現(xiàn)代數(shù)字化設(shè)計制造技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計制造上的應(yīng)用

楊曉暉

現(xiàn)代數(shù)字化設(shè)計制造技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計制造上的應(yīng)用

楊曉暉

(甘肅省莊浪縣職業(yè)教育中心，甘肅 平?jīng)?744699)

隨著我國市場經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)步伐的不斷加快，農(nóng)機(jī)生產(chǎn)企業(yè)之間的競爭也越來越激烈。大多數(shù)農(nóng)機(jī)生產(chǎn)企業(yè)為長久立足于行業(yè)市場中，采取了諸多措施來加強(qiáng)數(shù)字化技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計工作中的運(yùn)用，將數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計中的意義重大。基于此，詳細(xì)分析了現(xiàn)代數(shù)字化設(shè)計制造技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計制造領(lǐng)域的應(yīng)用，以期為相關(guān)行業(yè)從業(yè)者提供參考。

現(xiàn)代數(shù)字化設(shè)計與制造技術(shù)；農(nóng)業(yè)機(jī)械；設(shè)計制造；具體應(yīng)用

近年來，中國計算機(jī)科技迅速發(fā)展，在計算機(jī)領(lǐng)域中出現(xiàn)了諸多輔助設(shè)計和制造技術(shù)，尤其是3D數(shù)字化CAD技術(shù)已成為各行各業(yè)運(yùn)營的中心技術(shù)，也使得工業(yè)產(chǎn)業(yè)開發(fā)工作迎來了嶄新的發(fā)展契機(jī)，也給中國工業(yè)行業(yè)帶來了全新的發(fā)展機(jī)遇。農(nóng)業(yè)機(jī)械作為機(jī)械工業(yè)的重要組成部分，在發(fā)展過程中受到設(shè)計制造方法的限制和約束，自身技術(shù)的創(chuàng)新功能比較弱，對農(nóng)機(jī)產(chǎn)品的生產(chǎn)制造產(chǎn)生一定的負(fù)面影響。面對機(jī)遇和挑戰(zhàn)，我國應(yīng)不斷推廣數(shù)字化設(shè)計制造技術(shù)的應(yīng)用，推動其發(fā)展進(jìn)程，進(jìn)而提升我國農(nóng)機(jī)裝備技術(shù)水平，保障中國農(nóng)機(jī)裝備品質(zhì)。

1　數(shù)字化設(shè)計制造技術(shù)

1.1　農(nóng)業(yè)VR技術(shù)實踐設(shè)計強(qiáng)化

目前，VR(virtualreality)虛擬現(xiàn)實技術(shù)正在逐漸應(yīng)用到社會的每個領(lǐng)域，還在學(xué)術(shù)探究與實踐中起到了較大的效用。同時，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域當(dāng)中也有著廣闊的實踐空間，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的開發(fā)給農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計實踐帶來了較大的改變。VR技術(shù)融合了3D圖形、音頻、多元化等技術(shù)元素，帶給設(shè)計師和用戶先進(jìn)的設(shè)計理念和豐富的實踐體驗。近年來，我國在大型農(nóng)業(yè)機(jī)械的設(shè)計中，將虛擬現(xiàn)實技術(shù)實踐于農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品的某些性能仿真，可以實現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和性能的調(diào)整和優(yōu)化。同時，建立的信息反饋平臺提高了生產(chǎn)企業(yè)與市場的溝通效率，豐富了實踐手段，能夠使更多的客戶關(guān)注到產(chǎn)品的構(gòu)造與功能優(yōu)勢。目前，國外對于使用VR工程設(shè)計農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)施的重點(diǎn)主要有兩個實質(zhì)技術(shù)。①要增強(qiáng)可視化技術(shù)，以CAD體系為核心，在設(shè)計高性能農(nóng)機(jī)實踐模具的同時，還可以通過該模具較好地模擬實際環(huán)境的使用效果，如在農(nóng)機(jī)設(shè)施上專門組裝了虛擬現(xiàn)實頭盔顯示器，為農(nóng)機(jī)操作人員提供先進(jìn)可靠的操作體驗。②VR-CAD系統(tǒng)還參與了虛擬環(huán)境的設(shè)計，優(yōu)化了大型農(nóng)機(jī)設(shè)施的設(shè)計方案和性能運(yùn)用，該技術(shù)系統(tǒng)在國外已經(jīng)有了較為完善應(yīng)用基礎(chǔ)，但我國的研發(fā)應(yīng)用還比較薄弱，許多應(yīng)用程序才剛剛開發(fā)出來，虛擬實際工程技術(shù)較少實踐于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，這種情況在鄉(xiāng)村地區(qū)尤為明顯。

1.2　產(chǎn)品協(xié)同技術(shù)

現(xiàn)如今，市場競爭愈演愈烈，市場環(huán)境越來越復(fù)雜，市場對農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品的要求也在逐漸提升。隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化的發(fā)展，部門協(xié)同合作甚至跨企業(yè)跨國家共同合作制造產(chǎn)品成為一種必然模式。據(jù)統(tǒng)計，70%以上的農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品均是由多家企業(yè)或多個部門共同合作完成的，如何在數(shù)據(jù)庫海量的資源中探尋到科學(xué)的數(shù)據(jù)已成為企業(yè)間競爭的重點(diǎn)，這也是企業(yè)能否取得成功的最大挑戰(zhàn)。值得一提的是，國外大多數(shù)企業(yè)會將諸多的零部件備件信息存儲在他們的服務(wù)器中，并及時進(jìn)行更新，而不會一成不變。根據(jù)我國設(shè)計產(chǎn)品的發(fā)展情況可以看出，讓零部件供應(yīng)廠商自己提供產(chǎn)品信息，將備件信息公布在自己的服務(wù)器上，引導(dǎo)供應(yīng)商去查詢搜索產(chǎn)品零件的指標(biāo)、參數(shù)以及特征、性能，對于未來的設(shè)計發(fā)展，這是一個非常好的方向。

2　基于大數(shù)據(jù)挖掘的智能數(shù)字化制造系統(tǒng)

在農(nóng)機(jī)裝備產(chǎn)品的數(shù)字化研發(fā)過程中，由于設(shè)計和制造時會產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)，所以需要運(yùn)用智能化算法對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，通過數(shù)據(jù)挖掘的方式找到數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性，并建立經(jīng)驗數(shù)據(jù)庫。當(dāng)經(jīng)驗數(shù)據(jù)庫的規(guī)模足夠大時，可以將這些經(jīng)驗數(shù)據(jù)直接用于自動化生產(chǎn)類似的新產(chǎn)品部件，達(dá)到智能化制造的目的。

基于云存儲網(wǎng)絡(luò)可以搭建智能制造系統(tǒng)，采用云存儲技術(shù)可以對智能系統(tǒng)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，大數(shù)據(jù)挖掘算法可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和挖掘。不管從物料方面還是產(chǎn)品營銷方法以及智能機(jī)床的監(jiān)測上，智能云存儲和大數(shù)據(jù)挖掘都可以發(fā)揮重要的作用。目前，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和聚類算法是典型的數(shù)據(jù)挖掘算法，且發(fā)展比較早，理論比較成熟，因此可以將其應(yīng)用到農(nóng)機(jī)的智能化制造系統(tǒng)的設(shè)計中。

神經(jīng)網(wǎng)算法的工作原理模擬了人的神經(jīng)元細(xì)胞的作用流程，通過對輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理和挖掘，最終輸出想要得到的理想結(jié)果。

在對農(nóng)機(jī)產(chǎn)品制造過程的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析時，可以在神經(jīng)網(wǎng)算法使用時合理的確定權(quán)值和置信度；在關(guān)聯(lián)算法中，需要創(chuàng)建每個數(shù)據(jù)記錄候選集的支持度，然后通過數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)性對數(shù)據(jù)進(jìn)行分類。通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法和聚類分析，在農(nóng)機(jī)產(chǎn)品部件的智能化制造過程中，可以快速診斷出生產(chǎn)線是否存在故障，并確定故障的類型，其流程為：傳感器數(shù)據(jù)采集→神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析→聚類算法挖掘→確定故障類型→調(diào)整作業(yè)姿態(tài)→優(yōu)化工藝和生產(chǎn)流程。

利用大數(shù)據(jù)存儲技術(shù)可以將各種傳感器采集得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，并利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法和聚類算法對數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘。如果確定制造過程中有存儲故障，智能決策系統(tǒng)則可以對加工系統(tǒng)的作業(yè)姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整;如果需要對整個工藝和加工流程進(jìn)行調(diào)整，則可以臨時關(guān)閉生產(chǎn)線，待工藝和流程優(yōu)化后繼續(xù)生產(chǎn)，從而保證產(chǎn)品的加工質(zhì)量。

3　農(nóng)機(jī)數(shù)字化生產(chǎn)過程研究

應(yīng)用智能制造系統(tǒng)，農(nóng)機(jī)產(chǎn)品的生產(chǎn)線可以實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。在無人化車間，農(nóng)機(jī)產(chǎn)品零件可以實現(xiàn)自動化裝配。在農(nóng)機(jī)智能化生產(chǎn)中，大數(shù)據(jù)可以應(yīng)用到生產(chǎn)過程中的各個方面，因此對大數(shù)據(jù)的挖掘處理也是非常重要的一個環(huán)節(jié)。大數(shù)據(jù)的智能化處理可以為產(chǎn)品的加工制造過程節(jié)省更多的時間成本和材料成本，提高生產(chǎn)效率。除了農(nóng)機(jī)部件的自動化組裝外，部件的生產(chǎn)線可以更多的采用智能化制造系統(tǒng)。在進(jìn)行拖拉機(jī)板類零件的加工時，有一些無法沖壓完成的部件需要借助焊接技術(shù)來完成，采用人工焊接不僅效率低，且精度也無法得到保證，而利用智能制造系統(tǒng)使機(jī)器人焊接拖拉機(jī)部件則變得非常簡單。

智能化自動加工過程可以大大提高加工效率，而在進(jìn)行零件加工之前，為了保證加工質(zhì)量和產(chǎn)品的最優(yōu)化，還需要對產(chǎn)品的加工過程及產(chǎn)品加工后的性能進(jìn)行優(yōu)化，從而合理安排加工工藝和加工流程。如果采用實體機(jī)床進(jìn)行加工，在優(yōu)化過程中需要對產(chǎn)品進(jìn)行反復(fù)的加工試制，其加工成本較高、試驗周期較長; 如果采用仿真模擬的方式對加工過程和加工產(chǎn)品進(jìn)行模擬試驗，可以有效地提高效率，降低成本。虛擬制造系統(tǒng)可以采用虛擬化機(jī)床對零部件進(jìn)行加工模擬，在加工過程中還可以觀察機(jī)器的運(yùn)行情況，查看工件和機(jī)器之間是否存在干涉等問題，為實體機(jī)床加工提供可靠的數(shù)據(jù)參考。

采用智能制造系統(tǒng)對拖拉機(jī)進(jìn)行數(shù)字化設(shè)計和制造，其最大的優(yōu)勢是虛擬加工方法的應(yīng)用。采用智能化虛擬加工系統(tǒng)可以快速地完成加工工藝的設(shè)計，是因為虛擬加工系統(tǒng)里存放了大量的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，且虛擬加工過程的可尋跡功能為工藝的優(yōu)化提供了強(qiáng)大的數(shù)據(jù)支持，從而有效縮短了加工工藝的設(shè)計周期，提高了設(shè)計效率，降低了設(shè)計制造成本。

4　結(jié)語

在我國農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計制造中，融入現(xiàn)代數(shù)字化設(shè)計制造技術(shù)，監(jiān)督和管理機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計制造的整個過程，是我國農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計制造歷史上的不小成就，也是行業(yè)的重要轉(zhuǎn)型模式。相關(guān)從業(yè)者必須要正確地認(rèn)知現(xiàn)代數(shù)字化設(shè)計制造技術(shù)應(yīng)用的主要優(yōu)勢，積極促使數(shù)字化設(shè)計生產(chǎn)得到切實落實。與此同時，對各項工序如產(chǎn)品設(shè)計和制造等實施協(xié)同化管理，不斷豐富農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品類型，不斷提升農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計制造技術(shù)水平，對縮小與發(fā)達(dá)國家之間的技術(shù)差距具有非常重要的意義。

[1] 焦坤,楊曉明.數(shù)字化技術(shù)在沖壓模具設(shè)計與制造中的應(yīng)用研究[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計,2020(1):2614.

[2] 潘露.數(shù)字化技術(shù)在沖壓模具設(shè)計與制造中的應(yīng)用研究[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備,2019(8):108-109.

[3] 黃仁超.數(shù)字化設(shè)計技術(shù)及其在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計中的應(yīng)用[J].南方農(nóng)機(jī),2020,51(4):20.

[4] 王計新.數(shù)字化設(shè)計技術(shù)及其在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計中的應(yīng)用[J].農(nóng)業(yè)開發(fā)與裝備,2019(5):168.

[5] 陳彥錦.數(shù)字化設(shè)計技術(shù)及其在機(jī)械設(shè)計中的應(yīng)用分析[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備,2019(4):215,219.

Application of modern digital design and manufacturing technology in agricultural machinery design and manufacturing

YANG Xiaohui

(Vocational Education Center of Zhuanglang County, Pingliang, Gansu 744699, China)

With the continuous development of China's market economy and the pace of agricultural modernization, the competition between agricultural machinery enterprises is becoming more and more fierce. Most agricultural machinery enterprises have taken many measures to strengthen the application of digital technology in agricultural machinery design for a long time. Obviously, the application of digital technology in the design of agricultural machinery is of great significance. Based on this, the application of modern digital design and manufacturing technology in the field of agricultural machinery design and manufacturing is analyzed in detail, hoping to provide some reference for practitioners in related industries.

modern digital design and manufacturing technology; agricultural machinery; design and manufacture; specific application

S220

A

2096–8736(2021)06–0040–03

楊曉暉(1986—)，男，甘肅莊浪人，大學(xué)本科，講師，主要研究方向為機(jī)械設(shè)計制造及自動化。

責(zé)任編輯：張亦弛

英文編輯：吳志立