基于農(nóng)業(yè)機械計算機輔助系統(tǒng)的研究

基于農(nóng)業(yè)機械計算機輔助系統(tǒng)的研究張銘

（貴州師范大學，貴州貴陽550000）

計算機輔助系統(tǒng)是一項綜合應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的自動化技術(shù)，計算機輔助系統(tǒng)能突破傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所受環(huán)境、地理因素的制約，使農(nóng)業(yè)機械品質(zhì)和應(yīng)用效率得到極大提高。同時，將計算機輔助系統(tǒng)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機械設(shè)計及制造中，可為優(yōu)化生產(chǎn)設(shè)備設(shè)計提供有益參考，切實改善農(nóng)業(yè)機械設(shè)計現(xiàn)狀，提升農(nóng)業(yè)機械的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

1農(nóng)業(yè)機械計算機輔助系統(tǒng)的作用

一方面，利用計算機輔助系統(tǒng)可以有效地提高農(nóng)業(yè)機械生產(chǎn)效率。在農(nóng)業(yè)機械設(shè)計中，利用計算機輔助系統(tǒng)對產(chǎn)品進行精細設(shè)計，將零件形狀、結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)和相關(guān)參數(shù)用3D立體圖顯示出來，使得農(nóng)業(yè)機械設(shè)計工作更方便、更有效、更準確，避免出現(xiàn)制造誤差[1]。另一方面，為保證農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品規(guī)范與期望一致，通常需要對設(shè)計方案進行及時調(diào)整和修正，以保證其與實際規(guī)范的一致性。在農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域，零部件更新?lián)Q代速度較快，傳統(tǒng)設(shè)計方法耗時、效率低，而采用計算機輔助系統(tǒng)后，可以通過調(diào)整工藝參數(shù)來實現(xiàn)零件形狀、結(jié)構(gòu)、尺寸的實時更新目標，從而更好地促進農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品研發(fā)工作的順利進行，縮短農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品設(shè)計周期，提高農(nóng)業(yè)機械生產(chǎn)效率。若發(fā)現(xiàn)有缺陷，則可利用計算機輔助系統(tǒng)對其進行檢測，并加以改進[2]。

2農(nóng)業(yè)機械計算機輔助系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，計算機輔助系統(tǒng)已被廣泛應(yīng)用于各國農(nóng)業(yè)機械領(lǐng)域，而我國在這一領(lǐng)域起步較晚，在農(nóng)業(yè)機械推廣中還存在許多問題，主要問題包括以下幾點：一是一些農(nóng)業(yè)機械設(shè)計單位對計算機輔助系統(tǒng)重視度不夠[3]。在推廣計算機輔助系統(tǒng)時，必須有足夠的人員和設(shè)備，但中小型農(nóng)業(yè)機械設(shè)計及制造企業(yè)由于資金、人才匱乏等原因，對計算機輔助系統(tǒng)理解程度不足，對計算機輔助系統(tǒng)的使用也不夠深入。二是諸多企業(yè)僅將計算機輔助系統(tǒng)作為一種工具來使用，導(dǎo)致計算機輔助系統(tǒng)還處在起步階段，未真正突出計算機輔助系統(tǒng)的作用。三是將計算機輔助系統(tǒng)用于農(nóng)業(yè)機械設(shè)計中，目前還停留在二維層次，并未發(fā)展三維技術(shù)。目前，在農(nóng)業(yè)機械中，二維技術(shù)應(yīng)用較多，缺乏通用零件庫，未應(yīng)用計算機輔助系統(tǒng)產(chǎn)品圖形文件，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品在整體開發(fā)過程中不能進行統(tǒng)一管理與配置，影響企業(yè)間數(shù)據(jù)交流，妨礙農(nóng)業(yè)機械計算機輔助系統(tǒng)技術(shù)的順利推廣。例如，在農(nóng)業(yè)機械生產(chǎn)中會大量使用插秧機，但現(xiàn)有插秧機數(shù)值并未精確化到株距中，極可能致使后期的生產(chǎn)效果不符合具體標準，計算機輔助系統(tǒng)應(yīng)用在農(nóng)業(yè)機械設(shè)計中的效果無法被完全顯示出來，致使計算機輔助系統(tǒng)的強大性能大打折扣，影響農(nóng)業(yè)機械的實際應(yīng)用效能[4]。

3農(nóng)業(yè)機械計算機輔助系統(tǒng)應(yīng)用實踐

3.1計算機輔助系統(tǒng)應(yīng)用于犁體設(shè)計中

犁體設(shè)計主要是基于3D建模思維理念，應(yīng)用計算機輔助系統(tǒng)建模更加直觀，比傳統(tǒng)手工繪制更為有效，三維建模技術(shù)在犁體設(shè)計中具有無可取代的優(yōu)越性。例如，計算機輔助系統(tǒng)應(yīng)用過程中，犁體圖形直觀，便于觀察和修正數(shù)據(jù)，一般在主菜單控制下，即可對板曲線、翻土曲線等數(shù)據(jù)進行修正，直至滿足預(yù)期要求，得到樣板曲線、犁體曲線等工程圖紙。同時，還可通過建立通用犁體的機械模型，更好地解決由于平面化設(shè)計而導(dǎo)致的不能進行整體規(guī)劃和設(shè)計的問題，從而切實強化農(nóng)業(yè)機械模型整體性。

3.2計算機輔助系統(tǒng)應(yīng)用于旋耕機設(shè)計中

旋耕機是一種用途十分廣泛的農(nóng)用機械，在進行機械結(jié)構(gòu)設(shè)計時，必須保證其整體參數(shù)正確性。傳統(tǒng)演算過程較為繁重，農(nóng)業(yè)機械設(shè)計參數(shù)會被各種參量所限制，所以在設(shè)計時，必須借助計算機輔助系統(tǒng)進行復(fù)雜的計算。旋耕機參數(shù)設(shè)計時，在滿足不同約束條件的前提下，利用專家系統(tǒng)和理論分析方法，對旋耕機最優(yōu)幅寬、刀輥半徑、刀輥轉(zhuǎn)速、傳動系統(tǒng)、懸掛系統(tǒng)參數(shù)及整體結(jié)構(gòu)等進行研究。計算機輔助系統(tǒng)能不斷地對有關(guān)的參數(shù)進行反復(fù)試驗，直至達到最佳的模擬結(jié)果，從而保障農(nóng)業(yè)機械設(shè)計的有效性[5]。

3.3計算機輔助系統(tǒng)應(yīng)用于聯(lián)合收獲機設(shè)計中

聯(lián)合收獲機是一種集收割、分離、清選為一體的綜合大型農(nóng)業(yè)機械，其作用十分廣泛。同時，聯(lián)合收獲機結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜，擁有大量零件。所以，如果用傳統(tǒng)人工方法進行設(shè)計，將會產(chǎn)生較大難度。將計算機輔助系統(tǒng)應(yīng)用到聯(lián)合收割機的設(shè)計中，將會獲得更為優(yōu)良的結(jié)果。為此，采用計算機輔助系統(tǒng)進行農(nóng)業(yè)機械設(shè)計時，必須根據(jù)零件整體參數(shù)信息，進行相應(yīng)設(shè)計和試驗。在聯(lián)合收割機整體設(shè)計中，除了要有數(shù)字和圖像處理兩大功能之外，還要考慮到在設(shè)計過程中遇到的關(guān)鍵問題，且不能單純依靠人工去考慮和解決問題。計算機輔助系統(tǒng)功能是根據(jù)設(shè)計人員在設(shè)計過程中的思考模式而構(gòu)建的，以典型產(chǎn)品和體驗作為主要知識來源，通過模糊化方法對農(nóng)業(yè)機械進行加工，將專家系統(tǒng)引入到聯(lián)合收割機的整體設(shè)計中，從而解決當前計算機輔助系統(tǒng)在實際應(yīng)用中存在的困難。

4農(nóng)業(yè)機械計算機輔助系統(tǒng)的應(yīng)用策略

4.1強化計算機輔助系統(tǒng)宣傳工作

計算機輔助系統(tǒng)在提高農(nóng)業(yè)機械設(shè)計質(zhì)量和效率方面具有重大作用，企業(yè)要加大對計算機輔助系統(tǒng)的宣傳力度，讓更多的人了解計算機輔助系統(tǒng)的優(yōu)越性。同時，企業(yè)還應(yīng)定期對計算機輔助系統(tǒng)技術(shù)人員進行培訓(xùn)，培養(yǎng)一批精通軟件、能解決實際問題的專業(yè)設(shè)計人才，并根據(jù)實際情況采用經(jīng)濟、實用的計算機輔助系統(tǒng)，以增加經(jīng)濟效益[6]。在應(yīng)用計算機輔助系統(tǒng)設(shè)計農(nóng)業(yè)機械時，要有正確觀念，不要一味追求短期利潤，更不可盲目地采用先進計算機輔助系統(tǒng)，而要根據(jù)實際情況，進行合理規(guī)劃和布局。另外，為了使設(shè)計者更積極地研究與探索，還必須建立起相應(yīng)獎勵機制，從而更好地發(fā)揮計算機輔助系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)機械設(shè)計中的作用。

4.2應(yīng)用計算機輔助系統(tǒng)創(chuàng)新產(chǎn)品設(shè)計

在農(nóng)業(yè)機械設(shè)計時，設(shè)計人員應(yīng)注重產(chǎn)品實用性與創(chuàng)新性，使消費者在選購農(nóng)業(yè)機械時能有更多參照。采用計算機輔助系統(tǒng)，在設(shè)計階段，創(chuàng)意概念能更好地展示產(chǎn)品性能，分析農(nóng)業(yè)機械在使用中的常見故障，減少農(nóng)業(yè)機械失效概率及生產(chǎn)成本，保證農(nóng)業(yè)機械銷路。農(nóng)業(yè)機械涉及眾多生產(chǎn)企業(yè)，若要在激烈的市場競爭中取得優(yōu)勢，必須突出產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計，包括數(shù)據(jù)采集、知識表達和組織、數(shù)據(jù)庫開發(fā)與技術(shù)決策。同時，要強化產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計，以適應(yīng)市場經(jīng)濟需求，使之成為我國農(nóng)業(yè)機械工業(yè)乃至整個機械工業(yè)的發(fā)展趨勢。農(nóng)業(yè)機械一直是我國農(nóng)業(yè)的重要組成部分，將計算機輔助系統(tǒng)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機械設(shè)計中，可以使傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)機械生產(chǎn)模式發(fā)生變化，對傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)機械積極進行改造，從而促進新農(nóng)業(yè)機械的發(fā)展，增強農(nóng)業(yè)機械競爭能力。

4.3重視應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)

在信息技術(shù)飛速發(fā)展背景下，虛擬現(xiàn)實技術(shù)能使用戶對農(nóng)業(yè)機械設(shè)計全過程有更加全面的了解和體驗，從而大大提高農(nóng)業(yè)機械設(shè)計成功率。同時，將虛擬現(xiàn)實技術(shù)用于農(nóng)業(yè)機械設(shè)計也具有一定意義。在大型農(nóng)業(yè)機械設(shè)計中，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)計過程復(fù)雜、設(shè)計周期較長，只有應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，才能更進一步了解產(chǎn)品原型及結(jié)構(gòu)特性，使模擬產(chǎn)品性能時更為方便，設(shè)計人員在修改產(chǎn)品時更加便利，從而有效加快企業(yè)產(chǎn)品投入市場速度[7]。當前，世界上已有兩種工程設(shè)計方法，一種是利用系統(tǒng)的產(chǎn)品模型來提高可視化程度，使使用者有一種身臨其境的感覺。另一種是通過計算機輔助系統(tǒng)要求設(shè)計者在虛擬的環(huán)境中積極地參與到設(shè)計中，但目前國內(nèi)研究還處在起步階段，并未完全成熟，無法保障其在農(nóng)業(yè)機械中的應(yīng)用效果。

4.4優(yōu)化計算機輔助系統(tǒng)配套設(shè)備

隨著計算機技術(shù)飛速發(fā)展，計算機輔助系統(tǒng)的發(fā)展被提上了議事日程，并被列為國家重大技術(shù)攻關(guān)課題。但是，由于計算機技術(shù)的發(fā)展相對滯后，許多地方的配套設(shè)備并不完善，計算機輔助系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)機械設(shè)計中的應(yīng)用比較滯后。計算機輔助系統(tǒng)在多年發(fā)展中取得了長足進步，在同一領(lǐng)域，軟件公司開發(fā)了許多不同的計算機輔助系統(tǒng)，繪制效率和分析計算能力存在很大差異。一些通用性強、應(yīng)用范圍廣的計算機輔助系統(tǒng)，往往要兼顧各個領(lǐng)域的具體要求，工作效率低下。此外，在完善計算機輔助系統(tǒng)裝備后，也要加強技術(shù)培訓(xùn)，讓更多優(yōu)質(zhì)技術(shù)人才加入到創(chuàng)新應(yīng)用計算機輔助系統(tǒng)的過程中，逐漸形成計算機輔助系統(tǒng)交互圖形管理模式，大大提高工作效率[8]。

4.5合理設(shè)計與運用DirectX典型技術(shù)

DirectX典型技術(shù)是一種常用的計算機輔助技術(shù)，DirectX典型技術(shù)功能是將整個系統(tǒng)聯(lián)系起來，可優(yōu)化系統(tǒng)運行界面并增強畫面清晰度。DirectX典型技術(shù)是一種在簡單的硬件環(huán)境下迅速運行的技術(shù)，可以降低整個硬件復(fù)雜性。同時，也是使用戶能直接使用的關(guān)鍵工具[9]。DirectX典型技術(shù)直接與計算機硬件結(jié)構(gòu)兼容，省去復(fù)雜代碼編碼，整個軟件設(shè)計效率得到極大提升。此外，將DirectX典型技術(shù)應(yīng)用于CAD軟件，能使虛擬零件的質(zhì)量得到滿足，進一步增強模擬效果。DirectX的典型技術(shù)本身包含特殊編輯工具，能獨立、穩(wěn)定地工作，使得農(nóng)業(yè)機械設(shè)計人員能在任何角度上實時地修正和改進三維模型，提高農(nóng)業(yè)機械設(shè)計精準度。

4.6開發(fā)設(shè)計及應(yīng)用XML技術(shù)

XML技術(shù)是計算機技術(shù)輔助系統(tǒng)中最簡單的一種技術(shù)，將XML技術(shù)用于農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品開發(fā)中，并將XML技術(shù)的優(yōu)點充分發(fā)揮出來，增強XML在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中自身的獨立性，則可切實發(fā)揮XML作用。XML被廣泛地運用到計算機的基本技術(shù)中，XML連接技術(shù)在轉(zhuǎn)換時即可完成數(shù)據(jù)存儲工作，這也是XML技術(shù)向多格式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化的重要原因。XML技術(shù)是一種顯示語言，能準確地描述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及組織，提升計算機系統(tǒng)組件的系統(tǒng)性能[10]。

現(xiàn)階段，為實現(xiàn)農(nóng)業(yè)機械化全面升級和推進目標，在農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品設(shè)計與制造工程中，應(yīng)拋棄傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)機械設(shè)計思想，以滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機械發(fā)展需求。因此，在農(nóng)業(yè)機械設(shè)計中，必須對農(nóng)業(yè)機械進行全面集成，而農(nóng)業(yè)機械計算機輔助系統(tǒng)可從設(shè)計體系中提取出準確的數(shù)據(jù)，從而使農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化裝備的性能不斷提高，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)機械化及現(xiàn)代化發(fā)展。農(nóng)業(yè)機械計算機輔助系統(tǒng)應(yīng)用時，涉及的理論基礎(chǔ)是獨立設(shè)計軟件、虛擬裝配系統(tǒng)和動態(tài)分析功能。如果農(nóng)業(yè)機械計算機輔助系統(tǒng)設(shè)計性能滿足兼容處理環(huán)節(jié)要求，農(nóng)業(yè)機械計算機輔助系統(tǒng)應(yīng)用效果將進一步提高。同時，在農(nóng)業(yè)機械計算機輔助系統(tǒng)中，應(yīng)滿足現(xiàn)代設(shè)計審美要求，在設(shè)備接口設(shè)計上要滿足用戶使用要求。接口設(shè)計盡可能地簡單，簡潔界面更能滿足使用者需求，并且可以簡化操作，使使用者能更快地調(diào)整設(shè)備界面。簡化使用者操作性能，全面提高模型化軟件的文檔輸入效率，快速輸入文檔能實現(xiàn)對農(nóng)業(yè)機械零件組裝過