，可以借助數字化設計技術來實現(xiàn)生產機械設備的基礎設計?，F(xiàn)階段，社會已經進入信息化時代，信息化技術在各個領域呈現(xiàn)出穩(wěn)定的發(fā)展態(tài)勢。尤其在農業(yè)機械領域內，各項技術都正在逐步滲入，積極創(chuàng)新，信息化技術也得到了廣泛應用。特別是數字化設計技術，在農業(yè)機械設計過程中發(fā)揮了重要作用，可以有效地實現(xiàn)設計理念的創(chuàng)新，進一步提高設計效果。
1數字化設計技術
數字化設計技術在各行各業(yè)得到了廣泛應用，如設計行業(yè)在進行項目設計的過程中經常應用CAD軟件。同時，隨著科學技術的高速發(fā)展，計算機技術和設計技術都有著不同程度的發(fā)展，在對產品進行設計過程中，設計技術內涵有著較高的提升。在現(xiàn)階段設計過程中，需要進行數字化平臺搭建，進而可以在計算機技術支持下建立數字化產品模型，并在進行產品開發(fā)過程中起到重要作用。這種數字化技術方式能夠有效地節(jié)省實物模型制造時間，以此達到較高的設計效率。
1.1基本概念
數字化設計技術有別于傳統(tǒng)的二維CAD設計，數字化設計解決方案是以三維設計為核心，并結合產品設計過程具體需求所形成的一套解決方案，如風格曲面造型、設備空間布局、數字樣機評審、人機工程校核等。它與數字化制造、數字化仿真共同構成了現(xiàn)代制造業(yè)的先進數字化研發(fā)平臺。在進行設計的過程中，由于信息技術的高速發(fā)展和普及，計算機數字化技術有著較大的發(fā)展空間。為此，在設計中與計算機技術相結合，形成了數字化設計技術。在具體應用過程中需要在計算機系統(tǒng)里輸入設計過程當中的信息數據，從而進行多元化處理。其中，包含數字編碼、數字壓縮以及調制解調等設計內容。
1.2技術特征
數字化設計技術隨著技術的發(fā)展而逐漸發(fā)生變革，在計算機軟件功能不斷完善和優(yōu)化之下，可以有效地繪制產品圖紙。之后，在系統(tǒng)中可以進行模擬，對其仿真實驗產品模型運行情況進行完整觀察和分析，并針對運行過程中出現(xiàn)的問題，對設計方案進行有效優(yōu)化，提升產品設計的合理性。在實踐中，數字設計技術突出了產品定義、標準化模型等特點，可廣泛應用于各個領域。1.2.1統(tǒng)一產品定義模型。在傳統(tǒng)的產品設計過程中，同一個產品的定義模型往往會存在著一定的差異性。因此，在這樣的設計過程中，其產品設計具有一定復雜性。在不同的定義模塊中，轉化過程增加了設計人員對其數據管理的工作量，容易導致時效性不足，并直接導致數據方面出現(xiàn)不同程度缺失，嚴重地影響到產品的設計質量。而數字化設計是一種基于數字化產品定義模型的設計和分析，在設計過程中有著明顯的單一性特征，其在產品的生命周期管理方面有著一定基礎。而在現(xiàn)階段的信息集成化設計中，產品模型建設過程中始終保持一定的差異性，同時設計重心也不具體。因此，就需要嚴格依據產品模型進行有效協(xié)調，進一步提升數字化設計成效[1-2]。1.2.2滿足設計需求。在進行設計的過程中，需要依據項目分工協(xié)作的實際需求，充分明確項目的不同分工，保障在每一個設計環(huán)節(jié)都能夠讓不同小組進行分別設計。而在這種分工設計過程中，可以有效地保障產品的數字模型得到良好構建，并形成質量較高的實物模型。分析時可以對模型進行制造性以及完整程度的分析，有效地提升設計過程中的質量，充分滿足設計需求。1.2.3不需要實物模型。在數字化設計的過程中，由于是基于計算機系統(tǒng)進行仿真模型的建立和研究，并不需要進行實物方面的模型建立。這種方式便于控制各種不合理影響因素，有效地簡化實物模型的建立，既可提高設計效率，還可控制設計成本?，F(xiàn)階段的設計過程中，數字化設計技術有著較高的可靠性。同時，數字化技術在實際設計過程中，可以有效地依靠計算機技術，在網絡技術的支持下，對產品的開發(fā)進行全程控制，并且可以開展一些虛擬產品的設計和開發(fā)[3-4]。
2數字化設計技術的研究重點
2.1計算機輔助設計
計算機輔助設計是基于現(xiàn)代化設計技術的一種方式。在具體使用過程中，可以有效地應用到農業(yè)機械設計中，多體現(xiàn)為圖紙的繪制。在設計農業(yè)機械設備過程中，設計人員需要利用計算機系統(tǒng)，使用各種繪圖軟件進行機械設備圖紙繪制，同時，相關技術人員還需要將其中的參數錄入到系統(tǒng)當中，使用計算機程序功能并依據圖紙上的具體信息，將圖紙進行準確繪制。數字化設計技術的應用，可提高繪圖軟件功能和可靠性。在進行農業(yè)機械設計的過程中，能夠有效地通過計算機輔助設計，提高設計的便捷性以及高效性。
2.2知識工程應用于數字化設計
知識工程在數字化設計技術的應用過程中是一個十分重要的組成部分，尤其是在現(xiàn)階段數字化設計過程中，隨著設計應用范圍擴展，越發(fā)起到了關鍵作用。所謂知識工程，即KBE，是一種基于現(xiàn)代化的設計方式。相比傳統(tǒng)的設計方式，在實施過程中有著較為明顯的優(yōu)勢性。在應用過程中，主要在技術、市場這兩方面。在全新的知識體系以及技術支持下，知識工程逐漸伴隨技術的發(fā)展而形成。在過去的設計過程中，其知識建模技術應用在人工智能以及知識工程領域當中，能夠有效地通過計算機技術，對于設計和研究的對象進行合理的分析和計算。在進行應用的過程中，還能夠利用知識建模技術對其框架以及模型進行有效分析。之后還需要通過智能計算，進一步地提升計算機智能化的服務水平。
3.1具體應用
在傳統(tǒng)的設計過程中，往往需要針對設計對象需求進行相關設計規(guī)劃。但在應用數字化設計技術之后，由于數字化設計技術是一種基于計算機軟件下實現(xiàn)的設計方式，為此在圖紙繪制和輸出過程中還需要利用CAD、CAE等技術，不僅可以考慮產品設計需求，同時能夠結合產品的生命周期特征，對其設計過程中的要點進行合理調整，進一步提升設計過程的效率和質量，充分保障在設計過程中能夠具有較高的質量性和經濟性。同時，在日后的制造過程中，能夠便于對產品維護。所以，對于數字化設計技術的使用，能夠對設計方案進行整體性的優(yōu)化。農業(yè)機械設備總體工作環(huán)境比較復雜，在實際使用中需要全面考慮土壤的基本條件和農作物的種類，在設計制造的過程中需要充分考慮各方面的因素，全面提高農業(yè)機械設備的實際應用性能。市場對于高性能的機械設備有著較高的需求，為此將其數字化設計技術應用的過程中，需要基于傳統(tǒng)的設計方式，對其進行充分優(yōu)化，避免在設計過程中出現(xiàn)質量問題，在實際設計過程中，還需要重視起對現(xiàn)階段農業(yè)設計技術方面的運用，進而有效保障提升農業(yè)機械設備的設計效果，以及提升整個行業(yè)當中的設計水平。
3.2虛擬仿真技術的應用
虛擬仿真技術應用于農業(yè)機械設計過程中是未來發(fā)展重要趨勢之一。虛擬仿真技術的應用過程中主要是利用綜合應用的圖像系統(tǒng)，與設計的各種設備接口連接，以此形成仿真的三維圖像。這種類型的三維圖像，具有較強的交互性特征。農業(yè)行業(yè)的特性決定了農業(yè)機械設備的使用場景，進而影響了農業(yè)機械設備很多的設計過程中需要設計人員身臨其境，在設備工作現(xiàn)場進行設計元素的提取?；谔摂M仿真技術下的設計，能夠較為真實的還原應用場景，使之現(xiàn)場仿真模型虛擬地呈現(xiàn)在設計者面前，從而還原了現(xiàn)實場景，形成良好的設計效果。同時在進行數字化設計過程中，也可以更加有效地進行設計方案的優(yōu)化和調整，針對傳統(tǒng)的設計方法無法實現(xiàn)的一些設計問題，進行有效處理。
3.3產品設計與制造的協(xié)同
在進行農業(yè)機械設備的設計過程中，其數字化設計技術方式有效地幫助設計人員在農業(yè)機械產品設計過程中更加準確地將產品設計和其接下來的制造需求進行了融合，從而讓整體設計理念、生產制造和未來的設備調試進行了良好的協(xié)同和結合。通過計算機基礎下的數字化設計技術方式，仿真使用場景下的不同工作方式，能夠充分體現(xiàn)出農業(yè)機械設備產品設計和制造的協(xié)同和合理性。
3.4重視創(chuàng)新性設計
現(xiàn)階段農業(yè)機械設備的設計，需要充分進行設計方面創(chuàng)新，來保障農業(yè)機械設計過程中不斷提升的使用需求。這就需要農業(yè)機械設備從業(yè)設計人員能夠嚴格依據設計當中發(fā)現(xiàn)的問題，進行創(chuàng)新研發(fā)，進一步提升農業(yè)機械設備設計過程的合理性。具體到產品設計過程中，就需要著重基于傳統(tǒng)農業(yè)機械設備自身的可靠性、經濟性、合理性的使用要求下，對每一款需要用到的機械型號，進行市場事先調查分析，在保障使用設備設計用途的前提下，再進行設計理念和設計技術的創(chuàng)新、優(yōu)化、完善，從而有效保障在農業(yè)機械設備在設計過程中，滿足個性化、替代化的使用需求，具有較高的應用價值。
4數字化技術在農業(yè)機械設計中的未來展望
4.1柔性化
在農業(yè)機械的設計過程中，柔性制造系統(tǒng)主要指的是信息系統(tǒng)和物質儲存系統(tǒng)。柔性化制造是建立在現(xiàn)有技術基礎上，柔性化制造系統(tǒng)模式可以變換加工對象，在實際應用中確定具體機械制造過程，對加工設備和物料進行合理選擇。柔性化制造系統(tǒng)在我國農業(yè)機械中的應用范圍不斷擴大，在實際應用中也起到了重要作用。機電一體化系統(tǒng)柔性化制造模式不但可以滿足多批次不同產品的需求，同時也可以有效結合市場的實際需求進行調整，確保人力資源和設備資源得到合理應用[5]。
4.2智能化
工業(yè)數字化、智能化發(fā)展的環(huán)境下，越來越多的信息化設備開始和機電工程融合，促進了農業(yè)機械工程事業(yè)的發(fā)展。機電一體化系統(tǒng)在機械工程中的應用，能夠實現(xiàn)工程項目的智能化、全程化管控。在未來機械工程發(fā)展過程中，還將整合人工智能、計算機工程科學、心理學等多學科內容，更好地為農業(yè)機械發(fā)展服務?；谵r業(yè)機械工程建設的需求不斷創(chuàng)新發(fā)展，持續(xù)提高農業(yè)機械工程生產的質量及效率，強化管理效果，降低能源消耗量。
4.3微型化
近年來，我國農業(yè)機械工程技術水平不斷提升，對技術研究的重視程度加大，且機電一體化系統(tǒng)逐漸趨向于微型化的方向發(fā)展。當前機電一體化系統(tǒng)技術的標準，一般電子機械的體積小于1cm³，隨著半導體工藝的進一步提升，在未來的發(fā)展過程中會更加注重將經典的農業(yè)機械本體與先進的計算機控制技術融合為一體，通過更小的體積、更低的能源消耗的計算機控制來實現(xiàn)傳統(tǒng)農業(yè)機械本體逐步智能化、微型化，使之具有更加靈活的應用能力和應用場景。所以微型化的發(fā)展方向在今后農業(yè)數字化機械設計中應當充分考慮，全面應用。
4.4模塊化
當前農業(yè)機械一體化關聯(lián)產品的類型、種類較多，需要考量的影響因素較多，無法構成統(tǒng)一性的標準，也會影響機電一體化系統(tǒng)具體應用的可行性[6]，如在數字化設計農業(yè)過程要考慮機械傳感器接口、電氣傳感器接口設計等。針對上述問題，未來需要強化在數字化設計農業(yè)機械中的系統(tǒng)化、標準化管理，加強新技術研究，且根據常見的農業(yè)機械生產需求等，制定模塊化的產品，推動相關農業(yè)設備生產企業(yè)的規(guī)模擴展。
4.5網絡化
數字化設計的網絡化應用，將數字化設計考慮與網絡連接，則能夠實現(xiàn)農業(yè)機械的網絡化的遠程監(jiān)管和自動化控制。比如可以通過現(xiàn)場監(jiān)控總線、移動局域網監(jiān)控技術等，為農業(yè)機械工作的開展創(chuàng)設便利條件。同時網絡化的管理模式下，還能夠實時與相關部門、技術人員溝通等，合理應用各類資源，加強信息溝通及技術研究[7-8]。
5總結
綜上所述，在信息技術時代，將數字化設計技術運用于農業(yè)機械設計中已成為大勢所趨。數字化設計技術的應用，不但有助于簡化產品設計流程，而且還可使農業(yè)產品在設計時更符合農業(yè)生產的實際需要，有效保障設計的效率性，值得進一步應用和推廣。
作者:王延申 馮振華 單位:許昌電氣職業(yè)學院
