现代数字化设计制造技术在农业机械设计制造上的应用

（驻马店职业技术学院机电工程系，河南 驻马店 463000）

随着现代科学技术的高速发展，在工业机械制造方面，技术的创新迎来了一个新的高潮，朝着现代化、精确化的方向发展。在农业机械设计制造方面，现代数字化的农业发展将逐步实现农业生产的高效化，能够充分体现创新性，并降低故障的发生概率。在对农业机械产品进行数字化的设计制造时，将会融合更多的数据开采技术，实现农业生产的精确化、自动化、远程化与虚拟化[1]，将改变传统的农业生产模式，开创信息化现代化的农业生产模式，从质的方面改变农业生产。

1 数字化设计制造技术

数字化设计制造技术是在数字化技术与制造技术相互融合的背景下，同时在虚拟现实、计算机网络、快速原型、数据库等技术支撑下，根据用户的需求与工作特点，对信息进行快速收集与分析处理、规划充足，对产品进行仿真以及原型制造，进而生产出符合用户需求的产品技术。数字化主要在于将信息转变为易于处理的数据，再将数据建立为数字化模型引入计算机内部进行统一处理。

1.1 计算机设计

在数字化设计制造技术中，计算机设计主要包括了CAD（计算机辅助设计）、CAE（计算机辅助工程分析）、CAM（计算机辅助制造）、CAPP（计算机辅助工艺规划）与PDM（产品数据管理）[1]。CAD 主要为产品的构思、功能设计、结构分析与制造加工等等，用于协助创建、修改、分析和优化的设计技术。CAE 是指有限元分析和机构的运动学与动力学分析，主要在于机械的运动模拟与参数的优化设计。CAM 是对机械零件的加工设计，主要在于数控技术。PDM 是在计算机辅助设计之前对各类文档、图纸、生产单、成本核算单等进行统一管理的技术，能够对整个生产周期内的全部数据进行管理与分析，主要关注于产品的研发设计环节，能够支持产品计算机设计系统。

1.2 虚拟设计与制造

虚拟技术主要在于利用计算机创设虚拟环境，具有实时性、交互性、沉浸性与感知性等，就目前的数字化设计制造技术而言，虚拟设计与制造主要以建模、测试与装配为主，设计人员通过计算机创设虚拟环境，完成产品感知与设计操作的调整，进行设计优化。在传统的机械制造技术当中，机械的零件装配主要由仿真软件来实现，完成机械的模拟装配与产品分析，而数字化虚拟技术可实现设计人员的人机交互，控制零件并观察零件的装配过程[2]，来预计产品的性能与机械的可加工性，实现产品的设计与制造，对设计制造过程中各种可能存在的问题进行检验，实现过程的管理与控制，提升机械制造效率。

1.3 异地协同设计

异地协同设计是当下数字化设计行业的一大发展方向，是当前技术发展的必然趋势。当需要多人、异地进行机械设计制造时，异地协同设计能够从流程、协作与管理三方面提供帮助[1]，流程类主要是根据机械设计人员的设计习惯进行常规的设计与校审工作，协作类则是负责在设计制造过程当中的信息交流、共享与合作等问题，管理类则是帮助相关的设计工作人员及时了解与掌握设计过程中的情况[2]。异地协同设计是计算机协同工作与数字化制造技术对设计过程的支持设计，可融合不同的设计任务，对信息数据进行综合协调，满足各个阶段对产品数据模型的不同需求，保证在产品的开发过程当中满足客户的应用需求。

1.4 概念与工业设计

概念设计是在进行机械设计之前对用户需求进行分析到生成概念产品的过程，主要是利用设计概念并以其为主线贯穿全部设计过程的设计方法，是对设计者的设计思维的归纳与精炼，需要将设计方案做出周密的调查与策划，分析出客户的具体要求与方案意图，然后提炼出最为准确的设计概念[3]。在工业设计方面，概念设计是对机械的布局设计、形状设计与人机工程设计，在数字化计算机技术的辅助下，概念设计与工业设计能够实现对产品的外观到性能等方面的全方位设计，使产品与用户具有良好的亲和性与匹配度，将提出的问题与解决方案可视化，建立更好的设计体验，是实现产品创新的重要方式。

2 农业机械设计制造

2.1 智能CAD 制造技术

在CAD 技术发展初期，其主要应用于二维图形的绘制。如今，随着CAD 技术的飞速发展，主要应用于机械设计方面的几何建模、工程分析、设计审查与评价、计算机辅助绘图、工程数据库的建立等等，发展成真正意义上的计算机辅助机械设计[3]。智能CAD 制造技术是在人工智能系统的发展下进一步进行技术创新，CAD 技术主要以计算机技术与电子技术为建模基础，包含了专家系统与人工神经网络两大系统，专家系统主要在于运用专业知识对在机械设计制造过程中的问题进行计算机程序的调试，人工神经网络系统则包含了大量人工神经元，主要在于为机械制造提供灵活的变量调节方式，能够用于机械生产的调试与机械的装配等等[4]。同时，智能CAD 制造技术能够对制造过程和管理过程的庞大信息量进行处理，其制造系统表现出更加灵活、敏捷、智能的特点。现如今在农业机械设计制造方面引入智能CAD 制造技术，能够有效解决在机械生产管理过程中信息资源利用率较低的问题，节约机械开发成本。

2.2 农业机械设计制造特点

农业机械主要为在种植业和畜牧业的生产中对农畜产品的初加工与处理过程中所使用的机械设备，主要包括了农业动力机械、加工机械、畜牧机械、监控机械等等。农业机械的设计制造需要根据农业生产的实际需要、自然条件等等，利用机械动力学、控制论的理论对农业机械的结构设计、试验等问题进行研究设计，在传统的设计制造技术当中，农业机械型号类型单一，对信息的利用率较低，严重影响了企业的经济效益，在引入现代数字化设计制造技术之后，农业机械设计制造领域呈现出以下特点[5]：

2.2.1 结构类型多样化

利用现代数字化设计制造技术后能够依托计算机技术对数据信息进行处理，增加对信息的利用率，对农业机械设计制造做出一定程度的创新。例如，部分农业机械根据其所用动力分为蓄力牵引式、动力自走式、机电动力驱动式等等，当农业机械与拖拉机进行配套时可以分为牵引式、悬挂式、半悬挂式等等。

2.2.2 机械结构更为稳定

运用数字化技术进行农业机械的设计制造，在计算机辅助技术的帮助之下，能够运用虚拟技术为农业机械创设虚拟环境对产品进行一定程度上的试验，检测出农业机械在不同环境之下的运行稳定性，并可对机械零件进行检查，使生产出的农业机械结构更为稳定。

3 数字化设计制造技术与农业机械设计

3.1 应用虚拟现实技术

近年来，随着虚拟VR 技术的高速发展，在农业机械的设计制造中也充分应用了虚拟现实技术。虚拟现实技术是指综合应用计算机图形学、人机接口技术、传感器技术与人工智能等技术制造出人工模拟环境，并有效模拟人在自然环境中的人机交互技术[2]。应用在农业机械设计制造中时，主要在于运用几何建模、运动建模、物理建模、行为建模和声音建模等模拟农业机械的应用环境，对影响参数进行调整，提升机械设计的主动性，对机械设计进行动态仿真，使产品能够更加符合实际应用。

3.2 实现农业机械的设计与制造协同

在数字化设计制造技术中，信息的协同技术能够帮助农业机械设计实现设计与制造的协同发展，主要在于其协同性能够联系产品设计与产品制造[3]。农业机械产品的制造是在产品的设计基础之上，协同技术能够使产品在进行设计时达到信息的共享，让产品的全部工作者参与到设计中，帮助设计者开拓思路，并且能够使产品更加适应实际应用，可根据不同的设计任务与设计问题对信息进行处理分析，让设计工作更为高效，提升农业机械的设计制造水平，为企业节约设计制造成本。

3.3 基于参数化设计的农业机械设计制造

参数化设计是数字化设计制造技术当中对参数进行模拟与变量设计的综合设计方法，在农业机械设计制造当中，该技术能够极大提升农业机械设计的设计效率与设计水平。参数化设计方法在于对农业技术的运行参数进行框架设计，为解决ICAD 技术问题提供新思路[3]。在农业机械的应用中，对农业机械的运行参数进行测试，能够有效保证设计的合理性与应用性能，在实际设计过程中可运用实例推理模块化参数设计及变量设计进行合理测试，对农业机械中所存在的问题提出规避策略，保障机械实际应用的有效性。同时，在参数化设计中包括了装配模型的应用分析，主要根据设计图纸构建相应的几何模型对机械的性能及产品原理进行阐述，有助于尽快对产品进行生产制造。

4 结语

综上所述，现代数字化设计制造技术中主要包括了计算机技术、虚拟设计制造技术、协同技术等等，应用在农业机械设计制造方面能够有效缩短设计制造时间，并最大化地使设计能够满足应用需求，提升产品质量，使企业获得更大的经济效益。随着科学技术的发展，数字化设计制造技术在农业机械设计制造中的应用会越来越广泛，为农业生产提供新的发展模式。