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1. 研究目的与意义

20多年来数字仿真一直呈现出欣欣向荣、蒸蒸日上的态势。最基本的原因应当是数字仿真在推动高新技术的发展和支持四个现代化建设中呈现的经济有效性, 正因为如此,数字仿真才在广度和深度上都得到快速的发展。改革开放以来，随着人民生活水平的提高，对面点食品的需求量也日益增大。但由于传统面点加工工艺繁琐，很难满足庞大的市场，所以面点加工设备的研究也是迫在眉睫的。食品机械行业是直接为食品工业服务的行业。食品工业的迅速发展依赖于生产食品的装备食品机械,世界科学技术和食品工业的迅速发展又大大推动了食品机械的发展。近年来，食品成型机械被广泛应用于各种面食、糕点和糖果的制作以及颗粒饲料的加工中，其种类繁多、功能各异。对于此次面点机的设计有利于解决繁琐面点加工中生产效率低下的问题。

虚拟样机技术融合了先进的建模仿真技术、现代信息技术、先进设计制造技术,并将这些技术应用于复杂产品的整个生命周期。与传统的产品设计技术比较,虚拟样机技术强调系统的观点、设计产品整个生命周期、支持对产品全方位的测试、分析预评估、强调不同领域的虚拟化协同设计。在产品的整个设计生产过程中虚拟样机代替物理样机完成了整个设计流程中样机的测试。因此,虚拟样机技术在测试过程中具备了许多细节上的优势。

2. 国内外研究现状分析

作为一项先进制造技术，虚拟样机技术还处于不断发展阶段，虚拟样机技术在国外的汽车制造、航空航天、铁路机车、通讯、工程机械等诸多领域已经获得一些成功的应用，对产业界产生了强大的冲击作用。美国戴姆勒- 克莱斯勒（daimlerchrysler）汽车公司开发的93lh系列汽车，采用虚拟样机技术后，开发周期由48 个月缩短到39 个月。美国波音（boeing）公司设计的vs-x虚拟飞机，可用头盔显示器和数据手套进行观察与控制，使飞机设计人员身临其境地观察飞机设计的结果，并对其外观、内部结构及使用性能进行考察；波音777型客机的设计，从整机设计、部件测试到整机装配以及各环境下的试飞，均采用了虚拟样机技术，该机型的开发周期由8 年缩短为5 年。美国航空航天局（nasa）的喷气推进实验室（jpl）由于采用了虚拟样机技术，成功实现了火星探测器探路号在火星上的软着陆。世界最大的工程机械和建筑设备制造商美国卡特彼勒（caterpillar）公司将虚拟样机技术用于反铲装载机优化设计、内部可视性评价。在推动高新技术的发展和支持四个现代化建设中, 数字仿真显得十分经济有效。客观上讲, 需求牵引、技术推动和经济支撑都是我国数字仿真发展的动力。主观能动性对于数字仿真的发展也是必要的。我国仿真界在促进仿真技术交流与发展方面所做的努力, 确实功不可没。

美国波音飞机公司的波音777飞机是世界上首架以无图纸方式研发及制造的飞机,其设计、装配、性能评价及分析均采用了虚拟样机技术,这不但使研发周期大大缩短(其中制造周期缩短50% )、研发成本大大降低(如减少设计更改费用94% ) ,而且确保了最终产品一次接装成功。通用动力公司1997年建成了第一个全数字化机车虚拟样机,并行地进行产品的设计、分析、制造及夹具、模具工装设计和可维修性设计。日产汽车公司,利用虚拟样机进行概念设计包装设计、覆盖件设计、整车仿真设计等。以前caterpillar公司制造一台大型设备的物理样机需要数月时间,并耗资数百万美元,所以,为了提高竞争力, 必须大幅度削减产品的设计、制造成本。caterpillar公司采用了虚拟样机技术,从根本上改进了设计和试验步骤,实现了快速虚拟试验多种设计方案,从而使其产品成本低,性能却更加优越。同样, john deere公司为了解决工程机械在高速行驶时的蛇行现象及在重载下的自激振动问题,利用虚拟样机技术, 不仅找到了原因,而且提出了改进方案,并且在虚拟样机上得到了验证,从而大大提高了产品的高速行驶性能与重载作业性能。美国海军的n av air /apl项目 ,利用虚拟样机技术,实现多领域多学科的设计并行和协同,形成了协同虚拟样机技术( collaborative virtual pro to typing ) ,他们研究发现,协同虚拟样机技术不仅使得产品的上市时间缩短,还使得产品的成本减小了至少20%。在我国的农业机械领域,虚拟样机技术也有应用。有人利用虚拟样机技术来设计甘蔗收获机,实现了产品和产品设计方法的创新,取得了良好的效果。而国内相关机械虽然在自动化和多功能方面较之日本产品还有一定的差距，但是通过改革开放以后二十余年的发展亦取得了很大的进步。以上海沪信饮料食品机械有限公司生产的水饺机为例：配备1.1kw的电动机，生产效率达每小时7000个。已相当接近日产饺子机的生产水平。

作为一项先进设计、制造技术,虚拟样机技术在工业中广泛应用于汽车制造、工程机械、航天航空、国防工业以及通用机械制造业等诸多领域。在国外,虚拟样机技术的应用非常广泛,特别是成本高、系统复杂的飞机制造业对虚拟样机的需求最为迫切。1994年Ｂoeing777在世界上首次借助虚拟样机技术成功取代大型物理模型,保证了机翼和机身的一次接合成功,缩短了数千小时的研发周期,开创了虚拟样机技术研究应用的先河。1997年美国克莱斯勒汽车公司开发了克莱斯勒数据可视化仿真软件平台,在对新产品 98型汽车进行检查时,发现了1500处零部件的干涉情况,制作第一个实物模型前改进了大量的设计错误,大大地缩短了产品设计周期。在我国,虚拟样机技术的应用尚处于起步阶段,但是正在逐步引起重视,并将得到应用和推广。许多科研人员已在航天、航空、汽车、铁路机车等行业,针对一些复杂产品开发,开展了虚拟样机技术的应用研究工作。典型例子如航天部上海航天局第805研究所,在1996年3月利用虚拟样机分析软件adams,完成了外翻式对接机构虚拟样机的开发工作,利用三维动画形象地演示对接过程,预测了空间站外翻式对接机构的性能和设计合理性,实现了空间站外翻式对接机构的动力学仿真研究。中航第一飞机研究院成功推出了国内首架飞机全机规模电子样机。863项目月球表面探测机器人方案研究则运用虚拟样机技术构造虚拟月球面计算仿真环境,并对涉及到的多项关键技术进行了深入研究,取得了很好的成果。

3. 研究的基本内容与计划

（一）研究内容

本文采用三维建模软件ug，设计建模产品的部件并进行组装分析，设计出包馅机构的主要构件，利用仿真软件计算出螺旋绞龙的螺距，以及凸轮曲线的具体参数。

（二）研究计划

4. 研究创新点

本课题是关于面点成形设备的设计，进料机构中主要采用了双轴螺旋绞龙进行面坯和馅料的输送，螺旋绞龙装置应根据挤压输送的工艺要求进行设计，设计具有相当的难度，特别是螺旋绞龙的螺距设计一直是手工设计的难点，因此要求充分应用计算机辅助机械设计软件UG对其进行仿真设计，以克服传统手工设计过程中计算精度低，设计结果粗略，执行动作节拍不精确等问题。