姚 楠，王偉超

（哈克（邯鄲）農(nóng)業(yè)機械裝備制造有限公司，河北 邯鄲 056000）

現(xiàn)代機械產(chǎn)品在我國的地位日益提高，主要原因在于我國經(jīng)濟水平的持續(xù)提高以及國家改革步伐的加速，促使農(nóng)機產(chǎn)品獲得顯著發(fā)展。農(nóng)機產(chǎn)品的發(fā)展還給人們的生活提供了極大的便利，推動了其他產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。農(nóng)業(yè)的發(fā)展少不了機械的支撐，但是機械在應(yīng)用實踐中不可避免地會產(chǎn)生各種無法預計的問題，由此影響到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。對此，農(nóng)業(yè)若想取得持續(xù)發(fā)展，就需要科學規(guī)劃農(nóng)機產(chǎn)品，而農(nóng)機設(shè)計環(huán)節(jié)需要充分應(yīng)用現(xiàn)代數(shù)字化設(shè)計制造技術(shù)中的數(shù)字化設(shè)計系統(tǒng)。

1 數(shù)字化設(shè)計系統(tǒng)的概念與特征

1.1 概念

農(nóng)機產(chǎn)品設(shè)計應(yīng)根據(jù)其應(yīng)用方向展開，完善功能構(gòu)成，在應(yīng)用階段降低故障出現(xiàn)的概率，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動也可以更加高效地處理。數(shù)字化設(shè)計觀念在農(nóng)機產(chǎn)業(yè)方面盡管使用周期不長，但是獲得了較好成效，其設(shè)計出的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)更加符合應(yīng)用標準，能依靠計算機處理的設(shè)計任務(wù)節(jié)約信息分析計算的所用時間。依靠計算機內(nèi)的功能系統(tǒng)，可以順利完成圖紙描繪，且基于系統(tǒng)虛擬來觀察運轉(zhuǎn)過程的機械穩(wěn)固性，最后獲得的機械產(chǎn)品更加安全有效。

1.2 特征

數(shù)字化設(shè)計系統(tǒng)是一種應(yīng)用較為普遍的先進科技，在具體使用過程中呈現(xiàn)出很多特征。1）數(shù)字化設(shè)計系統(tǒng)作為一個集中的設(shè)計模型，能夠被用于很多領(lǐng)域，而且適應(yīng)性較強，同時有較大的潛藏空間，這些潛藏空間能夠處理許多可能存在的弊端。2）數(shù)字化設(shè)計系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)多組共同運轉(zhuǎn)的可能性，促使工作效率得到大幅度提升，并且，使用數(shù)字化設(shè)計系統(tǒng)能夠節(jié)約大量時間及成本，從本質(zhì)上提升工作效率。3）因為該種模型是集中的，所以能夠保證其設(shè)計效果。此外，設(shè)計環(huán)節(jié)能進行模型虛擬處理，該技術(shù)也是完全借助計算機軟件來完成電腦合成的，能夠克服傳統(tǒng)技術(shù)對實體模型的依賴性。因此，相較于傳統(tǒng)設(shè)計方式，數(shù)字化設(shè)計系統(tǒng)最大的特點在于可節(jié)省成本與提升工作效率。

2 數(shù)字化設(shè)計系統(tǒng)的應(yīng)用熱點

在農(nóng)機產(chǎn)品設(shè)計制造環(huán)節(jié)，數(shù)字化設(shè)計能夠起到非常關(guān)鍵的作用，但是要想實現(xiàn)農(nóng)機產(chǎn)品設(shè)計制造和數(shù)字化設(shè)計制造的充分結(jié)合，相關(guān)人員還必須在技術(shù)、觀念上不斷創(chuàng)新。

2.1 CACD 技術(shù)

CACD 技術(shù)主要依靠現(xiàn)代設(shè)計的觀念而展開，機械設(shè)計模式存在一定的開放性，同時開發(fā)程序非常標準。就數(shù)字技術(shù)而言，其主要是在任務(wù)、概念、科技與施工等方面進行了整體完善，進而為整個農(nóng)業(yè)的持續(xù)發(fā)展生產(chǎn)大量優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，且提出了一系列改進技術(shù)。總體來講，以CACD 技術(shù)為主的產(chǎn)品包括概念設(shè)計產(chǎn)品與構(gòu)型設(shè)計產(chǎn)品，而概念設(shè)計重點負責編制方案內(nèi)容，構(gòu)型設(shè)計就是確定具體細節(jié)。這兩種技術(shù)的協(xié)同出現(xiàn)，對設(shè)備質(zhì)量、功能、成本與最后交貨期間做出了明確決定。

2.2 VP 技術(shù)

VP 技術(shù)是數(shù)字化設(shè)計系統(tǒng)的一個關(guān)鍵分支，獲得了人們的廣泛關(guān)注。VP 技術(shù)是基于CAX 等技術(shù)研發(fā)出來的，其把信息系統(tǒng)、先進制造系統(tǒng)與先進虛擬系統(tǒng)等用在復雜系統(tǒng)的整個壽命周期，且展開整體管理，從系統(tǒng)方面研究復雜系統(tǒng)，支撐“從上到下”的復雜系統(tǒng)研發(fā)方式。VP 技術(shù)是結(jié)合產(chǎn)品設(shè)計資料和產(chǎn)品概念出現(xiàn)的，在功能、行為與感官特性等層面同物理原型盡量類似的能虛擬的計算機模型。VP 技術(shù)通過約10 年的發(fā)展，已能夠取代部分物理原型，在設(shè)備設(shè)計方面獲得了普遍應(yīng)用。

2.3 KBE 技術(shù)

數(shù)字化設(shè)計制造系統(tǒng)中KBE 的應(yīng)用越來越普遍?，F(xiàn)代設(shè)計與傳統(tǒng)設(shè)計的差別是因為市場、競爭與技術(shù)發(fā)展環(huán)境的改變，更為依賴對新知識的獲得，而非依靠經(jīng)驗。在AI技術(shù)與KBE 等方面產(chǎn)生的依靠框架、設(shè)計、模型以及本體等諸多建模技術(shù)知識，目的在于獲得計算機自動推理知識，提升計算機自動服務(wù)水平[1]。針對新知識的獲得，一般有以下幾個來源：現(xiàn)有知識及市場數(shù)據(jù)、數(shù)字虛擬和仿真現(xiàn)實、物理模型測試、樣機測試、現(xiàn)有產(chǎn)品工作表現(xiàn)。

3 數(shù)字化設(shè)計系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)機械設(shè)計制造中的具體應(yīng)用

3.1 農(nóng)機產(chǎn)品的革新

為加快國家工業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度，必須注重農(nóng)機產(chǎn)品的設(shè)計完善。比如，最早使用的拖拉機的功率分布有很多弊端，整個市場基本均是低功率的拖拉機，極少出現(xiàn)高功率的拖拉機，這樣將直接制約整個農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展；為改善這種狀況，如今出現(xiàn)了很多依靠數(shù)字化系統(tǒng)設(shè)計的農(nóng)機產(chǎn)品。又如，數(shù)字化同步器和動力換擋搭配靜液壓傳動的全新拖拉機，在具體生產(chǎn)階段能夠直接顯示相關(guān)生產(chǎn)信息，且可與最早的信息資料相比較[2]。在操控方面，其系統(tǒng)更加靈活，操作性較強，而且附著單獨的操控面板與操控機構(gòu)，進而使操控效果更加凸顯。從總體上來說，在革新農(nóng)機產(chǎn)品時，可以從技術(shù)掃描、技術(shù)研究與材料優(yōu)選角度著手，借助最新的數(shù)字系統(tǒng)使之具備更好的知識表達能力。因此，不管是數(shù)據(jù)創(chuàng)建或者組織應(yīng)用，均有較好的成效，可以充分結(jié)合決策技術(shù)與知識表達。

3.2 VR 技術(shù)的應(yīng)用

當前，VR 技術(shù)已被應(yīng)用于諸多領(lǐng)域，充分突出了VR技術(shù)的學術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢。在農(nóng)業(yè)設(shè)計制造中，VR 技術(shù)也表現(xiàn)出良好的應(yīng)用效果，可以結(jié)合三維影像、影音資源和多媒體等，讓設(shè)計師更好地根據(jù)個人想法創(chuàng)建出對應(yīng)的情景，為用戶帶來良好體驗，使其產(chǎn)生一種身臨其境的感覺。就我國來講，VR 技術(shù)主要被應(yīng)用于大型設(shè)備中，由此模擬設(shè)備的一些特殊性能逐漸完善結(jié)構(gòu)與性能[3]，而且其創(chuàng)建的數(shù)據(jù)反饋系統(tǒng)能夠加速設(shè)備投放速度，提高使用效果，讓大量使用者直接知道其優(yōu)點所在，掌握其結(jié)構(gòu)性能。另外，國外依靠VR 系統(tǒng)設(shè)計出的農(nóng)機產(chǎn)品涉及的技術(shù)較多，最常見的就是增強可視化系統(tǒng)內(nèi)容，重點以CAD 為主，獨立創(chuàng)建一個功能性模型，且借助模型輸入形式，將之傳送至VR環(huán)境中，完成增強產(chǎn)品的目標。比如，在農(nóng)機產(chǎn)品中存在特殊的VR 頭盔顯示儀，透過屏幕便可以讓操作人員直接產(chǎn)生操控體驗；其內(nèi)在的VR－CAD 軟件也可以融入虛擬環(huán)境中的輔助設(shè)計，由此全面完善大型產(chǎn)品的設(shè)計方式與功能效果[4]。從整體來講，在國外這種技術(shù)已發(fā)展得相當成熟，創(chuàng)建了特殊的體系。然而，我國相應(yīng)的研究依舊處于起步期間，農(nóng)村還沒有廣泛應(yīng)用該技術(shù)，理論與技術(shù)模式均有很多不足。同時，依靠農(nóng)業(yè)教學自身產(chǎn)生的“機械設(shè)計技術(shù)”也具有較高的使用率，在演示產(chǎn)品時使用了大量的設(shè)計教學內(nèi)容，較為普遍的是拆裝教學內(nèi)容、運行原理內(nèi)容與故障檢測內(nèi)容等。其中，拆裝教學內(nèi)容主要使用了VR 軟件，讓操作人員戴上VR 頭盔，遠距離觀察演示說明，掌握怎樣準確拆裝農(nóng)業(yè)機械。比如，小麥聯(lián)合收割機的各項功能可以依靠VR 技術(shù)得到體現(xiàn)，包含內(nèi)部構(gòu)造、拆裝訓練與原理展示等。當下農(nóng)場的具體原型經(jīng)在Unity 系統(tǒng)上的積極研發(fā)，能創(chuàng)建虛擬可視化系統(tǒng)[5]。此外，還可以基于VR技術(shù)把設(shè)備的操作與拆卸都呈現(xiàn)出來，使操作人員按照實際情況嘗試多次練習，提高自身操作技能與應(yīng)用水平。正因如此，促使農(nóng)機設(shè)計制造更充滿數(shù)字化特征。

3.3 注重機械協(xié)同設(shè)計

農(nóng)機產(chǎn)品制造單位正處于新的商業(yè)環(huán)境中，如設(shè)備定制需求增加，跨部門以及跨企業(yè)協(xié)同展開設(shè)備設(shè)計和制造等，因此機械設(shè)計制造協(xié)同屬于現(xiàn)代企業(yè)迎合全新商業(yè)環(huán)境的重要途徑，還是國家發(fā)展農(nóng)機產(chǎn)業(yè)以及整個機械產(chǎn)業(yè)所發(fā)展的趨勢。估計發(fā)現(xiàn)，發(fā)達國家制造單位在新產(chǎn)品研發(fā)階段通常有40%～70%的工作是和其他企業(yè)或合作伙伴共同完成的。怎樣從大量的產(chǎn)品資源中挑選適當?shù)馁Y源，這可通過現(xiàn)有知識庫內(nèi)的搜索算法實現(xiàn)。雖然像PTC 企業(yè)這種把全部的資源均融進自身的服務(wù)器的方法在搜索算法方面實現(xiàn)得比較簡單，但是當前在我國并不現(xiàn)實[6]。對此，供貨商可在自身的服務(wù)器上供應(yīng)配件的資源數(shù)據(jù)。農(nóng)機產(chǎn)品在農(nóng)業(yè)經(jīng)濟與農(nóng)業(yè)發(fā)展階段中一直處在非常關(guān)鍵的位置，把數(shù)字化設(shè)計系統(tǒng)融進農(nóng)機產(chǎn)業(yè)是轉(zhuǎn)變農(nóng)機制造形式，用新科技改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，支撐新興農(nóng)業(yè)科技，增強農(nóng)業(yè)競爭力的關(guān)鍵途徑。

3.4 環(huán)保技術(shù)的應(yīng)用

如今，我國農(nóng)業(yè)慢慢朝著環(huán)境友好型方向轉(zhuǎn)變，對農(nóng)機產(chǎn)品設(shè)計制造環(huán)節(jié)提出了更高的要求。利用數(shù)字化設(shè)計系統(tǒng)能夠明顯提高農(nóng)機設(shè)備的節(jié)能效果，彰顯其環(huán)保能力，減少能源的總體消耗，為企業(yè)創(chuàng)造大量收益。通常情況下，環(huán)保技術(shù)能夠以仿真實驗的形式實現(xiàn)，經(jīng)過技術(shù)調(diào)整設(shè)計出新型的環(huán)保型的農(nóng)機產(chǎn)品。

4 結(jié)束語

機械產(chǎn)品制造創(chuàng)新速度不斷加快，使數(shù)字化系統(tǒng)在人們的生活及生產(chǎn)活動方面起到了越來越重要的作用，使用范圍也不斷擴大，現(xiàn)已經(jīng)變成人們實際生活中必不可少的關(guān)鍵部分。在農(nóng)機產(chǎn)品設(shè)計制造方面，數(shù)字化設(shè)計系統(tǒng)的使用明顯提高了生產(chǎn)與修整效率，既保障了生產(chǎn)效率，也保障了制造質(zhì)量，使傳統(tǒng)設(shè)計獲得全面改善。因此，農(nóng)業(yè)機械設(shè)計過程中應(yīng)積極嘗試應(yīng)用KBE 技術(shù)、VP 技術(shù)、CACD技術(shù)，通過現(xiàn)代數(shù)字化設(shè)計技術(shù)彌補傳統(tǒng)設(shè)計模式的不足。