数字技术在农业机械设计制造中的运用探析

引言

在农业现代化进程中，农业机械的性能与质量至关重要，而数字技术为农业机械设计制造升级提供了关键支撑。当前传统设计制造模式已难以满足农业对高效、精准农机的需求，数字技术的融入能提升设计效率、优化制造流程。

一、数字技术在农业机械设计中的运用

1.1 计算机辅助设计（CAD）的应用

计算机辅助设计(CAD)能够高效精确地完成农业机械设计任务，将传统的手绘设计转化为一种数字化设计。在零部件设计过程中，可以利用 CAD 软件完成零部件三维结构绘制，清晰展现零部件尤其是齿轮、轴承等关键零部件的结构细节，并借助软件便捷修改零部件尺寸精度以及配合间隙等内容，消除传统设计图纸因比例误差造成的组装困难等问题。在复杂整机设计过程中，应用 CAD 软件对各零部件的参数和结构进行协同设计，通过图层管理设计各零部件的空间位置并以动力系统、传动机构、作业装置等大系统为图层内容，在图层组合后根据软件功能完成各个系统的整体组合验证，消除了各系统组装后存在的空间位差以及部件干涉等问题。

1.2 虚拟仿真技术的应用

对于虚拟仿真，首先可以通过仿真虚拟样机来模拟农业机械的运作，实现设计优化过程中的低成本测试。仿真预测农业机械设备的作业性能时，可以将仿真分析后设计的农机样机导入虚拟模拟的田间场地，模拟土壤阻力、作物形状等各种环境影响农业机械设备作业的效果，例如分析插秧机在不同的土壤湿度下，插秧的深度如何；收割机切割部件和作物秸秆之间的互动过程如何，找到机械设计可能出现问题，如卡住、漏收等故障。动力匹配时，虚拟仿真软件可以模拟发动机输出的动力在不同的工况下与传动系统的配合效果，例如通过变化的曲线了解不同工况下的燃油效率、能耗和效率。

1.3 参数化设计技术的应用

几何建模过程中定义变量与几何模型的关联关系，便是进行参数化设计。可以通过参数化快速进行迭代，使农业机械产品设计的模型变化并满足不同的个性化要求。在建立初步模型时，如果轴距、作业幅宽、某些零部件的厚度是影响最终机械大小的重要参数，可以将这些参数定义为设计变量，通过修改不同变量的变量值，模型能够随着变量值的变化自动生成不同的几何模型，不需再重新对整个机架等构件进行重新绘制。由于产品的功能性和产品规格均可进行参数化处理，因此特别适合产品系列化的设计，同一套型号的拖拉机就可以通过参数化修改来获得不同功率的不同型号拖拉机，或者是播种机根据不同作物的行距要求通过修改排种器间距值，可以快速进行修改，进一步提升设计复用率；设计过程中能够对设计变量和参数进行多方案求解，以便进行性能优化，通过变更参数值而创建不同设计变型，并基于该种方式建立多方案或功能等多重变量间的模拟关联与控制，通过不同方案的性能仿真、交互验证出最优的产品设计方案，如为丘陵小地块种植地设计的农机，从而有效提高产品对复杂多变地块的适应性。

二、数字技术在农业机械制造中的运用

2.1 智能制造技术的应用

智能制造技术为农业机械制造注入了自动化与柔性化的新动能，推动生产模式从传统刚性向灵活自适应转变。在零部件加工环节，数控机床通过数字编程实现复杂结构的精准切削，如收割机刀片的曲面加工可通过预设程序完成多道工序的连续作业，减少人工干预导致的误差。焊接机器人则凭借稳定的运动轨迹控制，在拖拉机底盘、农机架体等焊接中保证焊缝均匀性，同时通过视觉识别系统实时校正工件定位偏差，适应不同批次产品的细微差异。装配生产线引入协作机器人后，通过力觉传感器感知装配力度，避免过盈配合导致的零件损坏。

2.2 数字化生产管理系统的应用

数字化生产管理系统通过数据互联打通农业机械制造的全流程，实现生产资源的精准调度与高效协同。在生产计划层面，系统可根据订单需求自动分解生产任务，将整机装配拆解为零部件加工、外购件采购等子环节，结合设备产能与物料库存生成最优排产方案，并通过甘特图实时展示进度，当某一环节延误时自动触发调整机制，避免生产停滞。物料管理方面，通过物联网技术对原材料与在制品进行追踪，仓库内的智能货架配合射频识别（RFID）标签，可自动定位所需物料的存放位置并提示补货时机，减少物料寻找时间。质量管控模块则记录每道工序的检测数据，形成产品质量追溯档案，若后续发现问题可快速回溯至具体生产批次、设备及操作人员，为责任界定与工艺改进提供依据。系统积累的生产数据可通过分析工具挖掘瓶颈工序，为优化生产流程、提升设备利用率提供数据支持。2.3增材制造技术的应用

增材制造技术（3D 打印）打破了传统制造对复杂结构的加工限制，为农业机械关键零部件的创新设计与生产提供了新路径。在异形部件制造中，如收割机的分禾器、播种机的排种盘等具有复杂内腔或镂空结构的零件，可通过增材制造一次成型，无需拼接组装，既减轻了部件重量，又增强了结构强度，同时减少了模具开发成本。对于小批量定制化零件，如针对特殊作物设计的专用农机配件，增材制造无需调整生产线，只需修改数字模型即可快速生产，满足个性化需求的同时缩短交付周期。在材料利用方面，增材制造采用逐层堆积的方式，原材料利用率远高于传统切削加工，尤其适用于贵重金属或耐磨材料的零部件生产，降低制造成本。该技术支持多种材料复合打印，可在同一部件中整合不同性能的材料，如在农机刀具的刃部使用高强度合金，而基体采用轻量化材料，实现功能与成本的平衡，为农业机械的性能升级提供更多可能。

三、数字技术应用面临的问题与对策

3.1 存在的问题

数字技术在农业机械设计制造中的应用仍面临多重阻碍。技术层面，部分核心数字化装备与软件依赖外部供给，自主可控性不足，且不同系统间数据接口不统一，易形成信息孤岛。成本压力显著，购置智能生产设备、搭建数字化管理平台需大量初始投入，对中小型农机企业构成负担。专业人才短缺问题突出，既懂农机制造工艺又掌握数字技术的复合型人才匮乏，导致先进设备与系统的应用效能难以充分发挥。

3.2 解决对策

针对上述问题，需从技术、人才、机制等多维度突破。技术方面，加强自主研发，支持国产数字化软硬件的创新，同时推动行业数据标准统一，实现系统间互联互通。通过政策引导降低应用成本，如设立专项补贴支持企业数字化改造，鼓励设备租赁与共享模式，减轻中小企业压力。人才培养上，推动高校与企业联合开设相关专业，定向输送复合型人才，同时开展在职培训，提升现有员工的数字技能。

结语

数字技术在农业机械设计制造中应用广泛，能提升效率与质量，但也面临技术、成本、人才等问题，提出的对策可推动其更好应用。研究对不同规模企业应用差异探讨不足。未来可深入研究适配不同企业的方案，随着 AI 等技术发展，探索其与数字技术融合，助力农业机械产业智能化升级。

参考文献

[1]贾红军.数字技术在现代农业机械设计中的应用研究[J].农村实用技术,2024,(10):111-113.

[2] 孙 乐 维 , 武 斐 . 数 字 化 技 术 在 农 业 机 械 设 计 及 制 造 中 的 应 用 [J]. 农 机 使 用 与 维修,2024,(09):101-104.