農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用

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

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

1關(guān)于數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)

數(shù)字化設(shè)計(jì)是隨著計(jì)算機(jī)在各個(gè)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(jì)技術(shù)的核心和發(fā)展，其實(shí)是以計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)在數(shù)字領(lǐng)域的升級(jí)與應(yīng)用為依托（如壓縮與編碼）。CAD（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）就是最早應(yīng)用在設(shè)計(jì)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(dòng)了設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用與升級(jí)，也在很大程度上拓寬了數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。[1]數(shù)字化設(shè)計(jì)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(tái)為基準(zhǔn)，借此生成以計(jì)算機(jī)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(gè)環(huán)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)不需要再借助實(shí)物模型就可以完成產(chǎn)品開發(fā)的目標(biāo)。其核心優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面。

1.1優(yōu)化設(shè)計(jì)的實(shí)用性與消解缺陷

不同的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，會(huì)對(duì)產(chǎn)品生出不一樣的定義，具有很大的不確定性；而且各個(gè)類型的定義模塊在彼此轉(zhuǎn)化時(shí)，非常容易造成數(shù)據(jù)的流失。這就造成數(shù)字化設(shè)計(jì)會(huì)形成定義產(chǎn)品的單一模型，但這種單一性會(huì)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(duì)數(shù)字化設(shè)計(jì)而言，這其實(shí)是一種有效的技術(shù)輔助，從而讓設(shè)計(jì)更具針對(duì)性與有效性。但同時(shí)，因?yàn)閿?shù)字化設(shè)計(jì)的概念還是過于抽象，所以會(huì)在制造環(huán)節(jié)存有不足之處,需要反復(fù)修改和測(cè)試。這會(huì)加大成本的耗損，并拉長(zhǎng)了產(chǎn)品上市的時(shí)間。為此，需要在制造實(shí)物模型之前，先進(jìn)行大量且有效的仿真分析與測(cè)試，不斷消解設(shè)計(jì)缺陷。

1.2優(yōu)化數(shù)字化設(shè)計(jì)合作

對(duì)于所有的設(shè)計(jì)工作者而言，一個(gè)產(chǎn)品項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與開發(fā)，必須結(jié)合不同小組的特色與優(yōu)勢(shì)來進(jìn)行科學(xué)化的分工協(xié)作。唯有這樣，才能實(shí)現(xiàn)技術(shù)優(yōu)勢(shì)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(jì)和開發(fā)的效率。

1.3減少對(duì)實(shí)物模型的依賴

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

2數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

2.1行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)推動(dòng)數(shù)字化技術(shù)的普及

隨著社會(huì)的進(jìn)步與發(fā)展，農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)越來越希望讓消費(fèi)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(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的必經(jīng)之路。為了降低常見故障的發(fā)生，在設(shè)計(jì)時(shí)就必須采取相應(yīng)的改進(jìn)方法，并提前進(jìn)行仿真推演與測(cè)試，一旦驗(yàn)證了改進(jìn)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(qiáng)了企業(yè)在同類農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品中的競(jìng)爭(zhēng)力。于是更多的農(nóng)業(yè)機(jī)械制造企業(yè)為了贏得市場(chǎng)，就會(huì)加大在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的創(chuàng)新投入來獲取消費(fèi)者的認(rèn)可。農(nóng)業(yè)機(jī)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(shí)型數(shù)據(jù)庫，進(jìn)一步加大了整個(gè)行業(yè)對(duì)數(shù)字化設(shè)計(jì)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(shí)技術(shù)

數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用的普及和升級(jí)，加快了農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)向虛擬化現(xiàn)實(shí)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(jì)者在進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)擁有了更為真實(shí)的多維體驗(yàn)，也讓用戶能對(duì)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(duì)于農(nóng)業(yè)機(jī)械這種相對(duì)復(fù)雜的產(chǎn)品，設(shè)計(jì)意圖與應(yīng)用效果之間會(huì)存在很大的差距。虛擬化現(xiàn)實(shí)技術(shù)的出現(xiàn)，不僅有效解決了農(nóng)業(yè)機(jī)械的設(shè)計(jì)與應(yīng)用兩個(gè)環(huán)節(jié)無法實(shí)現(xiàn)無縫對(duì)接的難題,而且優(yōu)化了針對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械的設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問題的處理辦法，讓農(nóng)業(yè)機(jī)械的產(chǎn)品性能通過模擬性應(yīng)用來進(jìn)行驗(yàn)證，然后再根據(jù)驗(yàn)證情況著手進(jìn)行改進(jìn)。在設(shè)計(jì)目標(biāo)完成后，便可讓目標(biāo)用戶來對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行模擬應(yīng)用評(píng)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(rèn)可。目前農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)，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(jì)的可視化程度。其次是利用VR-CAD（虛擬現(xiàn)實(shí)-計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）系統(tǒng)幫助設(shè)計(jì)者在虛擬化的環(huán)境中進(jìn)行設(shè)計(jì)。但我國(guó)在虛擬化技術(shù)層面的研究還處于相對(duì)滯后的階段，仍需對(duì)更為系統(tǒng)和完善的研究理論與應(yīng)用方案進(jìn)行深入探索。

2.3加強(qiáng)數(shù)字化設(shè)計(jì)的協(xié)同性

農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)既要參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，同時(shí)又要實(shí)現(xiàn)跨企業(yè)的協(xié)同合作，以滿足客戶越來越個(gè)性化的定制需求。因此協(xié)同化設(shè)計(jì)同樣成為農(nóng)機(jī)企業(yè)生存與發(fā)展的重要經(jīng)營(yíng)手段，并可能成為整個(gè)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(duì)搜索技術(shù)加以優(yōu)化。比如某個(gè)服務(wù)器存儲(chǔ)了上百萬的零件信息，而且還在不斷成級(jí)數(shù)增加。農(nóng)機(jī)企業(yè)在進(jìn)行新產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，就要對(duì)需要的零部件的參數(shù)和性能進(jìn)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(jì)技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域應(yīng)用影響的不斷擴(kuò)大，設(shè)計(jì)者、供應(yīng)商與制造商之間，必須在設(shè)計(jì)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(shì)，實(shí)現(xiàn)新型農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品的不斷升級(jí)，并從設(shè)計(jì)和制造兩個(gè)環(huán)節(jié)不斷提升產(chǎn)品的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力和生產(chǎn)效率，并確保達(dá)到最佳的制造品質(zhì)。

3農(nóng)業(yè)機(jī)械數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)的創(chuàng)新之處

農(nóng)業(yè)機(jī)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(shì)是國(guó)內(nèi)外的市場(chǎng)需求體量非常巨大。近年來，我國(guó)企業(yè)將數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用于大型農(nóng)業(yè)機(jī)械的研究與開發(fā)，其力度越來越大。通過引進(jìn)更多的工程技術(shù)和仿真技術(shù)來對(duì)產(chǎn)品性能進(jìn)行設(shè)計(jì)和檢測(cè)，希望能借此不斷優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和性能。對(duì)今后的研發(fā)趨勢(shì)應(yīng)多關(guān)注如下幾個(gè)重點(diǎn)。

3.1強(qiáng)化產(chǎn)品的創(chuàng)新思維

以往產(chǎn)品創(chuàng)新只是針對(duì)少數(shù)用戶，根據(jù)他們的需求對(duì)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(shí)用操作上升級(jí)，進(jìn)而滿足他們的需求。而今后的農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)將更加重視產(chǎn)品的原始創(chuàng)意設(shè)計(jì)，將以克服人們農(nóng)藝作業(yè)上的困難和滿足人們對(duì)生產(chǎn)力提升的需求（含潛在的需求）為創(chuàng)新點(diǎn)，通過對(duì)某一需求市場(chǎng)的分析，并在得到評(píng)估和確認(rèn)后進(jìn)入到技術(shù)層面的匹配性論證，然后對(duì)具體產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的各種難題逐一篩選與解除，進(jìn)而切入到制造環(huán)節(jié)各種元件的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)的分析、供應(yīng)商設(shè)備和配件的優(yōu)選和確認(rèn)，以及更細(xì)化的加工流程的取舍和確認(rèn)。

3.2加大虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用

近十年來，數(shù)字化設(shè)計(jì)一個(gè)很關(guān)鍵的進(jìn)步就是虛擬技術(shù)的出現(xiàn)，虛擬技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)應(yīng)用中最突出的表現(xiàn)就是可以通過計(jì)算機(jī)仿真合成，構(gòu)建出幾乎與實(shí)物等同的虛擬模型，使那些結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)計(jì)困難、設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)的大型農(nóng)業(yè)機(jī)械的設(shè)計(jì)變得更加簡(jiǎn)便和高效，讓設(shè)計(jì)者和用戶真實(shí)感受產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程。其開發(fā)步驟主要為：首先用計(jì)算機(jī)的聲控系統(tǒng)和三維成像技術(shù)來進(jìn)行初步的仿真處理；然后再逐步細(xì)化到具體的模型；最后再真實(shí)有效地呈現(xiàn)出農(nóng)業(yè)機(jī)械的運(yùn)動(dòng)過程，并合成出機(jī)械內(nèi)部具體的設(shè)備結(jié)構(gòu)模型，進(jìn)一步驗(yàn)證和提高設(shè)計(jì)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(jī)械試驗(yàn)鑒定站