农机CAE服务平台研究——基于云计算和快速设计技术

针对现代化农业对配套农机的迫切需求,考虑农机市场需求的多样性和个性化,为了缩短设计周期,提高现代化农机的设计效率,结合现代资源分布式管理技术,提出了一种融合云计算和参数化、模块化快速设计的农机CAE服务平台,并对其关键技术、设计理念和实现过程进行了深入的研究。在SaaS服务模式下,基于农机部件的模块化和参数化设计理念,构建了农机部件的CAE参数化建模和有限元分析云服务平台,并以有限元协同仿真计算为研究对象,验证了农机设计制造云服务平台的可行性。由典型农机收割机部件的建模和有限元分析发现:云设计制作服务平台可以快速地通过输入参数方法得到收割机支持件,并实现高速的有限元分析,在现代化农机设计中具有可行性。     

基于有限元的农机产品数字化分析和仿真系统设计

农机产品的部件大部分为复杂模型,而有限元分析成本较高,单一企业的有限元分析能力较弱。为了解决这一难题,提出了一种基于云计算的有限元农机产品数字化仿真分析系统。云计算平台由3层组成,采用参数化建模方式,本地工程师通过云计算资源池提供的参数建模界面可以完成农机产品建模,建好的模型可以直接通过软件接口导入到云分析层,通过迭代计算得到云计算虚拟仿真结果,再由展示层以云图或者曲线的形式展现出来。对平台的性能进行了测试,结果表明:基于云计算的有限元农机数字化分析系统能有效地完成参数化建模、有限元仿真和计算结果的处理,可为联盟内企业提供共享和协同计算服务。     

基于云计算的农机部件数字化车间集成技术研究

为了提高农机加工的现代化和数字化水平,降低设计成本、缩短设计周期、提高农机部件的加工质量,结合复杂零件CAD/CAPP/CAM集成系统,采用数字化虚拟仿真技术,提出了一种基于云计算平台的农机数字化车间集成技术,并提出了基于叶贝斯分类算法的云资源优化配置算法。该技术平台通过统一的零件模型信息源实现了零件几何信息和非几何信息的共享,改进了传统的CAD、CAPP、CAM系统的不足,简化了其数字化制造工作,大大提高了企业的生产效率。以农机部件的数字化加工虚拟仿真为例,对农机部件加工刀具轨迹进行了平台测试,结果表明:利用平台的云搜索功能可以有效地确定刀具走刀方式,生成刀具轨迹,对农机现代化加工水平的提高具有重要的意义。     

数字农机部件智能化装配三维虚拟仿真技术研究—基于云平台

在农机零部件设计过程中引入基于云平台的数字化设计方法,可以在计算机上方便地确定、修改设计程序,逐步优化设计方案,通过云计算运动仿真实验,还可节省建立试验台、安装测试设备和测试仪表等有关的费用,更快地确定影响设计方案性能的敏感参数,达到最优化设计目的。为了验证方案的可行性,采用Pro/E建立了农机发动机的零部件三维模型,并利用三维虚拟装配技术对零部件进行了虚拟装配,最后采用云平台技术和运动仿真方法对装配体的性能进行了测试。仿真结果表明:采用云平台虚拟装配方法不仅可以有效地对农用发动机实际作业过程进行仿真,还可以缩短设计开发周期,提高设计效率。     

农机部件加工夹具设计及其三维装配仿真——基于NX软件

为了降低农机部件加工时因夹具产生的误差,将NX软件三维建模和装配仿真技术应用到了夹具的设计过程中,并引入了神经网络智能化算法,对夹具引起的各种加工误差进行分析,进而减小误差;然后,通过对夹具零部件的三维建模和虚拟装配仿真,验证了智能算法对减小误差的作用。对比夹具采用与不采用神经网络算法引起的加工误差,结果表明:采用神经网络算法可以明显减小夹具引起的加工误差,提高农机部件的加工精度。     

基于智能制造和大数据云平台的农机数字化设计

为了提高农机产品的设计效率、缩短设计周期、降低设计成本,将基于智能制造的数字化方法引入到了农机产品的设计上,并采用大数据云平台技术为数字化虚拟设计和虚拟制造提供了存储和计算平台,从而实现了虚拟设计和制造的大数据存储和高速度仿真计算。以农机零部件的虚拟加工仿真为例,对比了单台计算机和云平台的设计计算效率,结果表明:采用云平台技术可以明显提高计算效率,进一步缩短设计周期,降低设计生产成本。     

会计信息化技术在农机现代化设计中的应用—基于云计算系统

随着信息网络时代的不断推进,云计算模式作为一种新型的互联网计算模式被应用于中小企业会计信息化管理中。与会计信息化管理系统类似,农机现代化数字设计系统被引入云计算技术,可以通过云协同设计、云并行计算及云仿真等提高农机零部件设计的效率。为了验证方案的可行性,以农机拖拉设备变速箱的设计为例,对云平台设计系统进行了测试,并通过协同仿真设计成功地完成了变速箱箱体的装配和生成透视图。最后,对使用云平台后的建模和装配效率进行了对比,结果表明:采用云计算技术可以有效提高农机设计系统的效率,对于农机数字化系统的设计具有重要的意义。     

基于数学建模的农业机械数字化设计研究

为了提高农业机械零部件的加工效率,将数字化技术引入到了零部件加工工序的设计中,并提出了基于数学建模的加工工序优化方法。为了验证该方法的可行性,以农业机械零部件数字化设计过程中工序设计为例,建立了工序优化的数学模型,并以加工时间最短为优化目标,建立了目标函数。最后,采用UG软件对工序优化效果进行了验证,并对加工轨迹和加工时间进行了仿真模拟,结果表明:采用UG软件可以成功地实现刀具走刀轨迹的模拟,利用数学建模方法对农业机械零部件加工工序进行优化后,可以有效地提高零部件的加工效率,对于农业机械数字化设计的实现具有重要的意义。     

农机数字化设计与制造技术的研究与应用

我国农业机械处于转型发展期,由传统的农业机械制造技术开始向数字化设计的农业机械制造技术转变,不断提高我国农业发展的现代化水平。传统的设计技术制造出来的农业机械,设备更新速度慢,缺乏创新性,很难适应农业现代化的发展脚步。伴随着计算机技术的快速发展,三维数字化CAD的出现,并被广泛的应用,不仅给农业机械制造业带去了新鲜血液,还促进农业机械设备的更新换代,提高了我国农业机械制造技术,实现农业的现代化发展。     

协同SaaS平台的数据安全模型研究——面向农机数字化设计产业链

齿轮是现代重型拖拉机的重要部件,在拖拉机数字化设计过程中,齿轮的设计是较为繁琐的,并且齿轮的种类较多,不同的种类绘制方法是不同的。为了简化齿轮的设计过程,提高拖拉机齿轮的设计效率,提出了一种基于参数化设计的齿轮设计方案,并将其引入到了农机数字化设计协同SaaS平台中,同时为了保证数据的安全性,设计了数据安全模型。为了验证该方案的可行性,以拖拉机普通齿轮和锥形齿轮的设计为例,对齿轮的设计效率进行了验证,测试结果表明:采用参数化设计方案可以快速地生成普通和锥形齿轮;将参数化设计方法引入到了SaaS协同设计平台中,对数据安全性加密的效率进行了验证,验证结果表明:加密数据和普通数据的存储时间相差不大,从而验证了数据加密的快速性,为协同数字化设计平台的设计提供了较有价值的参考。     

基于云计算技术和3D渲染的农机虚拟制造技术研究

为了提高农机现代化和批量化生产效率,实现基于个性化需求农机设计和制造,提出了面向机加工的云技术农机制造服务候选资源的发现方法,并设计了农机虚拟制造的云计算平台。在农机部件云制造虚拟平台中,首先利用云存储技术存放大量的候选制造企业资源样本数据,然后利用智能分类算法KNN对候选资源进行分类,根据农机部件制造需求的客户对候选资源进行优选,最后得到最佳的候选资源。基于云计算和3D渲染技术,构建了面向工序级和零件级服务的仿真环境,并通过仿真实验,得到了优选后服务方的服务时间、费用和合格率,为现代农机的批量生产和个性化加工服务提供了新的解决方案。     

基于云环境和有限元并行计算的农机产品数字化仿真

为了解决现代化农机复杂产品数字化分析和仿真的计算开支问题,提出了一种基于云计算的农机产品数字化仿真系统平台,该平台采用云计算的三层架构和服务封装的思想,将有限元分析仿真系统的功能需求划分成服务,为有限元提供云环境下的并行协同计算功能。采用虚拟化技术,将有限元设计资源利用云环境进行集中管理,实现了软件交付的灵活性和计算资源的共享。以农机部件的大变形支持结构为例,对系统的模型建立、作业管理和数据处理3个方面进行了实例验证。仿真结果表明:采用云环境的并行计算后,其计算的收敛精度和计算效率都有了较大幅度的提高,能够计算大变形的农机部件结构,且资源的共享率较高,实现了农机部件的数字化、协同化设计。     

基于大数据和QT的农机配件供应链云平台系统设计

随着农业现代化水平的不断提高,农业机械被广泛的应用在耕种作业过程中,农机配件的需求量也不断增加,但当前农机配件产品的生产流通环节的监控力度很小,容易造成农机配件的质量安全问题。为了解决这个问题,保证农机配件供应链的可溯源性,基于大数据和QT软件界面开发工具,提出了农机配件供应链数据存储和查询的云平台系统,旨在提高农机配件供应链的数据存储和查询效率,保证农机配件的可溯源性。为了验证平台的可行性,搭建了农机配件供应链的大数据云平台,在平台的底层的Hadoop集群上搭建了8台服务器,以搜索查询农机配件的各种参数数据为测试目的,对平台进行了测试,并将其与传统的MySQL服务器进行了对比。测试结果表明:在搜索数据较少时,云平台和传统服务器的速度相当;但在大数据搜索条件下,云平台的数据处理速度是传统服务器的数倍,从而验证了云平台系统的优越性,为保证农机配件的安全和可溯源性提供了可靠的技术保障。     

基于云计算平台的农田土壤墒情信息系统设计

土壤墒情是精细农业发展的关键,传统的土壤墒情监测手段落后,仅仅依靠手持设备进行人工采集,需要耗费大量的人力物力,且墒情信息获取缺乏实时性和全面性,对农田灌溉工作和农作物的生长造成了较大的影响。为此,引入了云计算技术,构建了基于云计算平台的农田土壤墒情信息系统,通过对土壤墒情信息系统的功能需求分析,完成了信息系统总体架构的设计,并对土壤墒情信息处理流程进行了优化分析。研究结果表明:基于云计算平台的农田土壤墒情信息系统能够保证墒情信息获取的实时性、有效性,同时墒情信息采集全面,数据共享及时,对实现精细农业具有主要意义。     

基于云平台和虚拟仿真软件的农机部件智能制造系统

为了提高农机零部件设计制造的智能化水平,基于云平台和虚拟仿真软件,将智能制造系统引入到农机部件的设计和生产过程中,利用云平台的虚拟共享存储资源和协同并行计算方式,极大地提高了部件生产过程虚拟仿真的能力和水平,为智能化制造提供了必要的条件.为了验证方法的可行性,采用云平台技术对农机部件的智能制造过程进行虚拟仿真,结果表明...     

基于WebGIS的农机多机协同导航服务平台设计

为向多台农业机械协同作业应用场景提供地图和导航服务支持,设计并开发了基于WebGIS的农机多机协同导航服务平台,该平台由GIS服务和农机调度2个功能模块组成。GIS模块基于GeoServer和JavaWeb提供网页端地图服务,在显示农场地图、实时标注农机位置的同时,也提供多农机导航结果的可视化显示功能;农机调度模块以路径规划算法和任务分配算法为核心,负责提供导航服务,在用户输入任务列表并调用服务的情况下,以GeoJSON格式返回各农机的任务分配以及路径规划结果。此外,为了筛选出满足平台需求且性能最优的算法,针对路径规划算法设计了算法性能对比实验,在导航距离近、中、远的3条路径上分别测试了基于A*、Bellman-Ford、Dijkstra、Floyd和SPFA 5种算法的路径规划算法,并对不同算法的执行时间和最优路径长度进行了对比;针对任务分配算法设计了不同任务数量场景下的仿真对比实验,在任务数量为8、10、14、18的场景下分别测试了基于蚁群算法和遗传算法的任务分配算法,并对两者的执行速度和最优路径长度进行了对比。结果表明：基于Dijkstra算法的路径规划算法在结果最优的前提下执行速度最快,平均单次执行时间为0.25ms。基于遗传算法的任务分配算法可以有效降低多机协同的路径代价,相较于随机生成的工作序列,路径代价减少50%~54%;相较于基于蚁群算法的任务分配算法,农机最佳路径长度减少19%~36%,执行时间减少51%~66%,平均执行时间在1s以内。开发的多机协同导航服务平台通过使用Dijkstra算法和遗传算法分别进行路径规划和任务分配,能够基本满足多机协同作业的实时性需求。     

基于云计算技术的苹果采摘机器人系统

近年来,我国水果产业迎来快速发展期,苹果种植面积日益扩大,年产量明显增加,促使我国成为世界上最大的水果生产国家。水果进行种植过程中,成熟的水果采摘操作时必须消耗大量的时间和劳动力。由于进城务工人员日益增多,农村劳动力人口不断减少,此时劳动力成本有一定程度的增长,果农日常经营的成本也有所增加,因此智能采摘机器人顺势而生。为此,针对水果采摘机械研究的不足之处,提出了基于云计算的苹果采摘机器人系统,在机器人处于作业状态下设计了苹果采摘机器人软、硬件设计情况。为验证苹果采摘机器人的采摘效果,在果园中对其采摘性能展开试验,试验结果表明:所设计的采摘机器人运用视觉技术,能很好地克服气候环境等因素的影响,采摘作业中性能稳定,采摘效率高,值得在苹果生产地推广使用。