基于農(nóng)業(yè)機(jī)械計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)的研究

基于農(nóng)業(yè)機(jī)械計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)的研究張銘

（貴州師范大學(xué)，貴州貴陽550000）

計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)是一項(xiàng)綜合應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化技術(shù)，計(jì)算機(jī)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(jī)械品質(zhì)和應(yīng)用效率得到極大提高。同時(shí)，將計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)及制造中，可為優(yōu)化生產(chǎn)設(shè)備設(shè)計(jì)提供有益參考，切實(shí)改善農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)現(xiàn)狀，提升農(nóng)業(yè)機(jī)械的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

1農(nóng)業(yè)機(jī)械計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)的作用

一方面，利用計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)可以有效地提高農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)效率。在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中，利用計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行精細(xì)設(shè)計(jì)，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(jī)械設(shè)計(jì)工作更方便、更有效、更準(zhǔn)確，避免出現(xiàn)制造誤差[1]。另一方面，為保證農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品規(guī)范與期望一致，通常需要對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行及時(shí)調(diào)整和修正，以保證其與實(shí)際規(guī)范的一致性。在農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域，零部件更新?lián)Q代速度較快，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法耗時(shí)、效率低，而采用計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)后，可以通過調(diào)整工藝參數(shù)來實(shí)現(xiàn)零件形狀、結(jié)構(gòu)、尺寸的實(shí)時(shí)更新目標(biāo)，從而更好地促進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品研發(fā)工作的順利進(jìn)行，縮短農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期，提高農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)效率。若發(fā)現(xiàn)有缺陷，則可利用計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，并加以改進(jìn)[2]。

2農(nóng)業(yè)機(jī)械計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)已被廣泛應(yīng)用于各國農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域，而我國在這一領(lǐng)域起步較晚，在農(nóng)業(yè)機(jī)械推廣中還存在許多問題，主要問題包括以下幾點(diǎn)：一是一些農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)單位對(duì)計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)重視度不夠[3]。在推廣計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)時(shí)，必須有足夠的人員和設(shè)備，但中小型農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)及制造企業(yè)由于資金、人才匱乏等原因，對(duì)計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)理解程度不足，對(duì)計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)的使用也不夠深入。二是諸多企業(yè)僅將計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)作為一種工具來使用，導(dǎo)致計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)還處在起步階段，未真正突出計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)的作用。三是將計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)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(jī)械中，二維技術(shù)應(yīng)用較多，缺乏通用零件庫，未應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)產(chǎn)品圖形文件，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品在整體開發(fā)過程中不能進(jìn)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(jī)械計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)技術(shù)的順利推廣。例如，在農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)中會(huì)大量使用插秧機(jī)，但現(xiàn)有插秧機(jī)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(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)應(yīng)用在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的效果無法被完全顯示出來，致使計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)的強(qiáng)大性能大打折扣，影響農(nóng)業(yè)機(jī)械的實(shí)際應(yīng)用效能[4]。

3農(nóng)業(yè)機(jī)械計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)踐

3.1計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)應(yīng)用于犁體設(shè)計(jì)中

犁體設(shè)計(jì)主要是基于3D建模思維理念，應(yīng)用計(jì)算機(jī)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(jì)中具有無可取代的優(yōu)越性。例如，計(jì)算機(jī)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(duì)板曲線、翻土曲線等數(shù)據(jù)進(jìn)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(shí)，還可通過建立通用犁體的機(jī)械模型，更好地解決由于平面化設(shè)計(jì)而導(dǎo)致的不能進(jìn)行整體規(guī)劃和設(shè)計(jì)的問題，從而切實(shí)強(qiáng)化農(nóng)業(yè)機(jī)械模型整體性。

3.2計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)應(yīng)用于旋耕機(jī)設(shè)計(jì)中

旋耕機(jī)是一種用途十分廣泛的農(nóng)用機(jī)械，在進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，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(jī)械設(shè)計(jì)參數(shù)會(huì)被各種參量所限制，所以在設(shè)計(jì)時(shí)，必須借助計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)雜的計(jì)算。旋耕機(jī)參數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)，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(duì)旋耕機(jī)最優(yōu)幅寬、刀輥半徑、刀輥轉(zhuǎn)速、傳動(dòng)系統(tǒng)、懸掛系統(tǒng)參數(shù)及整體結(jié)構(gòu)等進(jìn)行研究。計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)能不斷地對(duì)有關(guān)的參數(shù)進(jìn)行反復(fù)試驗(yàn)，直至達(dá)到最佳的模擬結(jié)果，從而保障農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)的有效性[5]。

3.3計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)應(yīng)用于聯(lián)合收獲機(jī)設(shè)計(jì)中

聯(lián)合收獲機(jī)是一種集收割、分離、清選為一體的綜合大型農(nóng)業(yè)機(jī)械，其作用十分廣泛。同時(shí)，聯(lián)合收獲機(jī)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(jìn)行設(shè)計(jì)，將會(huì)產(chǎn)生較大難度。將計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)應(yīng)用到聯(lián)合收割機(jī)的設(shè)計(jì)中，將會(huì)獲得更為優(yōu)良的結(jié)果。為此，采用計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)進(jìn)行農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)，必須根據(jù)零件整體參數(shù)信息，進(jìn)行相應(yīng)設(shè)計(jì)和試驗(yàn)。在聯(lián)合收割機(jī)整體設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)功能是根據(jù)設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過程中的思考模式而構(gòu)建的，以典型產(chǎn)品和體驗(yàn)作為主要知識(shí)來源，通過模糊化方法對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械進(jìn)行加工，將專家系統(tǒng)引入到聯(lián)合收割機(jī)的整體設(shè)計(jì)中，從而解決當(dāng)前計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中存在的困難。

4農(nóng)業(yè)機(jī)械計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)的應(yīng)用策略

4.1強(qiáng)化計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)宣傳工作

計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)在提高農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率方面具有重大作用，企業(yè)要加大對(duì)計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)的宣傳力度，讓更多的人了解計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)的優(yōu)越性。同時(shí)，企業(yè)還應(yīng)定期對(duì)計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)技術(shù)人員進(jìn)行培訓(xùn)，培養(yǎng)一批精通軟件、能解決實(shí)際問題的專業(yè)設(shè)計(jì)人才，并根據(jù)實(shí)際情況采用經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)，以增加經(jīng)濟(jì)效益[6]。在應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)農(nóng)業(yè)機(jī)械時(shí)，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(jìn)計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)，而要根據(jù)實(shí)際情況，進(jìn)行合理規(guī)劃和布局。另外，為了使設(shè)計(jì)者更積極地研究與探索，還必須建立起相應(yīng)獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制，從而更好地發(fā)揮計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的作用。

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

在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)注重產(chǎn)品實(shí)用性與創(chuàng)新性，使消費(fèi)者在選購農(nóng)業(yè)機(jī)械時(shí)能有更多參照。采用計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)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(jī)械在使用中的常見故障，減少農(nóng)業(yè)機(jī)械失效概率及生產(chǎn)成本，保證農(nóng)業(yè)機(jī)械銷路。農(nóng)業(yè)機(jī)械涉及眾多生產(chǎn)企業(yè)，若要在激烈的市場(chǎng)競爭中取得優(yōu)勢(shì)，必須突出產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)，包括數(shù)據(jù)采集、知識(shí)表達(dá)和組織、數(shù)據(jù)庫開發(fā)與技術(shù)決策。同時(shí)，要強(qiáng)化產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計(jì)，以適應(yīng)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)需求，使之成為我國農(nóng)業(yè)機(jī)械工業(yè)乃至整個(gè)機(jī)械工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。農(nóng)業(yè)機(jī)械一直是我國農(nóng)業(yè)的重要組成部分，將計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中，可以使傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)模式發(fā)生變化，對(duì)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)機(jī)械積極進(jìn)行改造，從而促進(jìn)新農(nóng)業(yè)機(jī)械的發(fā)展，增強(qiáng)農(nóng)業(yè)機(jī)械競爭能力。

4.3重視應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

在信息技術(shù)飛速發(fā)展背景下，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能使用戶對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)全過程有更加全面的了解和體驗(yàn)，從而大大提高農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)成功率。同時(shí)，將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)也具有一定意義。在大型農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)計(jì)過程復(fù)雜、設(shè)計(jì)周期較長，只有應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，才能更進(jìn)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(shí)更為方便，設(shè)計(jì)人員在修改產(chǎn)品時(shí)更加便利，從而有效加快企業(yè)產(chǎn)品投入市場(chǎng)速度[7]。當(dāng)前，世界上已有兩種工程設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)要求設(shè)計(jì)者在虛擬的環(huán)境中積極地參與到設(shè)計(jì)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(jī)械中的應(yīng)用效果。

4.4優(yōu)化計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)配套設(shè)備

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展相對(duì)滯后，許多地方的配套設(shè)備并不完善，計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用比較滯后。計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)在多年發(fā)展中取得了長足進(jìn)步，在同一領(lǐng)域，軟件公司開發(fā)了許多不同的計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)，繪制效率和分析計(jì)算能力存在很大差異。一些通用性強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣的計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)，往往要兼顧各個(gè)領(lǐng)域的具體要求，工作效率低下。此外，在完善計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)裝備后，也要加強(qiáng)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(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)的過程中，逐漸形成計(jì)算機(jī)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(jì)與運(yùn)用DirectX典型技術(shù)

DirectX典型技術(shù)是一種常用的計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)，DirectX典型技術(shù)功能是將整個(gè)系統(tǒng)聯(lián)系起來，可優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行界面并增強(qiáng)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(yùn)行的技術(shù)，可以降低整個(gè)硬件復(fù)雜性。同時(shí)，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(jì)算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)兼容，省去復(fù)雜代碼編碼，整個(gè)軟件設(shè)計(jì)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(jìn)一步增強(qiáng)模擬效果。DirectX的典型技術(shù)本身包含特殊編輯工具，能獨(dú)立、穩(wěn)定地工作，使得農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)人員能在任何角度上實(shí)時(shí)地修正和改進(jìn)三維模型，提高農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)精準(zhǔn)度。

4.6開發(fā)設(shè)計(jì)及應(yīng)用XML技術(shù)

XML技術(shù)是計(jì)算機(jī)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(jī)械產(chǎn)品開發(fā)中，并將XML技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)充分發(fā)揮出來，增強(qiáng)XML在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中自身的獨(dú)立性，則可切實(shí)發(fā)揮XML作用。XML被廣泛地運(yùn)用到計(jì)算機(jī)的基本技術(shù)中，XML連接技術(shù)在轉(zhuǎn)換時(shí)即可完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(zhǔn)確地描述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及組織，提升計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組件的系統(tǒng)性能[10]。

現(xiàn)階段，為實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化全面升級(jí)和推進(jìn)目標(biāo)，在農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造工程中，應(yīng)拋棄傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)思想，以滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)展需求。因此，在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中，必須對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械進(jìn)行全面集成，而農(nóng)業(yè)機(jī)械計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)可從設(shè)計(jì)體系中提取出準(zhǔn)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(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化及現(xiàn)代化發(fā)展。農(nóng)業(yè)機(jī)械計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)，涉及的理論基礎(chǔ)是獨(dú)立設(shè)計(jì)軟件、虛擬裝配系統(tǒng)和動(dòng)態(tài)分析功能。如果農(nóng)業(yè)機(jī)械計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)性能滿足兼容處理環(huán)節(jié)要求，農(nóng)業(yè)機(jī)械計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)應(yīng)用效果將進(jìn)一步提高。同時(shí)，在農(nóng)業(yè)機(jī)械計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)中，應(yīng)滿足現(xiàn)代設(shè)計(jì)審美要求，在設(shè)備接口設(shè)計(jì)上要滿足用戶使用要求。接口設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械零件組裝過