农业机械的设计特点与先进方法应用情况分析

徐 明

(黑龙江省农业机械工程科学研究院 佳木斯农业机械化研究所，黑龙江 佳木斯 154004)

0 引言

随着我国科学技术的快速发展，以计算机技术和数据技术为基础的多学科融合趋势有效推动了机械设计领域的发展，很多先进的二维、三维、仿真、分析软件被纷纷应用到机械设计过程中，例如CAD、Pro-e、SolidWorks、ANSYS、ADAMS等软件使机械设计的效率和合理性显著提升。从国际范围看，汽车、航空、煤炭、建筑等很多行业的机械产品设计过程纷纷与现代化的设计软件和设计方法相结合，使各个行业的机械技术都得到了显著提升。而从农业机械的设计和研发过程来看，我国农业机械无论是从设计方式还是制造技术均与国外农机开发过程存在3年左右的差距。从先进设计方法来说，先进软件的应用和设计开发的流程均存在不合理问题，需要在设计过程中进一步进行优化和调整，以促进我国农机技术的进一步提升。

1 现阶段农业机械设计特点

从目前来看，我国农业机械设计过程仍比较传统，在现代化设计方式和设计理念上提升相对较慢，受到农机行业长久以来的粗放型设计理念和设计要求的影响，农机企业在现阶段的发展过程中，对于农机新产品的研发积极性相对不足，很多产品多采用重复式设计，导致产品雷同化严重，产品型号众多，但实际的适用范围和产品特色不明显，在一定程度上影响着农机产品的发展和企业效益的提升。

1.1 产品结构简单，细节功能粗放

从现阶段市场上应用的农机产品来看，产品的结构和功能的精细化程度是大型农机优于中型农机，中型农机优于小型农机，但总体上的结构形式和功能均较为粗放，与国外先进技术对比存在较为明显的技术落差。这一方面是我国农机研发时间不足导致的，较短的研发时间造成了设计能力不足的问题，另一方面，现阶段的农业机械应用环境对农机产品的先进性和精细程度要求不高，导致很多企业的产品研发过程只注重功能需求和时间反馈，不重视农机产品在技术实力和产品深度优化上的研究。以农用播种机为例，很多产品的结构都极为相似，都包含开沟、播种、覆土、镇压等功能，但是设计过程对于种子合理获取、避免损伤、节省种子方面的研究相对不足，功能实施多依靠粗放的形式获取种子、过量排放种子来保证出苗率，造成了农机产品实际应用的不合理问题。

1.2 辅助软件应用较为基础，深度不足

目前的农业机械产品设计已经基本实现了计算机辅助设计，二维、三维软件的应用较为广泛，其中以AutoCAD、SolidWorks等软件应用较多，能够基本实现机械产品的设计、三维建模，并能利用计算软件对产品进行改进与升级。但从机械设计的过程来看，对于计算机辅助软件的应用仅限于初级的产品设计过程，而对于计算机软件的深层利用则应用明显不足，一方面计算机设计软件使用仅限于完成农机零件的结构设计和装配，对于零件的受力分析、结构优化、轻量化等设计应用设计软件解决的能力较弱；另一方面对于ANSYS、ADAMS等仿真分析、运动学和动力学验证软件的应用不足，设计中缺乏虚拟验证和技术改进的过程，导致农机产品的开发过程可行性验证不充分，只能依靠后续试验进行大量优化，延长了产品的设计和开发周期。

1.3 功能设计与我国农业实际需求脱节

我国很多自主农机产品最初的研发是依靠国外成熟技术的引进实施的，因此，农机产品的结构、功能在一定程度上保留了国外设计人员针对于国外生产环境所考虑的细节，而这些机械在引进的过程中，尽管进行了很多本土化的实用性改进，但由于其不是从我国农业生产的实际出发进行的设计，其在实际应用过程中仍会不可避免地存在较多不适用问题，同时很多针对本土化特点的技术研发与改进由于缺少农机产品设计最初的理论依据，导致农机的优化和使用能力提升缓慢，此外，很多国产的农机产品在进行技术开发的过程中缺少对农业生产实际需求的调研，导致农机产品的实际功能与农业生产的需求不相符，造成了设计过程的不合理问题。

2 农业机械设计的先进方法

2.1 农业机械的标准化流程设计

我国存在着农机企业众多、企业的技术研发和产品设计相对独立的特点，导致农业机械的产品出现维修难度大、零件通用性差、产品研发周期长等问题。因此在促进农机企业提升产品研发能力的同时，也应以农机管理部门和农机学会等为主体，引导农业机械的设计流程向着统一化和标准化发展，并利用现代化的数字技术建立农机产品研发基础平台，将相关的产品形成标准件库、常用部件库、产品规范库、功能集成库等，使农业机械形成最合理的设计流程，从国外相关标准化管理的应用来看，标准流程的农机产品研发相对于传统的研发过程可使时间缩短30%～50%，同时产品的合理性显著提升。尤其是针对科研能力不足的中小型企业，应用标准化的流程设计能有效减少产品研发成本，并提高产品的合理性和可靠性。

2.2 农机产品的模块化与柔性设计

模块化的设计理念最早应用于计算机领域，以自动化办公软件的功能选择作为最初的应用，而近年来在机械产品的相关行业，也逐渐开始应用模块化技术进行产品设计与开发。例如汽车厂商对于汽车产品的模块化设计和功能应用已经十分普及，以大众集团的MQB平台为例，产品的研发周期、功能设计、可靠性等方面都实现显著提升，同时产品研发的成本也显著降低。从农机产品的角度来看，在控制系统、动力系统、传动系统、液压系统、行走系统等很多方面具备模块化设计的条件，在产品设计的过程中逐渐使农机产品形成模块化有利于使农业生产者有针对性地定制农机产品功能，使农机产品的设计和生产具有明显的柔性化特点。模块化的设计也必须要以农机产品的标准化为前提，在设计过程中建立全面的功能和结构模块库，根据客户需求在模块库中选取合适的模块进行组合，并对整体进行优化设计，从而快速设计并生产出具有定制化特点的农机产品，使农机产品的适用性显著提高。

2.3 重视智能化设计技术的应用

随着计算机技术的发展，机械设计软件能够更好地替代传统的产品设计过程，尤其是在数字技术逐渐完善的今天，农业机械的产品研发和设计过程中应更好地利用智能软件获取合理的设计方法和设计资源，在设计过程中利用网络数据资源优化设计过程。由于不同的农机产品在设计过程中存在着很多细节方面的共同点，在设计过程中除仍需以人的思维进行主体功能和结构布置外，农业机械的设计应更好地利用计算机软件实现结构优化、受力分析、仿真模拟，使传统的机械设计问题更多地在现代技术的辅助下得以消除。此外农业机械的设计过程也应积极参考数据库系统和专家系统的信息支持，使农机产品的研发与农业生产实际需求和农机行业发展实际难题相结合，从而提高农机产品开发的实际价值和学术价值。

3 结语

总体上讲，我国现阶段的农业机械在产品设计、开发的过程中仍存在较多的不完善和不合理问题，农业机械的设计对计算机软件的应用及对农业生产实际需求的了解都不充足，造成农机产品的技术提升缓慢和适用性不足问题，因此，在农业机械设计的过程中，研发人员应在传统设计经验的基础上大胆创新，敢于尝试新的设计理念和设计方法，只有在农机产品的设计上实现现代化，农业机械的整体实力才能随之得到提升，才有利于保障我国农业机械化产业得到更好、更快的发展。