数字化设计技术在农业机械设计中的应用分析

2022-12-14席艳

南方农机 2022年24期

席艳

（江西科技学院，江西南昌 330098）

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，农业机械具有广阔的市场发展前景。当前，我国农业机械化建设发展较好[1-2]，但与发达国家相比，我国农业机械化水平仍有待提高。因此，我国需利用数字化设计技术，明晰数字化设计技术的内涵与优点，并将当下我国的实际情况与数字化设计技术融合起来，使数字化设计技术能发挥出最大的功效与价值，因此在农业机械设计中加入数字化设计技术有着重要意义[3]。

1 农业机械设计领域的发展现状

1.1 专业人才队伍匮乏

农业机械化是农业发展的强大推动力，与发达国家相比，我国在农业机械化道路上起步较晚。同时，由于长期受传统观念的制约，农民整体文化水平较低，数字技术人才缺乏，导致农业发展观念滞后，且未对农户进行专业的培训，农民对农业机械化发展认识不足，对先进设备的接受程度不高[4]。

1.2 对农业机械化发展的支持不足

我国土地辽阔，农作物品种繁多，由于农作物特性的差异，对农业机械产品提出了更高的要求。农业机械产品需要根据不同作物的生长特性和不同地区的地理特征进行开发和生产。例如，一台收割机可以细分为小麦收割机、玉米收割机、油菜收割机等。针对这些产品，不仅要进行研发和生产，还要根据实际情况不断更新，需要庞大的人力和财力。农业机械化缺乏社会广泛支持，加上传统技术手段难以满足要求，进一步阻碍了农业机械设计的发展。

2 数字化设计技术在农业机械设计的应用

2.1 虚拟现实技术的应用

目前，VR（Virtual Reality）虚拟现实技术被逐渐应用于社会的各个领域，同时，虚拟现实技术在农业机械设计技术领域中也有着广阔的实践空间，虚拟现实技术的开发给农业机械设计实践带来了较大改变。VR技术融合了3D图形、音频、多元化等技术元素，带给设计师和用户先进的设计理念和丰富的实践体验[5]。近年来，我国在大型农业机械的设计中，将虚拟现实技术应用于农业机械产品的某些性能仿真，可以实现产品结构和性能的调整和优化。同时，建立的信息反馈平台提高了生产企业与市场的沟通效率，丰富了实践手段，使更多的客户关注到产品的构造与功能优势。将VR技术运用到农业生产活动中，不仅使设计要求得到满足，还使质量要求得到了满足；同时，还能提高农业生产期间的效率。此外，运用VR技术还能够提前做模拟预演，使人们可以在设计完工之前提前了解设计效果的真实情况，对存在的问题进行分析与完善，最终提高机械设备的合理性与有效性。

2.2 CAD技术的应用

CAD是现代化技术形式的一种，其工作的基本原理是充分运用计算机技术来开展其他工作。当CAD应用到农业机械设计中时，常被用到的环节就是绘制图纸，具体步骤如下：首先，在计算机里将需要的图纸绘制出来；其次，专业技术人员会将提前决定的产品参数一个个录入系统中；最后，选定计算机的程序功能，进而得到一个准确的设计图形。该技术的应用可以有效优化农业机械设计的内容，如在绘制图纸时，尺寸、规格及参数都是固定的，若人工测量则会存在误差，据此制造出来的农业机械设备就有可能产生质量问题。利用数字化设计技术，可以减小误差，从而提高准确率[6]。用户想要设计参数化，只需找出对应模块名称并将对应的设计界面打开，就能看到详细的模型参数化情况。若用户想要重生模型，仅需将需要的参数输入到界面，系统进行自动验证，就可得到新的模型。其主要的实现流程如下：

第一步，创建初始模型，该模型需按照零件设计要求设计，且样本选择的是三维模型，之后的约束关系及特征参数将依照参数化设计来创建。

第二步，将此前创建的初始零件模型运用Pro/Toolkit应用程序来检索，当用户需要对特征参数进行编辑时，可运用用户界面先行检索需要的特征参数。

第三步，创建新零件模型，需要依据新特征参数来生成。

三维模型参数化设计过程如图1所示。

图1 三维模型参数化设计过程

2.3 产品协同技术的应用

在如今的市场竞争中，市场发展环境的复杂化导致竞争形式愈发严峻，因此，在农业机械产品市场中顾客的要求也在不断提高。全球经济一体化的背景下，部门协同合作甚至跨企业跨国家共同合作制造产品成为一种必然模式。据统计，70%以上的农业机械产品均由多家企业或多个部门共同合作完成，如何在数据库海量的资源中探寻科学的数据已成为企业间竞争的重点，这也是企业能否取得成功的最大挑战[7]。值得一提的是，国外多数企业会将诸多的零部件备件信息存储在自身的服务器中，并定期进行更新。例如，检索原型系统，就可以很好地通过它来进行实时检索。其结构按照功能结构要求划分为三层：第一层是应用程序表现层，其包含了系统的主框架及各种子窗口，其作用是与用户操作者联系，让用户能够直观、具象地从用户界面上浏览所有的数据并对这些数据进行管理，同时还能将用户给予的数据输入其中，经过系统处理后将用户所需要的结果输出；第二层是业务逻辑层，其主要作用是封装各项操作，还会提供接口，该接口能让应用程序表现层调用，通常这一层封装的业务包含局部检索、属性实例检索等检索操作；第三层是核心算法层，其主要作用是封装各种算法，且提供了接口，该接口能让中间业务层调用，以便提取各种特征。从我国农业机械设计产品的发展情况可以看出，让零部件供应厂商自己提供产品信息，将备件信息公布在自己的服务器上，引导供应商去查询搜索产品零件的指标、参数及特征、性能，有利于未来的设计发展。

2.4 大数据挖掘算法的应用

在农机装备产品的数字化研发过程中，设计和制造会产生海量的数据，此时需要运用智能化算法对这些数据进行分析和处理，通过数据挖掘的方式找到数据间的关联性，并建立经验数据库。当经验数据库的规模足够大时，就可以将这些经验数据直接用于自动化生产类似的新产品部件，达到智能化制造的目的。基于云存储网络可以搭建智能制造系统，采用云存储技术可以对智能系统生产过程中产生的海量数据进行存储，大数据挖掘算法可以对数据进行分析和挖掘。不管从物料方面还是产品营销方法或智能机床的监测方面，智能云存储和大数据挖掘都发挥着重要作用。目前，神经网络和聚类算法是典型的数据挖掘算法，这两种算法发展较早，理论比较成熟，因此可以将其应用于农机的智能化制造系统的设计中。神经网算法的工作原理模拟了人的神经元细胞的作用流程，通过对输入数据进行分析、处理和挖掘，最终输出想要得到的理想结果[8]。在对农机产品制造过程的数据进行分析时，主要利用神经网算法确定权值和置信度；在关联算法中，需要创建每个数据记录候选集的支持度，然后通过数据之间的关联性对数据进行分类。通过神经网络算法和聚类分析，在农机产品部件的智能化制造过程中，可以快速诊断出生产线是否存在故障，并确定故障的类型[9]。利用大数据存储技术可以将各种传感器采集得到的数据进行存储，并利用神经网络算法和聚类算法对数据进行挖掘。如果确定制造过程中有存储故障，智能决策系统则可以对加工系统的作业姿态进行调整；如果需要对整个工艺和加工流程进行调整，则可以临时关闭生产线，待工艺和流程优化后继续生产，从而保证产品的加工质量。

3 农业机械数字化设计的发展前景

3.1 满足实际需求

随着时代的发展，农业机械设计不断向前发展，不同消费者的需求不同，因此也伴随着相应的问题。现代化的农业机械设计除了满足外观以外，还有性能与功能等方面的要求。基于此，伴随着使用场景的不同，适用人群的不同，农业机械设计还应该将各种需求的协同作用考虑在内。如此，将数字化设计技术融入农业机械设计中就显得意义重大，数字化设计技术可以多方协同，促进设计者与厂家实现相互配合，共同完成产品的开发、设计、制造。这样既能够体现出数字化设计理念下的产品协同优势，同时也可以真正制造出符合人们实际需要的产品，为农业机械吸引更多的消费者提供一定支持[10]。

3.2 扩大覆盖范围

从当前国内农业机械设计行业用到VR的情况来看，相较于国外的一些设计来说，在机械设备中融入VR技术的覆盖面还需要不断扩大，尤其是在可视化技术方面，国外一般是将CAD作为核心技术，通过单独建立功能性强的模型，依靠输入模型的方式，将其传递到VR环境中，以此保证能够实现强化设备的目标。如一种农业机械设备，其包含特制的VR头盔，通过屏幕能够直接让操作者进行操控和体验。从总体上来看，在国外的发达国家，VR技术在农业机械设计中的应用已经相对比较广泛，并且技术也趋于成熟，我国还需要不断地完善VR技术在农业机械设备中的应用，不断地完善理论基础和模式。