数字化技术在农业机械设计及制造中的应用

数字化技术在农业机械设计及制造中的应用

杨静

山东省聊城市东昌府区柳园街道办事处 山东省聊城市 252000

摘要：数学分析作为一种重要的工具和方法论，贯穿数字化设计过程中的几何建模、结构分析、力学计算等各个环节，在设计过程中的参数优化、故障诊断、性能评估等方面，数学分析也发挥着重要作用。而想要将数学分析与机械设计相结合，不仅需要深厚的数学理论作为支撑，还需要对农业机械本身的工作原理和运行环境有深入的了解。因此，深入探讨数学分析技术在农业机械数字化设计中的应用，具有重要的理论意义和实践价值。

关键词：数字化技术；农业机械；应用

引言

传统农业机械设计和制造主要依靠手工绘图、物理模型和经验积累，在生产过程中存在制作过程繁琐、周期长，难以迅速响应市场需求和技术变化。其次，传统设计方法对设计师的经验和技能依赖性较大，难以保证设计的一致性和标准化。此外，物理模型的测试过程往往需要多次反复，耗费大量的人力和物力资源，导致开发成本高昂，从而影响整体生产效率和产品的质量，难以满足现代农业发展需求。数字化技术是指利用计算机和信息技术进行数据处理、分析和管理，以提高效率、精度和决策能力的技术手段。目前，在工业制造、医疗保健、教育行业及金融等领域得到广泛应用和发展，可以显著提高效率、精度和决策能力，推动各行业的发展和进步。数字化技术在农业机械设计中可以优化农业机械的设计流程，降低生产成本，提高产品质量，同时加速产品研发和市场推广的速度，推动农业机械更加智能化、高效化和可持续发展。

1机械设计制造中自动化和数字化技术的应用优势

1.1提高生产效率

在机械设计制造中自动化和数字化技术的应用在以下两个方面提高生产效率。一方面，自动化设备和系统能够实现连续、高速的生产操作，避免了人为操作带来的间歇性和低效性。数控机床和工业机器人等自动化设备能够在高精度和高一致性的基础上进行加工，大幅缩短了产品的加工时间。另一方面，自动化生产线能够将多个生产环节无缝连接起来，实现流水线式的高效生产，减少了工序间的等待时间和物料搬运时间。数字化技术则通过计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助制造（CAM）等手段优化了设计和加工流程。CAD软件能够快速生成和修改设计方案，减少了设计周期，而CAM软件能够将设计方案直接转化为加工代码，提高了编程效率并减少了出错率。因此，自动化和数字化技术在机械设计制造中的应用，大幅提升了生产效率，为企业在激烈的市场竞争中提供了强有力的支持。

1.2降低生产成本

在机械设计制造中自动化技术通过减少人力成本、提高设备利用率以及优化资源配置，直接降低了企业的运营费用。自动化设备和系统能够长期连续工作，减少了对人工操作的依赖，降低了人工成本。此外，自动化技术能够减少人为操作的误差和损耗，提高材料的利用率，减少废品率，从而节约了原材料成本。数字化技术通过精确的数据分析和管理，实现了对生产资源的优化配置。同时，制造执行系统（MES）通过实时监控生产过程，优化生产计划和流程，减少了生产过程中的浪费和冗余，进一步降低了生产成本。物联网技术通过对设备和生产环境的实时监控，及时预防和处理设备故障，减少了设备维修和更换的成本。同时，数据分析和人工智能技术的应用，使企业能够对生产过程中的各项成本进行精细化管理，找出潜在的成本节约点，并提出优化方案，进一步降低了生产成本。

2数字化技术在农业机械设计及制造中的应用

2.1数字化核心技术

数字化核心技术主要包括计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、虚拟现实技术(VＲ)、制造执行系统(MES)、物联网技术(IoT)等。1)CAD技术。利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作，简称CAD。通过三维建模和仿真，能够在虚拟环境中精确构建和优化农业机械的各个部件，不仅提高了设计的准确性和一致性，还可以缩短农业机械产品的设计周期，降低了开发成本，同时可以在虚拟环境中进行修改和优化，减少了对物理模型的依赖，从而提高了设计效率。2)CAM技术。CAM技术通过将设计数据转化为制造指令，直接控制加工设备进行生产，可以减少机械生产及制造过程中的人为操作误差，提升生产效率和产品质量，实现从设计到生产的一体化流程。3)VＲ技术。VＲ技术为机械产品设计师提供了一个沉浸式的虚拟环境，使其能够在虚拟空间中进行设备的装配和测试，可以及时发现和解决设计中潜在问题，提高了设计的安全性和有效性。

2.2数学分析在控制系统

智能化中的应用智能农业机械需要精确的传感和控制系统以适应复杂多变的农业生产环境。系统设计时，数学分析技术能够提供精确的模型和算法，对传感数据进行处理，进而为控制系统的决策提供支持。并且在不同阶段，数学分析在智能化应用领域发挥着不同作用。在传感器的设计阶段，数学模型可以帮助工程师们预测传感器在不同条件下的反应特性，从而指导设计更加精确和稳定的传感器，如通过偏微分方程和复变函数理论，可以模拟传感器在不同温度、湿度条件下的电磁场变化，以优化传感器的结构设计。在数据采集和处理方面，利用统计分析、数理统计和信号处理等数学分支，可以从噪声中提取出有用的信号，增强数据的准确性和可靠性，如通过傅里叶变换和小波变换，工程师们能够在频域中分析传感器输出的信号，以识别和滤除环境噪声的影响，并基于数值分析和优化算法进行传感器数据的校准和误差修正，确保数据传输的高效性和准确性。

2.3农业机械仿真技术

农业机械仿真技术是一种利用计算机软件模拟农业机械实际运行过程和工况的技术。通过模拟农业机械在不同作业条件下的性能表现，可以帮助设计师更有效地评估和优化设计方案。仿真技术还可以对农机具的碰撞、过载等安全性能进行模拟和评估。通过计算机软件进行模拟，设计师可以在短时间内测试多种设计方案，快速找到最优方案，大大减少传统试验的次数和成本，缩短产品开发周期。同时，仿真技术还可以避免实际试验中的风险和破坏性，保护设备和人员的安全。例如，在农业机械设计中，发动机是至关重要的部分，其性能直接影响整机的运行效果。因此，利用仿真技术模拟不同工作条件下的发动机性能，对于优化设计、提高工作效率和减少能耗具有重要意义。

2.4在农业机械生产中的应用

对于农业机械这种复杂的机械产品，保证每个部件和装配环节的质量是提高整机可靠性和性能的关键。MES系统通过实时监控生产进度和设备状态，优化生产计划和资源调度，确保每一个生产环节都符合质量标准，系统能够及时发现并处理生产中的异常情况，避免质量问题的累积和扩散，减少生产过程中的停机时间和资源浪费。此外，MES系统支持灵活的生产计划和快速调整，能够应对多品种、小批量的生产需求，柔性生产能力可以更好地满足不同客户的个性化需求，提升客户满意度和市场响应能力。

结束语

农业机械数字化设计与仿真技术作为现代科技的重要应用领域之一，具有广阔的发展前景和市场价值。通过不断深入研究和探索数字化设计与仿真技术在农业机械设计中的应用，可以提高农机的性能和使用效果，推动农业生产的现代化和智能化发展。未来，还需要加强相关技术的研发和创新，提高数字化设计与仿真技术的成熟度，以满足不断变化的市场需求和技术发展趋势。

参考文献

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［2］黎昌龙．浅析机械设计制造的数字化与智能化发展［J］．中国设备工程，2024(8):28－30．

［3］侯守峰．机械设计与制造中数字化建模方法分析［J］．农机使用与维修，2024(4):89－91．