基于MBD和數(shù)控編程控制的智能化農(nóng)機(jī)制造技術(shù)研究

鄭海燕

摘要：我國(guó)作為一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，在全球化背景下，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展更要能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械化、智能化方向發(fā)展。而事實(shí)上當(dāng)前我國(guó)農(nóng)機(jī)制造行業(yè)的發(fā)展中，所采用的制造技術(shù)整體較為落后，不能夠滿足時(shí)代的發(fā)展需求，更不能夠起到推動(dòng)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展的積極作用。因此展開智能化農(nóng)機(jī)制造技術(shù)的研究具有現(xiàn)實(shí)意義。下文基于MBD和數(shù)控編程控制技術(shù)的設(shè)計(jì)理論入手，提出新時(shí)期智能化農(nóng)機(jī)制造技術(shù)的現(xiàn)狀，展開MBD和數(shù)控編程控制的智能化農(nóng)機(jī)制造技術(shù)的整合應(yīng)用探討，以期為農(nóng)機(jī)智能化制造提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：MBD;數(shù)控編程控制;智能制造;農(nóng)機(jī)設(shè)備

0? 引言

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展需要依靠農(nóng)業(yè)制造業(yè)來(lái)實(shí)現(xiàn)，為了推動(dòng)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，將現(xiàn)代制造技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)機(jī)制造中成為當(dāng)務(wù)之急。基于我國(guó)的現(xiàn)代制造技術(shù)以及農(nóng)業(yè)制造發(fā)展的實(shí)際需求可知，當(dāng)前數(shù)控機(jī)床技術(shù)、虛擬技術(shù)、計(jì)算機(jī)集成系統(tǒng)等技術(shù)都廣泛地應(yīng)用到農(nóng)業(yè)機(jī)械制造中，在提高農(nóng)機(jī)制造效率、農(nóng)機(jī)設(shè)備性能質(zhì)量等方面發(fā)揮著巨大的作用。而伴隨著現(xiàn)代制造技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，現(xiàn)代制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)了集成化、綜合化發(fā)展，越來(lái)越多的現(xiàn)代制造技術(shù)被整合應(yīng)用于農(nóng)機(jī)制造中，更進(jìn)一步地提升農(nóng)機(jī)設(shè)備的結(jié)構(gòu)性能，提高農(nóng)機(jī)制造設(shè)計(jì)數(shù)字化優(yōu)勢(shì)。

1? 智能化農(nóng)機(jī)制造技術(shù)的現(xiàn)狀

1.1 智能化農(nóng)機(jī)制造技術(shù)的概述

智能化農(nóng)機(jī)制造技術(shù)是指將智能制造技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)和制造中，提高農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品的智能水平。伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息化技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)前智能制造技術(shù)在農(nóng)機(jī)制造行業(yè)中的應(yīng)用有成組技術(shù)、敏捷制造、并行工程、快速成型技術(shù)、虛擬制造技術(shù)以及智能制造技術(shù)。這些智能技術(shù)為農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造帶來(lái)了積極的作用。如，成組技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械制造中的應(yīng)用，其將農(nóng)業(yè)機(jī)械的各個(gè)零部件制造工藝進(jìn)行數(shù)字化處理，之后完成相同工藝或是結(jié)構(gòu)的零件組成零件組完成批量加工，由此減少農(nóng)業(yè)機(jī)械零部件生產(chǎn)加工中所消耗的時(shí)間和材料，有效地提高農(nóng)業(yè)機(jī)械加工生產(chǎn)效率，節(jié)約生產(chǎn)成本。智能制造技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械制造設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，其所開發(fā)形成的智能系統(tǒng)，能夠完成對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械各種材料以及制造流程的智能化分析，如此提高整個(gè)制造設(shè)計(jì)流程的智能化水平。總之，智能制造技術(shù)在農(nóng)機(jī)制造中的應(yīng)用是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，值得進(jìn)一步推廣應(yīng)用[1]。

1.2 智能化農(nóng)機(jī)制造技術(shù)的應(yīng)用不足

上述提到智能制造技術(shù)在農(nóng)機(jī)制造設(shè)計(jì)中的應(yīng)用必要性和重要性，也提出當(dāng)前市面上借助智能技術(shù)展開農(nóng)機(jī)制造已經(jīng)成為趨勢(shì)所在，各地區(qū)也由此取得一定的成就。但是事實(shí)上在我國(guó)智能化農(nóng)機(jī)制造技術(shù)發(fā)展應(yīng)用過(guò)程中，仍舊存在一些不足，促使智能化農(nóng)機(jī)制造技術(shù)的實(shí)現(xiàn)集成創(chuàng)新發(fā)展。①先進(jìn)制造技術(shù)無(wú)法充分應(yīng)用。雖然有諸多的先進(jìn)制造技術(shù)可以應(yīng)用到農(nóng)機(jī)制造中，但是受到我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械制造行業(yè)發(fā)展基礎(chǔ)差等因素的影響，當(dāng)前較多的智能化制造技術(shù)并未得到有效應(yīng)用。如，CAD等數(shù)字化技術(shù)在農(nóng)機(jī)制造設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，流于表面，并未通過(guò)CAD技術(shù)來(lái)展開智能化農(nóng)機(jī)制造技術(shù)的優(yōu)化升級(jí)。甚至是一些中高檔的數(shù)控機(jī)床的利用率都不高。②自動(dòng)化智能化程度不夠高。事實(shí)上隨著社會(huì)的發(fā)展，各種智能制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)了集成發(fā)展，各種成熟的先進(jìn)技術(shù)需要在技術(shù)整合的基礎(chǔ)上應(yīng)用才能夠提高其精準(zhǔn)度。而事實(shí)上，我國(guó)智能化農(nóng)機(jī)制造技術(shù)的應(yīng)用自動(dòng)化水平不夠高，許多智能化技術(shù)以及先進(jìn)的自動(dòng)化設(shè)備沒有得到普及。更因?yàn)楫?dāng)前智能化農(nóng)機(jī)制造技術(shù)人員的技能水平不高，無(wú)法熟練的應(yīng)用各種先進(jìn)智能制造技術(shù)。

2? 基于MBD和數(shù)控編程控制的機(jī)械制造設(shè)計(jì)流程

針對(duì)智能化農(nóng)機(jī)制造技術(shù)發(fā)展所存在著的集成性、自動(dòng)化程度不高等問(wèn)題，當(dāng)前是要能夠站在技術(shù)集成整合的基礎(chǔ)上，將兩個(gè)或是兩個(gè)以上的智能制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)功能整合，制定起全新的機(jī)械制造設(shè)計(jì)流程。以MBD和數(shù)控編程控制技術(shù)整合下的農(nóng)機(jī)制造技術(shù)在計(jì)算機(jī)技術(shù)的支持下，實(shí)現(xiàn)了階段性發(fā)展，現(xiàn)階段呈現(xiàn)出3D獨(dú)立模型發(fā)展特點(diǎn)[2]。

2.1 基于MBD和數(shù)控編程控制的機(jī)械制造設(shè)計(jì)發(fā)展歷程

MBD技術(shù)也稱為三維標(biāo)注技術(shù)，是三維模型取代二維工程圖成為加工制造的唯一數(shù)據(jù)源的核心技術(shù)。MBD技術(shù)的應(yīng)用需要依賴于全周期數(shù)據(jù)，只有完成的模型數(shù)據(jù)，才能夠搭建起集成的三維實(shí)體模型來(lái)表達(dá)產(chǎn)品的工藝信息，將產(chǎn)品的尺寸定義、工藝信息利用數(shù)字化的方式呈現(xiàn)出來(lái)。數(shù)控編程控制是數(shù)控加工準(zhǔn)備階段的重要技術(shù)，其是從零件圖獲得數(shù)控加工程序的全過(guò)程。基于MBD和數(shù)控編程控制技術(shù)的機(jī)械制造設(shè)計(jì)就是從MBD三維標(biāo)準(zhǔn)圖紙中獲得產(chǎn)品的工藝加工過(guò)程，編寫形成數(shù)控加工程序。根據(jù)計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的發(fā)展可知，MBD和數(shù)控編程控制技術(shù)歷經(jīng)來(lái)2D圖紙、2D的圖紙+3D模式、3D模式+簡(jiǎn)化標(biāo)注圖、3D獨(dú)立模型四個(gè)階段。

2.2 基于MBD和數(shù)控編程控制的機(jī)械制造設(shè)計(jì)流程

當(dāng)前市面上常用MBD和數(shù)控編程控制的機(jī)械制造設(shè)計(jì)主要是3D獨(dú)立模型，其實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品形狀和制造特征的三維注釋標(biāo)注設(shè)計(jì)，更提高了產(chǎn)品加工制造工藝的數(shù)字化的精確度。基于3D獨(dú)立模型下的智能化機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)主要包括4個(gè)步驟：①借助MBD工程技術(shù)完成對(duì)產(chǎn)品數(shù)據(jù)信息的收集，根據(jù)產(chǎn)品需求性能分析進(jìn)行產(chǎn)品3D模型的設(shè)計(jì)和建立。②按照數(shù)控編程器完成產(chǎn)品幾何模型建立，進(jìn)行控制器參數(shù)分析和集成。③實(shí)現(xiàn)對(duì)仿真平臺(tái)設(shè)計(jì)，完成離線仿真和實(shí)時(shí)仿真實(shí)驗(yàn)。④根據(jù)仿真結(jié)果對(duì)工藝路線進(jìn)行產(chǎn)品工藝生產(chǎn)路線的優(yōu)化，完成加工制造。

3? 基于MBD和數(shù)控編程控制的智能化農(nóng)機(jī)制造技術(shù)分析

3.1 完成MBD和數(shù)控編程控制的智能化農(nóng)機(jī)制造工藝分析

傳統(tǒng)的農(nóng)機(jī)制造工藝有階段性設(shè)計(jì)以及銷售服務(wù)兩個(gè)模塊，階段性工藝設(shè)計(jì)是核心所在，其包括概念設(shè)計(jì)、模型設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、加工制造等模塊，且是按照總體方案設(shè)計(jì)、初步設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)以及試制流程完成的。這種研發(fā)模式下導(dǎo)致產(chǎn)品的設(shè)計(jì)智能從主體單向傳遞，容易出現(xiàn)設(shè)計(jì)產(chǎn)品的返工，使得農(nóng)業(yè)制造設(shè)計(jì)研發(fā)的周期增加。在MBD和數(shù)控編程控制下的智能化農(nóng)機(jī)制造中，能夠在此工藝基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化農(nóng)機(jī)制造工藝優(yōu)化完善。如，可以將設(shè)計(jì)總體模式導(dǎo)入到數(shù)字化協(xié)同應(yīng)用平臺(tái)中，利用人機(jī)交互的方式對(duì)工藝進(jìn)行規(guī)劃和仿真，然后將數(shù)仿真結(jié)果以傳送到數(shù)據(jù)庫(kù)中，發(fā)揮專家作用對(duì)此加工制造過(guò)程進(jìn)行修改，修改后的工藝流程如圖1所示。在新的工藝流程中，智能化農(nóng)機(jī)制造實(shí)現(xiàn)了可視化發(fā)展，每一個(gè)制造加工環(huán)節(jié)都能夠得到針對(duì)性的優(yōu)化改善[3]。

3.2 完成MBD和數(shù)控編程控制的智能化農(nóng)機(jī)制造平臺(tái)設(shè)計(jì)

按照MBD和數(shù)控編程控制下的智能化農(nóng)機(jī)制造流程可知，大多數(shù)的工藝是依靠數(shù)字化平臺(tái)所展開的。如，以裝配工藝為例，設(shè)計(jì)人員對(duì)不同工藝內(nèi)容的不同裝配流程展開仿真，在MBD技術(shù)支持下，農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品的三維模型標(biāo)準(zhǔn)清晰、精確，而后根據(jù)catia軟件、pde軟件等，完成對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品資源的選擇、產(chǎn)品工裝數(shù)據(jù)的管理優(yōu)化，最后完成對(duì)裝配工藝規(guī)劃和制定的優(yōu)化，其仿真平臺(tái)設(shè)計(jì)如圖2所示[4]。

3.3 進(jìn)行MBD和數(shù)控編程控制的智能化農(nóng)機(jī)制造工藝驗(yàn)證

在pdm系統(tǒng)、vericut仿真優(yōu)化系統(tǒng)支持下，農(nóng)機(jī)制造工藝規(guī)劃和仿真實(shí)驗(yàn)得到不斷的優(yōu)化修正，最后輸出工藝規(guī)劃文件，而這一工藝規(guī)劃文件的效率和精度是否滿足當(dāng)下的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求，需要進(jìn)行一定的農(nóng)機(jī)制造化制造驗(yàn)證。以智能拖拉機(jī)制造技術(shù)為例，通過(guò)初步設(shè)計(jì)幾何信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)拖拉機(jī)農(nóng)機(jī)的MBD三維建模技術(shù)，呈現(xiàn)出產(chǎn)品的幾何模型信息和備注信息處理。如，展開對(duì)拖拉機(jī)的尺寸和公差，粗糙度和熱處理方法的處理，建立起MBD管理樹。MBD管理樹上的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都表示一個(gè)零部件制造狀態(tài)，按照節(jié)點(diǎn)上的數(shù)據(jù)完成對(duì)不同階段的制造應(yīng)用。如，在農(nóng)機(jī)不同零部件的刀具信息應(yīng)用中，利用MBD管理樹可以將不同零部件的制造所對(duì)應(yīng)的不同刀具進(jìn)行編號(hào)排列，每一個(gè)編號(hào)對(duì)應(yīng)一個(gè)刀具信息，利用智能化數(shù)控加工仿真系統(tǒng)，搭建起刀具模型庫(kù)，展開對(duì)農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)制造工藝自動(dòng)化設(shè)計(jì)應(yīng)用[5]。

4? 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，基于MBD和數(shù)控編程控制下的農(nóng)機(jī)制造技術(shù)，其實(shí)現(xiàn)了數(shù)控編程同三維標(biāo)注設(shè)計(jì)的協(xié)同設(shè)計(jì)發(fā)展，可以說(shuō)將農(nóng)機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造工藝集成化發(fā)展。當(dāng)前在MBD和數(shù)控編程控制下的智能化農(nóng)機(jī)制造技術(shù)的應(yīng)用歷經(jīng)模型設(shè)計(jì)建立，設(shè)計(jì)需求分析，集合模型和控制器集成應(yīng)用，以及仿真實(shí)驗(yàn)，路線優(yōu)化等四個(gè)步驟流程。這些流程都是基于農(nóng)機(jī)制造設(shè)計(jì)平臺(tái)所實(shí)現(xiàn)的，因此需要搭建起這一系統(tǒng)平臺(tái)，進(jìn)行系統(tǒng)平臺(tái)的功能開發(fā)，逐一展開四個(gè)制造工藝。

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