农业机械设计中数字化设计技术的应用研究

梁秀娟，嵇海旭

（广东海洋大学机械与动力工程学院，广东 湛江 524008）

农业机械产品具有种类多、结构复杂、易操作等特点，我国是农业大国，农业机械具有非常广阔的市场潜力。然而，受到传统设计理念与设计工艺的影响，我国机械产品的整体设计水平偏低，数字化设计技术的应用，颠覆了农业机械的传统设计模式，极大地提升了农业机械设计的效率与质量，尤其是CAD、CAE等技术，更是改变了产品的生命周期，实现了对农业机械设备整体设计的优化。

1 数字化设计技术的内涵与优势

1.1 数字化设计技术的内涵

数字化设计技术指的是一种将声音、图文转化为数据，之后再转化成二进制代码，经过计算机进行信息传递与处理的技术。在信息化时代，数字化设计技术逐渐演变成为依靠计算机进行辅助的新型设计技术，故计算机是数字化设计的基础，也是核心。从另一个角度来说，数字化设计技术，即以计算机为核心构建数字化模型，再通过数字化平台展开产品研发的一种技术，数字化技术最明显的特点即不需要实物模型。

1.2 数字化设计技术的优势

（1）数字化设计技术视为一种产品定义模型，其可以在各行业领域发挥作用，且具有较大的发展空间；（2）数字化设计技术可进行仿真模拟处理，不需要实物模型，因而可有效降低设计成本；（3）相比传统产品设计形式，数字化设计技术依托数字化平台，以计算机为基础，产品设计更具灵活性，不受时间、地点的限制；（4）在数字化设计中，可以采取分工合作模式进行多元设计，将不同板块的设计交由不同小组同步进行设计，整体设计更加系统化，提高了设计效率。

2 农业机械设计的特征与现状

农业机械设计的特征主要体现在：第一，我国农作物类型比较丰富，所以农业机械种类繁多，例如播种机就包括条播机、精密播种机、穴播机等多个类型；第二，虽然农业机械种类丰富多样，但大多数功能比较简单，上手难度低，操作也比较便利。目前我国的农业机械设备大部分是由传动系统、机件、镇压器、轴轮等构件组成。这些均为数字化设计技术在农业机械设计中的应用，提供了良好基础与广阔前景。

目前，数字化设计已经在国内外农业机械设计中得到了广泛应用，主要应用技术包括CAD、CAE等技术。数字化技术的应用，不仅提高了设计效率，降低了设计成本，而且也极大地缩短了农业机械的设计周期，更便于达到设计要求。而且，为了给农业机械后续维修工作提供便利，在初期设计时，更注重农业机械的整体化设计。随着农业机械化水平的不断提升，农业机械的市场需求增加，产品定制需求增多，而且对产品的品质要求也更加严格。在这一新的商业环境下，农业机械设计更应注重数字化设计技术的应用，必要时进行跨部门合作，更好地展开农业机械产品的设计与制造，为农业生产的规模化、自动化发展，提供保障，为农业经济发展水平的进一步提升，提供内动力。

3 数字化设计技术的应用热点

3.1 计算机辅助技术

计算机辅助技术简称CAD，以现代设计理念为基础，不仅具有开放性较强的产品设计模式，而且开发程序也具有较强规范性。从数字技术层面来看，CAD技术在概念、任务、技术等层面均有所优化，可以设计更多优秀产品。以CAD技术为核心设计的产品，大部分是以概念设计产品与构型设计产品。其中，概念设计即制定产品设计方案的具体内容，而构型设计即明确具体细节。

3.2 虚拟原型技术

虚拟原型技术简称VR是最近5年内数字化设计技术的翘楚，得到了设计领域的重点关注。VR技术是在CAD、CAM、CAE技术的基础上发展而来的，其可以在特有技术基础上，对多方面技术进行全面整合。VR技术可以实现成品信息与基本概念的整合，并从行为、感官以及功能等方面不断对其进行优化。在该技术中，产品设计的整个过程被视为多个不同极端，且逐渐向全生命周期进行转变，以此推动产品设计与生产两个阶段的融合，在很大程度上推动了各行业的发展。

3.3 知识工程技术

知识工程技术简称KBE，是现阶段应用率最高，且特色最明显的一种数字化设计技术。KBE技术主要应用在提前预测未来市场技术发展趋势，因而该技术的应用比较依赖新知识内容。同时，KBE技术在信息传递、知识展示等方面，也具有较好的应用效果。而且，还能够单独构建显性、隐性知识统一建模，有利于技术创新的横纵向发展。

4 数字化技术在农业机械产品中的具体应用

4.1 VR技术的应用

VR技术在农业机械产品设计中的应用，将影音资料、3D影像、多媒体等进行整合，使设计人员可以更好地利用个人想法，创设相应的设计情境，所以应用VR技术，设计人员可以享受身临其境般的设计体验。目前，VR技术主要应用在大型设备的设计中，对设备的特殊性能进行模拟，之后逐步实现设备与功能之间的优化。与此同时，通过其创设的信息反馈平台，能够加速产品的投放，提升产品应用效果，让用户直接了解产品的优势，进而更好地掌握设备应用要点。在国外，应用VR展开农业机械设计的技术有很多种，最具代表性的即可视化技术，该技术以CAD技术为基础，构建功能性模型，再通过模型输入的方式，将其传递到VR环境中，最终实现设备强化。例如，用户可以通过VR头盔显示器，直接对农业机械设备进行操控体验。同时，VR技术在农业设备拆装中也有广泛应用，如小麦联合收获机的各方面功能，均可以通过VR技术展现出来，包括原理展示、内部结构等，让使用者可以进行拆装练习，不断提升自身对机械设备的操控与应用能力。此外，VR-CAD系统在虚拟环境设计中也可以发挥作用，优化农业机械设备的设计模式与功能效果。

4.2 农业机械设备产品的创新

数字化设计技术在农业机械设计中的应用，主要体现在农业机械设备产品的创新方面，即利用数字化设计技术对农业机械产品的使用性能、使用效果等进行创新，增强产品的新颖性，并提供给消费者更多选择。目前，在农业机械产品的数字化设计中，主要从该类型农业机械设备的常见使用问题或故障入手，从设计层面针对性地采取改进措施，进而降低故障发生率以及农业生产成本，提升该类型农业机械设备的市场竞争力，扩大市场份额。一般情况下，在利用数字化设计技术对农业机械产品进行创新时，主要从技术分析、材料优选等方面进行。例如，近几年我国研发出了一种新型拖拉机，该拖拉机不同于传统低功率拖拉机，其采用了数字化同步器与动力换挡配合静液压传动系统，具有独立的控制机构与控制面板，不仅更易操作，而且系统更加灵活，功率更高。

4.3 协同化优化设计

在当下复杂的市场环境下，农业机械生产不仅涉及市场竞争，而且为了更好地满足消费者个性化的定制需求，必要时还需要进行跨企业合作。所以，农业机械设计中，数字化设计的应用与协同化发展，已经成为农业机械设计与制造企业生存的关键。因此，数字化设计技术在农业机械产品的协同化设计中具有较好的应用效果。为了从海量的技术信息与零件资源中，找到所需要的信息与数据，必须利用数字化技术对搜索技术进行优化，进而实现对所需零件参数与性能的高效率搜索。例如，PTC企业的Web服务器，其中储存了海量的技术型方案，我国的农业机械产品制造企业应借鉴这一做法，以不断地提升数字化设计技术的应用效果。

此外，随着环保理念不断深入人心，为了建设环境友好型社会，农业行业也应朝着绿色化方向发展，而数字化技术的应用，极大地促进了农业行业的可持续发展。数字化技术的应用，显著提升了农业机械产品的节能效果，降低了能源损耗，充分发挥了环保能力。

5 结语

总而言之，我国农业机械设计的数字化发展还处在探索性阶段，很多理论、方法等还不够成熟。在进入数字化时代后，农业机械设计更应注重数字化设计技术的应用，充分利用数字化设计效率高、成本低、可控性强等优势，持续提升农业机械设计的科学性、高效性，并不断利用数字化设计技术展开农业机械产品设计的创新，以不断促进农业生产的现代化发展，实现农业生产的智能化、规模化，进而推动农业经济发展水平更上一层楼。