产品设计是制造业的灵魂。近年来,信息技术的迅猛发展使得传统的设计方法逐渐为现代设计方法所取代,大批学者对现代设计方法进行了研究。数字化设计技术涵盖了现代设计的最新技术,同时又是现代设计的前提,对其进行深入研究十分必要。尽管目前我国能生产的农业装备品种很多,但产品技术水平、产品结构与发达国家还存在相当差距,究其原因,还是在设计这一源头上没有取得突破性进展。本文试图将数字化设计技术引入农业机械行业,以改变传统农业机械生产方式,朝着提升我国农业装备设计制造的整体水平方向努力。 作者以农业用泵及稻麦联合收割机为切入点,研究了数字化设计的有关理论及技术,其中创新点如下: 研究了虚拟原型技术、网络化产品协同设计、多学科领域设计与仿真的分布式计算模型,在此基础上,提出了基于虚拟原型技术的数字化产品系统开发体系结构,并将其应用于农业机械虚拟产品开发中; 针对目前潜水泵三维实体造型几乎空白的现状,在水力设计结果的基础上研究了关键过流部件的三维建模策略,着重研究了农业用泵的特征建模以及参数化建模技术,并实现了潜水泵零部件自动和半自动的三维实体模型的建立; 为潜水泵的性能预测建立了较完善的CFD分析模型,确定了潜水泵计算的网格模型、流固耦合模型、湍流模型、离散格式、边界条件,最终较准确的实现了潜水泵的虚拟性能测试,对设计的合理性予以验证,并对影响性能的关键部位(叶片、导叶)表面以及关键位置(垂直轴平面)的速度场、压力场进行了分析; 研究了虚拟装配的实现过程,根据产品信息的不同抽象程度,将产品信息分为零件层、装配特征层、几何面层和面片描述层,并借助几何要素与三角形面片之间的映射关系,实现了虚拟环境下潜水泵零部件的重构以及虚拟装配; 研究了对泵性能有关键影响的叶片曲面的虚拟加工仿真,提出了将叶片工作面和背面分开加以考虑,对于可能发生全局干涉和局部刀具干涉的叶片背面进行了快速检查,对于发生干涉的点,利用调整刀具后跟角和侧偏角进行修正。在进行刀具行距和步长计算时,并采用“Iso-scallop”法,以获得最高的加工效率; 将基于实例的设计技术应用于农业机械的设计过程,克服了问题域为病态结构域的机械产品设计过程中基于规则和基于模型推理难以实施的不足,一定程度上解决了知识获取的瓶颈,加速了农业机械产品的开发,提出了一种新的实例动态存储模型,并采用基于模糊相似优先比对相似实例进行判断。 本论文是在国家自然科学基金课题“新型农业用泵虚拟设计与智能仿真系统集成研究”以及正在申请的自然科学基金课题“新型联合收割机数字化设计新技术及其系统设计”背景下,对机械产品数字化设计技术研究的探索,研究成果对于农业机械其它产品的研发也具有一定的指导意义。