薛 辉

（湘西民族职业技术学院，湖南 湘西州 416000）

农业机械化是助力农业现代化高质量发展的主要方式，近年来，随着我国乡村振兴战略的贯彻落实，科学改善并转变农业生产及发展方式已经成为新时期农业生产发展重点关注的问题。其中，农业机械化是促进农业实现增产增收及高质量发展的重要保障，要求我国农业生产领域紧抓农业机械化发展问题，深刻意识到农业机械化是实现农业现代化的前提条件。经过多年的实践与发展，农业机械化水平得到了显著提高，为助力我国农业经济可持续发展提供了良好的内在驱动力。目前，为进一步提升农业机械化水平，研究人员主动应用新兴技术（如模块化设计技术），针对传统农机设备生产制造体系进行转型升级，进一步提高农机产品设计使用效率。

1 小型农机应用现状及模块化设计可行性分析

新时期我国农业生产已经迈入了以机械化为主导的发展阶段，农机设计制造水平呈现出稳步上升的态势，集中表现在农机产品保有量持续增加、农机作业能力显著提高、农作物生产方式逐渐向机械化靠拢等方面[1]。然而，由于目前农机产品功能需求多样化以及作业环境复杂化等特征相对突出，再加上我国农业生产长期以来比较依赖于人工作业，农机产品机械化生产制造水平尚未达到预期高度，存在科研创新能力薄弱以及研发水平滞后等问题。最重要的是，部分地区受到经济发展以及其他因素制约，农机产品有效供给明显不足或存在售价偏高的现象，严重阻碍了我国农业机械化可持续发展进程。

以农业生产常用的小型农机为例，长期以来，小型农机产品设计习惯依赖于过去的经验总结，并未对现有设计方法进行大胆创新与实践应用，导致零部件重复性设计问题偏多且资源共享性较差，难以保障小型农机高效使用。为解决当前农业机械产品功能个性化与科研水平不高之间的矛盾，研究人员主动将模块化设计方法应用到小型农机研发设计工作当中。模块化设计作为农业机械化设计体系的重要方法，主要通过结合先进的应用理论以及实践方法，统筹考虑不同耕作方式的多样化特征以及不同地区农作物的生产需求，对传统小型农机生产设计以及制造体系方面的短板问题进行优化完善。针对多样化需求特征，快速设计并配置出适用于农作物生产作业的小型农机产品，可行性相对较高。

2 模块化设计的概念及特点分析

2.1 模块化设计的概念

随着农业现代化进程的加快，农机的需求和更新换代的速度也越来越快，因此，如何提高农机装备的灵活性、可操作性、适应性、可靠性并降低生产成本成为关键问题。模块化设计作为一种新型的产品开发和制造方法，可以有效地解决这些问题，因此在农机装备制造领域得到了广泛应用。模块化设计可以理解为通过统筹组合产品中的某些要素，科学构建具有特定功能的子系统，所构建出的子系统可以用于具备通用性特征的模块以及其他产品要素的组合当中，经过一系列处理之后，可以构建全新的系统模式，完成对多种不同功能或者相同功能系列产品的高质量生产与应用。在农机领域，模块化设计主要有以下几种：

1）发动机模块化设计。将发动机分解成若干个独立的模块，如进气系统、排气系统、燃油系统、润滑系统等，各个模块之间具有明确的功能和接口，可以相互组合。这种设计方法可以降低发动机的制造成本和维修成本，提高发动机的可靠性和耐久性。

2）传动系统模块化设计。将传动系统分解成若干个独立的模块，如变速箱、离合器、轴承等，各个模块之间具有明确的功能和接口，可以相互组合。这种设计方法可以更好地满足不同客户的需求，并且提高了传动系统的适应性和可靠性[2]。

3）操纵系统模块化设计。将操纵系统分解成若干个独立的模块，如驾驶舱、操纵杆、控制面板等，各个模块之间具有明确的功能和接口，可以相互组合。这种设计方法可以提高农机的灵活性和可操作性，降低了人工操作的难度。

4）电气系统模块化设计。将电气系统分解成若干个独立的模块，如电路板、电机、传感器等，各个模块之间具有明确的功能和接口，可以相互组合。这种设计方法可以降低农机故障率，提高装备的耐久性。

2.2 模块化设计的特点

模块化设计通常会涉及模块划分与模块组合两个流程。其中，模块作为模块化产品的基本组成单元，在生产设计过程中，应该不仅面向某一个产品，而是需要面向整个产品族进行合理生产与设计制造。

从核心特点上来看，模块化设计所具备的特点主要表现为：1）结合生产需求，科学构建满足产品系列设计要求的模块系统；2）结合用户个性化需求，借助模块系统中的模块快速拼装等功能优势，快速实现对模块化产品的生产制造。其中，科学构建模块化系统可以视为实现模块快速组合与拼装的重要前提。

从生产设计步骤上来看，模块化设计的重点步骤为：1）需要结合模块系统的总体规划要求，针对设计任务功能以及产品布局方案进行深入研究与分析；2）通过合理划分模块，完成对模块的系列规划；3）通过模块系统实现模块功能、设计方案等方面的分析，提高生产速度，满足农业生产实践要求。

3 模块化设计在小型农机上的应用分析

3.1 小型农机功能模块划分

基于模块化设计的小型农机具备多功能作业机的优势，不仅可以解决长期以来农机产品设计周期长、成本高的短板问题，还可以助力实现高质量生产目标、促进农业增产增收[3]。模块化设计主要将小型农机划分为多个功能模块，分别为动力模块、传动模块、行走模块以及执行模块。在模块组合与应用过程中，可以将动力模块、传动模块以及行走模块组合起来，通过对不同执行模块的组合满足小型农机不同功能性需求。模块化设计中比较常见的有小型山地旋耕机、小型山地水稻联合收割机等[4]。需要注意的是，在模块化设计过程中，设计人员应该结合小型农机的使用需求对其组成部分的功能进行标准化设计，科学制成不同的标准模块，在使用时再进行组装处理，以完成不同的农业作业。

3.2 小型农机装置组成及功能应用

小型农机在装置组成上主要可以围绕操纵装置、行走装置、动力装置、传动装置以及执行装置等进行研究分析。这几种装置作为农机常用的通用装置，也可以视为农机模块化设计中的通用模块，可以结合不同装置的功能应用设计多个模块，来满足农机生产的多样化需求[5-7]。

从功能应用上来看，执行装置更多体现在旋耕、联合收割以及施肥等模块功能上，在使用过程中并不具备通用性，所以需要将其设计成为相对独立的专用模块进行使用。在设计优化过程中，需要借助接口方式实现对通用模块与专用模块的连接处理。通用模块能够满足多个农机的功能需求，而专用模块是个别农机所采用的模块，是为了满足特定的需求而采用的模块。值得注意的是，一个通用模块通常需要与多个专用模块进行组合应用，目的在于打造不同的农机产品，实现高质量生产应用过程。基于此，每个接口在一定使用范围内应该具备通用性特征，通过不断减少使用的接口数量，提高模块功能应用效果。

3.3 模块接口方式设计

模块化设计的全过程都比较依赖于模块组合与划分，为确保模块组合与划分效果达到预期，研究人员需要高度关注模块之间的接口设置问题。在优化过程中，应该提前分析模块化产品中的接口信息以及相关数据，为确保不同功能模块组合以及相同功能模块之间可以满足互换要求，所设置应用的模块必须具备可组合性、可互换性等重要特征[8]。模块之间的接口可以理解为部分零件或者部件之间的接口，包含直接式接口和间接式接口两种：1）直接式接口。可以理解为模块本身所携带的接口，通常具备直接连接以及传递等功能优势[9]，需要注意的是，这种接口结构只能单纯传递信息或者参数，无法对信息或者参数进行处理。如机械互连中的各种连接零件（螺钉、铆钉等）通常会选择直接式接口进行设置应用[10]。2）间接式接口。可以理解为是两个功能模块间通过接口模块连接的方式实现安全连接，可完成对信息或者参数的直接处理。

对于小型农机，在接口方式的选择上应该优先以间接式接口为主。在使用过程中，应该结合小型农机专用模块如旋耕模块、联合收割模块等的使用要求，在合适位置设置几个接口；再通过适当旋转，确保通用模块可以配以不同的专用模块进行高效应用，实现预期功能。

4 结语

总而言之，用于农业生产的机械设备结构相对复杂且功能需求逐渐多样化。在设计制造过程中，工作人员需要结合农机产品使用以及功能结构需求，适当应用模块化设计实现结构模块精准快速划分，确保各结构模块的使用功能可以满足农机的多样化需求。本文所研究的基于模块化设计的小型农机可以结合农业生产特点对其进行功能划分，不仅可以全面提高农业生产效率，同时也有助于实现农业增产增收目标，可行性价值相对突出。基于此，建议研究人员加强对模块化设计技术动态发展情况的合理捕捉，通过完善并健全生产制造体系，进一步提升小型农机设备的使用效率。