數(shù)字化設計技術及其在農(nóng)業(yè)機械設計中的應用研究

摘 要：通過對數(shù)字化設計技術進行簡要介紹，從計算機輔助概念設計、知識工程以及虛擬原型三方面對數(shù)字化設計技術研究熱點進行分析，結合當前農(nóng)業(yè)機械設計中數(shù)字化設計技術的應用現(xiàn)狀，探討數(shù)字化設計技術在農(nóng)業(yè)機械設計中的應用前景，包括虛擬技術應用、產(chǎn)品設計與制造協(xié)同、重視創(chuàng)新型設計，旨在通過數(shù)字化設計技術應用來提高農(nóng)業(yè)競爭力，供相關人員參考。

關鍵詞：數(shù)字化設計技術；農(nóng)業(yè)機械設計；應用

中圖分類號：S2202 文獻標識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2018.10.009

作者簡介：孫紹華（1969-），男，山東濟南人，本科，工程師，研究方向：農(nóng)業(yè)機械工藝工裝設計等。E-mail：sshxsp@126.com。

0 引言

在現(xiàn)代社會發(fā)展新時期，科學技術不斷進步，信息化應用領域得以擴展，數(shù)字化設計技術在農(nóng)業(yè)機械設計領域內(nèi)也發(fā)揮著重要的作用，促進了設計理念的革新以及設計技術水平的提升，為傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)機械設計方式的轉變提供了輔助。為更好的提升農(nóng)業(yè)機械設計水平，促進農(nóng)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展，探討數(shù)字化設計技術在農(nóng)業(yè)機械設計中的應用是非常必要的。

1 數(shù)字化設計技術概述

1.1 內(nèi)涵

在設計領域內(nèi)，計算機數(shù)字化技術得以應用和發(fā)展，就形成了數(shù)字化設計技術，實際上作為一種計算機輔助設計技術，其以計算機為核心，對信息進行多元處理，包括數(shù)字編碼、壓縮、調(diào)制解調(diào)等。在設計領域內(nèi)，計算機數(shù)字化技術的應用以CAD技術為典型，并且實際應用較為普遍。隨著科學技術不斷進步，計算機技術與設計技術快速發(fā)展，促使設計技術內(nèi)涵不斷豐富，主要是通過產(chǎn)品描述來確立數(shù)字化平臺，之后在計算機的支持下建立數(shù)字化產(chǎn)品模型，并將其應用于產(chǎn)品開發(fā)中，盡可能減少應用實物模型的頻率，從而提高產(chǎn)品設計成效。數(shù)字化設計技術經(jīng)歷了一個不斷演變的過程，在計算機功能軟件的支持下，能夠順利繪制圖紙，并在系統(tǒng)模擬的作用下對運行設備狀態(tài)進行觀察，確保設備運行穩(wěn)定，從而提高產(chǎn)品設計方案的可行性。隨著數(shù)字化時代的到來，數(shù)字化設計技術具有良好的可控性、離散性和可變性，現(xiàn)代化的工藝技術和設計方法也得以形成。

1.2 特點

（1）數(shù)字化設計具有統(tǒng)一產(chǎn)品定義模型。傳統(tǒng)產(chǎn)品設計階段，同一產(chǎn)品定義模式存在一定差異，此種情況下令產(chǎn)品設計更具復雜性，在不同定義模塊轉化的過程中，數(shù)據(jù)管理的實效性不足，極易導致數(shù)據(jù)缺失，影響產(chǎn)品設計的科學性。而數(shù)字化設計作為一種數(shù)字化產(chǎn)品定義模型，其具有鮮明的單一性特征，為產(chǎn)品生命周期管理的實現(xiàn)奠定了堅實的基礎。信息集成化的整體環(huán)境下，產(chǎn)品模型模式存在一定差異，側重點也有所不同，這就便于產(chǎn)品模型模式協(xié)調(diào)促進，從而切實提高產(chǎn)品數(shù)字化設計成效。

（2）數(shù)字化設計技術滿足并行設計需求。在設計領域內(nèi)，普遍存在項目分工協(xié)作的情況，一個設計項目分配給不同的小組，在分頭設計、共同裝配的模式下來完成項目，確保數(shù)字化模型得以構建，并具有良好的強度、可制造性和完整的功能測試，從而滿足設計需求，提高設計質(zhì)量。

（3）數(shù)字化設計技術很少依靠于實物模型。數(shù)字化設計技術的應用，以計算機程序為支持，通過仿真模擬分析和測試等功能的發(fā)揮，對實物模型進行制造，并不會受到不合理因素的影響，實物模型制造過程得以精簡，在保證數(shù)字化設計質(zhì)量的同時，便于加強成本控制，因而數(shù)字化設計技術具有良好的應用價值。數(shù)字化設計技術的應用，可在計算機技術與網(wǎng)絡技術的支持下實現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)過程設計，既虛擬產(chǎn)品開發(fā)得以實現(xiàn)，以人工智能、并行工程、多媒體技術和虛擬現(xiàn)實技術為基礎，通過構思、設計、制造和分析等完成產(chǎn)品設計開發(fā)，虛擬產(chǎn)品開發(fā)提供了柔性化、可視化的人機交互接口，為數(shù)字化設計的實現(xiàn)提供廣闊空間。

2 數(shù)字化設計技術研究熱點分析

2.1 計算機輔助概念設計

計算機輔助概念設計簡稱CACD，是一種現(xiàn)代化技術形式，以計算機設備為支持，將其應用于農(nóng)業(yè)機械設計中時，常見環(huán)節(jié)就是圖紙繪制，且數(shù)量較多。在應用數(shù)字化設計技術開展農(nóng)業(yè)機械設計時，主要依靠計算機繪圖軟件來對圖紙進行繪制，由技術人員將研究所獲得參數(shù)錄入計算機系統(tǒng)中，在選定計算機程序功能后，可準確繪制圖形，就當前數(shù)字化設計技術研究的整體情況來看，圖紙繪制軟件功能不斷豐富，其應用技術水平也不斷提升，因而將數(shù)字化設計技術應用于農(nóng)業(yè)機械設計中，尤其是計算機輔助概念設計的實現(xiàn)，能夠在一定程度上提升農(nóng)業(yè)機械設計的便捷性和高效性。

2.2 知識工程

知識工程是數(shù)字化設計技術中的重要組成部分，其在數(shù)字化設計領域的應用范圍也不斷擴大。知識工程簡稱KBE，是一種現(xiàn)代化設計手段，與傳統(tǒng)設計相比具有一定優(yōu)勢，這種優(yōu)勢主要體現(xiàn)在技術和市場等方面，在新知識與新技術的支持下，知識工程得以形成，而傳統(tǒng)設計對于經(jīng)驗的依賴更為明顯，知識工程的特殊性就在于此。在過去一段時間內(nèi)，知識建模技術在人工智能及知識工程領域的發(fā)展，其價值在于以計算機為支持、以知識為對象實現(xiàn)智能推理，其中知識建模技術以框架、規(guī)劃、模型和本體為基礎，通過智能推理來提升計算機智能化服務水平。就知識工程的應用情況來看，其主要是通過已有知識、數(shù)字方針或虛擬現(xiàn)實、物理模型試驗等方式來獲取知識，從而在數(shù)字化設計技術中加以科學化應用。

2.3 虛擬原型

作為數(shù)字化設計技術中的重要組成部分，虛擬原型技術簡稱VP，受到社會的廣泛關注和高度重視。虛擬原型技術以CAX、DFX等技術為支持，通過信息技術、先進制造技術和先進仿真技術等緊密協(xié)調(diào)配合，促進了系統(tǒng)全生命周期的不斷完善，并提高綜合化管理成效，促進系統(tǒng)分層，自上而下構建開發(fā)模式，滿足復雜系統(tǒng)的實際應用需求，其中CAX技術以CAD、CAM等為代表，而DFX技術以DFA、DFS等技術為代表，通過各項技術的協(xié)調(diào)作用，建立系統(tǒng)開發(fā)模式，構建虛擬原型，從而為數(shù)字化設計技術的應用提供可靠支持。隨著現(xiàn)代科學技術不斷進步，虛擬原型技術經(jīng)過數(shù)年來發(fā)展，其價值不斷提升，可對物理原型實現(xiàn)部分替代，從而在產(chǎn)品設計中達到良好的應用效果，促進數(shù)字化設計水平的不斷提升。

3 農(nóng)業(yè)機械設計中的數(shù)字化設計技術的應用現(xiàn)狀

相比較而言，傳統(tǒng)設計是基于設計對象要求出發(fā)所開展的，而數(shù)字化設計則是在產(chǎn)品設計中應用CAD、CAE等技術，在把握產(chǎn)品生命周期特征的基礎上，調(diào)整其相關影響因素，從而提升設計速度與質(zhì)量，并保證產(chǎn)品設計的經(jīng)濟性，為后期維護帶來極大便利，也就是說，數(shù)字化設計技術的應用，從整體上實現(xiàn)了設計的優(yōu)化。農(nóng)業(yè)機械設計具有一定特殊性，其門類廣泛且種類豐富，市場對于農(nóng)業(yè)機械設計的需求也比較大，農(nóng)業(yè)機械設計往往基于傳統(tǒng)設計理念出發(fā)，所應用的設計工藝也趨于傳統(tǒng)化，但此種情況下無法保證農(nóng)業(yè)機械設計的整體水平，而此時數(shù)字化設計技術則具有廣闊的發(fā)展空間。在農(nóng)業(yè)機械設計過程中，數(shù)字化設計技術的應用，有助于提升農(nóng)業(yè)機械設計速度和質(zhì)量，改善農(nóng)業(yè)機械設計成效，并逐步提升設計水平。

4 數(shù)字化設計技術在農(nóng)業(yè)機械設計中的應用前景

4.1 虛擬技術應用

就農(nóng)業(yè)機械設計中數(shù)字化設計技術的應用前景來看，虛擬技術應用是一個重要趨勢。所謂虛擬技術，就是通過綜合應用計算機圖形系統(tǒng)與接口設備等，以計算機為平臺生成一種三維圖像，且所生成三維圖像具有交互性特征，作為一種新型人機界面形式，能夠真實形象的展現(xiàn)設計畫面，從而達到良好的設計效果。將虛擬技術應用于農(nóng)業(yè)機械設計中，針對傳統(tǒng)設計技術無法解決的問題，都能夠在三維成像技術及聲音定位等技術的支持下加以妥善處理，比較典型的是復雜結構設計問題，通過虛擬技術可降低農(nóng)業(yè)機械設計難度，進而改善農(nóng)業(yè)機械設計成效?？梢哉f，農(nóng)業(yè)機械設計中，虛擬技術的應用是仿真模擬機械運動的過程，并在這一過程中開展可行的力學分析，在順利完成農(nóng)業(yè)機械設計的同時，保證設計的科學性和可靠性，為農(nóng)業(yè)機械設計技術水平的提升提供可靠支持。

4.2 產(chǎn)品設計與制造協(xié)同

在農(nóng)業(yè)機械設計中，數(shù)字化設計技術的應用促進了產(chǎn)品設計與制造協(xié)同，也就是說，能夠在準確把握產(chǎn)品設計與制造內(nèi)在聯(lián)系的基礎上，整合二者之間關系，通過產(chǎn)品設計與制造協(xié)同來改善農(nóng)業(yè)機械設計成效。數(shù)字化設計技術在農(nóng)業(yè)機械設計中的應用，以計算機網(wǎng)絡虛擬技術為關鍵，在協(xié)同理念的支持下，通過數(shù)字化設計技術來優(yōu)化農(nóng)業(yè)機械設計方案，提升農(nóng)業(yè)機械設計技術水平，并改善設計效率，保證農(nóng)業(yè)機械設計的經(jīng)濟性，提高農(nóng)業(yè)機械設計結果精準度。

4.3 重視創(chuàng)新型設計

就數(shù)字化設計技術在農(nóng)業(yè)機械設計中的應用前景來看，要高度重視創(chuàng)新型設計，在保證農(nóng)業(yè)機械設計的科學性與可行性的基礎上，針對實際設計過程中所遇到的問題，基于創(chuàng)新理念出發(fā)，應用數(shù)字化設計技術開展創(chuàng)新型設計，不斷優(yōu)化農(nóng)業(yè)機械設計過程，推進農(nóng)業(yè)機械設計技術改進和發(fā)展，推進數(shù)字化設計技術的優(yōu)化和完善，以更好發(fā)揮其在農(nóng)業(yè)機械設計中的應用價值。

5 結語

總而言之，數(shù)字化設計技術具有統(tǒng)一化的產(chǎn)品定義模型，能夠實現(xiàn)并行設計，在農(nóng)業(yè)機械設計中的應用，有助于提升設計速度和質(zhì)量，并且對于實物模型的依賴性較小，對于農(nóng)業(yè)機械設計水平的提升是非常重要的。因此在農(nóng)業(yè)機械設計中要把握數(shù)字化設計技術的應用前景，并加以科學化應用，進一步提升農(nóng)業(yè)競爭力，為農(nóng)業(yè)健康發(fā)展提供可靠支持。

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