徐 明

(黑龍江省農(nóng)業(yè)機械工程科學研究院 佳木斯農(nóng)業(yè)機械化研究所，黑龍江 佳木斯 154004)

0 引言

隨著我國科學技術的快速發(fā)展，以計算機技術和數(shù)據(jù)技術為基礎的多學科融合趨勢有效推動了機械設計領域的發(fā)展，很多先進的二維、三維、仿真、分析軟件被紛紛應用到機械設計過程中，例如CAD、Pro-e、SolidWorks、ANSYS、ADAMS等軟件使機械設計的效率和合理性顯著提升。從國際范圍看，汽車、航空、煤炭、建筑等很多行業(yè)的機械產(chǎn)品設計過程紛紛與現(xiàn)代化的設計軟件和設計方法相結合，使各個行業(yè)的機械技術都得到了顯著提升。而從農(nóng)業(yè)機械的設計和研發(fā)過程來看，我國農(nóng)業(yè)機械無論是從設計方式還是制造技術均與國外農(nóng)機開發(fā)過程存在3年左右的差距。從先進設計方法來說，先進軟件的應用和設計開發(fā)的流程均存在不合理問題，需要在設計過程中進一步進行優(yōu)化和調整，以促進我國農(nóng)機技術的進一步提升。

1 現(xiàn)階段農(nóng)業(yè)機械設計特點

從目前來看，我國農(nóng)業(yè)機械設計過程仍比較傳統(tǒng)，在現(xiàn)代化設計方式和設計理念上提升相對較慢，受到農(nóng)機行業(yè)長久以來的粗放型設計理念和設計要求的影響，農(nóng)機企業(yè)在現(xiàn)階段的發(fā)展過程中，對于農(nóng)機新產(chǎn)品的研發(fā)積極性相對不足，很多產(chǎn)品多采用重復式設計，導致產(chǎn)品雷同化嚴重，產(chǎn)品型號眾多，但實際的適用范圍和產(chǎn)品特色不明顯，在一定程度上影響著農(nóng)機產(chǎn)品的發(fā)展和企業(yè)效益的提升。

1.1 產(chǎn)品結構簡單，細節(jié)功能粗放

從現(xiàn)階段市場上應用的農(nóng)機產(chǎn)品來看，產(chǎn)品的結構和功能的精細化程度是大型農(nóng)機優(yōu)于中型農(nóng)機，中型農(nóng)機優(yōu)于小型農(nóng)機，但總體上的結構形式和功能均較為粗放，與國外先進技術對比存在較為明顯的技術落差。這一方面是我國農(nóng)機研發(fā)時間不足導致的，較短的研發(fā)時間造成了設計能力不足的問題，另一方面，現(xiàn)階段的農(nóng)業(yè)機械應用環(huán)境對農(nóng)機產(chǎn)品的先進性和精細程度要求不高，導致很多企業(yè)的產(chǎn)品研發(fā)過程只注重功能需求和時間反饋，不重視農(nóng)機產(chǎn)品在技術實力和產(chǎn)品深度優(yōu)化上的研究。以農(nóng)用播種機為例，很多產(chǎn)品的結構都極為相似，都包含開溝、播種、覆土、鎮(zhèn)壓等功能，但是設計過程對于種子合理獲取、避免損傷、節(jié)省種子方面的研究相對不足，功能實施多依靠粗放的形式獲取種子、過量排放種子來保證出苗率，造成了農(nóng)機產(chǎn)品實際應用的不合理問題。

1.2 輔助軟件應用較為基礎，深度不足

目前的農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品設計已經(jīng)基本實現(xiàn)了計算機輔助設計，二維、三維軟件的應用較為廣泛，其中以AutoCAD、SolidWorks等軟件應用較多，能夠基本實現(xiàn)機械產(chǎn)品的設計、三維建模，并能利用計算軟件對產(chǎn)品進行改進與升級。但從機械設計的過程來看，對于計算機輔助軟件的應用僅限于初級的產(chǎn)品設計過程，而對于計算機軟件的深層利用則應用明顯不足，一方面計算機設計軟件使用僅限于完成農(nóng)機零件的結構設計和裝配，對于零件的受力分析、結構優(yōu)化、輕量化等設計應用設計軟件解決的能力較弱；另一方面對于ANSYS、ADAMS等仿真分析、運動學和動力學驗證軟件的應用不足，設計中缺乏虛擬驗證和技術改進的過程，導致農(nóng)機產(chǎn)品的開發(fā)過程可行性驗證不充分，只能依靠后續(xù)試驗進行大量優(yōu)化，延長了產(chǎn)品的設計和開發(fā)周期。

1.3 功能設計與我國農(nóng)業(yè)實際需求脫節(jié)

我國很多自主農(nóng)機產(chǎn)品最初的研發(fā)是依靠國外成熟技術的引進實施的，因此，農(nóng)機產(chǎn)品的結構、功能在一定程度上保留了國外設計人員針對于國外生產(chǎn)環(huán)境所考慮的細節(jié)，而這些機械在引進的過程中，盡管進行了很多本土化的實用性改進，但由于其不是從我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實際出發(fā)進行的設計，其在實際應用過程中仍會不可避免地存在較多不適用問題，同時很多針對本土化特點的技術研發(fā)與改進由于缺少農(nóng)機產(chǎn)品設計最初的理論依據(jù)，導致農(nóng)機的優(yōu)化和使用能力提升緩慢，此外，很多國產(chǎn)的農(nóng)機產(chǎn)品在進行技術開發(fā)的過程中缺少對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實際需求的調研，導致農(nóng)機產(chǎn)品的實際功能與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需求不相符，造成了設計過程的不合理問題。

2 農(nóng)業(yè)機械設計的先進方法

2.1 農(nóng)業(yè)機械的標準化流程設計

我國存在著農(nóng)機企業(yè)眾多、企業(yè)的技術研發(fā)和產(chǎn)品設計相對獨立的特點，導致農(nóng)業(yè)機械的產(chǎn)品出現(xiàn)維修難度大、零件通用性差、產(chǎn)品研發(fā)周期長等問題。因此在促進農(nóng)機企業(yè)提升產(chǎn)品研發(fā)能力的同時，也應以農(nóng)機管理部門和農(nóng)機學會等為主體，引導農(nóng)業(yè)機械的設計流程向著統(tǒng)一化和標準化發(fā)展，并利用現(xiàn)代化的數(shù)字技術建立農(nóng)機產(chǎn)品研發(fā)基礎平臺，將相關的產(chǎn)品形成標準件庫、常用部件庫、產(chǎn)品規(guī)范庫、功能集成庫等，使農(nóng)業(yè)機械形成最合理的設計流程，從國外相關標準化管理的應用來看，標準流程的農(nóng)機產(chǎn)品研發(fā)相對于傳統(tǒng)的研發(fā)過程可使時間縮短30%～50%，同時產(chǎn)品的合理性顯著提升。尤其是針對科研能力不足的中小型企業(yè)，應用標準化的流程設計能有效減少產(chǎn)品研發(fā)成本，并提高產(chǎn)品的合理性和可靠性。

2.2 農(nóng)機產(chǎn)品的模塊化與柔性設計

模塊化的設計理念最早應用于計算機領域，以自動化辦公軟件的功能選擇作為最初的應用，而近年來在機械產(chǎn)品的相關行業(yè)，也逐漸開始應用模塊化技術進行產(chǎn)品設計與開發(fā)。例如汽車廠商對于汽車產(chǎn)品的模塊化設計和功能應用已經(jīng)十分普及，以大眾集團的MQB平臺為例，產(chǎn)品的研發(fā)周期、功能設計、可靠性等方面都實現(xiàn)顯著提升，同時產(chǎn)品研發(fā)的成本也顯著降低。從農(nóng)機產(chǎn)品的角度來看，在控制系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、行走系統(tǒng)等很多方面具備模塊化設計的條件，在產(chǎn)品設計的過程中逐漸使農(nóng)機產(chǎn)品形成模塊化有利于使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者有針對性地定制農(nóng)機產(chǎn)品功能，使農(nóng)機產(chǎn)品的設計和生產(chǎn)具有明顯的柔性化特點。模塊化的設計也必須要以農(nóng)機產(chǎn)品的標準化為前提，在設計過程中建立全面的功能和結構模塊庫，根據(jù)客戶需求在模塊庫中選取合適的模塊進行組合，并對整體進行優(yōu)化設計，從而快速設計并生產(chǎn)出具有定制化特點的農(nóng)機產(chǎn)品，使農(nóng)機產(chǎn)品的適用性顯著提高。

2.3 重視智能化設計技術的應用

隨著計算機技術的發(fā)展，機械設計軟件能夠更好地替代傳統(tǒng)的產(chǎn)品設計過程，尤其是在數(shù)字技術逐漸完善的今天，農(nóng)業(yè)機械的產(chǎn)品研發(fā)和設計過程中應更好地利用智能軟件獲取合理的設計方法和設計資源，在設計過程中利用網(wǎng)絡數(shù)據(jù)資源優(yōu)化設計過程。由于不同的農(nóng)機產(chǎn)品在設計過程中存在著很多細節(jié)方面的共同點，在設計過程中除仍需以人的思維進行主體功能和結構布置外，農(nóng)業(yè)機械的設計應更好地利用計算機軟件實現(xiàn)結構優(yōu)化、受力分析、仿真模擬，使傳統(tǒng)的機械設計問題更多地在現(xiàn)代技術的輔助下得以消除。此外農(nóng)業(yè)機械的設計過程也應積極參考數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和專家系統(tǒng)的信息支持，使農(nóng)機產(chǎn)品的研發(fā)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實際需求和農(nóng)機行業(yè)發(fā)展實際難題相結合，從而提高農(nóng)機產(chǎn)品開發(fā)的實際價值和學術價值。

3 結語

總體上講，我國現(xiàn)階段的農(nóng)業(yè)機械在產(chǎn)品設計、開發(fā)的過程中仍存在較多的不完善和不合理問題，農(nóng)業(yè)機械的設計對計算機軟件的應用及對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實際需求的了解都不充足，造成農(nóng)機產(chǎn)品的技術提升緩慢和適用性不足問題，因此，在農(nóng)業(yè)機械設計的過程中，研發(fā)人員應在傳統(tǒng)設計經(jīng)驗的基礎上大膽創(chuàng)新，敢于嘗試新的設計理念和設計方法，只有在農(nóng)機產(chǎn)品的設計上實現(xiàn)現(xiàn)代化，農(nóng)業(yè)機械的整體實力才能隨之得到提升，才有利于保障我國農(nóng)業(yè)機械化產(chǎn)業(yè)得到更好、更快的發(fā)展。