數字化設計技術在農業機械設計中的應用分析

席 艷

（江西科技學院，江西 南昌 330098）

農業機械產品具有種類多、結構復雜、易操作等特點，我國是農業大國，農業機械具有廣闊的市場發展前景。當前，我國農業機械化建設發展較好[1-2]，但與發達國家相比，我國農業機械化水平仍有待提高。因此，我國需利用數字化設計技術，明晰數字化設計技術的內涵與優點，并將當下我國的實際情況與數字化設計技術融合起來，使數字化設計技術能發揮出最大的功效與價值，因此在農業機械設計中加入數字化設計技術有著重要意義[3]。

1 農業機械設計領域的發展現狀

1.1 專業人才隊伍匱乏

農業機械化是農業發展的強大推動力，與發達國家相比，我國在農業機械化道路上起步較晚。同時，由于長期受傳統觀念的制約，農民整體文化水平較低，數字技術人才缺乏，導致農業發展觀念滯后，且未對農戶進行專業的培訓，農民對農業機械化發展認識不足，對先進設備的接受程度不高[4]。

1.2 對農業機械化發展的支持不足

我國土地遼闊，農作物品種繁多，由于農作物特性的差異，對農業機械產品提出了更高的要求。農業機械產品需要根據不同作物的生長特性和不同地區的地理特征進行開發和生產。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。針對這些產品，不僅要進行研發和生產，還要根據實際情況不斷更新，需要龐大的人力和財力。農業機械化缺乏社會廣泛支持，加上傳統技術手段難以滿足要求，進一步阻礙了農業機械設計的發展。

2 數字化設計技術在農業機械設計的應用

2.1 虛擬現實技術的應用

目前，VR（Virtual Reality）虛擬現實技術被逐漸應用于社會的各個領域，同時，虛擬現實技術在農業機械設計技術領域中也有著廣闊的實踐空間，虛擬現實技術的開發給農業機械設計實踐帶來了較大改變。VR技術融合了3D圖形、音頻、多元化等技術元素，帶給設計師和用戶先進的設計理念和豐富的實踐體驗[5]。近年來，我國在大型農業機械的設計中，將虛擬現實技術應用于農業機械產品的某些性能仿真，可以實現產品結構和性能的調整和優化。同時，建立的信息反饋平臺提高了生產企業與市場的溝通效率，豐富了實踐手段，使更多的客戶關注到產品的構造與功能優勢。將VR技術運用到農業生產活動中，不僅使設計要求得到滿足，還使質量要求得到了滿足；同時，還能提高農業生產期間的效率。此外，運用VR技術還能夠提前做模擬預演，使人們可以在設計完工之前提前了解設計效果的真實情況，對存在的問題進行分析與完善，最終提高機械設備的合理性與有效性。

2.2 CAD技術的應用

CAD是現代化技術形式的一種，其工作的基本原理是充分運用計算機技術來開展其他工作。當CAD應用到農業機械設計中時，常被用到的環節就是繪制圖紙，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，專業技術人員會將提前決定的產品參數一個個錄入系統中；最后，選定計算機的程序功能，進而得到一個準確的設計圖形。該技術的應用可以有效優化農業機械設計的內容，如在繪制圖紙時，尺寸、規格及參數都是固定的，若人工測量則會存在誤差，據此制造出來的農業機械設備就有可能產生質量問題。利用數字化設計技術，可以減小誤差，從而提高準確率[6]。用戶想要設計參數化，只需找出對應模塊名稱并將對應的設計界面打開，就能看到詳細的模型參數化情況。若用戶想要重生模型，僅需將需要的參數輸入到界面，系統進行自動驗證，就可得到新的模型。其主要的實現流程如下：

第一步，創建初始模型，該模型需按照零件設計要求設計，且樣本選擇的是三維模型，之后的約束關系及特征參數將依照參數化設計來創建。

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

第三步，創建新零件模型，需要依據新特征參數來生成。

三維模型參數化設計過程如圖1所示。

圖1 三維模型參數化設計過程

2.3 產品協同技術的應用

在如今的市場競爭中，市場發展環境的復雜化導致競爭形式愈發嚴峻，因此，在農業機械產品市場中顧客的要求也在不斷提高。全球經濟一體化的背景下，部門協同合作甚至跨企業跨國家共同合作制造產品成為一種必然模式。據統計，70%以上的農業機械產品均由多家企業或多個部門共同合作完成，如何在數據庫海量的資源中探尋科學的數據已成為企業間競爭的重點，這也是企業能否取得成功的最大挑戰[7]。值得一提的是，國外多數企業會將諸多的零部件備件信息存儲在自身的服務器中，并定期進行更新。例如，檢索原型系統，就可以很好地通過它來進行實時檢索。其結構按照功能結構要求劃分為三層：第一層是應用程序表現層，其包含了系統的主框架及各種子窗口，其作用是與用戶操作者聯系，讓用戶能夠直觀、具象地從用戶界面上瀏覽所有的數據并對這些數據進行管理，同時還能將用戶給予的數據輸入其中，經過系統處理后將用戶所需要的結果輸出；第二層是業務邏輯層，其主要作用是封裝各項操作，還會提供接口，該接口能讓應用程序表現層調用，通常這一層封裝的業務包含局部檢索、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，該接口能讓中間業務層調用，以便提取各種特征。從我國農業機械設計產品的發展情況可以看出，讓零部件供應廠商自己提供產品信息，將備件信息公布在自己的服務器上，引導供應商去查詢搜索產品零件的指標、參數及特征、性能，有利于未來的設計發展。

2.4 大數據挖掘算法的應用

在農機裝備產品的數字化研發過程中，設計和制造會產生海量的數據，此時需要運用智能化算法對這些數據進行分析和處理，通過數據挖掘的方式找到數據間的關聯性，并建立經驗數據庫。當經驗數據庫的規模足夠大時，就可以將這些經驗數據直接用于自動化生產類似的新產品部件，達到智能化制造的目的。基于云存儲網絡可以搭建智能制造系統，采用云存儲技術可以對智能系統生產過程中產生的海量數據進行存儲，大數據挖掘算法可以對數據進行分析和挖掘。不管從物料方面還是產品營銷方法或智能機床的監測方面，智能云存儲和大數據挖掘都發揮著重要作用。目前，神經網絡和聚類算法是典型的數據挖掘算法，這兩種算法發展較早，理論比較成熟，因此可以將其應用于農機的智能化制造系統的設計中。神經網算法的工作原理模擬了人的神經元細胞的作用流程，通過對輸入數據進行分析、處理和挖掘，最終輸出想要得到的理想結果[8]。在對農機產品制造過程的數據進行分析時，主要利用神經網算法確定權值和置信度；在關聯算法中，需要創建每個數據記錄候選集的支持度，然后通過數據之間的關聯性對數據進行分類。通過神經網絡算法和聚類分析，在農機產品部件的智能化制造過程中，可以快速診斷出生產線是否存在故障，并確定故障的類型[9]。利用大數據存儲技術可以將各種傳感器采集得到的數據進行存儲，并利用神經網絡算法和聚類算法對數據進行挖掘。如果確定制造過程中有存儲故障，智能決策系統則可以對加工系統的作業姿態進行調整；如果需要對整個工藝和加工流程進行調整，則可以臨時關閉生產線，待工藝和流程優化后繼續生產，從而保證產品的加工質量。

3 農業機械數字化設計的發展前景

3.1 滿足實際需求

隨著時代的發展，農業機械設計不斷向前發展，不同消費者的需求不同，因此也伴隨著相應的問題。現代化的農業機械設計除了滿足外觀以外，還有性能與功能等方面的要求。基于此，伴隨著使用場景的不同，適用人群的不同，農業機械設計還應該將各種需求的協同作用考慮在內。如此，將數字化設計技術融入農業機械設計中就顯得意義重大，數字化設計技術可以多方協同，促進設計者與廠家實現相互配合，共同完成產品的開發、設計、制造。這樣既能夠體現出數字化設計理念下的產品協同優勢，同時也可以真正制造出符合人們實際需要的產品，為農業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

從當前國內農業機械設計行業用到VR的情況來看，相較于國外的一些設計來說，在機械設備中融入VR技術的覆蓋面還需要不斷擴大，尤其是在可視化技術方面，國外一般是將CAD作為核心技術，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環境中，以此保證能夠實現強化設備的目標。如一種農業機械設備，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，在國外的發達國家，VR技術在農業機械設計中的應用已經相對比較廣泛，并且技術也趨于成熟，我國還需要不斷地完善VR技術在農業機械設備中的應用，不斷地完善理論基礎和模式。

4 結語

在互聯網時代背景下，運用數字化技術以制造出效果更好、性能更佳的農業機械設備已成為必然趨勢。因此，我國需繼續提升數字技術水平，并將二者相融合，使得我國的農業機械設計獲得更多的經濟效益，擁有更大的發展空間，最終促進我國農業的穩定發展。