駱啟敏

（巧家縣農(nóng)機(jī)安全監(jiān)理站，云南 巧家 654600）

1 農(nóng)業(yè)機(jī)械智能化設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展

1.1 農(nóng)業(yè)機(jī)械的模塊化設(shè)計(jì)

模塊化設(shè)計(jì)指的是在分析產(chǎn)品功能性的條件下設(shè)計(jì)的一系列功能模塊，而這些模塊的結(jié)合則能夠組成各種類型的產(chǎn)品供客戶選擇。農(nóng)業(yè)機(jī)械通常較為復(fù)雜，并且模塊常常無(wú)法充分適應(yīng)，所以時(shí)常無(wú)法發(fā)揮模塊化設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)。所以，對(duì)于農(nóng)業(yè)機(jī)械的模塊化設(shè)計(jì)需要針對(duì)模塊的劃分、優(yōu)化和評(píng)價(jià)幾個(gè)方面開(kāi)展。

（1）模塊的劃分。如今常見(jiàn)的劃分手段有聚類式及啟發(fā)式等，啟發(fā)式結(jié)合工程適用背景來(lái)建立數(shù)學(xué)規(guī)劃模型，利用相應(yīng)的算法來(lái)獲得模塊劃分的最優(yōu)解。聚類式通過(guò)矩陣和網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)來(lái)表現(xiàn)產(chǎn)品元素拓?fù)潢P(guān)系，同時(shí)根據(jù)聚類算法來(lái)計(jì)算其中零件的成組模塊區(qū)分，最主要的方式有兩點(diǎn)，一種是以DSM聚類作為基礎(chǔ)的模塊劃分方法，另一種則是以圖論作為基礎(chǔ)的模塊劃分方法。啟發(fā)式的劃分方法較為容易得出局部最優(yōu)解，而聚類法則較為復(fù)雜，一些較為復(fù)雜的產(chǎn)品則并不適用。結(jié)合模塊劃分標(biāo)準(zhǔn)可以將模塊劃分手段分成以產(chǎn)品功能性、結(jié)構(gòu)、生命周期三個(gè)層面的模塊劃分方法。

（2）模塊的優(yōu)化及評(píng)價(jià)。產(chǎn)品的模塊化劃分較為靈活，而模塊化方案的不同，模塊度也會(huì)存在一定差異。根據(jù)模塊的系統(tǒng)和屬性等層面來(lái)探討模塊化產(chǎn)品的優(yōu)化問(wèn)題，找出影響產(chǎn)品優(yōu)化的因素，構(gòu)建系統(tǒng)成本結(jié)構(gòu)，重點(diǎn)改善系統(tǒng)的運(yùn)作成本。而農(nóng)業(yè)機(jī)械中應(yīng)用模塊化設(shè)計(jì)則需要注意兩個(gè)層面的問(wèn)題：其一，農(nóng)業(yè)機(jī)械組件和功能性一般會(huì)存在一定的異質(zhì)性，同時(shí)組件間的耦合強(qiáng)度普遍較高。所以，在實(shí)現(xiàn)模塊劃分過(guò)程中，需要重點(diǎn)關(guān)注其異質(zhì)性，對(duì)組件進(jìn)行同質(zhì)化約簡(jiǎn)。而且，因?yàn)檗r(nóng)業(yè)機(jī)械組件較為復(fù)雜，所以需要進(jìn)一步考量產(chǎn)品生命周期的影響；其二，需要結(jié)合客戶的要求和設(shè)計(jì)知識(shí)支撐的系統(tǒng)模塊參數(shù)設(shè)計(jì)問(wèn)題。模塊化的設(shè)計(jì)需要有一個(gè)較為完備的應(yīng)用體系，不但要做到模塊劃分，而且還要設(shè)計(jì)好模塊主參數(shù)。

1.2 計(jì)算機(jī)輔助建模

目前，CAD 計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)用作建模中，主要有PTC Creo參數(shù)化建模技術(shù)等，在農(nóng)機(jī)產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)中有著普遍的應(yīng)用。一般的產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)并不能有效地支撐幾何構(gòu)造歷史等設(shè)計(jì)理念的傳遞，而通過(guò)以歷史作為基礎(chǔ)的參數(shù)化建模手段則能夠利用宏命令來(lái)實(shí)現(xiàn)CAD 模型的交換。CAD 建模需要利用設(shè)計(jì)知識(shí)來(lái)實(shí)現(xiàn)智能化的設(shè)計(jì)，而設(shè)計(jì)知識(shí)與計(jì)算機(jī)建模的結(jié)合，則能夠進(jìn)一步保證模型的適用性。CAD 模型的設(shè)計(jì)知識(shí)分為尺寸、標(biāo)準(zhǔn)、材料特征等幾個(gè)層面的隱性知識(shí)。以NIST CPM 作為基礎(chǔ)的面向并行工程的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)表示模型則將知識(shí)描述為三個(gè)層面，提出以知識(shí)為基礎(chǔ)的參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)。這類系統(tǒng)通過(guò)運(yùn)用KBE 技術(shù)把AGMA 標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合在了直齒圓柱齒輪的CAD 系統(tǒng)建模中。基于Web 技術(shù)的CAD 建模系統(tǒng)則能夠更加快速地產(chǎn)生CAD 模型以及CNC 代碼，形成一種CAD 參數(shù)通用模型，利用嵌入式工程概念以及專家知識(shí)和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)編程與原型軟件包結(jié)合的方式來(lái)創(chuàng)建CDM 模型，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的自動(dòng)化開(kāi)發(fā)。

1.3 虛擬仿真

（1）農(nóng)業(yè)機(jī)械中虛擬仿真技術(shù)的運(yùn)用。結(jié)合生物技術(shù)及農(nóng)藝技術(shù)，是集結(jié)先進(jìn)制造技術(shù)和智能控制技術(shù)以及新材料的先進(jìn)手段。農(nóng)業(yè)機(jī)械仿真涉及到了農(nóng)業(yè)科學(xué)、機(jī)械學(xué)、控制學(xué)等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，目前仿真工具雖然能夠化解多數(shù)仿真問(wèn)題，不過(guò)若想進(jìn)一步滿足農(nóng)業(yè)機(jī)械較為繁雜且多物理耦合的要求則需要根據(jù)各個(gè)農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域的仿真進(jìn)行分析。

（2）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用。VR 技術(shù)的推廣也為農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)帶來(lái)了影響，針對(duì)一些結(jié)構(gòu)繁雜，設(shè)計(jì)起來(lái)難度較大的大型農(nóng)業(yè)機(jī)械來(lái)說(shuō)，通過(guò)VR 技術(shù)能夠針對(duì)其外觀、功能性、結(jié)構(gòu)等完成建模，并通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)虛擬作業(yè)，對(duì)產(chǎn)品的功能性以及設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，并實(shí)現(xiàn)人與農(nóng)業(yè)機(jī)械的靈活交互?，F(xiàn)階段，VR 技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械中的運(yùn)用已經(jīng)成為了各界所廣泛關(guān)注的話題，而這一技術(shù)的應(yīng)用也有著顯著的成效，主要應(yīng)用于虛擬裝配以及虛擬試驗(yàn)中。其一，虛擬裝配技術(shù)。和一般的裝配技術(shù)對(duì)比，虛擬裝配通過(guò)VA 能夠在沉浸式的條件下實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械的裝配，并在產(chǎn)品裝配的方向上來(lái)確定其可裝配性，并設(shè)計(jì)裝配方案。尤其是一些較為復(fù)雜的裝配工作，VA 技術(shù)擁有著顯著的優(yōu)勢(shì)。由于VA 技術(shù)的推廣，國(guó)內(nèi)外都針對(duì)虛擬裝配技術(shù)的裝配建模以及裝配流程設(shè)計(jì)等進(jìn)行了深入的研究；其二，虛擬試驗(yàn)。利用VR 技術(shù)完成農(nóng)業(yè)機(jī)械的虛擬試驗(yàn)不但可以確定產(chǎn)品性能的預(yù)測(cè)，而且還可以為操作人員了解農(nóng)業(yè)機(jī)械提供條件。VR 技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械虛擬試驗(yàn)中的應(yīng)用尚不夠成熟，而通過(guò)VR 技術(shù)開(kāi)發(fā)的非道路車輛虛擬樣機(jī)系統(tǒng)則能夠完成模擬駕駛的目標(biāo)，通過(guò)這一手段可以還實(shí)現(xiàn)駕駛控制系統(tǒng)的評(píng)測(cè)。

2 農(nóng)機(jī)智能化設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)的展望

2.1 農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及互作機(jī)理

在當(dāng)前的發(fā)展形勢(shì)下，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展及糧食安全的需求逐漸提升，若想對(duì)其保障進(jìn)行有效提高，就要在實(shí)際的農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，對(duì)其中的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)不足、產(chǎn)品質(zhì)量不高等問(wèn)題的原因進(jìn)行細(xì)致的分析。

2.2 按照用戶需求進(jìn)行個(gè)性化、定制化的農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)

根據(jù)用戶對(duì)農(nóng)機(jī)的實(shí)際需求特點(diǎn)，對(duì)用戶的需求采用大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行分析和總結(jié)，將農(nóng)機(jī)使用與用戶需求的根本聯(lián)系進(jìn)行總結(jié)，對(duì)合理優(yōu)化的用戶需求模型進(jìn)行建立，將用戶需求與產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造之間的關(guān)系、轉(zhuǎn)化等進(jìn)行深入的分析和整合，緊密結(jié)合用戶的需求來(lái)設(shè)計(jì)產(chǎn)品的功能與結(jié)構(gòu)，不斷提高農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)制造的效率與質(zhì)量，降低成本消耗，不斷提升經(jīng)濟(jì)效益和核心競(jìng)爭(zhēng)力。

2.3 實(shí)現(xiàn)多領(lǐng)域協(xié)同仿真技術(shù)的發(fā)展方向

隨著當(dāng)前農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化技術(shù)的不斷發(fā)展，精細(xì)化、信息化農(nóng)業(yè)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，精細(xì)農(nóng)業(yè)、信息農(nóng)業(yè)的發(fā)展，對(duì)農(nóng)機(jī)的整體性能與質(zhì)量也提出了更高的要求，農(nóng)機(jī)的仿真技術(shù)也要不斷的進(jìn)行轉(zhuǎn)型與優(yōu)化，要從單一的仿真理論及模式轉(zhuǎn)變?yōu)槎嘞到y(tǒng)、全面的仿真理論模式。