農(nóng)業(yè)機(jī)械的設(shè)計(jì)特點(diǎn)與先進(jìn)方法應(yīng)用情況分析

徐 明

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

0 引言

隨著我國科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，以計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)據(jù)技術(shù)為基礎(chǔ)的多學(xué)科融合趨勢有效推動了機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域的發(fā)展，很多先進(jìn)的二維、三維、仿真、分析軟件被紛紛應(yīng)用到機(jī)械設(shè)計(jì)過程中，例如CAD、Pro-e、SolidWorks、ANSYS、ADAMS等軟件使機(jī)械設(shè)計(jì)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(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程紛紛與現(xiàn)代化的設(shè)計(jì)軟件和設(shè)計(jì)方法相結(jié)合，使各個行業(yè)的機(jī)械技術(shù)都得到了顯著提升。而從農(nóng)業(yè)機(jī)械的設(shè)計(jì)和研發(fā)過程來看，我國農(nóng)業(yè)機(jī)械無論是從設(shè)計(jì)方式還是制造技術(shù)均與國外農(nóng)機(jī)開發(fā)過程存在3年左右的差距。從先進(jìn)設(shè)計(jì)方法來說，先進(jìn)軟件的應(yīng)用和設(shè)計(jì)開發(fā)的流程均存在不合理問題，需要在設(shè)計(jì)過程中進(jìn)一步進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，以促進(jìn)我國農(nóng)機(jī)技術(shù)的進(jìn)一步提升。

1 現(xiàn)階段農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)特點(diǎn)

從目前來看，我國農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)過程仍比較傳統(tǒng)，在現(xiàn)代化設(shè)計(jì)方式和設(shè)計(jì)理念上提升相對較慢，受到農(nóng)機(jī)行業(yè)長久以來的粗放型設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)要求的影響，農(nóng)機(jī)企業(yè)在現(xiàn)階段的發(fā)展過程中，對于農(nóng)機(jī)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(fù)式設(shè)計(jì)，導(dǎo)致產(chǎn)品雷同化嚴(yán)重，產(chǎn)品型號眾多，但實(shí)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(jī)產(chǎn)品的發(fā)展和企業(yè)效益的提升。

1.1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡單，細(xì)節(jié)功能粗放

從現(xiàn)階段市場上應(yīng)用的農(nóng)機(jī)產(chǎn)品來看，產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和功能的精細(xì)化程度是大型農(nóng)機(jī)優(yōu)于中型農(nóng)機(jī)，中型農(nóng)機(jī)優(yōu)于小型農(nóng)機(jī)，但總體上的結(jié)構(gòu)形式和功能均較為粗放，與國外先進(jìn)技術(shù)對比存在較為明顯的技術(shù)落差。這一方面是我國農(nóng)機(jī)研發(fā)時(shí)間不足導(dǎo)致的，較短的研發(fā)時(shí)間造成了設(shè)計(jì)能力不足的問題，另一方面，現(xiàn)階段的農(nóng)業(yè)機(jī)械應(yīng)用環(huán)境對農(nóng)機(jī)產(chǎn)品的先進(jìn)性和精細(xì)程度要求不高，導(dǎo)致很多企業(yè)的產(chǎn)品研發(fā)過程只注重功能需求和時(shí)間反饋，不重視農(nóng)機(jī)產(chǎn)品在技術(shù)實(shí)力和產(chǎn)品深度優(yōu)化上的研究。以農(nóng)用播種機(jī)為例，很多產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)都極為相似，都包含開溝、播種、覆土、鎮(zhèn)壓等功能，但是設(shè)計(jì)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(shí)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(jī)產(chǎn)品實(shí)際應(yīng)用的不合理問題。

1.2 輔助軟件應(yīng)用較為基礎(chǔ)，深度不足

目前的農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，二維、三維軟件的應(yīng)用較為廣泛，其中以AutoCAD、SolidWorks等軟件應(yīng)用較多，能夠基本實(shí)現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、三維建模，并能利用計(jì)算軟件對產(chǎn)品進(jìn)行改進(jìn)與升級。但從機(jī)械設(shè)計(jì)的過程來看，對于計(jì)算機(jī)輔助軟件的應(yīng)用僅限于初級的產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程，而對于計(jì)算機(jī)軟件的深層利用則應(yīng)用明顯不足，一方面計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)軟件使用僅限于完成農(nóng)機(jī)零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和裝配，對于零件的受力分析、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、輕量化等設(shè)計(jì)應(yīng)用設(shè)計(jì)軟件解決的能力較弱；另一方面對于ANSYS、ADAMS等仿真分析、運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)驗(yàn)證軟件的應(yīng)用不足，設(shè)計(jì)中缺乏虛擬驗(yàn)證和技術(shù)改進(jìn)的過程，導(dǎo)致農(nóng)機(jī)產(chǎn)品的開發(fā)過程可行性驗(yàn)證不充分，只能依靠后續(xù)試驗(yàn)進(jìn)行大量優(yōu)化，延長了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和開發(fā)周期。

1.3 功能設(shè)計(jì)與我國農(nóng)業(yè)實(shí)際需求脫節(jié)

我國很多自主農(nóng)機(jī)產(chǎn)品最初的研發(fā)是依靠國外成熟技術(shù)的引進(jìn)實(shí)施的，因此，農(nóng)機(jī)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、功能在一定程度上保留了國外設(shè)計(jì)人員針對于國外生產(chǎn)環(huán)境所考慮的細(xì)節(jié)，而這些機(jī)械在引進(jìn)的過程中，盡管進(jìn)行了很多本土化的實(shí)用性改進(jìn)，但由于其不是從我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際出發(fā)進(jìn)行的設(shè)計(jì)，其在實(shí)際應(yīng)用過程中仍會不可避免地存在較多不適用問題，同時(shí)很多針對本土化特點(diǎn)的技術(shù)研發(fā)與改進(jìn)由于缺少農(nóng)機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)最初的理論依據(jù)，導(dǎo)致農(nóng)機(jī)的優(yōu)化和使用能力提升緩慢，此外，很多國產(chǎn)的農(nóng)機(jī)產(chǎn)品在進(jìn)行技術(shù)開發(fā)的過程中缺少對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際需求的調(diào)研，導(dǎo)致農(nóng)機(jī)產(chǎn)品的實(shí)際功能與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需求不相符，造成了設(shè)計(jì)過程的不合理問題。

2 農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)的先進(jìn)方法

2.1 農(nóng)業(yè)機(jī)械的標(biāo)準(zhǔn)化流程設(shè)計(jì)

我國存在著農(nóng)機(jī)企業(yè)眾多、企業(yè)的技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)品設(shè)計(jì)相對獨(dú)立的特點(diǎn)，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)機(jī)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(jìn)農(nóng)機(jī)企業(yè)提升產(chǎn)品研發(fā)能力的同時(shí)，也應(yīng)以農(nóng)機(jī)管理部門和農(nóng)機(jī)學(xué)會等為主體，引導(dǎo)農(nóng)業(yè)機(jī)械的設(shè)計(jì)流程向著統(tǒng)一化和標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展，并利用現(xiàn)代化的數(shù)字技術(shù)建立農(nóng)機(jī)產(chǎn)品研發(fā)基礎(chǔ)平臺，將相關(guān)的產(chǎn)品形成標(biāo)準(zhǔn)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(jī)械形成最合理的設(shè)計(jì)流程，從國外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化管理的應(yīng)用來看，標(biāo)準(zhǔn)流程的農(nóng)機(jī)產(chǎn)品研發(fā)相對于傳統(tǒng)的研發(fā)過程可使時(shí)間縮短30%～50%，同時(shí)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(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化的流程設(shè)計(jì)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(jī)產(chǎn)品的模塊化與柔性設(shè)計(jì)

模塊化的設(shè)計(jì)理念最早應(yīng)用于計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，以自動化辦公軟件的功能選擇作為最初的應(yīng)用，而近年來在機(jī)械產(chǎn)品的相關(guān)行業(yè)，也逐漸開始應(yīng)用模塊化技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)與開發(fā)。例如汽車廠商對于汽車產(chǎn)品的模塊化設(shè)計(jì)和功能應(yīng)用已經(jīng)十分普及，以大眾集團(tuán)的MQB平臺為例，產(chǎn)品的研發(fā)周期、功能設(shè)計(jì)、可靠性等方面都實(shí)現(xiàn)顯著提升，同時(shí)產(chǎn)品研發(fā)的成本也顯著降低。從農(nóng)機(jī)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(shè)計(jì)的條件，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的過程中逐漸使農(nóng)機(jī)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(jī)產(chǎn)品功能，使農(nóng)機(jī)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)具有明顯的柔性化特點(diǎn)。模塊化的設(shè)計(jì)也必須要以農(nóng)機(jī)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化為前提，在設(shè)計(jì)過程中建立全面的功能和結(jié)構(gòu)模塊庫，根據(jù)客戶需求在模塊庫中選取合適的模塊進(jìn)行組合，并對整體進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而快速設(shè)計(jì)并生產(chǎn)出具有定制化特點(diǎn)的農(nóng)機(jī)產(chǎn)品，使農(nóng)機(jī)產(chǎn)品的適用性顯著提高。

2.3 重視智能化設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械設(shè)計(jì)軟件能夠更好地替代傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程，尤其是在數(shù)字技術(shù)逐漸完善的今天，農(nóng)業(yè)機(jī)械的產(chǎn)品研發(fā)和設(shè)計(jì)過程中應(yīng)更好地利用智能軟件獲取合理的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)資源，在設(shè)計(jì)過程中利用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)資源優(yōu)化設(shè)計(jì)過程。由于不同的農(nóng)機(jī)產(chǎn)品在設(shè)計(jì)過程中存在著很多細(xì)節(jié)方面的共同點(diǎn)，在設(shè)計(jì)過程中除仍需以人的思維進(jìn)行主體功能和結(jié)構(gòu)布置外，農(nóng)業(yè)機(jī)械的設(shè)計(jì)應(yīng)更好地利用計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、受力分析、仿真模擬，使傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)問題更多地在現(xiàn)代技術(shù)的輔助下得以消除。此外農(nóng)業(yè)機(jī)械的設(shè)計(jì)過程也應(yīng)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(jī)產(chǎn)品的研發(fā)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際需求和農(nóng)機(jī)行業(yè)發(fā)展實(shí)際難題相結(jié)合，從而提高農(nóng)機(jī)產(chǎn)品開發(fā)的實(shí)際價(jià)值和學(xué)術(shù)價(jià)值。

3 結(jié)語

總體上講，我國現(xiàn)階段的農(nóng)業(yè)機(jī)械在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、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(jī)械的設(shè)計(jì)對計(jì)算機(jī)軟件的應(yīng)用及對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際需求的了解都不充足，造成農(nóng)機(jī)產(chǎn)品的技術(shù)提升緩慢和適用性不足問題，因此，在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)的過程中，研發(fā)人員應(yīng)在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上大膽創(chuàng)新，敢于嘗試新的設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)方法，只有在農(nóng)機(jī)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)上實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化，農(nóng)業(yè)機(jī)械的整體實(shí)力才能隨之得到提升，才有利于保障我國農(nóng)業(yè)機(jī)械化產(chǎn)業(yè)得到更好、更快的發(fā)展。