農(nóng)業(yè)機(jī)械數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺研究—基于微信公眾平臺和移動學(xué)習(xí)

陳 紅

(百色職業(yè)學(xué)院 計(jì)算機(jī)工程系,廣西 百色 533000)

0 引言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,UG 作為一體化的CAD/CAE/CAM(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/計(jì)算機(jī)輔助分析/計(jì)算機(jī)輔助制造)軟件在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。該軟件以工作站和微機(jī)為平臺,UG CAD 與UG CAM 功能之間緊密相連,確保了CAM 模型與CAD 設(shè)計(jì)的同步性。它是工業(yè)界中最好且最具代表性的數(shù)控軟件之一,利用它可以針對任何加工任務(wù)生成優(yōu)化和可用的數(shù)控加工路徑。在UG使用過程中,如果能進(jìn)行技術(shù)性交流交互,可以有效地提高專家經(jīng)驗(yàn)的獲取效率,提高設(shè)計(jì)的速度和質(zhì)量。本文采用微信公眾平臺的形式對農(nóng)機(jī)數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺進(jìn)行優(yōu)化,以期提高農(nóng)機(jī)數(shù)字化設(shè)計(jì)過程中的技術(shù)交流和交互性。

1 基于微信公眾平臺和移動學(xué)習(xí)的交互式網(wǎng)絡(luò)平臺

微信是一種功能非常強(qiáng)大的即時(shí)聊天工具,可以作為移動學(xué)習(xí)的交互式平臺,學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中可以相互添加好友,結(jié)為相互學(xué)習(xí)的同伴,也可以以班級為單位建立微信學(xué)習(xí)群。微信工號為移動學(xué)習(xí)提供了更多的教學(xué)方式,可以讓老師和學(xué)生擺脫時(shí)空的束縛,且支持第三方應(yīng)用軟件,使移動教學(xué)的渠道、方式和內(nèi)容都有所擴(kuò)展。

基于微信公眾平臺的移動學(xué)習(xí)基本框架如圖1所示。采用點(diǎn)對點(diǎn)和多點(diǎn)的交互方式,教師可以在虛擬的群里讓學(xué)生自己上自習(xí)和討論交流問題,可以體驗(yàn)到真實(shí)的班級情景。采用基于微信公眾平臺的學(xué)習(xí)方式,教師的教學(xué)內(nèi)容可以采用語音、視頻、圖片和文字等多媒體形式進(jìn)行推送,并通過分組實(shí)現(xiàn)精確的推送。在實(shí)際教學(xué)時(shí),教師申請微信公號后,學(xué)生可以通過關(guān)注公號獲取教學(xué)信息和內(nèi)容,教學(xué)內(nèi)容還可以通過微博、QQ空間和云存儲等方式進(jìn)行分享和存儲。目前,除了微信公眾平臺之外,還有網(wǎng)絡(luò)圖文教程和網(wǎng)易/QQ課堂,對幾種課堂形式進(jìn)行了對比,如表1所示。

圖1 基于微信公眾平臺的移動學(xué)習(xí)基本框架

由表1中5個(gè)特征比較可知:微信公眾平臺的移動學(xué)習(xí)方式的優(yōu)點(diǎn)最多。因此,其成為當(dāng)前最熱門的移動學(xué)習(xí)平臺。在進(jìn)行實(shí)際教學(xué)時(shí),可以根據(jù)實(shí)際教學(xué)內(nèi)容對課程進(jìn)行規(guī)劃,并安排作業(yè)和測試等。總體設(shè)計(jì)框架如圖2所示。

表1 移動學(xué)習(xí)方式統(tǒng)計(jì)

圖2 微信移動學(xué)習(xí)課程總體設(shè)計(jì)圖

微信平臺是整個(gè)移動學(xué)習(xí)的平臺,根據(jù)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)學(xué)生和教師端環(huán)境的基本特征設(shè)計(jì)相應(yīng)的內(nèi)容。其中,最重要的是課程發(fā)布、信息檢索、課程測試和提交作業(yè)等功能,從而使移動學(xué)習(xí)過程達(dá)到教師和學(xué)生交流交互的目的。

2 農(nóng)機(jī)數(shù)字化設(shè)計(jì)和交流交互平臺

隨著計(jì)算機(jī)硬件和軟件技術(shù)的不斷發(fā)展,個(gè)人PC機(jī)的性能已經(jīng)超越了以前服務(wù)站的計(jì)算能力,采用小型PC機(jī)也可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械零部件的數(shù)字化設(shè)計(jì),促使農(nóng)機(jī)零部件的設(shè)計(jì)向數(shù)字化設(shè)計(jì)模式轉(zhuǎn)換。因此,在農(nóng)機(jī)零部件數(shù)控加工和模具加工過程中很多都引入了計(jì)算機(jī),從過去的勞動密集型向信息化和數(shù)字化方向發(fā)展,使得農(nóng)機(jī)CAD/CAM 技術(shù)迅速發(fā)展和普及。目前,常用的CAD/CAM軟件主要有3種,包括SolidWorks、UG NX和PRO/E。這些軟件在使用過程中有許多技術(shù)問題需要討論,可以利用微信公眾平臺進(jìn)行技術(shù)交流交互。雖然數(shù)字化設(shè)計(jì)軟件有好幾種,但是各種軟件各有利弊。

SolidWorks是一種高級3D模型的繪圖軟件,智能化程度較高,是創(chuàng)建三維實(shí)體最常用的軟件之一,具有建模直觀簡單、兼容性強(qiáng)、效率高等優(yōu)點(diǎn),在建立三維模型時(shí)具有較大的優(yōu)勢。

UG NX是UGS 公司的軟件,功能非常強(qiáng)大,且使用性能高。建模時(shí)具有關(guān)聯(lián)系,還可以創(chuàng)建裝配圖,裝配圖中對一個(gè)零件進(jìn)行修改時(shí)可以由約束關(guān)系自動修改其他零件相關(guān)尺寸,從而更加符合農(nóng)機(jī)零部和裝配體的設(shè)計(jì)方法和習(xí)慣。本次采用的數(shù)字化建模方式便是采用這種建模方法。

Pro/E是美國參數(shù)科技公司開發(fā)出的CAD/CAE/CAM 軟件,三維建模也非常簡單方便,采用面單一數(shù)據(jù)庫和基于特征的參數(shù)化造型,可以虛擬組裝農(nóng)機(jī)零部件,驗(yàn)證零件之間的干涉等。

這些軟件中,UG軟件的功能最為強(qiáng)大,具有建模、造型、繪圖、裝配和加工等功能功能。

1)建模。建模是UG軟件最基本的功能之一,可根據(jù)模型特征繪制草圖,然后進(jìn)行拉伸和旋轉(zhuǎn)等操作,最后成型,在成型后也可對模型做出修改。

2)造型設(shè)計(jì)。對于復(fù)雜的農(nóng)機(jī)零部件(如曲面零件),可以通過UG軟件進(jìn)行造型。對于復(fù)雜的曲面形狀,UG軟件提供了掃描、橋接、網(wǎng)格曲面等一些功能,可以方便實(shí)現(xiàn)復(fù)雜零件的造型。

3)繪圖。在建模完成后,UG軟件可以直接將模型生成二維工程圖,還可以添加旋轉(zhuǎn)剖面和階梯剖面、定義形位公差和標(biāo)準(zhǔn)尺寸等,并保持和農(nóng)機(jī)零部件三維模型的一致性,有效提高了二維制圖的效率。

4)裝配。農(nóng)機(jī)零部件完成后,UG軟件還可以將建立的農(nóng)機(jī)零部件進(jìn)行虛擬裝配。在裝配時(shí),可根據(jù)約束關(guān)系來模擬真實(shí)的農(nóng)機(jī)裝配體,還可對零件進(jìn)行相關(guān)的修改。修改一個(gè)零件后,軟件自動相關(guān)其和其他零件的配合和關(guān)聯(lián)系等。

5)加工。UG可以根據(jù)建模和工藝設(shè)計(jì)自動生成數(shù)控加工的程序,還可以根據(jù)不同機(jī)床類型得到適合不同機(jī)床的加工程序。

刀具的選擇如圖3所示。在UG軟件中,生成加工程序后,可以根據(jù)不同機(jī)床的類型及待加工農(nóng)機(jī)零件的加工需求,來選擇合適的刀具。刀具選擇完成后,便可以進(jìn)行工序的選擇,如圖4所示。

在生成加工程序之前可以先創(chuàng)建工序,然后更新加工序來生成自動加工程序。由于農(nóng)機(jī)一些零部件工藝的復(fù)雜性,因此在設(shè)計(jì)過程中可以通過交流互動的方式來提高設(shè)計(jì)效率。

圖3 刀具的選擇

圖4 創(chuàng)建工序示意圖

農(nóng)機(jī)零件數(shù)字化設(shè)計(jì)微信公眾交互平臺如圖5所示。在農(nóng)機(jī)一些復(fù)雜零部件的設(shè)計(jì)過程中,可以通過建立農(nóng)機(jī)數(shù)字化設(shè)計(jì)的微信公眾平臺來實(shí)現(xiàn)交流交互。通過小組交流、同伴學(xué)習(xí)、技術(shù)討論和資源共享等,可以解決設(shè)計(jì)過程中遇到的一些技術(shù)難題,從而有效提高了設(shè)計(jì)效率。

3 基于微信交互式平臺的農(nóng)機(jī)數(shù)字化設(shè)計(jì)

在農(nóng)機(jī)零部件設(shè)計(jì)過程中,對于一些復(fù)雜的零部件需要采用曲面設(shè)計(jì)。例如,拖拉機(jī)前蓋板的曲面藝術(shù)樣條可以通過曲線網(wǎng)格命令來創(chuàng)建。創(chuàng)建完成后的模型如圖6所示。

圖5 農(nóng)機(jī)零件數(shù)字化設(shè)計(jì)微信公眾交互平臺

圖6 拖拉機(jī)前蓋板模型創(chuàng)建

在完成拖拉機(jī)前蓋板的建模后,為了加工出復(fù)雜的曲面模型,需要對加工工藝進(jìn)行分析。UG軟件可以自動生成程序,但對一些加工細(xì)節(jié)還需要通過技術(shù)交互式平臺進(jìn)行交流。

拖拉機(jī)前蓋板模型加工軌跡設(shè)計(jì)如圖7所示。為了生成拖拉機(jī)前蓋板模型的加工軌跡,本次創(chuàng)建了基于微信公眾平臺的交互式平臺。通過該平臺可以對農(nóng)機(jī)數(shù)字化設(shè)計(jì)過程的技術(shù)細(xì)節(jié)進(jìn)行交流,通過交流交互成功完成了加工軌跡的設(shè)計(jì),并對加工精度進(jìn)行了技術(shù)統(tǒng)計(jì),結(jié)果如表2所示。

圖7 拖拉機(jī)前蓋板模型加工軌跡設(shè)計(jì)

表2 加工精度對比

對基于平臺的加工精度和傳統(tǒng)的方法進(jìn)行了對比,可以看出:對于復(fù)雜農(nóng)機(jī)零部件的加工,基于平臺的加工精度要明顯高于傳統(tǒng)的方法。這是由于通過平臺可以進(jìn)行技術(shù)交流,更有利于專家經(jīng)驗(yàn)的獲取,從而有效提高了加工效率和加工精度。

4 結(jié)論

為了提高農(nóng)機(jī)復(fù)雜零部件的設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量,在農(nóng)機(jī)數(shù)字化設(shè)計(jì)過程中引入了一種基于微信公眾平臺的交互性平臺,通過數(shù)字化設(shè)計(jì)軟件和技術(shù)交流完成農(nóng)機(jī)零件的設(shè)計(jì)。以一款拖拉機(jī)前蓋板的曲面造型為例,采用交互性平臺對拖拉機(jī)蓋板進(jìn)行了設(shè)計(jì),并成功完成了加工路徑的規(guī)劃。最后,對加工精度進(jìn)行了對比,結(jié)果表明:采用微信交互平臺后,拖拉機(jī)蓋板的加工精度有了明顯的提升,為農(nóng)機(jī)的現(xiàn)代化數(shù)字設(shè)計(jì)提供了較有價(jià)值的參考。