CAE技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

河南瑞創(chuàng)通用機(jī)械制造有限公司，河南 開封 475000

CAE技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域具備一定的優(yōu)勢，結(jié)合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理的實(shí)際要求將CAE技術(shù)融入農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中，可以有效強(qiáng)化農(nóng)業(yè)機(jī)械使用效率、農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)效率，保證農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的穩(wěn)定性。借助CAE技術(shù)創(chuàng)建管理模型，通過仿真技術(shù)來保障農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)的質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)與指導(dǎo)的同步性。但是CAE技術(shù)在我國興起的時(shí)間相對較短，在實(shí)際開展農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)，還應(yīng)該結(jié)合農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)的實(shí)際要求，明確設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)，充分發(fā)揮出CAE技術(shù)優(yōu)勢，強(qiáng)化農(nóng)業(yè)機(jī)械穩(wěn)定性、高效性。

1 CAE技術(shù)內(nèi)涵概述

CAE（Computer Aided Engineering）即計(jì)算機(jī)輔助工程，其主要應(yīng)用內(nèi)容是借助計(jì)算機(jī)輔助形式求解復(fù)雜的機(jī)械工程，結(jié)合被設(shè)計(jì)的機(jī)械程序，根據(jù)機(jī)械的客觀使用需求，借助計(jì)算機(jī)技術(shù)手段對機(jī)械結(jié)構(gòu)剛度、強(qiáng)度、屈曲穩(wěn)定性、動力影響、熱傳導(dǎo)、三維多體接觸、彈塑性等內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)，得出科學(xué)合理的數(shù)據(jù)值分析方法[1]。20世紀(jì)末，CAE技術(shù)開始在工程、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)用，在航空航天、機(jī)械設(shè)計(jì)、土木工程等領(lǐng)域中起到了重要作用。我國CAE技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用時(shí)間相對較晚，將CAE技術(shù)運(yùn)用到相對煩瑣的機(jī)械系統(tǒng)、工程結(jié)構(gòu)中，真正為我國工程的精密化發(fā)展、機(jī)械自動化發(fā)展提供了強(qiáng)大的技術(shù)支撐。CAE技術(shù)在信息化科學(xué)技術(shù)中已經(jīng)處于先進(jìn)地位，科學(xué)計(jì)算和有限元理論處于核心位置，借助CAE技術(shù)可以將問題細(xì)化，切實(shí)為我國工程領(lǐng)域、航空航天、機(jī)械設(shè)計(jì)等領(lǐng)域帶來新的發(fā)展動力。

2 CAE技術(shù)功能

CAE技術(shù)在實(shí)際運(yùn)用的時(shí)候，主要借助計(jì)算機(jī)技術(shù)手段實(shí)施數(shù)據(jù)分析、仿真優(yōu)化等功能。CAE技術(shù)具有較強(qiáng)的系統(tǒng)性，涵蓋了計(jì)算機(jī)、設(shè)計(jì)學(xué)、力學(xué)、農(nóng)業(yè)學(xué)、精密計(jì)算等領(lǐng)域的技術(shù)內(nèi)容，具備多功能、精細(xì)化、細(xì)致化、科學(xué)化等特點(diǎn)[2]。在我國農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域，農(nóng)業(yè)機(jī)械正朝著自動化、信息化的方向發(fā)展，設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)農(nóng)業(yè)機(jī)械時(shí)，可以充分借助CAE技術(shù)手段對設(shè)計(jì)初稿和設(shè)計(jì)改進(jìn)部分展開詳細(xì)分析，借助幾何模型對構(gòu)成機(jī)械零件的具體參數(shù)實(shí)施精細(xì)化計(jì)算[3]。與此同時(shí)，提升系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析功能，可以實(shí)現(xiàn)對機(jī)械設(shè)計(jì)的模擬運(yùn)轉(zhuǎn)，以此對干擾校驗(yàn)結(jié)果的因素進(jìn)行分析，并且將機(jī)械系統(tǒng)的試驗(yàn)結(jié)果呈現(xiàn)出來，對產(chǎn)品的強(qiáng)度、震動、碰撞情況實(shí)施綜合評價(jià)與系統(tǒng)分析。

3 我國CAE技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

當(dāng)前我國信息化技術(shù)、科學(xué)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，促使計(jì)算機(jī)輔助工程技術(shù)也在積極創(chuàng)新和發(fā)展。隨著社會的發(fā)展，我國政府部門逐漸認(rèn)識到計(jì)算機(jī)輔助工程技術(shù)的重要性，明確了計(jì)算機(jī)輔助工程技術(shù)對國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重要意義。在“科教興國、人才強(qiáng)國”社會發(fā)展戰(zhàn)略下，將計(jì)算機(jī)輔助工程技術(shù)融入社會各個角落[4]。近年來，NASTRAN、ANSYS、ABAQUS、I-DEAS等大型通用有限元件分析軟件相繼引入我國，我國從事CAE技術(shù)領(lǐng)域的工作人員、科研專業(yè)日漸增多，促使CAE技術(shù)在社會各個領(lǐng)域推廣應(yīng)用獲得了較為可觀的成績[5]。但是結(jié)合當(dāng)前CAE技術(shù)在我國的應(yīng)用情況，CAE技術(shù)總體與局部之間協(xié)調(diào)發(fā)展不足，很多行業(yè)、局部地區(qū)還并未涉及CAE技術(shù)。CAE技術(shù)還只被一部分具備經(jīng)濟(jì)實(shí)力的大型企業(yè)和部分大學(xué)科研機(jī)構(gòu)應(yīng)用，并未得到普及。

從我國農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域來看，CAE技術(shù)應(yīng)用水平與發(fā)達(dá)國家相比較低，主要原因是我國自主知識產(chǎn)權(quán)相對較少，自主科研的CAE技術(shù)軟件不足，造成很多農(nóng)業(yè)機(jī)械企業(yè)對CAE技術(shù)的認(rèn)識和應(yīng)用仍處于基礎(chǔ)階段，導(dǎo)致將CAE技術(shù)融入農(nóng)業(yè)機(jī)械存在一定難度[6-7]。為此，CAE技術(shù)科研機(jī)構(gòu)和實(shí)力水平較高的國企必須積極承擔(dān)起CAE技術(shù)科研應(yīng)用的責(zé)任，積極將CAE技術(shù)融入農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)，切實(shí)強(qiáng)化CAE技術(shù)應(yīng)用科研水平，全面提升農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造水平，大力強(qiáng)化農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)應(yīng)用安全，從而促進(jìn)我國農(nóng)業(yè)健康、高效發(fā)展。

4 CAE技術(shù)及其在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用案例

結(jié)合農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)的實(shí)際情況來看，要想使CAE技術(shù)與農(nóng)業(yè)機(jī)械完美契合，就需要從現(xiàn)有方式進(jìn)行詳細(xì)分析，明確生產(chǎn)管理工作的實(shí)際要求，確保CAE技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的可行性。充分考慮農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與農(nóng)業(yè)管理的需求，重點(diǎn)分析農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)。明確農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備種類，結(jié)合機(jī)械設(shè)備的實(shí)際需求，凸顯CAE技術(shù)運(yùn)用優(yōu)勢，有效促進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)水平提升。CAE技術(shù)對應(yīng)用環(huán)境具備一定要求，為了實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械信息化的整體發(fā)展，在開展農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)協(xié)調(diào)運(yùn)用CAE、CAD、CAM等技術(shù)，從而強(qiáng)化農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性、可靠性。

CAE技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的實(shí)際應(yīng)用案例較多，例如，某科研組織對某農(nóng)業(yè)機(jī)械的曲軸進(jìn)行了有限元分析[8]，并且在此基礎(chǔ)上對曲軸實(shí)施改進(jìn)設(shè)計(jì)。借助ANSYS前處理技術(shù)構(gòu)建出了曲軸三維實(shí)體模型，在網(wǎng)格劃分之下，將劃分成的結(jié)果翻譯成有限元計(jì)算需要的數(shù)據(jù)信息[9]。該科研組織機(jī)構(gòu)對曲軸受拉、受壓這兩種情況進(jìn)行了詳細(xì)計(jì)算，明確了該曲軸的約束力。在此基礎(chǔ)上借助ANSYS求解器，對已知應(yīng)力、曲軸強(qiáng)度踐行校驗(yàn)，其校驗(yàn)結(jié)果顯示試驗(yàn)結(jié)果和實(shí)際結(jié)果相同，結(jié)合有限元分析計(jì)算結(jié)果，明確了該柴油機(jī)的曲軸各項(xiàng)參數(shù)，并且將原本柴油機(jī)曲軸材料由原來的QT800-2改變成QT700-2。經(jīng)過不懈的驗(yàn)證和分析，不僅滿足了農(nóng)業(yè)實(shí)際生產(chǎn)高效運(yùn)用，還在一定程度上避免了浪費(fèi)資源，全面提升了農(nóng)業(yè)機(jī)械的使用成本和經(jīng)濟(jì)效益。

5 CAE技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用策略

5.1 明確農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

CAE技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用的過程中，可以結(jié)合農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)的實(shí)際要求，明確農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，從而在不同情況下發(fā)揮多重作用。在信息化社會中，CAE技術(shù)與農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)相結(jié)合，不僅能強(qiáng)化農(nóng)業(yè)機(jī)械企業(yè)的綜合競爭力，還能促進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的現(xiàn)代化發(fā)展，使CAE技術(shù)優(yōu)化升級，形成良性閉環(huán)。為了真正展現(xiàn)出CAE技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域的功能，必須結(jié)合生產(chǎn)管理工作的實(shí)際情況，對CAE技術(shù)應(yīng)用的各項(xiàng)環(huán)節(jié)進(jìn)行辨別，借助不同類別的技術(shù)手段來調(diào)整CAE技術(shù)應(yīng)用效率。在明確農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)目標(biāo)的基礎(chǔ)上，立足農(nóng)業(yè)機(jī)械的實(shí)際發(fā)展情況，規(guī)范各項(xiàng)農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)設(shè)計(jì)要求，借助CAE技術(shù)促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理升級轉(zhuǎn)型[10]。

5.2 構(gòu)建良好技術(shù)指導(dǎo)方法

在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中融入CAE技術(shù)，可以降低農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)難度。借助CAE技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)的高效引導(dǎo)，當(dāng)前CAE軟件中添加了機(jī)械專業(yè)功能，并且已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容，可以有效實(shí)現(xiàn)個性化的農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)管理。參照農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)管理標(biāo)準(zhǔn)，完善各類仿真設(shè)計(jì)系統(tǒng)。CAE技術(shù)可以讓農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)各個階段、各項(xiàng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)清晰化，通過界面管理的形式，將農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)與管理結(jié)合。了解農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)的整體需求，真正對農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行指導(dǎo)，從而簡化煩瑣復(fù)雜的農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)程序，真正實(shí)現(xiàn)智能化設(shè)計(jì)要求。

5.3 強(qiáng)化動態(tài)模擬分析效率

從農(nóng)業(yè)機(jī)械實(shí)踐應(yīng)用的層次來看，農(nóng)業(yè)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中一般存在諸多問題，為了切實(shí)有效解決這些問題，技術(shù)人員一般會采取大量的試驗(yàn)分析方法。但是由于經(jīng)費(fèi)有限，可以借助CAE技術(shù)手段實(shí)施動態(tài)化的農(nóng)業(yè)機(jī)械應(yīng)用分析，進(jìn)而解決農(nóng)業(yè)機(jī)械在實(shí)際應(yīng)用中存在的問題。例如，在聯(lián)合收割機(jī)運(yùn)行的過程中，共振現(xiàn)象會造成電子設(shè)備發(fā)生毀損，直接干擾聯(lián)合收割機(jī)的高效實(shí)用，而借助CAE技術(shù)動態(tài)化模擬分析系統(tǒng)，可以優(yōu)化不同結(jié)構(gòu)尺寸的震動頻率數(shù)據(jù)，最終促使系統(tǒng)頻率與工作頻率重合[11]。在動態(tài)化應(yīng)用數(shù)據(jù)捕捉與分析的基礎(chǔ)上，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并解決問題，從而實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械的高效運(yùn)轉(zhuǎn)。

6 結(jié)束語

總而言之，CAE技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的運(yùn)用意義重大，不僅可以簡化農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)過程，還可以實(shí)現(xiàn)我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展。在實(shí)際開展CAE技術(shù)應(yīng)用時(shí)，必須結(jié)合農(nóng)業(yè)機(jī)械的設(shè)計(jì)要求，合理運(yùn)用CAE技術(shù)方法，協(xié)助動態(tài)化模擬分析來優(yōu)化農(nóng)業(yè)機(jī)械應(yīng)用效率，真正發(fā)揮出CAE技術(shù)的優(yōu)勢，從而促進(jìn)我國農(nóng)業(yè)信息化、現(xiàn)代化發(fā)展。