農業機械智能化產品設計研究

朱靜靜

（山東華宇工學院，山東 德州 253000）

自動化控制技術在農業機械設計中起著重要的作用，因為農業機械的運行環境和設計都是復雜的。單靠檢測和控制系統是無法實現高效生產的。因此，有必要加強研發工作，以實現更有效的信息收集、集成和處理。在這些條件下，產生了智能農業機械。智能農業機械可以對傳感器反饋信號進行智能處理，同時與控制系統和操作者進行交互，完成信息交互，確保機械運行的可靠性和效率。

1 智能化設計技術概述

1.1 智能化設計

智能化設計是一種結合KBE和計算機輔助設計理論的現代設計方法。旨在模擬認知和行為特點，設計者在設計活動系統時可以使用大量的知識來設計、判斷、決策來定制和對智能產品進行設計。

1.2 智能化設計特點

基于已有理論和現代設計方法，借鑒相關知識、人工智能等技術手段，實現傳統CAD技術數值計算和圖形處理工具，構建一個出現出色的自動化智能設計。伴隨著大數據等概念的興起，智能生產、并行工程、虛擬現實技術和模擬技術等，以及更高層次的自動化整合多學科知識和支持大規模。在未來，智能設計技術將“以人為本”的設計理念，強調環境中的多個獨立代理合作網絡和分布式數據庫，實現并行性、協同，不斷的整合網絡產品設計。

產品設計過程本質上是一個重復決策過程，包括用戶需求評估，設計決定過程，技術問題決策和評價決策。在決策的過程中，用戶的需求模糊，模糊的設計空間，設計過程的復雜性，設計結果的多樣性及其相對精度，使智能設計系統不同于其他智能系統特別困難。因此，就其具體改善措施而言：（1）有效的需求分析，描述用戶的隱式和顯式需求，以得到進一步的分析處理和映射關系的設計產品和用戶的需求，從多方面的綜合分析和市場需求，職業競爭力和公司的情況。（2）描述需要分解和任務設計，理清各個任務之間關系，如何分配相應的需求決定產品的決策單元。（3）充分表達各類型的知識，建立結構良好的知識庫，合理地表示、分類、組織和管理不同類型的知識和數據。（4）知識推理機制有效融合和設計的產品是利用相應的推理機制，改善知識重用率和使用。根據重新設計的知識，可以確定產品重新設計的關鍵點和相應的參數。

2 農業機械智能化設計技術發展

2.1 農業機械的模塊化設計

模塊化設計是指在分析產品功能的條件下設計的一系列功能模塊，這些模塊的組合可以形成多種產品類型供客戶選擇。農業機械往往更為復雜，模塊往往無法充分適應，因此它們往往無法利用模塊化設計的優勢。因此，農業機械的模塊化設計必須在模塊劃分、優化和評價的各個方面進行。

2.1.1 模塊的劃分

今天，常用的劃分方法是分組和模塊劃分。建立數學規劃模型，并利用相應的算法得到模塊除法的最優解。分組通過矩陣和網絡的設計顯示生成元素的拓撲關系。同時，根據分組算法，計算了各部分分組模塊之間的區別。主要有兩種形式：一種是基于DSM分組的模塊分區方法，另一種是基于圖論的模塊分區方法。模塊分區方法更容易得到局部最優解，而聚類定律更復雜，一些更復雜的乘積不適用。結合模塊劃分標準，模塊劃分方法可分為產品功能、結構和模塊劃分方法生命周期三個層次。

2.1.2 模塊的優化及評價

產品的模塊化劃分更加靈活，不同的模塊化程序在模塊級別上也會有所不同。根據系統和模塊屬性等層次探索模塊產品優化，確定影響產品優化的因素，構建系統成本結構，重點提高系統運行成本。然而，模塊化設計在農業機械中的應用必須注意兩個方面：第一，農業機械的部件和功能通常具有一定的異質性，而部件之間的耦合力一般較高。因此，在劃分模塊的過程中，我們必須關注模塊的異質性，減少組件的同質性。此外，由于農業機械部件的復雜性，需要進一步考慮產品生命周期的影響；其次，需要結合客戶需求和設計知識來支持系統模塊參數的設計。模塊化設計需要一個更完整的應用系統，不僅要對模塊進行劃分，還要設計模塊的主要參數。

2.2 計算機輔助建模

目前，計算機輔助CAD系統主要用于參數化建模技術，在農業機械產品的數字設計中有廣泛的應用。產品模型的一般數據和標準不能有效地支持幾何結構等設計概念的轉移。然而，通過基于歷史的參數建模方法，宏命令可以用于交換CAD模型。CAD建模需要使用設計知識來實現智能設計，而設計知識和計算機建模的結合可以進一步保證模型的適用性。CAD模型設計知識分為幾個層次的隱性知識，如尺寸、標準和材料特性?；贜ISTCPM的面向并行工程的設計數據庫表示模型將知識描述為三個層次，并提出了一個基于知識的參數化設計系統。這些系統結合了AGMA標準和使用KBE技術對CAD系統進行建模?；趙eb技術的CAD建模系統可以更快地生成廣告模型和CNC代碼，形成一個通用的CAD參數模型。CDM模型是通過使用集成的工程概念和專家知識，結合標準設計編程和原型包來實現產品開發的自動化而創建的。

2.3 虛擬仿真

2.3.1 農業機械中虛擬仿真技術的運用

生物技術與農業技術的結合是將先進制造技術與智能控制技術以及新材料結合起來的先進手段。農業機械模擬涉及許多學科，如農業科學、力學和控制學。目前，雖然仿真工具可以解決大多數仿真問題，但要滿足農業機械復雜的、物理性的耦合要求，必須依靠多個農業機械領域的仿真。

2.3.2 虛擬現實技術的應用

VR技術的普及也對農業機械的設計產生了影響。對于一些結構復雜、設計困難的大型農業機械，VR技術可以對其外觀、功能和結構進行建模，并通過虛擬現實技術進行虛擬操作。評估產品的功能和設計，實現人與農業機械的靈活互動。在這個階段，VR技術在農業機械上的應用已經成為生活各方面的一個主要關注點。該技術的應用也取得了顯著的成果，主要用于虛擬裝配和虛擬實驗。首先是虛擬裝配技術。與一般的裝配技術相比，VR虛擬裝配可以實現農業機械在融入式條件下的裝配，并在產品的裝配方向上確定其裝配能力，設計裝配方案。特別是在一些最復雜的裝配任務中，VR技術具有顯著的優勢。由于VR技術的推廣，國內外對虛擬裝配建模技術和裝配工藝設計進行了深入的研究；第二，虛擬測試。利用VR技術完成農機虛擬測試，不僅可以預測產品性能，還可以讓操作者了解農機狀況。VR技術在農業機械虛擬實驗中的應用還不夠成熟，利用VR技術開發的非道路車輛虛擬樣機系統可以達到模擬駕駛的目的。通過這種方式，也可以對駕駛控制系統進行評估。

3 農業機械智能化設計的發展展望

3.1 將客戶需要作為方向的個性化設計

對于農業機械，客戶的要求和選擇是不同的且是分層的。利用大數據技術收集和組織客戶信息，分析客戶需求和偏好，研究農機使用、管理、客戶需求三者之間的聯系，構建用戶需求模型。另外，重點分析客戶需求和產品設計之間的轉換，如人工智能算法和理論，實現客戶領域對功能和領域的接觸性能，進而設計出更加科學和高性能的農業機械，實現客戶多樣性的要求。

3.2 將知識重用作為動力的建模技術

從農業機械生命周期的角度來看，多系統、多方面、多層次的數據交換和知識重用于所需的集成產品建模至關重要。目前常用的建模技術有本體建模和MBD技術建模。它們在航空航天工業和船舶中有共同的應用。它們可以有效地提高智能設計與智能生產的兼容性，特別是MBD技術，有效地提高農業機械產品的生產和連接方式，保證設計數據的可靠性，減少對其他信息的依賴。促進產品設計、產品加工制造和產品銷售的更廣泛的交流。因此，從生命周期角度而言，農業機械、農業機械產品開發的模型以及農業機械產品設計統一的概念，使用知識重用和一體化進程的生命周期，包括交換信息，是未來智能農業機械設計的主要研發方向。

4 結語

總之，現代農業的發展離不開智能農業機械。先進的智能技術與農業機械的設計和制造相結合，進一步加強了農業機械的功能和效率，促進了現代農業的穩定發展。在此基礎上，分析和研究農業機械智能設計技術的現狀和未來發展趨勢，決定了農業機械的未來發展及其在農業發展中的價值，是十分重要的。