侯麗華

摘要：數(shù)字化技術(shù)如CAD/CAE/CAM虛擬現(xiàn)實設(shè)計等技術(shù)的飛速發(fā)展深刻的改變了農(nóng)業(yè)機械化設(shè)計的格局與模式，本文首先詳細梳理虛擬設(shè)計技術(shù)與理論研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，結(jié)合分析了農(nóng)機產(chǎn)品設(shè)計制造現(xiàn)狀，進而細致深入地分析基于數(shù)字化技術(shù)農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品設(shè)計的未來的發(fā)展趨勢，針對信息技術(shù)如互聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實等技術(shù)對農(nóng)業(yè)機械的數(shù)字化發(fā)展提供的歷史機遇，研究面向農(nóng)機產(chǎn)品開發(fā)過程的數(shù)字化設(shè)計平臺體系與設(shè)計模式。以期為我國農(nóng)業(yè)機械的數(shù)字化設(shè)計探索提供有益參考的新途徑。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)機械；數(shù)字化技術(shù)；研究與發(fā)展

當前，隨著我國工業(yè)化、信息化、城鎮(zhèn)化和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的迅猛的發(fā)展，工業(yè)化和和信息化已步入深入融合階段，信息化與農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化也進入蓬勃發(fā)展期，經(jīng)濟全球化、貿(mào)易自由化和社會信息化倒逼我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機械只有通過信息化的手段進一步提高設(shè)計水平、降低生產(chǎn)成本，才能在激烈的市場競爭中取勝。如何有效的農(nóng)機產(chǎn)品開發(fā)周期，如何達到最優(yōu)農(nóng)機產(chǎn)品質(zhì)量，如何有效降低農(nóng)業(yè)機械的成本與價格，如何完善農(nóng)業(yè)機械的售后服務(wù)等，這一系列的問題不斷的拷問我國農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化進程，信息化與數(shù)字化是解決上述的問題的有效手段。通過信息化與數(shù)字化的手段可以有效提高農(nóng)業(yè)機械的設(shè)計水平，通過數(shù)字化設(shè)備能有效的調(diào)控農(nóng)業(yè)機械的精密的制造與加工，通過企業(yè)信息化與數(shù)字化的管理手段能否實現(xiàn)嚴格的生產(chǎn)管理與用戶反饋。本文主要對農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品研發(fā)的研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢，以及農(nóng)業(yè)機械的數(shù)字化設(shè)計方法與技術(shù)，并結(jié)合從事農(nóng)機產(chǎn)品多年的設(shè)計與制造經(jīng)驗和數(shù)字化設(shè)計特點，以及 CAD/CAM/CAE、虛擬樣機、虛擬測試等新技術(shù)的應(yīng)用加以深入的討論與研究。

一、數(shù)字化驅(qū)動下農(nóng)業(yè)機械設(shè)計研發(fā)

農(nóng)業(yè)機械是衡量一國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的水平的主要指標之一，因而提供數(shù)字化手段提高我國農(nóng)業(yè)裝備的設(shè)計水平，對于在貿(mào)易全球化背景下提升農(nóng)業(yè)裝備制造業(yè)企業(yè)在國際上的競爭力具有不言而喻的歷史意義。隨著信息技術(shù)與數(shù)字化技術(shù)的迅猛發(fā)展，數(shù)字化設(shè)計已經(jīng)全方位多層次的滲透到農(nóng)業(yè)機械設(shè)計、生產(chǎn)中的方方面面，也給農(nóng)業(yè)設(shè)計帶來了巨大的變化。

1）信息技術(shù)與數(shù)字化的應(yīng)用極大降低設(shè)計成本。

農(nóng)業(yè)機械的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計涉及到數(shù)據(jù)開采、知識發(fā)現(xiàn)及其重用技術(shù)、知識的表達與組織、知識數(shù)據(jù)庫的開發(fā)、基于知識的決策技術(shù)等。農(nóng)業(yè)機械的設(shè)計可以在線上進行互動設(shè)計，企業(yè)可以與用戶進行反饋論證與修改。設(shè)計者可以在線發(fā)布農(nóng)業(yè)機械的設(shè)計效果，用戶可以在線反饋設(shè)計過程中存在的問題，相比于以前農(nóng)業(yè)機械設(shè)計都在紙質(zhì)上進行繪圖，在線農(nóng)業(yè)機械設(shè)計的極大的促進農(nóng)業(yè)機械設(shè)計與實踐；以往產(chǎn)品創(chuàng)新主要集中于具體設(shè)計過程，如今從產(chǎn)品的概念設(shè)計到詳細設(shè)計的各個階段均強調(diào)創(chuàng)新設(shè)計。如基于藍牙技術(shù)的變量施肥機速度采集系統(tǒng)設(shè)計、溫室環(huán)境下黃瓜采摘機器人信息獲取設(shè)計、基于RFID 的農(nóng)機安全監(jiān)理現(xiàn)場巡檢系統(tǒng)設(shè)計、基于資源管理和Silverlight技術(shù)的農(nóng)業(yè)裝備信息網(wǎng)絡(luò)平臺，以及Ajax 技術(shù)在農(nóng)業(yè)裝備信息網(wǎng)中的應(yīng)用。均是信息技術(shù)與數(shù)字化技術(shù)在農(nóng)業(yè)設(shè)計領(lǐng)域中應(yīng)用的典范

2）數(shù)字化技術(shù)強調(diào)產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計。

農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展催生了許多新需求，這些新需求也亟需新的設(shè)計的方法，就目前農(nóng)業(yè)機械數(shù)字化設(shè)計水平來看主要三種主流的設(shè)計方法，一是德國設(shè)計理論的系統(tǒng)化設(shè)計方法，二是TRIZ（Theory of Inventive Problem Solving）三是公理設(shè)計（AxiomaticDesign，AD），對于目前我國而言，需要對先進的設(shè)計方法進行引進、消化、吸收再創(chuàng)新。更需要產(chǎn)品設(shè)計師跨區(qū)域的進行交流互動，跨部門甚至跨企業(yè)共同協(xié)作進行產(chǎn)品設(shè)計與制造等。數(shù)字化的設(shè)計平臺能夠為設(shè)計者之間提供實時的交流平臺?；诨ヂ?lián)網(wǎng)信息技術(shù)進行學(xué)習(xí)，可實現(xiàn)跨實現(xiàn)跨部門、跨行業(yè)、跨區(qū)域的設(shè)計者之間的溝通與交流。數(shù)字化虛擬設(shè)計實現(xiàn)了設(shè)計與需求的協(xié)同統(tǒng)一，鍛煉設(shè)計者虛擬想象空間，提升農(nóng)業(yè)機械的設(shè)計水平，有效實現(xiàn)零污染的設(shè)計理念，促進綠色設(shè)計理念的形成與發(fā)展。如基于離散元法的數(shù)字化設(shè)計、精密播種機數(shù)字化設(shè)計、拖拉機隊列自動控制系統(tǒng)、秧盤育秧精準播種的穴孔同步對中裝置及其控制系統(tǒng)，以及基于力控組態(tài)軟件的溫室監(jiān)控系統(tǒng)均是農(nóng)業(yè)機械協(xié)同設(shè)計的樣例。

3）虛擬現(xiàn)實便捷了農(nóng)業(yè)機械設(shè)計與展示。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)獨特魅力之處在于能將農(nóng)業(yè)機械的設(shè)計構(gòu)思、實施及展現(xiàn)都表現(xiàn)為多媒體如三維圖形、語音和視頻，能然設(shè)計者和未來的潛在使用者身臨其境地體驗產(chǎn)品的設(shè)計整體過程。通過多媒體技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來實現(xiàn)可以實現(xiàn)海量、實時、豐富的農(nóng)業(yè)接卸虛擬設(shè)計素材。面向某些特色農(nóng)業(yè)機械，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)計困難、設(shè)計周期長大大影響了農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的進程。然而如果采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，可以有效的克服以上缺點，一方面可以利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)模擬產(chǎn)品的某些性能，另外一方面也便于設(shè)計人員對產(chǎn)品的修改與調(diào)整。大大縮短了農(nóng)機產(chǎn)品的設(shè)計、生產(chǎn)周期。滿足變化莫測的市場需求。如虛擬樣機技術(shù)在畜牧機械設(shè)計、基于ADAMS 的蓮藕切片虛擬樣機建模與仿真、基于Pro/E三軸臥式TMR 飼料車的建模及運動仿真、SPH 在土壤高速切削仿真系統(tǒng)開發(fā)中的應(yīng)用、蓮藕切片機慣性力平衡仿真優(yōu)化、大型中空軸式靜壓軸承流固耦合數(shù)值模擬，以及電渦流緩速器制動力矩影響因素的仿真均是虛擬現(xiàn)實技術(shù)在農(nóng)業(yè)機械化設(shè)計中的應(yīng)用。

結(jié)論

本文首先細致的分析了農(nóng)業(yè)機械設(shè)計特點與需求，以及存在的問題，針對數(shù)字化與信息技術(shù)的發(fā)展趨勢與特點，如CAD/CAE/CAM虛擬現(xiàn)實設(shè)計等技術(shù)的飛速發(fā)展深刻的改變了農(nóng)業(yè)機械化設(shè)計的格局與模式，本文首先詳細梳理虛擬設(shè)計技術(shù)與理論研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，結(jié)合分析了農(nóng)機產(chǎn)品設(shè)計制造現(xiàn)狀，進而細致深入地分析基于數(shù)字化技術(shù)農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品設(shè)計的未來的發(fā)展趨勢，針對信息技術(shù)如互聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實等技術(shù)對農(nóng)業(yè)機械的數(shù)字化發(fā)展提供的歷史機遇，研究面向農(nóng)機產(chǎn)品開發(fā)過程的數(shù)字化設(shè)計平臺體系與設(shè)計模式，采用數(shù)字化對農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品進行設(shè)計所帶來的優(yōu)點即在產(chǎn)品開發(fā)的不同階段運用數(shù)字化模型描述產(chǎn)品，并對產(chǎn)品進行設(shè)計、開發(fā)、評價、修改，通過這方面的討論，以期為我國農(nóng)業(yè)機械的數(shù)字化設(shè)計探索提供有益參考的新途徑與新思路。

參考文獻

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（作者單位：國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作廣東中心）