浅论现代设计技术在农机工程设计中的应用

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  现代设计在农机工程设计中应用的特点是面向市场、面向用户的设计;现代设计不仅要实现产品的基本功能,还应体现人性化和环境保护的先进设计思想。下面以几年来农机工程设计中出现并不断发展的创新设计、优势设计、稳健设计、模糊设计、虚拟设计、绿色设计等现代设计技术为主要内容,由此浅析现代设计技术在农机工程设计中的应用。
  
  一、农业机械创新设计的应用
  
  农业机械创新设计(Mechanical creativeDesign)指充分发挥设计者的创造力与智慧,并利用已有的相关科学理论、方法和原理,进行新的构思,设计出新颖,有创造性及实用性的机构或农业机械产品。与传统设计相比,创新设计强调人在设计过程中,特别是在总体设计阶段中的主导及创造性作用,采用新的技术手段、技术原理,从所要求的农业机械性能出发,改进并完善现有的农业机械或创造发明新农业机械,以实现预期的功能,提高工作品质及经济性。创新设计要求设计人员具有创造性思维,设计过程应有定向发散性。
  
  二、农业机械优势设计的应用
  
  农业机械优势设计(Mechanical SuperiorityDesign)是面向市场争取竞争优势的设计,它完全不同于以个人兴趣为出发点的设计或追求某种品味的设计,不是单纯追求创新的设计。由于要面向市场,因此农业机械优势设计需更善于进行产品方向的预测和技术方向分析,寻求在当前及以后的市场上起主导地位的产品和技术方向,使产品实现过程建立相互协调的联系,并且开发吸收有效的设计技术到整个产品的各环节中去,从而增强产品的市场竞争力。采用创新设计的产品,也许会具有极强的竞争力,但并不能保证产品的“正确”和“成熟”。设计者首先应考虑自己的产品必须有哪几项优势,才能确保在市场上取得一席之地。
  
  三、稳健设计的应用
  
  稳健设计(Steady Design)是指所设计的产品(或工艺)无论在制造和使用中,当结构参数发生变化或在规定寿命内结构发生老化和变质时,都能保持产品性能稳定的一种工程设计方法。它的作用是提高设计质量,减少损失。随着市场竞争,计和制造高质量、低成本的产品越来越受到关注,稳健设计已逐渐成为提高和改进产品质量的一种有效的工程方法。考虑到设计过程中参数的随机性和相关性等问题,稳缝设计采用模糊数学的方法来解决产品质量因素的不稳定性、推理与寻优算法等问题,并利用可视化的动态三维图形和多媒体虚拟技术建立智能化的稳健设计系统。在求解时,首先确定产品的质量指标体系,建立可控与不同控因素对产品质量影响的质量设计模型;其次对稳健设计模型进行实验,通过数据计算,获得质量特性的可靠分析数据;最终通过寻找稳健设计的解或最优解,获得稳健产品的设计方案。
  
  四、模糊设计的应用
  
  模糊设计(Fuzzy Design)是将模糊数学知识应用到农业机械设计中的一种设计方法。随着科技的深入发展,需要设计的机构越来越大、也越来越复杂’设计中涉及的变量越来越多且变量间的关系也越来越复杂,这些变量中存在大量的模糊现象,许多情况下并不能精确描述所设计的产品。在设计中除了识别“非此即彼”的精确现象,还要能识别“亦此亦彼”的模糊现象。如希望设计出的农业机械产品“使用寿命较长”、“承载能力较强”就属于模糊现象。这就要求采用模糊数学的方法来解决这些问题。模糊数学的研究领域非常广泛,其包括模糊变换、模糊综合评判、模糊模式识别、模糊决策、模糊拓扑、模糊专家系统等综合理论,随着人们对模糊现象的进一步深化认识,对模糊现象定量处理方法的逐渐掌握,模糊技术必将得到进一步的发展与完善,并广泛用于工程设计中去。
  
  五、虚拟设计的应用
  
  虚拟设计(Virtual Design)属于新兴的多学科交叉技术,它是以虚拟现实技术为基础,以农业机械产品为对象,尤其对产品的概念设计、装配设计和人机工程学评价特别有益。借助其手段。设计人员可通过多种传感器与多维的信息环境进行自然的交互,实现从定性和定量综合集成环境中得到感性和理性的认识,从而帮助深化概念与萌发新意。虚拟设计技术充分利用了模拟仿真技术,它比现行的CAD系统具有更强的人机交互能力,设计人员可通过视觉、听觉、触觉及语音、手势等与设计的对象在虚拟的环境中进行直观地交互。虚拟设计技术为产品的创意、变更及工艺优化提供了虚拟的三维环境,在农业机械的设计过程中对产品进行虚拟的加工、装配和评价,进而避免了设计缺陷,缩短了开发周期,降低了开发和制造成本。虚拟设计系统按应用情况可分为增强的可视化系统和基于虚拟现实的CAD系统。增强的可视化系统利用现有的cAD系统进行建模,通过对数据格式进行适当的转换输出环境系统。
  
  六、环保设计的应用
  
  环保设计又称绿色设计,绿色设计(GreenDesign)以提高产品的“绿色程度”为目标,在满足环境目标要求的同时,保证产品应有的功能、使用寿命和质量等。绿色设计通常也称为生态设计、环境设计、环境意识设计等。在传统产品设计过程中,设计人员主要按照产品性能、质量和成本等指标进行设计,设计过程中对产品的维护性、拆卸性、回收性、淘汰废弃产品的处理及对生态环境的影响等考虑较少。这样制造出来的产品,在其使用结束后,由于缺乏必要的拆卸和回收性能,回收利用率低,其有害物质对生态环境造成了严重污染,影响了生活质量和生态环境,同时造成资源的大量浪费。在农业机械产品设计的绿色设计就是针对传统设计的这种不足而提出的一种全新的设计理念,它包含产品从概念形成到生产制造、使用乃至废弃后的回收、重用及处理处置的各个阶段,即涉及产品的整个生命周期,强调在产品开发阶段按照全生命周期的观点进行系统的分析与评价,消除潜在的,对环境的负面影响。传统设计是基础,绿色设计则是对传统设计的补充和完善。
  
  结束语
  
  目前,微电子技术、信息技术、网络技术、材料科学等学科正在迅猛地发展,而且不断向农业机械工业渗透。同时,现代设计技术也不断与农业机械设计技术相结合,向集成化、敏捷化、网络化、智能化的方向进一步发展。
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