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摘要：在农机设计中采用计算机辅助设计（CAD），对于提高设计水平、降低消耗、缩短新产品开发周期等具有重要意义。
关键词：CAD 计算机辅助设计 农机设计
中图分类号：TH 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）26-420-01
1.引言
CAD即计算机辅助设计，经历了二维平面图形设计、交互式图形设计、三维线框模型设计、三维实体造型设计、自由曲面造型设计、参数化设计及特征造型设计等发展过程，是用计算机软、硬件系统辅助人们对产品或工程进行设计、修改及显示输出的一种设计方法。
由于农机自身特点和农机工作对象的复杂性，给农业机械的研制带来了较大的困难，也使农机的研究有其自身的特殊性。有些理论分析和综合计算过程复杂，计算量相当大，依靠人工计算几乎不可能完成。由于以上原因，传统的理论分析，很多是定性的说明问题，缺乏精确的计算和验证。相对复杂的机构分析和综合问题，往往借助于作图法和经验的拼凑，使得传统的农机设计手段捉襟见肘，无法满足现代农业的需要。CAD的优点就在于它的快速准确，直观形象，可以不厌其烦地对设计人员的设计进行反复的修改、计算、分析，帮助设计人员从繁重的设计计算劳动中解放出来，摆脱繁琐、费时、精度低的传统手工绘图，有更多的精力用于构思新的产品，充分发挥设计人员的聪明才智，提高设计效率和设计水平。
2.CAD的优点
当前企业正面临着市场全球化、制造国际化和品种需求多样化的新挑战，各企业间围绕着时间、质量和成本的竞争越来越激烈。由此出现了一系列先进制造技术、系统和新的生产管理方法，如并行工程、敏捷制造和虚拟现实技术等，所有这些先进制造技术和系统都与CAD系统的发展与应用密切相关，并给CAD系统的发展提出一些新的要求。
（1）通过产品集成建模，CAD系统面向产品的整个生命周期，它要求产品信息模型能够容易地在产品生命周期的不同环节（从概念设计、结构设计、详细设计到工艺设计和数控编程）间进行转换。
（2）通过计算机网络，CAD系统能满足并行设计和协同设计的要求，产品可以容易地被分解为一些模块，组织分散在各地的产品设计人员分工进行产品各零部件的设计和制造然后进行组装和集成。
（3）通过CAD系统与产品信息标准化相结合，把产品信息标准化作为CAD系统应用的基础和前提。产品信息标准化的结果将为CAD系统提供配套的、实用的产品信息库（数据库、知识库）。
（4）CAD系统通过深入研究机械设计型专家系统，引入知识工程，采用人工智能技术能够自动生成设计方案或交互生成设计方案，发展为智能CAD系统。
（5）通过虚拟现实技术的应用，设计人员能在虚拟世界中创造新产品；可以从人机工程学角度检查设计效果；设计人员可直接参与操作模拟，移动部件和进行各种试验，以确保设计的准确性。
3.CAD在一些农机机构设计与分析中的作用
（1）农机平面常用机构的运动学和动力学分析
农机平面常用机构的计算机辅助设计和分析，实际上是计算机平面机构设计和分析在农机上的应用，总的方法是将图解法转变为解析法。通过计算机辅助设计和分析，对农业机械常用机构设计和分析中一系列问题进行探索，提出解决办法，具有一定的实用价值。这些问题包括；农机往复机构各种驱动形式在动力学分析中的计算方法（传统方法一般是将驱动形式简化为力偶矩）；滑动摩擦的计算（例如往复切割机构、农用活塞泵）；非定向铰链摩擦矩计算（例如：曲柄摇杆式分插机构）；农机常用机构运动学中的角度计算；动力学分析的作用力矩正负号的确定等。
应用计算机对小型收割机惯性力平衡、曲柄滑道捡拾机构、插秧机曲柄摇杆式分插机构、高速插秧机偏心齿轮行星系分插机构、圆盘式弹性丢秧机构等进行了运动学和动力学分析。也使曲柄摇杆机构和圆盘式弹性丢秧机构理论模型得到试验验证。
（2）空间多作用力农机具的应用分析
受到空间力多作用力的农机具的典型问题是各种挂结形式犁的分析与计算。传统经典分析方法是图解法；一个平面一个平面的作图求各作用力。作图法采用平面投影的方法，只能首先解决一个平面问题。
（3）农业物料的线（定轨迹）、平面和空间运动分析
许多农机具的分析和设计与其处理的农业物料有关，在这方面做过大量实例分析，其中比较典型是物料的平面和空间气流的动力学分析；筛面和输送板上物料的上移、下移或跳动的理论分析，其理论模型与传统方法有所区别，若不借助计算机则无法得到满意的结果。我们将计算结果绘制成特性曲线或曲面，利用CAD辅助计算和分析可使设计者根据要求比较容易地选择参数。
4我国农机CAD的发展思路
（1）农机CAD应向深度和广度同时发展
目前，我国农机CAD在研究方面，要同时向深度和广度方面发展。一方面，要开发能够真正辅助设计人员进行农机设计计算、形成设计方案、进行设计校核、自动绘图、三维建模、样机试验仿真等功能的CAD软件。另一方面，要使 CAD的应用在农业机械、农业工程领域全面铺开，如CAD在饲料厂设计、设施园艺设计、园林规划设计、土地规划设计等领域的应用，这些都需要开发出相应的CAD软件产品；在农机CAD的应用方面，农机企业也应向深度和广度方同发展，一方面农机企业的CAD应用水平要向三维造型设计、共享产品数据库、CAD/CAE/CAPP/ CAM集成等深层次应用方面发展。另一方面，要力争有更多农机企业和企业的更多生产环节用上CAD（3）。
（2）尽快开发农机CAD通用平台
如前所述，我国农机企业一般采用国外或国内机械CAD通用平台，由于缺乏农机专用模块，致使设计效率低下，少数农机专业CAD系统也是针对某种类型的农机或农机设计算的某个环节的[4]。为此，必须尽快开发具有全部农业机械标准件和通用件库，常用农机零件库，动力机械参数库，典型农机设计计算向导模块的农机CAD通用平台。
（3）看准方向，循序渐进
CAD系统的选型，要从基础做起，一步一步来，切忌空中楼阁，农机企业一般以三维绘图为初级目标，三维图形设计是更进一步的应用，但仍未超越基本目标，通过计算机辅助分析，是 CAD高级应用的标志，PDM应用即对产品数据库进行管理，是CAD应用水平的质变所在，是真正实现设计制造系统化的关键，也只有达到这一点，CAD应用才会有明显的效益，但要达到这一点，决非一日之功。農机企业在上CAD项目时，一定要分析企业自身条件和需求，向其它机械企业咨询，看准方向，循序渐进，切忌所谓一步到位，因为CAD技术发展非常快，任何企业不可能一步到位。
（4）按CAD发展要求，创造CAD发展条件
怎样用好CAD，有许多基础性的工作要做。首先，企业在使用CAD的过程中，要注意人才的培养，一定要有人才储备、人才梯队，防止因人才流失，造成CAD系统瘫痪，给企业造成不必要的损失。随着CAD应用水平的不断提高，企业人员（包括设计人员、管理人员、技术工人）的素质和计算机应用水平，也要相应提高。这样一批掌握了当前CAD应用技术，了解CAD发展动向的技术人才是企业未来CAD发展的动力，企业要用好CAD，要搞好企业内部标准化工作企业信息设备和信息产品的管理和安全保密工作等。
5结束语
综上所述，CAD是一项非常好的辅助设计手段，它以自身的特点和优势应用在农机设计中，可以大大提高设计效率与设计水平，减轻设计人员的劳动强度，加快产品的更新换代速度，为农机企业在多变的市场中站稳脚跟打下坚实的基础，对于农机的总体水平的提高与发展都具有很好的促进作用。
关键词：CAD 计算机辅助设计 农机设计
中图分类号：TH 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）26-420-01
1.引言
CAD即计算机辅助设计，经历了二维平面图形设计、交互式图形设计、三维线框模型设计、三维实体造型设计、自由曲面造型设计、参数化设计及特征造型设计等发展过程，是用计算机软、硬件系统辅助人们对产品或工程进行设计、修改及显示输出的一种设计方法。
由于农机自身特点和农机工作对象的复杂性，给农业机械的研制带来了较大的困难，也使农机的研究有其自身的特殊性。有些理论分析和综合计算过程复杂，计算量相当大，依靠人工计算几乎不可能完成。由于以上原因，传统的理论分析，很多是定性的说明问题，缺乏精确的计算和验证。相对复杂的机构分析和综合问题，往往借助于作图法和经验的拼凑，使得传统的农机设计手段捉襟见肘，无法满足现代农业的需要。CAD的优点就在于它的快速准确，直观形象，可以不厌其烦地对设计人员的设计进行反复的修改、计算、分析，帮助设计人员从繁重的设计计算劳动中解放出来，摆脱繁琐、费时、精度低的传统手工绘图，有更多的精力用于构思新的产品，充分发挥设计人员的聪明才智，提高设计效率和设计水平。
2.CAD的优点
当前企业正面临着市场全球化、制造国际化和品种需求多样化的新挑战，各企业间围绕着时间、质量和成本的竞争越来越激烈。由此出现了一系列先进制造技术、系统和新的生产管理方法，如并行工程、敏捷制造和虚拟现实技术等，所有这些先进制造技术和系统都与CAD系统的发展与应用密切相关，并给CAD系统的发展提出一些新的要求。
（1）通过产品集成建模，CAD系统面向产品的整个生命周期，它要求产品信息模型能够容易地在产品生命周期的不同环节（从概念设计、结构设计、详细设计到工艺设计和数控编程）间进行转换。
（2）通过计算机网络，CAD系统能满足并行设计和协同设计的要求，产品可以容易地被分解为一些模块，组织分散在各地的产品设计人员分工进行产品各零部件的设计和制造然后进行组装和集成。
（3）通过CAD系统与产品信息标准化相结合，把产品信息标准化作为CAD系统应用的基础和前提。产品信息标准化的结果将为CAD系统提供配套的、实用的产品信息库（数据库、知识库）。
（4）CAD系统通过深入研究机械设计型专家系统，引入知识工程，采用人工智能技术能够自动生成设计方案或交互生成设计方案，发展为智能CAD系统。
（5）通过虚拟现实技术的应用，设计人员能在虚拟世界中创造新产品；可以从人机工程学角度检查设计效果；设计人员可直接参与操作模拟，移动部件和进行各种试验，以确保设计的准确性。
3.CAD在一些农机机构设计与分析中的作用
（1）农机平面常用机构的运动学和动力学分析
农机平面常用机构的计算机辅助设计和分析，实际上是计算机平面机构设计和分析在农机上的应用，总的方法是将图解法转变为解析法。通过计算机辅助设计和分析，对农业机械常用机构设计和分析中一系列问题进行探索，提出解决办法，具有一定的实用价值。这些问题包括；农机往复机构各种驱动形式在动力学分析中的计算方法（传统方法一般是将驱动形式简化为力偶矩）；滑动摩擦的计算（例如往复切割机构、农用活塞泵）；非定向铰链摩擦矩计算（例如：曲柄摇杆式分插机构）；农机常用机构运动学中的角度计算；动力学分析的作用力矩正负号的确定等。
应用计算机对小型收割机惯性力平衡、曲柄滑道捡拾机构、插秧机曲柄摇杆式分插机构、高速插秧机偏心齿轮行星系分插机构、圆盘式弹性丢秧机构等进行了运动学和动力学分析。也使曲柄摇杆机构和圆盘式弹性丢秧机构理论模型得到试验验证。
（2）空间多作用力农机具的应用分析
受到空间力多作用力的农机具的典型问题是各种挂结形式犁的分析与计算。传统经典分析方法是图解法；一个平面一个平面的作图求各作用力。作图法采用平面投影的方法，只能首先解决一个平面问题。
（3）农业物料的线（定轨迹）、平面和空间运动分析
许多农机具的分析和设计与其处理的农业物料有关，在这方面做过大量实例分析，其中比较典型是物料的平面和空间气流的动力学分析；筛面和输送板上物料的上移、下移或跳动的理论分析，其理论模型与传统方法有所区别，若不借助计算机则无法得到满意的结果。我们将计算结果绘制成特性曲线或曲面，利用CAD辅助计算和分析可使设计者根据要求比较容易地选择参数。
4我国农机CAD的发展思路
（1）农机CAD应向深度和广度同时发展
目前，我国农机CAD在研究方面，要同时向深度和广度方面发展。一方面，要开发能够真正辅助设计人员进行农机设计计算、形成设计方案、进行设计校核、自动绘图、三维建模、样机试验仿真等功能的CAD软件。另一方面，要使 CAD的应用在农业机械、农业工程领域全面铺开，如CAD在饲料厂设计、设施园艺设计、园林规划设计、土地规划设计等领域的应用，这些都需要开发出相应的CAD软件产品；在农机CAD的应用方面，农机企业也应向深度和广度方同发展，一方面农机企业的CAD应用水平要向三维造型设计、共享产品数据库、CAD/CAE/CAPP/ CAM集成等深层次应用方面发展。另一方面，要力争有更多农机企业和企业的更多生产环节用上CAD（3）。
（2）尽快开发农机CAD通用平台
如前所述，我国农机企业一般采用国外或国内机械CAD通用平台，由于缺乏农机专用模块，致使设计效率低下，少数农机专业CAD系统也是针对某种类型的农机或农机设计算的某个环节的[4]。为此，必须尽快开发具有全部农业机械标准件和通用件库，常用农机零件库，动力机械参数库，典型农机设计计算向导模块的农机CAD通用平台。
（3）看准方向，循序渐进
CAD系统的选型，要从基础做起，一步一步来，切忌空中楼阁，农机企业一般以三维绘图为初级目标，三维图形设计是更进一步的应用，但仍未超越基本目标，通过计算机辅助分析，是 CAD高级应用的标志，PDM应用即对产品数据库进行管理，是CAD应用水平的质变所在，是真正实现设计制造系统化的关键，也只有达到这一点，CAD应用才会有明显的效益，但要达到这一点，决非一日之功。農机企业在上CAD项目时，一定要分析企业自身条件和需求，向其它机械企业咨询，看准方向，循序渐进，切忌所谓一步到位，因为CAD技术发展非常快，任何企业不可能一步到位。
（4）按CAD发展要求，创造CAD发展条件
怎样用好CAD，有许多基础性的工作要做。首先，企业在使用CAD的过程中，要注意人才的培养，一定要有人才储备、人才梯队，防止因人才流失，造成CAD系统瘫痪，给企业造成不必要的损失。随着CAD应用水平的不断提高，企业人员（包括设计人员、管理人员、技术工人）的素质和计算机应用水平，也要相应提高。这样一批掌握了当前CAD应用技术，了解CAD发展动向的技术人才是企业未来CAD发展的动力，企业要用好CAD，要搞好企业内部标准化工作企业信息设备和信息产品的管理和安全保密工作等。
5结束语
综上所述，CAD是一项非常好的辅助设计手段，它以自身的特点和优势应用在农机设计中，可以大大提高设计效率与设计水平，减轻设计人员的劳动强度，加快产品的更新换代速度，为农机企业在多变的市场中站稳脚跟打下坚实的基础，对于农机的总体水平的提高与发展都具有很好的促进作用。