广西为我国主要蔗糖产区,蔗糖产业为广西支柱产业之一,且60~70%的甘蔗种植在丘陵地区,但甘蔗的收获仍基本未实现机械化。本项目结合丘陵地区甘蔗收获机械开发中的难题,构建丘陵地势地貌及甘蔗种植特点知识库,通过虚拟样机技术对甘蔗收获机扶蔗、砍蔗、断尾、剥叶等关键部件及整机性能进行仿真分析。使用合理的知识表达方式,结合虚拟设计技术和人工智能技术,建立甘蔗收获机械智能设计专家系统。采用遗传基因及神经网络,形成对甘蔗收获机各关键部件以及整机的系列化创新设计中主参数特征的识别、提取、优化设计的智能设计系统,通过PDM技术建立智能化集成平台,实现对产品设计分阶段、多层次、多视角的全面评判,从而高效、快速、可靠的开发出甘蔗收获机械,并形成具有自主知识产权的基于知识的甘蔗收获机械开发平台。
本项目结合丘陵地区甘蔗收获机械开发中的难题,构建了丘陵地区典型甘蔗地土壤特性、甘蔗主要品种的自然、力学特性等知识库及具有层次化结构的甘蔗收获机械性能评价知识库系统;通过结合虚拟样机技术对关键部件及整机性能进行仿真分析和实验验证,研究了土壤特性与整机行走性能以及功率分配特性的影响关系,并以甘蔗作为研究对象,对整机进行了物流仿真分析,研究了主要部件布局及工况对整机性能的影响,得出了不同工况下主要部件的设计主参数、动态性能及功率分配特性,从而实现产品的结构创新;同时从仿真分析与实验结果中提取经验性知识,并采用混合符号主义与连接主义的知识模型,以及面向对象的框架-规则的形式来统一表达,有效地解决了知识的表达与利用;综合采用神经网络、模糊理论、遗传算法等人工智能技术,形成对各关键部件以及整机的系列化创新设计中主参数特征的识别、提取、优化设计的智能设计系统,并形成具有自主知识产权的基于知识的甘蔗收获机械智能设计系统。研究表明,结合虚拟样机技术,通过仿真分析与实验验证来实现产品创新设计是可行的,基于虚拟样机技术的甘蔗收获机械创新设计方法提高了产品创新设计的成功率,可为复杂机电产品的设计提供借鉴。