材料成型CAD CAE CAM復(fù)習(xí)題 最終版

1、材料成型CAD/CAE/CA復(fù)習(xí)題1總結(jié)產(chǎn)品設(shè)計的兩種基本思想，各自從設(shè)計階段到生產(chǎn)階段與 CAD/CAE/CA技術(shù)的相關(guān)性及過程?一種途徑是基于機械CAD軟件平臺的概念設(shè)計；另一種途徑是基于已有樣品或手工模型的反求工程技術(shù)（或稱逆向工程技術(shù)）iUn&9i斗 曲 辰 束:_c£n IE I >RF&Mu成型工芭分析，呂構(gòu)井析弓優(yōu)化內(nèi)祥匣4:亠制惟-16 -2試述線框造型、表面造型以及實體造型的優(yōu)缺點?（1）線框造型：優(yōu)點：線框造型的方法及其模型都較簡單，便于處理，具有圖形顯示速度快，容易修改優(yōu)點。缺點：圖形的二義性（不能唯一表示一個圖形）；難以進行形體表面交線計

2、算和物性計算，不便于消除隱藏線，不能滿足表面特性組合和存儲及多坐標(biāo)數(shù)控加工刀具軌跡的生成等。（2）表面造型：優(yōu)點：可以識別和顯示復(fù)雜的曲面；可以識別表面特征；可以進行高級刀具軌跡的仿真。缺點：不能完整全面地表達物體形狀；難以直接用于物性計算，內(nèi)部結(jié)構(gòu)不易顯示。（3）實體造型優(yōu)點：全面完整地定義立體圖形；可以自動計算物性、檢測干涉、消隱和剖切形體。3 Ferguson曲線、Bezier曲線、B樣條曲線各自的優(yōu)缺點?Fergus onFergus on優(yōu)點：曲線簡單，易于理解；缺點：一是設(shè)計條件不易控制，二是如果定義高次 曲線，需要用到曲線始末兩點的高階導(dǎo)數(shù)。Bezier曲線優(yōu)點：具有一定的靈活性

3、，即不再受曲線需要經(jīng)過所有的點這一限制；缺點：一是數(shù)學(xué)計 算很麻煩，二是不便對曲線進行局部修改，三是多邊形邊數(shù)較多時，多邊形對曲線的控制程度減弱。B曲線優(yōu)點：直觀，局部修改方便，對特征多邊形逼得更近，多項式次數(shù)低，分段曲線拼接條件簡單； 缺點：增加了定義曲線的數(shù)據(jù)，控制頂點數(shù)及節(jié)點數(shù)。4什么是曲面的反算、拼接和互化?（1）反算：自由曲面在計算機內(nèi)部存儲的是控制點，但在實際工程中，往往先經(jīng)測繪得到曲面的型值點，然后再由型值點反算出控制點。由于曲面是由空間點經(jīng)過兩次調(diào)配得到的，因而曲面的控制點的 反算需要“兩次反算過程”，第一次反算過程為：將一個參數(shù)方向（如U方向）上的型值點依次按曲線反算方法反算

4、出一系列點；第二次反算過程為：沿另一個參數(shù)方向（如 U方向），將第一次 反算得到的點次再按曲線反算方法反算出另一系列點，第二次反虎得到的點即為曲面的控制 點。兩張雙三次Coo ns曲面片共邊界且在相鄰兩角點處的坐標(biāo)、U向切矢、U向切矢、Bezier曲面：兩張雙三次 Bezier曲面片在相領(lǐng)邊界處的相領(lǐng)的控制網(wǎng)格共邊且B樣條曲面：由于每（4X 4）即16個幾何條件定義一片雙三次曲面，如果定義 I Q有M行N列（M4, N>4）,則可以定義（M-3）X（ N-3）個曲面片。與三次I（2）拼接：以雙三次自由曲面為例，相鄰兩片曲面光滑拼接的條件為：對Coo ns曲面： 按矢分別相等；地 在同一平

5、面上；對 樣條曲面制造何矩陣樣條曲線的連續(xù)性相似，只要（4X4）的子矩陣在 Q矩陣中是依次向右或依次向下移動的，就能自動 保證相鄰的曲面片或上下相領(lǐng)的曲面片二階連續(xù)。顯然，B樣條曲面的連續(xù)性條件十分簡單，這是樣條曲面得到廣泛應(yīng)用的原因之一。（3）互化：雙三次 Coo ns曲面、雙三次 Bezier曲面、雙三次 B樣條曲面之間可以相互轉(zhuǎn)化。5常用的三種實體造型方法邊界表示法、掃動法和構(gòu)造實體幾何法的優(yōu)缺點?（1）邊界表示法：優(yōu)點：便于圖形的顯示和輸出。對物體的材質(zhì)、比重、顏色等屬性數(shù)據(jù)，比較容易處理。轉(zhuǎn)換 成線框模型非常簡單。表達的物體無二義性缺點：邊界表示法不具惟一性數(shù)據(jù)量大，需要較大的存儲空

6、間。邊界表示法的數(shù)據(jù)輸入比較麻 煩，須提供方便的用戶界面（2）掃動法：是通過將一個二維圖形或一個形體沿某一路徑掃動產(chǎn)生新圖形的一種表示模式。掃動方式：平移掃動一掃動軌跡為直線，旋轉(zhuǎn)掃動一掃動軌跡為圓或圓?。?）構(gòu)造實體幾何法（CSG：優(yōu)點：體素拼合是一個集合運算過程；運算結(jié)果依然是正則集：表示一個復(fù)雜形體非常簡潔， 所定義的幾何形狀不易產(chǎn)生錯誤，用戶輸入的信息量少，描述物體的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)非常緊湊。缺點：為隱式模型，不反映物體的面、邊、頂點等有關(guān)邊界信息，也不顯示說明三維點集與所表示 物體的對應(yīng)關(guān)系；進行拼合操作及最終顯示物體時，還需將CSG對這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)檫吔绫硎荆˙-reP）的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，為此

7、在計算機內(nèi)除了存儲CSG對外.還應(yīng)有一套數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存放體素的體一面一邊信息。6特征造型和幾何造型有什么區(qū)別？為什么要采用特征造型?（1）幾何造型：利用計算機系統(tǒng)描述零件幾何形狀及其相關(guān)信息，建立零件計算機模型的技術(shù)稱為幾 何造型。幾何造型法存在問題： 零件定義不完整；只能定義零件的公稱幾何形狀，而作為零件的其他信息如尺寸公差，表面粗糙度 以及設(shè)計意圖等不能表達； 信息定義的層次低。零件以點、線、面等較低層次的幾何與拓?fù)湫畔⒚枋?，只有?dāng)這些信息作為圖 形顯示出來時，人們才能理解其含義，另外實體模型一旦建立，修改不方便。(2) 特征造型(Feature Modeling ):是以實體模型為基礎(chǔ)，用具

8、有一定設(shè)計或加工功能的特征作為 造型的基本單元建立零件的幾何模型。特征造型的優(yōu)點： 幾何造型是為了完善產(chǎn)品的幾何描述能力，特征造型著眼于更好地表達產(chǎn)品的完整的技術(shù)和生產(chǎn)管 理信息，為建立產(chǎn)品的集成信息服務(wù)。 它使產(chǎn)品設(shè)計工作在更高的層次上進行，設(shè)計人員的操作對象不再是原始的線條和體素，而是產(chǎn)品 的功能要素，象螺紋孔、定位孔、鍵槽等。特征的引用直接體現(xiàn)了設(shè)計意圖，使得建立的產(chǎn)品模型容 易被別人理解并組織生產(chǎn)，設(shè)計的圖樣更容易修改。 有助于加強產(chǎn)品的設(shè)計、分析、工藝準(zhǔn)備、加工、檢驗各部門間的聯(lián)系，能及時得到后續(xù)環(huán)節(jié)的反饋意見，為開發(fā)新一代的基于同一產(chǎn)品信息模型的CAD/CAPP/CA集成系統(tǒng)創(chuàng)造前

9、提。 有助于產(chǎn)品設(shè)計和工藝方法的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化和系列化。CAD系統(tǒng)和智能制 將推動各行業(yè)實踐經(jīng)驗的歸納、總結(jié)，從中提煉出更多規(guī)律性知識，促進智能化 造系統(tǒng)的逐步實現(xiàn)。7常見的特征造型方法?(1)交互特征標(biāo)定(Interactive Feature Definition)通過交互方式人工輔助識別特征，輸入工藝信息，建立起零件描述的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這種方法效率低，易 出錯。已經(jīng)很少使用。設(shè)計者貝虛匾模 1 幾何模型 T 特征定義系統(tǒng)X藝遵程規(guī)劃蓉(2)自動特征識別(Automatic Feature Recognition)利用實體建模信息，自動標(biāo)識特征，交互輸入工藝信息，這種方式應(yīng)用面廣，但由于識別能

10、力有限，所以使用的零件范圍狹小，有一定的局限性。I實碾wg嗣爭空賀)廠瞼模型I(3)基于特征設(shè)計(Design by Feature)。利用特征進行零件設(shè)計，即在設(shè)計階段就調(diào)入形狀特征造 型，逐步把幾何信息和特征信息存入數(shù)據(jù)庫中，建立零件的特征數(shù)據(jù)模型。工程數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(En gi neeri ng Data Base Man ageme ntSystem, EDBM)與一般庫管理系統(tǒng)( 的主要區(qū)別和特點在于：(1) 管理對象 一般數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)所管理的對象通常是靜態(tài)的，實體和實體之間的關(guān)系比較清晰，在 進行庫設(shè)計的階段就能實現(xiàn)準(zhǔn)確、完整地描述出這些。而工程數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)除了管理靜態(tài)的數(shù)據(jù)

11、設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計規(guī)則等)外，另一類需管理的數(shù)據(jù)則是高度動態(tài)的。因為有些數(shù)據(jù)無法事先選定，只 有在設(shè)計中逐步地確定，而且設(shè)計過程是一個創(chuàng)造性的活動，需要反復(fù)和修改，所以結(jié)果的數(shù)據(jù)是動 態(tài)形成的。(2 )數(shù)據(jù)的類型一般數(shù)據(jù)庫處理的數(shù)據(jù)，絕大部分可表示為字符串和數(shù)值。而工程上的數(shù)據(jù)，除了字符串和數(shù)值這樣的簡單數(shù)據(jù)類型外，還有大量的數(shù)據(jù)類型的數(shù)據(jù)，如向量矩陣、集合、有序集、時 間序列、幾何圖形、復(fù)雜的數(shù)學(xué)公式和過程等。(3) 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 一般數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)，用關(guān)系型這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)通常就能清晰地被表達。但在工程上，一個 實體，如一種產(chǎn)品，往往由多個部件、零件等實體組成，這些部件、零件均呈樹狀的繼承關(guān)系，并且 在

12、設(shè)計過程中實體間的關(guān)系復(fù)雜多樣，有的呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這些都是一般數(shù)據(jù)庫難以表達的。(4 )數(shù)據(jù)庫的變化一般數(shù)據(jù)庫的修改主要體現(xiàn)在數(shù)值的多變上，結(jié)構(gòu)上的變化是緩慢的，用戶只改變數(shù)值，而數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)則必須由數(shù)據(jù)庫管理員改動。而工程設(shè)計者作為工程數(shù)據(jù)的全權(quán)使用者，必須讓 其對庫的數(shù)值和結(jié)構(gòu)上都可作改動，以滿足設(shè)計過程中的多變性要求。(5) 信息種類 工程數(shù)據(jù)包含的信息種類繁多，女如： 1)產(chǎn)品的圖形信息：零件的二維圖、三維圖；產(chǎn)品的裝配圖等。2)產(chǎn)品的文字?jǐn)?shù)據(jù)信息：零件的材料、熱處理、公差、表面粗糙度等技術(shù)要求，以 及產(chǎn)品、部件的裝配關(guān)系信息等。3)設(shè)計所需參數(shù)和分析計算數(shù)據(jù)：設(shè)計規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、資源、設(shè)備等。

13、4)工藝數(shù)據(jù)：加工設(shè)備、工藝規(guī)程、工序文件及加工的數(shù)控代碼等。(6) 系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu)一般數(shù)據(jù)庫也支持事物處理功能，但商務(wù)性、管理性的事務(wù)規(guī)律性較強，便于實現(xiàn)。而工程設(shè)計過程是一個創(chuàng)造性的、多人協(xié)作的過程，涉及的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)繁多、復(fù)雜，并需要多次的 反復(fù)和修改，一般的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)難以支持這類應(yīng)用，所以需要設(shè)計分層結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，來解決工 程中的長事物處理問題。DBMS)(如部件、9 CAD/CAM中如何處理工程手冊中的設(shè)計資料，有哪些方法、目的?模具CAD/CAM±程中設(shè)計資料的處理方法有以下兩種：(1)程序化。即在應(yīng)用程序內(nèi)部對這些數(shù)表及線圖進行查表、處理或計算。具體處理方法不外乎有兩種

14、,第一種將數(shù)表中的數(shù)據(jù)或線圖經(jīng)離散化后存人一維、二維或三維數(shù)組，用查表、插值等方法檢索所需 數(shù)據(jù)；第二種將數(shù)表或線圖擬合成公式，編人程序計算出所需數(shù)據(jù)。(2 )數(shù)據(jù)庫存儲。將數(shù)表及線圖(經(jīng)離散化)中的數(shù)據(jù)按數(shù)據(jù)庫中的規(guī)定進行文件結(jié)構(gòu)化，如確定文 件名、字段名、字段類型、字段寬度等，存放在數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)獨立于應(yīng)用程序，但又能為所有應(yīng)用 程序提供服務(wù)。(1) 插值的基本思想是：設(shè)法構(gòu)造一個函數(shù)y= P(X)作為列表函數(shù)的近似表達式，然后計算 p(x) 以得到f(x )的值。最常用的近似函數(shù)類型為代數(shù)多項式。插值問題的幾何意義是：通過給定的n個點(x1 , y1), (x2, y2),., ( xn

15、, yn)作一條(n- 1)代數(shù)曲線y=pn-1(x)，用以近似地表示曲線 y = f(x)。所以，當(dāng)數(shù)表中的變量之間存在確定的函數(shù)關(guān) 系時，可以用代數(shù)插值的方法求得它們之間的近似關(guān)系式。(2) 數(shù)據(jù)擬合：最常用的擬合方法是采用最小二乘法。擬合之前，還可將節(jié)點數(shù)據(jù)(1,2,n)用圖示法表示出來，易9除其中有明顯誤差的點，以提高擬合精度。xi,yi) (i的值次的10數(shù)據(jù)處理中函數(shù)插值及數(shù)據(jù)擬合的區(qū)別，各自的基本思想、幾何意義?最小一乘袪擬合的基怎思想為：求解 個合公式夾衰示實驗折隹餌的値，要求阱擬 合曲線公弍與各結(jié)點的餛差的平方和為最小.擬合公弍的類型逋常姥初等函數(shù)，如代數(shù)多項成，秤函數(shù).指數(shù)

16、謹(jǐn)數(shù)，對數(shù)函數(shù)等. 實際應(yīng)用吋采用件么類型的函數(shù)視（1線的變化趨蘿用所耍求的荊度而定.量M一乘袪確定擬合公弍函戮類SK步堡如下£<0先將各數(shù)據(jù)點畫在方格紙匕并根據(jù)其首旁繪出大敦的曲線匚（2）權(quán)據(jù)曲線的芬布形態(tài)確定所采用的歪數(shù)類型.G）圧最小二乘法原理勵定®數(shù)巾的待定系數(shù).11數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特點DBMS統(tǒng)一管理和控制數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化；數(shù)據(jù)的共享性高，冗余度低，易擴充；數(shù)據(jù)獨立性高；數(shù)據(jù)由12數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和組成1.數(shù)據(jù)庫的三級模式結(jié)構(gòu)由數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（及其開發(fā)工具）、應(yīng)用系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理員（和用 戶）構(gòu)成。13什么是實體-聯(lián)系模型，舉例說明實體-聯(lián)系模型是一種對現(xiàn)實世

17、界進行抽象的常用方法，這種方法以圖的形式描述信息世界中 的實體集、實體集之間的聯(lián)系以及實體集所擁有的屬性。這種方法所畫出的圖稱之為實體聯(lián)系 圖（ER圖），也就是實體聯(lián)系模型。c供應(yīng)供affSt工s頊0 I開工0期<>D犠號工ffm亦!夢） "1電話號零件號辛件 kc描巧單價）14數(shù)據(jù)庫中基本數(shù)據(jù)模型，各自特點，舉例說明層次模型 優(yōu)點：（1）層次清楚。只要知道每一個非根結(jié)點的父結(jié)點，就能構(gòu)造出整個模型的 結(jié)構(gòu)。（2）聯(lián)系簡單。在這種樹結(jié)構(gòu)中，除根外的所有結(jié)點有且僅有一個父結(jié)點，每個實體集（根集除外）均只要給出一個聯(lián)系。（3）易于在機器上實現(xiàn)。 缺點：（1）任何結(jié)點的訪問必須

18、給出存取路徑，并且一律從根結(jié)點開始，這給程序設(shè)計和操作增加了較大負(fù)擔(dān)。（2）無法表達出結(jié)點間的復(fù)雜聯(lián)系。j 眾號 jfi名承主任地點 1教研ffl號I敎研fe名 I教研粗主枉譚程1躁程號11«樫名集一次講#日期a戟師講UHE棗職工號鮭名專K I祖稱B期 職工號 評語網(wǎng)絡(luò)模型 優(yōu)點：（1）可以描述復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；（2）存取路徑明確，存取數(shù)據(jù)的效率比較 高（可以從任一結(jié)點開始通過某路徑去訪問指定結(jié)點）。缺點：由于網(wǎng)狀模型有多種拓?fù)浣Y(jié) 構(gòu)，使得這種結(jié)構(gòu)呈無規(guī)律性，計算機上實現(xiàn)困難。關(guān)系模型 優(yōu)點：（1）關(guān)系模型概念簡單、清晰、結(jié)構(gòu)單一；（2）用戶易懂易用;（3）具有嚴(yán)格的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。訂戶號1

19、 W發(fā)代號Wwfeir單r息蟲if發(fā)行員號收訂日對】"】5科$狎547196322-175題：951常細(xì)eo304511/25/9412743102 i804mi54-17950196Uk H，一 2 ； ;1; 1j;VM11011Jl/fiVZ943297654310219&52-177 195019506_ *.Jr5s> eo<078jZ15Z/9<2475567S387G5432-?33 !9501950fr '中 1, .1 -f；20細(xì)2* sose11/30/9415657031 63-110| ,950f ,950&1i.0

20、0丸00zoos11/26/94幼25魁鎂1?<416793_為9旳1951/'口暫IMS700111/20/94a304S7fi96078231S2-355i,n9501g跡-.1 _, hh r 和丿3.60頭他巾 654311/07/9415試述有限元法的基本原理有限元法的基本思想是：先把一個原來是連續(xù)的物體剖分（離散）成有限個單元，且它們相互連接在有限個節(jié)點上，承受等效的節(jié)點載荷，并根據(jù)平衡條件來進行分析，然后根據(jù)變形協(xié)調(diào)條件把這些單元 重新組合起來，成為一個組合體，再綜合求解。由于單元的個數(shù)是有限的，節(jié)點數(shù)目也是有限的，所 以稱為有限元法。在采用有限元法對結(jié)構(gòu)進行分析計

21、算時，分析對象不同，采用單元類型（形狀）也 不同。16總結(jié)歸納有限元法的解題步驟。（1）單元剖分：把連續(xù)彈性體分割成許多個有限大小的單元，并為單元和節(jié)點編號。（2） 單元特征分析：以節(jié)點位移 e為基本未知量，設(shè)選一個單元位移函數(shù)，之后： e。 =B e。 =G e oFe = K e，得出單元剛度矩陣。 用節(jié)點位移表示單元位移，f=N 通過幾何方程用節(jié)點位移表示單元應(yīng)變， 通過物理方程用節(jié)點位移表示單元應(yīng)力， 通過虛功方程用節(jié)點位移表示節(jié)點力，（3）總體結(jié)構(gòu)合成K =F。 =G e可求得單元應(yīng)力。 分析整理各單元剛度矩陣，通過節(jié)點的平衡方程形成節(jié)點載荷列陣、合成總體剛度矩陣，建立以節(jié) 點位移為

22、未知量的、以總體剛度矩陣為系數(shù)的線性代數(shù)方程組 對線性代數(shù)方程組進行邊界條件處理，求解節(jié)點位移。進而由17有限元分析前置處理、后置處理的功能和任務(wù)。（1）前置處理所謂前置處理是在用有限元法進行結(jié)構(gòu)分析之前，按所使用的單元類型對結(jié)構(gòu)進行剖分；根據(jù)要 求對節(jié)點進行順序編號；輸入單元特性及節(jié)點坐標(biāo)；生成網(wǎng)格圖象并在熒光屏上顯示；為了決定它是 否適用或者是否應(yīng)當(dāng)修改，顯示的圖象應(yīng)帶有節(jié)點和單元標(biāo)號以及邊界條件等信息；為了便于觀察， 圖象應(yīng)能分塊顯示、放大或縮小。對于三維結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格圖象需要具備能使圖象作三維旋轉(zhuǎn)的功能等等。 以上內(nèi)容一般稱之為前置處理，為實現(xiàn)這些要求而編制的程序稱為前置處理程序。前置處理

23、功能： 生成節(jié)點坐標(biāo)可手工或交互輸入節(jié)點坐標(biāo)；繞任意軸旋轉(zhuǎn)生成或沿任意矢量方向平移生成一系列節(jié)點坐標(biāo)；在一系列節(jié)點之間生成有序節(jié)點坐標(biāo)；生成典型面、體的節(jié)點坐標(biāo)；合并坐標(biāo)值相同的節(jié) 點，并按順序重新編號。 生成網(wǎng)格單元可手工輸入單元描述及其特性；可重復(fù)進行平移復(fù)制、旋轉(zhuǎn)復(fù)制、對稱平面復(fù)制已有的網(wǎng)格單元體。 修改和控制網(wǎng)格單元對已剖分的單元體進行局部網(wǎng)格密度調(diào)整，如重心平移、預(yù)置節(jié)點、平移、插入或刪除網(wǎng)格單元；通過定位網(wǎng)格方向及指定節(jié)點編號來優(yōu)化處理時間；合并剖分后的單元體以及 單元體拼合。 引進邊界條件引入邊界條件，約束一系列節(jié)點的總體位移和轉(zhuǎn)角。 單元物理幾何屬性編輯定義材料特性，對彈性模量

24、、波松比、慣性矩、質(zhì)量密度以及厚度等物理幾何參數(shù)進行修改、插入或刪除。 單元分布載荷編輯可定義、修改、插入和刪除節(jié)點的載荷、約束、質(zhì)量、溫度等信息（2）后置處理所謂后置處理，即將有限元計算分析結(jié)果進行加工處理并形象化為變形圖、應(yīng)力等值線圖、應(yīng)力 應(yīng)變彩色濃淡圖、應(yīng)力應(yīng)變曲線以及振型圖等，以便對變形、應(yīng)力等進行直觀分析和研究。為了實現(xiàn) 這些目的而編制的程序，稱為后置處理程序。18何謂優(yōu)化設(shè)計？其關(guān)鍵技術(shù)問題是什么?優(yōu)化設(shè)計是在計算機廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一項設(shè)計技術(shù)，以求在給定技術(shù)條件下獲得最優(yōu)設(shè) 計方案，保證產(chǎn)品具有優(yōu)良性能。其原則是尋求最優(yōu)設(shè)計；其手段是計算機和應(yīng)用軟件；其理論依據(jù) 是數(shù)

25、學(xué)規(guī)劃法。關(guān)鍵技術(shù)： 建立優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，即確定優(yōu)化設(shè)計問題的目標(biāo)函數(shù)、約束條件和設(shè)計變量； 選擇適用的優(yōu)化方法。19試述幾種常用優(yōu)化方法及其基本思想。（1）一維搜索法：是優(yōu)化方法中最基本、最常用的方法。所謂搜索，就是一步一步的查尋，直至函數(shù)的近似極值點處。其基本原理是區(qū)間消去法原則，即把搜索區(qū)間a,b分成3段或2段，通過判斷棄除非極小段，從而使區(qū)間逐步縮小，直至達到要求精度為止，取最后區(qū)間中的某點作為近似極小點。（2）坐標(biāo)輪換法：又稱降維法。其基本思想是將一個多維的無約束問題轉(zhuǎn)化為一系列一維優(yōu)化問題來 解決?；静襟E是，從一個初始點出發(fā)，選擇其中一個變量沿相應(yīng)的坐標(biāo)軸方向進行一維搜索，而將 其

26、它變量固定。當(dāng)沿該方向找到極小點之后，再從這個新的點出發(fā)，對第二個變量采用相同的辦法進 行一維搜索。如此輪換，直到滿足精度要求為止。若首次迭代即出現(xiàn)目標(biāo)函數(shù)值不下降，則應(yīng)取相反方向搜索。該方法不用求導(dǎo)數(shù)，編程簡單，適用于維數(shù)小于10或目標(biāo)函數(shù)無導(dǎo)數(shù)、不易求導(dǎo)數(shù)的情況。 但搜索效率低，可靠性較差。（3） 單純形：是指在n維空間中具有n+1個頂點的多面體。其基本思想是，在n維設(shè)計空間中，取n+1 個點，構(gòu)成初始單純形，求出各頂點所對應(yīng)的函數(shù)值，并按大小順序排列。去除函數(shù)值最大點Xmax,求出其余各點的中心 Xcen,并在Xmax與 Xcen的聯(lián)線上求出反射點及其對應(yīng)的函數(shù)值，再利用"壓縮

27、”或“擴張等方式尋求函數(shù)值較小的新點，用以取代函數(shù)值最大的點而構(gòu)成新單純形。如此反復(fù)，直到滿足精度為止。（4）梯度法：又稱一階導(dǎo)數(shù)法，最速下降法。其基本思想是以目標(biāo)函數(shù)值下降最快的負(fù)梯度方向作為 尋優(yōu)方向求極小值。該方法中，相鄰兩個迭代點上的函數(shù)梯度相互垂直。而搜索方向就是負(fù)梯度方向， 因此相鄰兩個搜索方向互相垂直。梯度法雖然比較古老，但可靠性好，能穩(wěn)定地使函數(shù)值不斷下降。 適用于目標(biāo)函數(shù)存在一階偏導(dǎo)數(shù)，精度要求不高的情況。該方法的缺點是收斂速度緩慢。（5）鮑威爾法（Powell）:是直接利用函數(shù)值來構(gòu)造共軛方向的一種共軛方向法。其基本思想是不對目 標(biāo)函數(shù)作求導(dǎo)數(shù)計算，僅利用迭代點的目標(biāo)函數(shù)值

28、構(gòu)造共軛方向。該法收斂速度快，是直接搜索法中 比坐標(biāo)輪換法使用效果更好的一種算法。適用于維數(shù)較高的目標(biāo)函數(shù)。但編程較復(fù)雜。（6）牛頓法：其基本思想是，首先把目標(biāo)函數(shù)近似表示為泰勒展開式，并只取到二次項。然后，不斷 地用二次函數(shù)的極值點近似逼近原函數(shù)的極值點，直到滿足精度要求為止。該法在一定條件下收斂速 度快，尤其適用于目標(biāo)函數(shù)為二次函數(shù)的情況。但計算量大，可靠性較差。（7）變尺度法：又稱擬牛頓法，它在牛頓法的基礎(chǔ)上又作了重要改進。變尺度法綜合了梯度法和牛頓法的優(yōu)點，使其迭代公式中的方向隨著迭代點位置的變化而變化。在遠離最優(yōu)點時與梯度法的迭代方 向相同，計算簡單且收斂速度快。隨著迭代過程的進行，

29、不斷修正迭代方向，以改善在最優(yōu)點附近時 梯度法速度減慢的缺點。當(dāng)?shù)c逼近最優(yōu)點時，利用牛頓法速度加快的優(yōu)點，迭代方向就趨于牛頓 方向，因而具有更好的收斂性。這種方法是求解高維數(shù)（10-50）無約束問題的最有效算法。（8）網(wǎng)格法：其基本思想是，在設(shè)計變量的界限區(qū)內(nèi)作網(wǎng)格，逐一計算網(wǎng)格點上的約束函數(shù)值和目標(biāo) 函數(shù)值，舍去不滿足約束條件的網(wǎng)格點，而對滿足約束條件的網(wǎng)格點比較目標(biāo)函數(shù)值的大小，從中求 出目標(biāo)函數(shù)值為最小的網(wǎng)格點，這個點就是所要求最優(yōu)解的近似解。該法算法簡單，對目標(biāo)函數(shù)無特殊要求，但對于多維問題計算量較大， 通常適用于具有離散變量（變量個數(shù)W 8個）的小型的約束優(yōu)化問 題。（9）復(fù)合形

30、法：是一種直接在約束優(yōu)化問題的可行域內(nèi)尋求約束最優(yōu)解的直接解法。其基本思想是，先在可行域內(nèi)產(chǎn)生一個具有大于n+1個頂點的初始復(fù)合形，然后對其各頂點函數(shù)值進行比較，判斷目標(biāo)函數(shù)值的下降方向，不斷地舍棄最差點而代之以滿足約束條件且使目標(biāo)函數(shù)下降的新點。如此重復(fù)， 使復(fù)合形不斷向最優(yōu)點移動和收縮，直到滿足精度要求為止。該法不需計算目標(biāo)函數(shù)的梯度及二階導(dǎo)數(shù)矩陣，計算量少，簡明易行，工程設(shè)計中較為實用。但不適用于變量個數(shù)較多（大于15個）和有等式約束的問題（10）罰函數(shù)法：又稱序列無約束極小化方法。是一種將約束優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為一系列無約束優(yōu)化問題的間接解法。其基本思想是，將約束優(yōu)化問題中的目標(biāo)函數(shù)加上反映

31、全部約束函數(shù)的對應(yīng)項（懲罰項）,構(gòu)成一個無約束的新目標(biāo)函數(shù)，即罰函數(shù)。20仿真的類型及各自的應(yīng)用階段物理仿真：物理模型與實際系統(tǒng)之間具有相似的物理屬性，所以，物理仿真能觀測到難以用數(shù)學(xué)來描 述的系統(tǒng)特性，但要花費較大的代價。一般，物理模型多采用已試制出的樣機或與實際近似等效的代 用品，如用相同直徑、材質(zhì)的試件做棒料強度試驗。數(shù)學(xué)仿真：又稱計算機仿真。即建立系統(tǒng)（或過程）的可以計算的數(shù)學(xué)模型（仿真模型），并據(jù)此編制成仿真程序放入計算機進行仿真試驗，掌握實際系統(tǒng)（或過程）在各種內(nèi)外因素變化下，性能的變化規(guī)律。仿真類型的選取策略是按工程階段分級選取。在產(chǎn)品的分析設(shè)計階段，采用計算機仿真，邊設(shè)計、邊仿

32、真、邊修改，結(jié)合有限元分析和優(yōu)化設(shè)計 等現(xiàn)代設(shè)計方法，使設(shè)計在理論上盡量達到最優(yōu)。進入研制階段，為提高仿真可信度和實時性，將部分已試制成品（部件等）納入仿真模型。此時，采用半物理仿真。到了系統(tǒng)研制階段，說明前兩級仿真均證明設(shè)計滿足要求，這一級只能采用全物理仿真才能最終說 明問題，除非這種全物理仿真是不可實現(xiàn)的。21簡述計算機仿真的一般過程。計算機仿真的基本方法是將實際系統(tǒng)抽象描述為數(shù)學(xué)模型，再轉(zhuǎn)化成計算機求解的仿真模型，然后編 制程序，上機運行，進行仿真實驗并顯示結(jié)果。（1）建立數(shù)學(xué)模型系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型是系統(tǒng)本身固有特性以及在外界作用下動態(tài)響應(yīng)的數(shù)學(xué)描述形態(tài)。它有多種表達 形式，如連續(xù)系統(tǒng)的微分

33、方程，離散系統(tǒng)的差分方程，復(fù)雜系統(tǒng)的傳遞函數(shù)以及機械制造系統(tǒng)中對各 種離散事件的系統(tǒng)分析模型等。要注意的是，仿真所需建立的數(shù)學(xué)模型應(yīng)與優(yōu)化設(shè)計等其它設(shè)計方法 中建立的數(shù)學(xué)模型相協(xié)調(diào)。某種情況下，二者是同一的，既使不同一，也不應(yīng)相互矛盾、相互違背。（2）建立仿真模型在建立數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，設(shè)計一種求解數(shù)學(xué)模型的算法，即選擇仿真方法，建立仿真模型。如 果仿真模型與假設(shè)條件偏離系統(tǒng)模型，或者仿真方法選擇不當(dāng)，則將降低仿真結(jié)果的價值和可信度。 一般而言，仿真模型對實際系統(tǒng)描述得越細(xì)致，仿真結(jié)果就越真實可信，但同時，仿真實驗輸入的數(shù) 據(jù)集就越大，仿真建模的復(fù)雜度和仿真時間都會增加。因此，需要在可信度、真

34、實度與復(fù)雜度之間認(rèn) 真加以權(quán)衡。（3）編制仿真程序根據(jù)仿真模型，畫出仿真流程圖，再使用通用高級語言或?qū)Ｓ梅抡嬲Z言編制計算機程序。目前，世界上已發(fā)表過數(shù)百種各有側(cè)重的仿真語言。常用的有SIMULA SLAM SIM SCRIPT CSM P Q-GERTGASP GPSS CSL等，與通用高級語言相比，具有仿真程序編制簡單、仿真效率高、仿真過程數(shù)據(jù)處理 能力強等特點。（4）進行仿真實驗選擇并輸入仿真所需要的全部數(shù)據(jù)，在計算機上運行仿真程序，進行仿真實驗，以獲得實驗數(shù)據(jù)， 并動態(tài)顯示仿真結(jié)果。通常是以時間為序，按時間間隔計算出每個狀態(tài)結(jié)果，在屏幕上輪流顯示，以 便直觀形象地觀察到實驗全過程。（5）

35、結(jié)果統(tǒng)計分析對仿真實驗結(jié)果數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，對照設(shè)計需求和預(yù)期目標(biāo)，綜合評價仿真對象。（6）仿真工作總結(jié)對仿真模型的適用范圍、可信度，仿真實驗的運行狀態(tài)、費用等進行總結(jié)。22簡述Pro/E軟件的主要模塊及特性。Pro/E共有約30多種模塊，其常用的主要模塊包括Pro/FEATURE Pro/SURFACE Pro/ASSEMBLYPro/DETAIL、Pro/MANUFACUTUR田ro/MOLDESIGN Pro/MESH及 Pro/INTERFACE等 10 幾個主要功能模 塊，其主要特性表現(xiàn)為： 3D實體模型，將使用者的設(shè)計概念以最真實的模型在計算機上呈現(xiàn)出來； 單一數(shù)據(jù)庫，從而實現(xiàn)設(shè)計

36、變更的一致性，支持同步工程；基于特征，以特征作為資料存取的單 元；參數(shù)式設(shè)計，設(shè)計者只需修改尺寸參數(shù)，相關(guān)的實體模型會依照尺寸的變化而變更。23簡述模具制造的主要加工方法及特點。（1）機械加工：機械加工（即傳統(tǒng)的切削與磨削加工）是模具制造不可缺少的一種重要的加工方法。 機械加工的特點是加工精度高、生產(chǎn)效率高。但加工復(fù)雜的形狀時，加工速度慢，硬材料也難加工， 材料利用率不高。（2）特種加工：也被稱為電加工。從廣義上說，特種加工是指直接利用電能、化學(xué)能、聲能、光能等 來去除工件上多余的材料，以達到一定形狀、尺寸和表面粗糙度的加工方法，其中包括電火花成形加 工、線切割加工、電解加工、電化學(xué)拋光、電鑄

37、、化學(xué)刻蝕、超聲波加工、激光加工等。特種加工與 工件的硬度無關(guān)，可以實現(xiàn)以柔克剛，并可加工各種復(fù)雜形狀的零件。特種加工在模具制造中得到了 越來越廣泛的應(yīng)用。（3）塑性加工：主要指冷擠壓制模法，即將淬火過的成形模強力壓人未進行硬化處理的模坯中，使成 形模的形狀覆印在被壓的模坯上，制成所需要的模具。這種成形方法不需要型面精加工，制模速度快， 可以制成各種復(fù)雜型面的模具。（4）鑄造加工：對于一些精度和使用壽命要求不高的模具，可以采用簡單方便的鑄造法快速成形。例 如用低熔點鋅基合金鑄造鋅基合金模具，其制模速度快，容易制成形狀復(fù)雜的模具。但模具材質(zhì)較軟， 耐熱性差，所以模具壽命短，多用于試制和小批量生產(chǎn)

38、的場合。（5）焊接法制模：是將加工好的模塊焊接在一起，形成所需的模具。這種方法與整體加工相比，加工 簡單、尺寸大小不受限制，但精度難于保證，易殘留熱應(yīng)變及內(nèi)部應(yīng)力，主要用于精度要求不高的大 型模具的制造。（6）數(shù)控加工：是利用數(shù)控機床和數(shù)控技術(shù)完成模具零件的加工。根據(jù)零件圖樣及工藝要求等原始條 件編制數(shù)控加工程序，輸入數(shù)控系統(tǒng)，然后控制數(shù)控機床中刀具與工件的相對運動，以完成零件的加 工。數(shù)控機床范圍很廣，在機械加工中有數(shù)控車加工、數(shù)控銃加工、數(shù)控鉆加工、數(shù)控磨加工、加工 中心加工；在塑性加工中有數(shù)控沖床加工、彎管機加工等；在特種成形中則有數(shù)控電火花加工、數(shù)控 線切割加工、數(shù)控激光加工等。24試

39、述反向設(shè)計技術(shù)的基本思想及重點研究內(nèi)容。以實物模型為依據(jù)來生成數(shù)字化幾何模型的設(shè)計方法即為反向設(shè)計。反向設(shè)計并不是一種創(chuàng)造性的設(shè) 計思路，但是通過對多種方案的篩選和評估，有可能使其設(shè)計方案優(yōu)于現(xiàn)有方案，并且縮短方案的設(shè) 計時間，提高設(shè)計方案的可靠性。反向設(shè)計的研究重點在于：（1）數(shù)據(jù)采集設(shè)備和思路。數(shù)據(jù)采集設(shè)備與方法是數(shù)據(jù)獲取的保證，研制快速、精確和能夠測量具有 復(fù)雜內(nèi)外形狀的新設(shè)備是發(fā)展方向。（2）數(shù)據(jù)前處理。包括對測量所得數(shù)據(jù)點進行測頭半徑補償、數(shù)據(jù)噪聲點的有效濾除以及測量數(shù)據(jù)的 合理分布，此外還包括建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)化標(biāo)準(zhǔn)，減少數(shù)據(jù)丟失和失真等。（3）數(shù)據(jù)優(yōu)化。測量所得的數(shù)據(jù)文件通常非

40、常龐大，往往被形象地稱為數(shù)據(jù)云或者海量數(shù)據(jù)，需要對 測量數(shù)據(jù)進行優(yōu)化處理，主要問題有：如何合理的分布數(shù)據(jù)點，在盡量保有各種特征信息的基礎(chǔ)上合 理簡化數(shù)據(jù)；如何使數(shù)據(jù)真實反映形面的保凸特性；如何減少人工交互，提高數(shù)據(jù)區(qū)域劃分中的自動 化與效果。（4）曲面重構(gòu)研究。在反算控制點時仍然存在反算標(biāo)準(zhǔn)及精度的問題；對于起伏劇烈的數(shù)據(jù)點群，使 用單塊曲面描述會有較大差異；如何解決有關(guān)曲面重構(gòu)算法的有效性、效率以及誤差問題；曲面在三 角離散和層切時的不確定性問題等。25試述快速成形技術(shù)的基本思想和主要實施過程?？焖僭图夹g(shù)（RP-Rapid Prototyping）:快速成形技術(shù)是一種基于離散堆積成形思想的

41、新型成形技術(shù)， 是集成計算機、數(shù)控、激光和新材料等最新技術(shù)而發(fā)展起來的先進的產(chǎn)品研究與開發(fā)技術(shù)。RP技術(shù)的基本過程：由 CAD軟件設(shè)計出所需零件的計算機三維曲面或?qū)嶓w模型；將三維模型沿一 定方向離散成一系列有序的二維層片（習(xí)慣稱為分層）；根據(jù)每層輪廓信息，進行工藝規(guī)劃，選擇加工參數(shù)，自動生成數(shù)控代碼；成形機制造一系列層片并自動將它們聯(lián)接起來，得到三維物理實體。26快速原型技術(shù)的主要工藝方法有哪些?光固化成型工藝（StereoLithigraphy Apparatus，SLA ），又稱立體光刻成型疊層實體制造工藝（Laminated Object Manufacturing ， LOM熔融沉積快

42、速成型工藝（Fused De position Model ing ，F(xiàn)DM選擇性激光燒結(jié)工藝（Selective Laser Sintering，SLS）又稱為選區(qū)激光燒結(jié)27為什么說CAD/CA啲銜接存在缺陷？當(dāng)前在 CAD/CA啲銜接方面做了哪些改進?建立統(tǒng)一的產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)是實現(xiàn)CAD/CAM技術(shù)集成化的必要條件。復(fù)雜機械產(chǎn)品的生產(chǎn)需要不同企業(yè)、部門的分工協(xié)作完成。由于產(chǎn)品信息是在不同的地點、不同的計算機和不同的CAD/CAM系統(tǒng)中產(chǎn)品,造成同一產(chǎn)品的信息表達差異。困難：(1)靠數(shù)據(jù)交換難以實現(xiàn)建立在滿足下游開發(fā)活動約束及特定外部過程約束的智能決策支持機制。世界上各種 CAD/CAM

43、集成軟件(如 CATIA,Euclid,Pro/Engineer,CADDS5,UGII及 I-DEAS 等),都只是某些方面具有特長，結(jié)果導(dǎo)致軟件之間進行數(shù)據(jù)交換時丟失信息。(2)基于圖形學(xué)發(fā)展起來的 CAD技術(shù)和基于數(shù)控技術(shù)發(fā)展起來的CAM技術(shù)，缺乏統(tǒng)一的信息描述方式。由于彼此間模型定義、實現(xiàn)手段和存取方式均有差異，導(dǎo)致了設(shè)計模型難以轉(zhuǎn)化為制造模 型。改進：為確保信息在傳遞過程中的正確性和無歧異性，處理更為復(fù)雜的CAD/CAM集成問題，解決系統(tǒng)公用接口問題，需要更可靠的數(shù)據(jù)交換技術(shù)作保證。目前，國際上對解決這一問題的公認(rèn)看法已經(jīng)明 確，即采用開放型的數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)STEPoSTEPP Sta

44、ndard for the Exchange of Product Model Data)主要解決統(tǒng)一的產(chǎn)品模 型數(shù)據(jù)定義及數(shù)據(jù)傳遞交換問題，以確保產(chǎn)品整個生命周期獲取信息、傳遞信息的準(zhǔn)確性和一致性。目前國際上對STEP標(biāo)準(zhǔn)的整體框架已有了比較明確的描述，它主要包括：描述方法、實現(xiàn)形式、一致性測試、集成資源、應(yīng)用協(xié)議、抽象測試等6部分內(nèi)容，并從3個層次上(應(yīng)用層、邏輯層和物理層)描述了在不同系統(tǒng)間實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換的方法和手段。在應(yīng)用層，根據(jù)不同應(yīng)用領(lǐng)域提出相應(yīng)的模型要求；邏輯層則根據(jù)應(yīng)用層提出的模型，進行分析、歸類，形成統(tǒng)一的集成信息模型；物理層的最終目標(biāo)是完成一種用于數(shù)據(jù)交換的中性文件結(jié)構(gòu)，也是實現(xiàn) CAD/CAM集成的最初級形式。具體方法是：集成系統(tǒng)中各子系統(tǒng)只與STEP文件交換數(shù)據(jù)。為實現(xiàn)這一目的，各系統(tǒng)需設(shè)計兩個接口， 即將自身模型轉(zhuǎn)換為 STEP文件的前置處理和將 STEP文件轉(zhuǎn)換為自身模型數(shù)據(jù)的后處理。它與IGES的區(qū)別在于，STEP提供的中性文件不依賴于任何系統(tǒng)。28計算機輔助工藝設(shè)計(caPP)的意義CAPP系統(tǒng)不但能利用工藝人員的經(jīng)驗知識和各種工藝數(shù)據(jù)進行科學(xué)的決策、自動生成工藝規(guī)程，還能 自動計算工序尺寸、繪制工序圖、選擇工藝參數(shù)和對工藝設(shè)計結(jié)果進行優(yōu)化等，從而設(shè)計出一致性良 好的、高質(zhì)量的工藝規(guī)程，也使工藝設(shè)計與CAD CAM等