CAD技術(shù)對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)軟件的作用及組成

賈杰，張倩茹

CAD技術(shù)對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)軟件的作用及組成

賈杰1，張倩茹2

（1.山西省機(jī)電設(shè)計(jì)研究院，山西太原030009；2.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹研究所，果樹種質(zhì)創(chuàng)制與利用山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西太原030031）

隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，CAD技術(shù)對(duì)于農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)有著巨大的促進(jìn)作用。通過介紹CAD技術(shù)對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)的發(fā)展作用及其在農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)軟件的組成，提出CAD技術(shù)對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)軟件的展望。

CAD；農(nóng)業(yè)機(jī)械；ADAMS

我國(guó)是農(nóng)業(yè)機(jī)械大國(guó)，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)通常由手工完成，很難進(jìn)行復(fù)雜的理論分析和綜合計(jì)算。隨著計(jì)算機(jī)行業(yè)的發(fā)展，CAD技術(shù)也廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械的設(shè)計(jì)當(dāng)中，采用CAD技術(shù)可以提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)效率、優(yōu)化設(shè)計(jì)方案、簡(jiǎn)短設(shè)計(jì)時(shí)間，還能對(duì)產(chǎn)品的創(chuàng)新起到積極促進(jìn)的作用[1-3]。運(yùn)用CAD技術(shù)可以促進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械行業(yè)發(fā)展，使我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)達(dá)到發(fā)達(dá)國(guó)家水平。

1 CAD技術(shù)對(duì)于農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)的發(fā)展作用

隨著農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、農(nóng)民收入水平和工業(yè)化水平的提高，農(nóng)村農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力數(shù)量、素質(zhì)和結(jié)構(gòu)正在發(fā)生著變化，這就意味對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械化源源不斷地產(chǎn)生著新的需求，農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展迫在眉睫。近年來，農(nóng)業(yè)機(jī)械化得到了飛速發(fā)展，我國(guó)已成為世界上最大的農(nóng)機(jī)生產(chǎn)國(guó)之一，擁有強(qiáng)大的農(nóng)機(jī)制造能力。目前我國(guó)已有11.44億kW的農(nóng)機(jī)總動(dòng)力，超過65%的主要農(nóng)作物耕種收獲采用綜合機(jī)械化，農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展的政策體系日益完善，農(nóng)村經(jīng)營(yíng)體制的變革，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，又為農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展提供了新的動(dòng)力[4]。

隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中大量采用了CAD技術(shù)，使CAD技術(shù)得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。CAD技術(shù)較傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作可以大大縮短設(shè)計(jì)時(shí)間，減少重復(fù)勞動(dòng)，提高設(shè)計(jì)工作的效率，增加各個(gè)農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的聯(lián)系，促進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量的提高[5]。CAD技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)當(dāng)中有著自己得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，其主要表現(xiàn)為：一是對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械的各個(gè)零部件設(shè)計(jì)提供了進(jìn)行裝配的功能，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法可以單獨(dú)設(shè)計(jì)的部分，但卻因?yàn)楦鱾€(gè)零部件之間的配合導(dǎo)致經(jīng)常性失敗，CAD技術(shù)在虛擬環(huán)境的總體設(shè)計(jì)部分，可以掃描周圍的零部件設(shè)計(jì)，通過動(dòng)態(tài)回放的方式快速找到誤差源；二是大大縮短設(shè)計(jì)時(shí)間，CAD技術(shù)屬于先進(jìn)的設(shè)計(jì)軟件，高機(jī)動(dòng)性設(shè)計(jì)技術(shù)，軟件設(shè)計(jì)在農(nóng)業(yè)機(jī)械創(chuàng)新有一個(gè)巨大的優(yōu)勢(shì)，即可以保持原來農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)信息而對(duì)其零部件局部進(jìn)行修改和創(chuàng)新，從而避免了大量重復(fù)勞動(dòng)，又實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的創(chuàng)新。

2 基于CAD技術(shù)的農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)軟件的組成

2.1 軟件工具

現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中可以選用UG，Solidworks，Pro/E等三維畫圖軟件來進(jìn)行建模，這些軟件全都具有很強(qiáng)的零件裝配和運(yùn)動(dòng)模擬功能，可以構(gòu)建出農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品的初步三維模型。構(gòu)建出三維模型后應(yīng)用ADAMS運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真軟件對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真，為接下來的工作做好準(zhǔn)備。

2.2 軟件構(gòu)建

農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品軟件的結(jié)構(gòu)流程需要依據(jù)軟件設(shè)計(jì)的目標(biāo)、內(nèi)容而確定，有效軟件流程的形成需要從CAD圖紙到Pro/E建模，再到ADAMS運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真及其中間的數(shù)據(jù)分析和校核，完備的3D組件農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)也是必不可少的。

2.3 軟件制作

使用數(shù)控件去實(shí)現(xiàn)“部件”場(chǎng)景，控件內(nèi)的各部分內(nèi)容可直接選擇，使用Direct3D技術(shù)來構(gòu)建3D圖形的顯示和動(dòng)畫，使得制作的軟件具有良好的實(shí)際性能和效果，另外文件系統(tǒng)以XML文件實(shí)現(xiàn)。

3 基于CAD技術(shù)的農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)軟件的優(yōu)點(diǎn)

3.1 模型組裝

首先要在最原始的二維平面Auto CAD圖上進(jìn)行基本的三維格式轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成可以導(dǎo)入三維軟件的格式，而后導(dǎo)入到三維軟件Pro/E中，將零部件按照設(shè)計(jì)要求的約束或連接方式裝配在一起，形成一個(gè)完整的產(chǎn)品。零部件的裝配過程，實(shí)際上就是一個(gè)約束條件的建立過程，根據(jù)不同的零部件及設(shè)計(jì)的需要，選擇適合的裝配約束條件，從而完成零部件模型的定位，有時(shí)候可能一個(gè)零部件需要滿足多種不同的約束條件。Pro/E提供了大量的約束類型，可以滿足農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品零部件設(shè)計(jì)裝配的需要。

3.2 加載動(dòng)力

將三維軟件Pro/E中建立好的物理模型導(dǎo)入ADAMS中，對(duì)初步設(shè)計(jì)的農(nóng)業(yè)機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)部件進(jìn)行加載，創(chuàng)建一個(gè)包括運(yùn)動(dòng)件、運(yùn)動(dòng)副、柔性連接和作用力等在內(nèi)的機(jī)械系統(tǒng)模型。根據(jù)設(shè)計(jì)所需的工作條件對(duì)其作用力進(jìn)行設(shè)計(jì)。加載的運(yùn)動(dòng)方式可以利用運(yùn)動(dòng)方程進(jìn)行設(shè)定，如齒輪等零部件可以通過在“運(yùn)動(dòng)軌跡定義”后輸入軸旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)方程來進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)速度的調(diào)整。

3.3 動(dòng)畫仿真

通過模擬仿真模型在實(shí)際操作過程中的動(dòng)作來測(cè)試所建模型，對(duì)其仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)照比較來驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的方案；而后對(duì)仿真模型進(jìn)行加載的修正和細(xì)化，使其仿真測(cè)試數(shù)據(jù)更符合實(shí)際；最后優(yōu)化設(shè)計(jì)模型對(duì)其零部件進(jìn)行修正，使其達(dá)到最佳的設(shè)計(jì)方案。

4 展望

在農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)當(dāng)中引用CAD技術(shù)，是對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法和觀念一次重大變革。不僅要對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行物理建模、裝配，還需要進(jìn)一步創(chuàng)建三維模型，對(duì)其施加相當(dāng)實(shí)際工況的載荷作用，通過仿真試驗(yàn)比較、驗(yàn)證模型的參數(shù)，從而優(yōu)化物理模型，大大提高設(shè)計(jì)的效率和創(chuàng)新的能力。

CAD技術(shù)對(duì)于農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)軟件的創(chuàng)新具有很大的推動(dòng)作用，針對(duì)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)試驗(yàn)方法費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，CAD技術(shù)既提高了工作效率，又節(jié)省了大量的資源投入。國(guó)家和企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)輔助設(shè)計(jì)人才的培養(yǎng)，特別是既能掌握農(nóng)機(jī)技術(shù)，又懂計(jì)算機(jī)技術(shù)的全能型人才，實(shí)現(xiàn)CAD技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)方面的普及；CAD技術(shù)在農(nóng)機(jī)方面廣泛推廣，還要向深度和廣度方向發(fā)展，提高CAD技術(shù)在設(shè)計(jì)、分析、計(jì)算農(nóng)機(jī)零部件方面的使用效率，向三維造型設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)的共享等多元化方向發(fā)展，追求經(jīng)濟(jì)利益最大化。

CAD技術(shù)對(duì)于農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)起到了巨大的促進(jìn)作用，隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，相信在不久的將來可以迎來農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)質(zhì)的飛躍，跨入一個(gè)新的時(shí)代。

[1]王樹才，鄧在京，文友先.我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械CAD的發(fā)展思路[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2004，35（1）：159-169.

[2]簡(jiǎn)正豪，潘桂根.CAD/CAM技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用[J].南方農(nóng)機(jī)，2012（1）：44-46.

[3]李巖，張智勇，賈宇琛.基于CAD技術(shù)的農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)軟件的改進(jìn)[J].研究與開發(fā)，2010（2）：32-34.

[4]崔輝，陳海琴.基于CAD技術(shù)的農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)軟件[J].南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2015，15（4）：20-21.

[5]李海亮，胡軍，董升濤，等.機(jī)械設(shè)計(jì)軟件在我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械方面的應(yīng)用[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，42（21）：7 234-7 236.◇

Function and Composition of CAD to Agricultural Machinery Design Software

JIA Jie1，ZHANGQianru2
（1.ShanxiDesign and Research Institute ofMechanicaland Electrical Engineering，Taiyuan，Shanxi030009，China；2.Shanxi Key Laboratory of Germplasm Innovation and Utilization in Pomology，Pomology Institute，Shanxi Academy of Agricultural Science，Taiyuan，Shanxi030031，China）

With the development of computer technology，CAD has a huge role in promoting agriculturalmachinery product design.This paper introduces the function and composition of CAD to agriculturalmachinery design software and put forward the outlook of CAD in agriculturalmachinery design software.

CAD；agriculturalmachinery；ADAMS

S220

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2017.06.040

1671-9646（2017）06b-0033-02

2017-03-24

賈杰（1985—），男，碩士，工程師，研究方向?yàn)闄C(jī)械工程與司法鑒定。