席 艷

（江西科技學(xué)院，江西 南昌 330098）

農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品具有種類多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、易操作等特點，我國是農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)機械具有廣闊的市場發(fā)展前景。當前，我國農(nóng)業(yè)機械化建設(shè)發(fā)展較好[1-2]，但與發(fā)達國家相比，我國農(nóng)業(yè)機械化水平仍有待提高。因此，我國需利用數(shù)字化設(shè)計技術(shù)，明晰數(shù)字化設(shè)計技術(shù)的內(nèi)涵與優(yōu)點，并將當下我國的實際情況與數(shù)字化設(shè)計技術(shù)融合起來，使數(shù)字化設(shè)計技術(shù)能發(fā)揮出最大的功效與價值，因此在農(nóng)業(yè)機械設(shè)計中加入數(shù)字化設(shè)計技術(shù)有著重要意義[3]。

1 農(nóng)業(yè)機械設(shè)計領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 專業(yè)人才隊伍匱乏

農(nóng)業(yè)機械化是農(nóng)業(yè)發(fā)展的強大推動力，與發(fā)達國家相比，我國在農(nóng)業(yè)機械化道路上起步較晚。同時，由于長期受傳統(tǒng)觀念的制約，農(nóng)民整體文化水平較低，數(shù)字技術(shù)人才缺乏，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)發(fā)展觀念滯后，且未對農(nóng)戶進行專業(yè)的培訓(xùn)，農(nóng)民對農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展認識不足，對先進設(shè)備的接受程度不高[4]。

1.2 對農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展的支持不足

我國土地遼闊，農(nóng)作物品種繁多，由于農(nóng)作物特性的差異，對農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品提出了更高的要求。農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品需要根據(jù)不同作物的生長特性和不同地區(qū)的地理特征進行開發(fā)和生產(chǎn)。例如，一臺收割機可以細分為小麥收割機、玉米收割機、油菜收割機等。針對這些產(chǎn)品，不僅要進行研發(fā)和生產(chǎn)，還要根據(jù)實際情況不斷更新，需要龐大的人力和財力。農(nóng)業(yè)機械化缺乏社會廣泛支持，加上傳統(tǒng)技術(shù)手段難以滿足要求，進一步阻礙了農(nóng)業(yè)機械設(shè)計的發(fā)展。

2 數(shù)字化設(shè)計技術(shù)在農(nóng)業(yè)機械設(shè)計的應(yīng)用

2.1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用

目前，VR（Virtual Reality）虛擬現(xiàn)實技術(shù)被逐漸應(yīng)用于社會的各個領(lǐng)域，同時，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在農(nóng)業(yè)機械設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域中也有著廣闊的實踐空間，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的開發(fā)給農(nóng)業(yè)機械設(shè)計實踐帶來了較大改變。VR技術(shù)融合了3D圖形、音頻、多元化等技術(shù)元素，帶給設(shè)計師和用戶先進的設(shè)計理念和豐富的實踐體驗[5]。近年來，我國在大型農(nóng)業(yè)機械的設(shè)計中，將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品的某些性能仿真，可以實現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和性能的調(diào)整和優(yōu)化。同時，建立的信息反饋平臺提高了生產(chǎn)企業(yè)與市場的溝通效率，豐富了實踐手段，使更多的客戶關(guān)注到產(chǎn)品的構(gòu)造與功能優(yōu)勢。將VR技術(shù)運用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動中，不僅使設(shè)計要求得到滿足，還使質(zhì)量要求得到了滿足；同時，還能提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)期間的效率。此外，運用VR技術(shù)還能夠提前做模擬預(yù)演，使人們可以在設(shè)計完工之前提前了解設(shè)計效果的真實情況，對存在的問題進行分析與完善，最終提高機械設(shè)備的合理性與有效性。

2.2 CAD技術(shù)的應(yīng)用

CAD是現(xiàn)代化技術(shù)形式的一種，其工作的基本原理是充分運用計算機技術(shù)來開展其他工作。當CAD應(yīng)用到農(nóng)業(yè)機械設(shè)計中時，常被用到的環(huán)節(jié)就是繪制圖紙，具體步驟如下：首先，在計算機里將需要的圖紙繪制出來；其次，專業(yè)技術(shù)人員會將提前決定的產(chǎn)品參數(shù)一個個錄入系統(tǒng)中；最后，選定計算機的程序功能，進而得到一個準確的設(shè)計圖形。該技術(shù)的應(yīng)用可以有效優(yōu)化農(nóng)業(yè)機械設(shè)計的內(nèi)容，如在繪制圖紙時，尺寸、規(guī)格及參數(shù)都是固定的，若人工測量則會存在誤差，據(jù)此制造出來的農(nóng)業(yè)機械設(shè)備就有可能產(chǎn)生質(zhì)量問題。利用數(shù)字化設(shè)計技術(shù)，可以減小誤差，從而提高準確率[6]。用戶想要設(shè)計參數(shù)化，只需找出對應(yīng)模塊名稱并將對應(yīng)的設(shè)計界面打開，就能看到詳細的模型參數(shù)化情況。若用戶想要重生模型，僅需將需要的參數(shù)輸入到界面，系統(tǒng)進行自動驗證，就可得到新的模型。其主要的實現(xiàn)流程如下：

第一步，創(chuàng)建初始模型，該模型需按照零件設(shè)計要求設(shè)計，且樣本選擇的是三維模型，之后的約束關(guān)系及特征參數(shù)將依照參數(shù)化設(shè)計來創(chuàng)建。

第二步，將此前創(chuàng)建的初始零件模型運用Pro/Toolkit應(yīng)用程序來檢索，當用戶需要對特征參數(shù)進行編輯時，可運用用戶界面先行檢索需要的特征參數(shù)。

第三步，創(chuàng)建新零件模型，需要依據(jù)新特征參數(shù)來生成。

三維模型參數(shù)化設(shè)計過程如圖1所示。

圖1 三維模型參數(shù)化設(shè)計過程

2.3 產(chǎn)品協(xié)同技術(shù)的應(yīng)用

在如今的市場競爭中，市場發(fā)展環(huán)境的復(fù)雜化導(dǎo)致競爭形式愈發(fā)嚴峻，因此，在農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品市場中顧客的要求也在不斷提高。全球經(jīng)濟一體化的背景下，部門協(xié)同合作甚至跨企業(yè)跨國家共同合作制造產(chǎn)品成為一種必然模式。據(jù)統(tǒng)計，70%以上的農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品均由多家企業(yè)或多個部門共同合作完成，如何在數(shù)據(jù)庫海量的資源中探尋科學(xué)的數(shù)據(jù)已成為企業(yè)間競爭的重點，這也是企業(yè)能否取得成功的最大挑戰(zhàn)[7]。值得一提的是，國外多數(shù)企業(yè)會將諸多的零部件備件信息存儲在自身的服務(wù)器中，并定期進行更新。例如，檢索原型系統(tǒng)，就可以很好地通過它來進行實時檢索。其結(jié)構(gòu)按照功能結(jié)構(gòu)要求劃分為三層：第一層是應(yīng)用程序表現(xiàn)層，其包含了系統(tǒng)的主框架及各種子窗口，其作用是與用戶操作者聯(lián)系，讓用戶能夠直觀、具象地從用戶界面上瀏覽所有的數(shù)據(jù)并對這些數(shù)據(jù)進行管理，同時還能將用戶給予的數(shù)據(jù)輸入其中，經(jīng)過系統(tǒng)處理后將用戶所需要的結(jié)果輸出；第二層是業(yè)務(wù)邏輯層，其主要作用是封裝各項操作，還會提供接口，該接口能讓應(yīng)用程序表現(xiàn)層調(diào)用，通常這一層封裝的業(yè)務(wù)包含局部檢索、屬性實例檢索等檢索操作；第三層是核心算法層，其主要作用是封裝各種算法，且提供了接口，該接口能讓中間業(yè)務(wù)層調(diào)用，以便提取各種特征。從我國農(nóng)業(yè)機械設(shè)計產(chǎn)品的發(fā)展情況可以看出，讓零部件供應(yīng)廠商自己提供產(chǎn)品信息，將備件信息公布在自己的服務(wù)器上，引導(dǎo)供應(yīng)商去查詢搜索產(chǎn)品零件的指標、參數(shù)及特征、性能，有利于未來的設(shè)計發(fā)展。

2.4 大數(shù)據(jù)挖掘算法的應(yīng)用

在農(nóng)機裝備產(chǎn)品的數(shù)字化研發(fā)過程中，設(shè)計和制造會產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)，此時需要運用智能化算法對這些數(shù)據(jù)進行分析和處理，通過數(shù)據(jù)挖掘的方式找到數(shù)據(jù)間的關(guān)聯(lián)性，并建立經(jīng)驗數(shù)據(jù)庫。當經(jīng)驗數(shù)據(jù)庫的規(guī)模足夠大時，就可以將這些經(jīng)驗數(shù)據(jù)直接用于自動化生產(chǎn)類似的新產(chǎn)品部件，達到智能化制造的目的?；谠拼鎯W(wǎng)絡(luò)可以搭建智能制造系統(tǒng)，采用云存儲技術(shù)可以對智能系統(tǒng)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)進行存儲，大數(shù)據(jù)挖掘算法可以對數(shù)據(jù)進行分析和挖掘。不管從物料方面還是產(chǎn)品營銷方法或智能機床的監(jiān)測方面，智能云存儲和大數(shù)據(jù)挖掘都發(fā)揮著重要作用。目前，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和聚類算法是典型的數(shù)據(jù)挖掘算法，這兩種算法發(fā)展較早，理論比較成熟，因此可以將其應(yīng)用于農(nóng)機的智能化制造系統(tǒng)的設(shè)計中。神經(jīng)網(wǎng)算法的工作原理模擬了人的神經(jīng)元細胞的作用流程，通過對輸入數(shù)據(jù)進行分析、處理和挖掘，最終輸出想要得到的理想結(jié)果[8]。在對農(nóng)機產(chǎn)品制造過程的數(shù)據(jù)進行分析時，主要利用神經(jīng)網(wǎng)算法確定權(quán)值和置信度；在關(guān)聯(lián)算法中，需要創(chuàng)建每個數(shù)據(jù)記錄候選集的支持度，然后通過數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)性對數(shù)據(jù)進行分類。通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法和聚類分析，在農(nóng)機產(chǎn)品部件的智能化制造過程中，可以快速診斷出生產(chǎn)線是否存在故障，并確定故障的類型[9]。利用大數(shù)據(jù)存儲技術(shù)可以將各種傳感器采集得到的數(shù)據(jù)進行存儲，并利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法和聚類算法對數(shù)據(jù)進行挖掘。如果確定制造過程中有存儲故障，智能決策系統(tǒng)則可以對加工系統(tǒng)的作業(yè)姿態(tài)進行調(diào)整；如果需要對整個工藝和加工流程進行調(diào)整，則可以臨時關(guān)閉生產(chǎn)線，待工藝和流程優(yōu)化后繼續(xù)生產(chǎn)，從而保證產(chǎn)品的加工質(zhì)量。

3 農(nóng)業(yè)機械數(shù)字化設(shè)計的發(fā)展前景

3.1 滿足實際需求

隨著時代的發(fā)展，農(nóng)業(yè)機械設(shè)計不斷向前發(fā)展，不同消費者的需求不同，因此也伴隨著相應(yīng)的問題?，F(xiàn)代化的農(nóng)業(yè)機械設(shè)計除了滿足外觀以外，還有性能與功能等方面的要求?；诖耍殡S著使用場景的不同，適用人群的不同，農(nóng)業(yè)機械設(shè)計還應(yīng)該將各種需求的協(xié)同作用考慮在內(nèi)。如此，將數(shù)字化設(shè)計技術(shù)融入農(nóng)業(yè)機械設(shè)計中就顯得意義重大，數(shù)字化設(shè)計技術(shù)可以多方協(xié)同，促進設(shè)計者與廠家實現(xiàn)相互配合，共同完成產(chǎn)品的開發(fā)、設(shè)計、制造。這樣既能夠體現(xiàn)出數(shù)字化設(shè)計理念下的產(chǎn)品協(xié)同優(yōu)勢，同時也可以真正制造出符合人們實際需要的產(chǎn)品，為農(nóng)業(yè)機械吸引更多的消費者提供一定支持[10]。

3.2 擴大覆蓋范圍

從當前國內(nèi)農(nóng)業(yè)機械設(shè)計行業(yè)用到VR的情況來看，相較于國外的一些設(shè)計來說，在機械設(shè)備中融入VR技術(shù)的覆蓋面還需要不斷擴大，尤其是在可視化技術(shù)方面，國外一般是將CAD作為核心技術(shù)，通過單獨建立功能性強的模型，依靠輸入模型的方式，將其傳遞到VR環(huán)境中，以此保證能夠?qū)崿F(xiàn)強化設(shè)備的目標。如一種農(nóng)業(yè)機械設(shè)備，其包含特制的VR頭盔，通過屏幕能夠直接讓操作者進行操控和體驗。從總體上來看，在國外的發(fā)達國家，VR技術(shù)在農(nóng)業(yè)機械設(shè)計中的應(yīng)用已經(jīng)相對比較廣泛，并且技術(shù)也趨于成熟，我國還需要不斷地完善VR技術(shù)在農(nóng)業(yè)機械設(shè)備中的應(yīng)用，不斷地完善理論基礎(chǔ)和模式。

4 結(jié)語

在互聯(lián)網(wǎng)時代背景下，運用數(shù)字化技術(shù)以制造出效果更好、性能更佳的農(nóng)業(yè)機械設(shè)備已成為必然趨勢。因此，我國需繼續(xù)提升數(shù)字技術(shù)水平，并將二者相融合，使得我國的農(nóng)業(yè)機械設(shè)計獲得更多的經(jīng)濟效益，擁有更大的發(fā)展空間，最終促進我國農(nóng)業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。