張 佩

（西安理工大學(xué)高科學(xué)院，陜西 西安 713700）

由于農(nóng)業(yè)機(jī)械零部件更新快，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)不僅效率低，耗時(shí)長(zhǎng)，還難以保證設(shè)計(jì)質(zhì)量。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的日益成熟，將計(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，將促使農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)與設(shè)計(jì)內(nèi)容的創(chuàng)新與變革。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)械設(shè)計(jì)效率，在農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中，利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)，能夠根據(jù)產(chǎn)品的信息進(jìn)行精細(xì)的繪圖，并通過三維立體方式，將零部件的形狀、結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)和相關(guān)的參數(shù)顯示出來，使得農(nóng)機(jī)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)工作變得更加簡(jiǎn)單高效；另一方面，為了保證農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)產(chǎn)品的規(guī)格與預(yù)期要求相符，還需要用計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整和修改，以保證與實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)一致。因此，計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中發(fā)揮著十分重要的作用。

1 計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)概述

計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)（Computer-aided system）是應(yīng)用計(jì)算機(jī)完成各種任務(wù)的系統(tǒng)的總稱。計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)主要包括計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試（CAT）、計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)（CAI）、計(jì)算機(jī)輔助翻譯（CAT）、計(jì)算機(jī)集成制造（CIMS）、計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）、計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）等。隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)方式也顯得愈發(fā)重要[1]。在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中，運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)，能夠減少產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期，加快產(chǎn)品生產(chǎn)速度，提高設(shè)計(jì)者的工作效率。

2 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)用現(xiàn)狀

目前，我國多數(shù)的大型農(nóng)機(jī)制造企業(yè)都在不同程度地應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)來進(jìn)行農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)[2]。其中，計(jì)算機(jī)二維交互式繪圖軟件的使用較為普遍，利用二維交互式繪圖軟件，可以實(shí)現(xiàn)圖紙、圖表、文檔的計(jì)算機(jī)管理。同時(shí)，在AutoCAD 二次開發(fā)上，部分農(nóng)機(jī)科研工作者采用ADS 程序?qū)崿F(xiàn)了對(duì)聯(lián)合收割機(jī)械的割臺(tái)CAD 系統(tǒng)的研制。農(nóng)業(yè)機(jī)械行業(yè)計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)已經(jīng)由單一的計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)發(fā)展到面向網(wǎng)絡(luò)化的應(yīng)用技術(shù)。但也存在著一些問題，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是一些中小型農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)企業(yè)沒有充分利用計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)，未能意識(shí)到計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)的重要性。在推進(jìn)計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)的過程中，必須要有足夠的人才和設(shè)備，而中小型農(nóng)機(jī)企業(yè)資金和人員有限并且對(duì)計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)不足，這使得計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)難以充分發(fā)揮其自身的作用[3]。二是許多農(nóng)機(jī)企業(yè)僅僅把計(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)輔助技術(shù)還處在發(fā)展的初期，還沒有真正發(fā)揮計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)功能。三是將計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)用于農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，還停留在二維水平，在發(fā)展三維技術(shù)上還不夠完善。四是部分農(nóng)機(jī)企業(yè)未實(shí)施計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)的圖文文件管理，導(dǎo)致在生產(chǎn)過程中無法進(jìn)行統(tǒng)一的管理與配置，嚴(yán)重制約了系統(tǒng)中信息與數(shù)據(jù)的交互，阻礙了計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)的推廣。

3 計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢(shì)

3.1 提高設(shè)計(jì)效率

采用計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)中的三維技術(shù)進(jìn)行農(nóng)用機(jī)械設(shè)計(jì)，可以更好地反映出復(fù)雜的幾何形狀。應(yīng)用布爾運(yùn)算等軟件實(shí)現(xiàn)了對(duì)復(fù)雜的幾何實(shí)體求解，并自動(dòng)生成交叉線和相貫線，從而降低了設(shè)計(jì)工作的勞動(dòng)量和時(shí)間，提高了工作效率。在應(yīng)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)，若是想設(shè)計(jì)出新的機(jī)械產(chǎn)品，設(shè)計(jì)師僅需要設(shè)計(jì)部分新的零件即可，其余的可以應(yīng)用已有的資料進(jìn)行設(shè)計(jì)，大大降低了設(shè)計(jì)的難度，提高了設(shè)計(jì)效率[4]。此外，計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)具有很好的變形設(shè)計(jì)功能，能夠迅速地進(jìn)行結(jié)構(gòu)化功能設(shè)計(jì)，從而獲得一種新型的農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品。以農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備中的小底盤為例，可以采用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)進(jìn)行三維仿真和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，依據(jù)工件的定位，設(shè)定坐標(biāo)系統(tǒng)，并按坐標(biāo)進(jìn)行組裝，設(shè)計(jì)好變形參數(shù)，然后再通過計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)變形，便可設(shè)計(jì)出符合大型農(nóng)用機(jī)械設(shè)備所需的大底盤。通過計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)，改進(jìn)了農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的總體穩(wěn)定性和操作性，并且在精細(xì)的參數(shù)下進(jìn)行設(shè)計(jì)，提高了設(shè)計(jì)效率。

3.2 便于零件設(shè)計(jì)與修改

應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可以在裝配條件下設(shè)計(jì)新零件，并能針對(duì)鄰近零件的形狀、位置等設(shè)計(jì)新零件，使得操作更加方便、快捷，并保證了新零件與鄰近零件的相互結(jié)合，降低了因設(shè)計(jì)而造成的誤差性和不相容性。比如，在農(nóng)機(jī)設(shè)備組裝的過程中，可以快速準(zhǔn)確地按照箱體的外形和特殊要求，設(shè)計(jì)出滿足要求的箱蓋。在機(jī)械部件的外形設(shè)計(jì)完畢后，系統(tǒng)會(huì)將所有的零部件都顯示在資源查找器中，然后點(diǎn)擊相關(guān)的指令，就可以知道零部件的詳細(xì)操作[5]。若是想重放，可點(diǎn)擊資源查找器中的回放功能，整個(gè)零件建模的流程都會(huì)以動(dòng)態(tài)的方式呈現(xiàn)出來，增強(qiáng)了過程的透明度。此外，在修改零部件時(shí)，可以使用資源查找器的某個(gè)指令來完成，只要點(diǎn)擊所要修改的零部件即可。

3.3 保證農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量

應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和 CIMS 技術(shù)，能夠優(yōu)化農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，分析制圖數(shù)據(jù)，并進(jìn)行快速檢索，保證農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的質(zhì)量[6]。此外，一些大型農(nóng)機(jī)企業(yè)的數(shù)控技術(shù)越來越成熟，與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)相結(jié)合，可以很好地解決機(jī)器部件的制造問題，從而改善了農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品的使用品質(zhì)。采用三維機(jī)械設(shè)計(jì)，不僅能準(zhǔn)確地描繪物體的尺寸、位置、形狀等特征，而且還能提供物體體積、紋理、顏色、慣性、重心等信息，以刻畫物體的形狀，使其更加真實(shí)、準(zhǔn)確、全面地表達(dá)出設(shè)計(jì)者的思想和目的。

4 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

4.1 農(nóng)業(yè)機(jī)械模型構(gòu)造設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)在農(nóng)業(yè)機(jī)械模型構(gòu)造設(shè)計(jì)中得到了較為廣泛的應(yīng)用。首先，應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，將農(nóng)機(jī)零部件進(jìn)行歸類，分析結(jié)構(gòu)，選出零部件特征，構(gòu)建農(nóng)機(jī)零部件的特征庫，并對(duì)其進(jìn)行賦值，判定好位置，最終形成以特性為基礎(chǔ)的農(nóng)機(jī)零部件參數(shù)化建模。在建立了實(shí)物建模后，利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)中的特性模組設(shè)計(jì)清單，將各部件的功能全部顯示出來[7]。在對(duì)復(fù)雜模型進(jìn)行參數(shù)命名時(shí)，名稱應(yīng)易于理解，并在需要的時(shí)候加上一個(gè)簡(jiǎn)短的注解。將所確定的參數(shù)錄入到設(shè)計(jì)列表的“輸入部分”中，然后在“關(guān)聯(lián)”區(qū)域內(nèi)，確定部件的相應(yīng)大小。此外，在“關(guān)聯(lián)界定”中，對(duì)相同部件之間的不同尺度進(jìn)行界定，并對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整和設(shè)計(jì)。利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)中的參數(shù)化建模技術(shù)，能夠?qū)r(nóng)業(yè)機(jī)械模型構(gòu)造設(shè)計(jì)進(jìn)行建模，極大地提升了工作速度，改善農(nóng)機(jī)產(chǎn)品的視覺效果，完成產(chǎn)品的組裝，是一種節(jié)省時(shí)間、提高效率的農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)途徑。

4.2 犁體設(shè)計(jì)

犁是一種用來耕種、翻土的農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備。犁體的設(shè)計(jì)存在著一定的復(fù)雜性，如果使用傳統(tǒng)的手工方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，很難保證設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性和效率[8]。而計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)的應(yīng)用可以大大提高犁體設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量。犁體設(shè)計(jì)主要采用的是三維制圖思維，所以它的三維建模更加逼真直接，仿真效果要比傳統(tǒng)的人工繪制好得多。首先，通過CAD 軟件來設(shè)計(jì)草圖，讓設(shè)計(jì)師更加清晰地了解犁體的結(jié)構(gòu)和外形，在設(shè)計(jì)過程中，可以隨時(shí)調(diào)整和修改犁體草圖，以適應(yīng)使用者的需求和反饋。當(dāng)設(shè)計(jì)師難以確定犁體是否能在不同地形上作業(yè)時(shí)，他們可以使用CAD 軟件進(jìn)行數(shù)值分析，并通過模擬測(cè)試來找出犁體存在的缺陷，從而優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。其次，應(yīng)用FEA（有限元分析），幫助設(shè)計(jì)師評(píng)估犁體的強(qiáng)度和剛度，并確定合適的材料和結(jié)構(gòu)[9]。再次，運(yùn)用VR（虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)）幫助設(shè)計(jì)師進(jìn)行可視化設(shè)計(jì)，提供實(shí)際尺寸和比例，讓設(shè)計(jì)者更好地感受設(shè)計(jì)的效果。最后，應(yīng)用CAM（計(jì)算機(jī)輔助制造）幫助制造商生成機(jī)器切割路徑，并指導(dǎo)操作人員使用設(shè)備和工具。此外，CAM 還可以幫助制造商制定生產(chǎn)計(jì)劃和加工步驟，以確保生產(chǎn)過程的高效性和可靠性。

4.3 旋耕機(jī)設(shè)計(jì)

旋耕機(jī)是一種用途范圍非常廣泛的農(nóng)用機(jī)械設(shè)備，旋耕機(jī)的設(shè)計(jì)需要考慮多方面因素，如工作寬度、深度、速度等，這就給設(shè)計(jì)師帶來了很大的難度。因此，計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)在旋耕機(jī)設(shè)計(jì)中也越來越受到關(guān)注[10]。首先，機(jī)體結(jié)構(gòu)是旋耕機(jī)最基本的組成部分。一個(gè)好的旋耕機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)應(yīng)該具備強(qiáng)度高、耐用、重量輕等特點(diǎn)。傳統(tǒng)的機(jī)體結(jié)構(gòu)多是依靠設(shè)計(jì)師的經(jīng)驗(yàn)和直覺來設(shè)計(jì)，并且需要大量的試驗(yàn)和測(cè)試來驗(yàn)證其可行性，這往往需要耗費(fèi)很多時(shí)間和成本。而使用CAD 軟件可以大大提高機(jī)體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的效率和精度。通過CAD 軟件，設(shè)計(jì)師可以對(duì)旋耕機(jī)的機(jī)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)字模擬，并進(jìn)行強(qiáng)度分析，來確定機(jī)體結(jié)構(gòu)的最佳設(shè)計(jì)方案。其次，旋耕機(jī)主要的功能是對(duì)土壤進(jìn)行耕作處理，在旋耕機(jī)設(shè)計(jì)中，要考慮到其對(duì)土壤的處理效果。而CAD 軟件可以提供非常直觀的三維模型，使設(shè)計(jì)師可以快速地確定旋耕機(jī)的耕作深度、寬度等關(guān)鍵參數(shù)。通過CAD 軟件的仿真和分析，可以更好地了解耕具的耕作原理，提高作業(yè)效率，減少時(shí)間和能源消耗。最后，旋耕機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)也是旋耕機(jī)設(shè)計(jì)中的重要一環(huán)，是旋耕機(jī)穩(wěn)定性和可靠性的保證。旋耕機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)需要匹配正確的發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置，以確保機(jī)器在工作期間能夠?qū)崿F(xiàn)順暢的動(dòng)力傳遞。在CAD 軟件中，設(shè)計(jì)人員可以創(chuàng)建旋耕機(jī)完整的數(shù)字化模型，并對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行仿真和優(yōu)化，以此提高設(shè)計(jì)效率。

4.4 聯(lián)合收獲機(jī)設(shè)計(jì)

聯(lián)合收獲機(jī)是一臺(tái)集收割、分離、清選于一體的綜合型農(nóng)用設(shè)備，其作用十分廣泛。隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)的不斷完善，聯(lián)合收獲機(jī)的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)也越來越先進(jìn)。首先，機(jī)器的切割效果是聯(lián)合收獲機(jī)性能的重要指標(biāo)之一，而葉片是影響切割效果的關(guān)鍵因素，所以好的葉片設(shè)計(jì)可以顯著提高聯(lián)合收獲機(jī)的性能和效率。葉片的形狀和數(shù)量非常復(fù)雜，手工設(shè)計(jì)很容易出現(xiàn)差錯(cuò)。故很多設(shè)計(jì)師應(yīng)用CAD 軟件來設(shè)計(jì)葉片，CAD 軟件可以模擬葉片的形狀，計(jì)算出葉片的數(shù)量，并對(duì)葉片的結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析，以確保在高速切割過程中可以保持葉片的穩(wěn)定性和根部強(qiáng)度。其次，聯(lián)合收獲機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也是聯(lián)合收獲機(jī)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，需要考慮到機(jī)器整體的強(qiáng)度、穩(wěn)定性和適應(yīng)性。而且聯(lián)合收獲機(jī)不同的組件都有著不同的形狀和材料，這使得整個(gè)聯(lián)合收獲機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜度高。CAD 軟件可以根據(jù)機(jī)器不同組件的特性，快速進(jìn)行數(shù)字化建模和力學(xué)分析，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，以提高聯(lián)合收獲機(jī)的穩(wěn)定性。最后，駕駛室是聯(lián)合收獲機(jī)使用的主要環(huán)境。它的舒適度是影響司機(jī)工作效率的關(guān)鍵因素之一。CAD 軟件在聯(lián)合收獲機(jī)駕駛室設(shè)計(jì)中，可以提供快速、準(zhǔn)確的數(shù)字模型，通過前期的數(shù)字仿真和分析，確保駕駛室能夠提供最佳的視線和人體工學(xué)設(shè)計(jì)，從而保證司機(jī)工作的舒適度，提高司機(jī)的工作效率。

5 結(jié)語

綜上所述，農(nóng)業(yè)機(jī)械的普及極大地提高了農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)效率，減輕了農(nóng)民的勞動(dòng)負(fù)擔(dān)。而農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)作為農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)展中最重要的一環(huán)，也逐漸被人們重視起來。要想推進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械的快速發(fā)展，就應(yīng)重視計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)的應(yīng)用，以提高農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)效率，縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期，優(yōu)化設(shè)計(jì)性能。此外，農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)工作者還應(yīng)學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)，學(xué)習(xí)信息化專業(yè)知識(shí)，提高自身的綜合素質(zhì)，以設(shè)計(jì)出更多符合實(shí)際需要的農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品，減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，從而推動(dòng)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。