CADCAECAM思考题最终.pdf

一、数据库系统的特点？一、数据库系统的特点？ 1、整体数据的结构化：整体数据的结构化是数据库的主要特征之一 整体结构化: (1)不再仅仅针对某一个应用，而是面向全组织 (2)不仅数据内部结构化，整体是结构化的，数据之间具有联系 数据库中实现的是数据的真正结构化，数据的结构用数据模型描述，无需程序定义和解释，数据可以变 长，数据的最小存取单位是数据项。 2、数据的共享性高，冗余度低，易扩充 （1）数据库系统从整体角度看待和描述数据，数据面向整个系统，可以被多个用户、多个应用共享使 用。 （2）数据共享的好处 减少数据冗余，节约存储空间,避免数据之间的不相容性与不一致性 ,使系统易于扩充 3、 数据独立性高 （1）物理独立性 指用户的应用程序与存储在磁盘上的数据库中数据是相互独立的。 当数据的物理存储改变了， 应用程序 不用改变。 （2）逻辑独立性 指用户的应用程序与数据库的逻辑结构是相互独立的。数据的逻辑结构改变了，用户程序也可以不变。 数据独立性是由 DBMS 的二级映像功能来保证的 4、数据由 DBMS 统一管理和控制 （1）数据的安全性（Security）保护 使每个用户只能按指定方式使用和处理指定数据， 保护数据以防止不合法的使用造成的数据的泄密和破 坏。 （2）数据的完整性（Integrity）检查 将数据控制在有效的范围内，或保证数据之间满足一定的关系。 （3）并发（Concurrency）控制 对多用户的并发操作加以控制和协调，防止相互干扰而得到错误的结果。 （4）数据库恢复（Recovery） 将数据库从错误状态恢复到某一已知的正确状态。 二、数据库系统的结构和组成。 组成： 硬件：足够的内存，外存，数据传输率 数据库:一个通用的冗余度小的数据集合 软件：OS,以 DBMS 为核心的应用开发工具、高级语言及编译系统，数据库应用系统 人：DBA,应用程序员，用户 三、什么是实体三、什么是实体-联系模型，举例说明？联系模型，举例说明？ 实体联系模型是一种对现实世界进行抽象的常用方法，这种方法以图的形式描述信息 世界中的 实体集，实体集之间的联系，实体集拥有的属性。这种方法所画出的图称为实体联系图，也就是实体联系 模型。 四、数据库中基本数据模型有哪些，各自特点，举例说明？四、数据库中基本数据模型有哪些，各自特点，举例说明？ 1层次模型 1) 用树形表示数据之间的多级层次结构。 2) 结构特点： (1) 只有一个最高结点即根结点 (2) 其余结点有而且仅有一个父结点 (3) 上下层结点之间表示一对多的联系 2. 关系模型 1) 用二维表格来表示实体及实体之间的联系 2) 实际应用中，每一个二维表代表了一个关系。 3) 特点：结构简单,容易实现。 (1)每一列不可再分； (2)同一关系中属性(字段)不允许重名 (3)关系中不允许有完全相同的元组 (4)关系中交换任意两行/列的位置不影响数据的实际含义； 3. 网状模型 1) 用图表示数据之间的关系 2) 允许结点有多于一个的父结点 3) 可以有一个以上的结点没有父结点。 4) 特点: 表示结点之间多对多的联系。 五、试述有试述有限元法的基本原理。限元法的基本原理。 有限元法的基本思想是：先把原来是连续的物 体离散成有限个单元，且他们相互连接在有限个节点 上，承受等效的节点载荷，并根据平衡条件来进行分 析，然后根据变形协调条件把这些单元重新组合起来，成为一个组合体，再综合求解。由于单元的个 数是有限的，节点数目也是有限的，所以称为有限元法。 六、总结归纳有限元法的解题步骤。总结归纳有限元法的解题步骤。 1、 连续体的离散化：选择单元类型，对连续体进行单元划分，并将全部单元和节点按一定顺序编 号，为后续的分析工作做准备。 2、 单元特性分析 1)分析单元的力学性质：建立各个单元的节点位移和节点力之间的关系式。 2)计算等效节点力：用等效的节点力来代替所有作用在单元上的力。 3、 单元集成：利用力的平衡条件和边界条件，把各个单元按原来的结构重新连接起来，形成整体 的有限元方程组，来揭示节点外载荷与节点位移的关系，从而求解节点位移。 4、有限元方程求解与结果输出： 可利用直接解法和迭代法用计算机求解线性方程组式， 输出结果。 七、七、 有限元分析前置处理、后置处理的功能和任务。有限元分析前置处理、后置处理的功能和任务。 前置处理功能和任务：根据工程对象的实际情况选择单元类型，进行结构体的网格单元剖分，确定 各节点和单元编号与坐标，确定结构体载荷类型，边界条件和材料性质等。 后置处理功能和任务： （1）对应力和位移排序，求极值点，检查应力和位移是否超出规定值并以不同的 颜色等适当的方式表现出来； （2）显示各单元和节点的应力分布情况，为结构优化提供直观信息； （3） 以动画方式模拟结构体的变形过程，从而可以更加直观的显示零件在载荷的作用下的变形情况； （4）生 成应力，应变和位移的彩色浓淡图、等值线、等位面、剖切面和矢量图，绘制应力应变曲线等。 八、八、总结产品设计的两种基本思想，各自从设计阶段到生产阶段与总结产品设计的两种基本思想，各自从设计阶段到生产阶段与 CAD/CAE/CAM 的相关性及过程。的相关性及过程。 一种途径是基于机械 CAD 软件平台的概念设计； 另一种途径是基于已有样品或手工模型的反求工程技术（或称逆向工程技术） 九、线框造型，表面造型，实体造型各自的优缺点。九、线框造型，表面造型，实体造型各自的优缺点。 线框造型： 优点：线框造型的方法及其模型都较简单，便于处理，具有图形显示速度快，容易修改优点。 缺点： （1）图形的二义性（不能唯一表示一个图形） ； （2）难以进行形体表面交线计算和物性计算，不便于消除隐藏线，不能满足表面特性组合和存储及多坐 标数控加工刀具轨迹的生成等。 表面造型： 优点： （1）可以识别和显示复杂的曲面； （2）可以识别表面特征； （3）可以进行高级刀具轨迹的仿真。 缺点： （1）不能完整全面地表达物体形状； （2）难以直接用于物性计算，内部结构不易显示。 实体造型： 优点： （1）全面完整地定义立体图形； （2）可以自动计算物性、检测干涉、消隐和剖切形体。 缺点： （1）缺乏制造特征信息; (2)由于只是体素拼合的构型，因此定型后不易修改 十、十、FergusonFerguson 曲线、曲线、BezierBezier 曲线、曲线、B B 样条曲线各自的优缺点。样条曲线各自的优缺点。 Ferguson 曲线 缺点： （1）设计条件与曲线始末亮点的切矢大小和方向有关，设计时不易控制； （2）如果定义高次 Ferguson 曲线，需要用到曲线始末两点的高阶导数。 Bezier 曲线 优点： （1）直观，计算简单; (2)易于实现对 Bezier 曲线的形状的控制； 缺点： （1）非局部修改性，修改控制点会影响到整个曲面； （2）对一个给定的点集，难以用 Bezier 曲线进行光滑匹配 （3）特征多边形顶点个数决定了曲线的次数和阶次，顶点愈多，曲线的次数越高，且当 n 较大时，特征 多边形对 Bezier 曲线的控制作用将减弱。 B 样条曲线 优点：保持了 Bezier 曲线的直观性，凸包性等有点外，还具有便于局部修改，对特征多边形逼的更近， 多项式次数低，分段曲线拼接条件简单等。 十一、什么是曲面的反算，拼接和互化？ 十二、常用的三种实体造型方法十二、常用的三种实体造型方法边界表示法、扫动法和构造实体几何法的优缺点。边界表示法、扫动法和构造实体几何法的优缺点。 扫动法 优点： （1）使用比较方便， ； （2）扫描表示形式可方便地作为三维实体造型的一种输入手段。 （3）扫描法在加 工过程模拟和运动干涉检查中也十分有用。 边界表示法 优点： （1）集合运算的中间结果可继续参加集合运算，从而可构造较复杂的实体； （2）便于显示和画出图 形（3）物体的材质、比重、颜色等属性数据的存储，边界表示法比较容易处理； （4）边界表示法转换成 线框模型非常简单（5）边界表示法所表达的物体无二义性。 缺点： （1）数据存储量较大； （2）边界表示法不具惟一性； （3）数据输入比较麻烦。 边界表不法的数据输入比较麻烦，须提供方便的用户界面 构造实体几何法 优点： （1）用户操作方便，造型概念直观。在造型过程中，通过输入或调用体素库中的体素以及选择布尔 算子来构造复杂实体的模型。 （2） 能够表示的实体范围较大。 体素种类越多， 则能够构造出的实体越复杂。 缺点： （1）集合运算的中间结果很难用简单的代数方程表示，因而难以继续参与集合运算。 （2）不便于图 形输出。 十三、十三、特征造型和几何造型的区别？为什么要采用特征造型？特征造型和几何造型的区别？为什么要采用特征造型？ 几何造型： 利用计算机系统描述零件几何形状及其相关信息， 建立零件计算机模型的技术称为几何造 型。特征造型：是以实体模型为基础，用具有一定设计或加工功能的特征作为造型的基本单元建立零件的 几何模型。 几何造型是为了完善产品的几何描述能力， 特征造型着眼于更好地表达产品的完整的技术和生 产管理信息，为建立产品的集成信息服务。 特征造型是在几何造型的基础上发展起来的， 不仅描述了零件的几何形状及其相关信息， 而且可以描 述零件的形状、精度、技术、材料、装配等特征以及功能要素。 几何造型法存在问题： （1）零件定义不完整；只能定义零件的公称几何形状，而作为零件的其他信息如尺寸公差，表面粗糙度 以及设计意图等不能表达； （2）信息定义的层次低。零件以点、线、面等较低层次的几何与拓扑信息描述，只有当这些信息作为图 形显示出来时，人们才能理解其含义，另外实体模型一旦建立，修改不方便。 应用特征造型技术具有很大的意义。 （1）它使产品设计工作在更高的层次上进行，设计人员的操作对 象不再是原始的线条和体宗，而是产品的功能要素，如螺纹孔、定位孔、倒角等。 （2）特征的引用直接体 现了设计意图，使得建立的产品模型更容易为别人理解和组织生产，设计的图样也更容易修改。 （3）它有 助于加强产品设计、分析、工艺准备、加工、检验各部门间的联系，更好地将产品的设计意图贯彻到各个 后续环节并及时得到其意见反馈，为开发新一代的基于统一产品信息模型的 CADCAPPCAM 集成系 统创造前提（4）它有助于推动行业内的产品设计和工艺方法的规范化、标准化和系列化，使得产品设计 中及早考虑制造要求，保证产品结构有良好的工艺性（5）它将推动各行业实践经验的归纳、总结，从中 提炼出更多规律性知识，以此丰富各种领域专家系统的规则库和知识库，促进智能 CAD 系统和智能制造 系统的逐步实现。 十四、常见的特征造型方法？十四、常见的特征造型方法？ 特征造型方法： （1）交互特征标定:通过交互方式人工辅助识别特征，输入工艺信息，建立起零件描述的数据结构， 这种方法效率低，易出错。已经很少使用。 （2）自动特征识别：利用实体建模信息，自动标识特征，交互输入工艺信息，这种方式应用面广，但由 于识别能力有限，所以使用的零件范围狭小，有一定的局限性。 （3）基于特征设计：利用特征进行零件设计，即在设计阶段就调入形状特征造型，逐步把几何信息 和特征信息存入数据库中，建立零件的特征数据模型。 十五、工程数据库管理系统和一般数据库管理系统相比的特点。 (1)管理对象 一般数据库管理系统所管理的对象通常是静态的，实体和实体之间的关系比较清晰，在进 行库设计的阶段就能实现准确、完整地描述出这些。而工程数据库管理系统除了管理静态的数据（如设计 标准、设计规则等）外，另一类需管理的数据则是高度动态的。因为有些数据无法事先选定，只有在设计 中逐步地确定，而且设计过程是一个创造性的活动，需要反复和修改，所以结果的数据是动态形成的。 (2）数据的类型 一般数据库处理的数据，绝大部分可表示为字符串和数值。而工程上的数据，除了字符 串和数值这样的简单数据类型外，还有大量的数据类型的数据，如向量矩阵、集合、有序集、时间序列、 几何图形、复杂的数学公式和过程等。 (3)数据结构 一般数据库的数据，用关系型这种数据结构通常就能清晰地被表达。但在工程上，一个实 体，如一种产品，往往由多个部件、零件等实体组成，这些部件、零件均呈树状的继承关系，并且在设计 过程中实体间的关系复杂多样，有的呈网状结构，这些都是一般数据库难以表达的。 (4）数据库的变化 一般数据库的修改主要体现在数值的多变上，结构上的变化是缓慢的，用户只改变数 值，而数据结构则必须由数据库管理员改动。而工程设计者作为工程数据的全权使用者，必须让其对库的 数值和结构上都可作改动，以满足设计过程中的多变性要求。 (5)信息种类 工程数据包含的信息种类繁多，如：1)产品的图形信息：零件的二维图、三维图；部件、 产品的装配图等。2)产品的文字数据信息：零件的材料、热处理、公差、表面粗糙度等技术要求，以及产 品、部件的装配关系信息等。3)设计所需参数和分析计算数据：设计规范、标准、资源、设备等。4)工艺 数据：加工设备、工艺规程、工序文件及加工的数控代码等。 (6)系统的分层结构 一般数据库也支持事物处理功能，但商务性、管理性的事务规律性较强，便于实现。 而工程设计过程是一个创造性的、多人协作的过程，涉及的数据结构繁多、复杂，并需要多次的反复和修 改，一般的数据库系统难以支持这类应用，所以需要设计分层结构的数据库系统，来解决工程中的长事物 处理问题。系统的分层结构如图所示。 十六、十六、CAD/CAMCAD/CAM 中如何处理工程手册中的设计资料，有哪些方法，目的？中如何处理工程手册中的设计资料，有哪些方法，目的？ (1)程序化。 即在应用程序内部对这些数表及线图进行查表、 处理或计算。 具体处理方法不外乎有两种， 第一种将数表中的数据或线图经离散化后存人一维、 二维或三维数组， 用查表、 插值等方法检索所需数据； 第二种将数表或线图拟合成公式，编人程序计算出所需数据。 (2）数据库存储。将数表及线图（经离散化）中的数据按数据库中的规定进行文件结构化，如确定文件名、 字段名、字段类型、字段宽度等，存放在数据库中，数据独立于应用程序，但又能为所有应用程序提供服 务。 目的：对设计资料进行适当的加工和处理，使之成为某种软件程序可调用的形式，以便用户在设计过 程中由程序自动进行数据的检索和查询。 十七、十七、数据处理中函数插值及数据拟合的区别，各自的基本思想、几何意义。数据处理中函数插值及数据拟合的区别，各自的基本思想、几何意义。 区别： 函数插值在几何上是严格通过各节点的曲线来代替列表函数曲线； 数据拟合是拟合曲线并不严 格通过各节点，而是尽可能反映给定数据的趋势并逼近实际曲线。 函数插值的基本思想：设法构造某个简单的近似函数)(xpy 作为列表函数 f（x）的近似表达式， 然后计算 p（x）的值以得到 f（x）的近似值。 插值问题的几何意义：通过给定的 n 个点（x1，y1), (x2, y2),., ( xn, yn）作一条(n- 1)次的 代数曲线 y=pn-1(x)，用以近似地表示曲线 y = f(x)。所以，当数表中的变量之间存在确定的函数关系时， 可以用代数插值的方法求得它们之间的近似关系式。 数据拟合的基本思想： 拟合曲线并不严格通过所有节点， 而是尽可能反映给定数据的趋势并逼近实际 曲线。最常用的最小二乘法拟合。 数据拟合的几何意义是：对于一组数据（xi，yi） （i=1,2,3,4n） ，可用一个 m 次多项式（mn）拟 合， 即 m mm xaxaxaaxp 2 210 )( m j j jx a 0 ， 该多项式的第 i 个节点的函数值与相应的数 据点之间的偏差为 i D，即 i D= iim yxp)(，使各个节点的偏差 i D之和最小。 十八、十八、何谓优化设计？其关键技术问题是什么何谓优化设计？其关键技术问题是什么 优化设计是在计算机广泛应用的基础上发展起来的一项设计技术，以求在给定技术条件下获得最优设计方 案，保证产品具有优良性能。其原则是寻求最优设计；其手段是计算机和应用软件；其理论依据是数学规划 法。 优化设计要解决两个关键问题: (1)建立优化设计数学模型,它包括三个要素,即优化设计的目标函数,设计变量和约束条件; (2)选择适合的优化方法. 十九、十九、仿真的类型及各自应用的阶段？仿真的类型及各自应用的阶段？ 仿真是在模型上进行反复试验研究的过程。因为模型有物理模型与数学模型，故仿真也有物理仿真与数学 仿真。 仿真类型的选取策略是按工程阶段分级选取。 在产品的分析设计阶段，采用计算机仿真，边设计、边仿真、边修改，结合有限元分析和优化设计等 现代设计方法，使设计在理论上尽量达到最优。 进入研制阶段，为提高仿真可信度和实时性，将部分已试制成品(部件等)纳入仿真模型。此时，采用半 物理仿真。 到了系统研制阶段，说明前两级仿真均证明设计满足要求，这一级只能采用全物理仿真才能最终说明 问题，除非这种全物理仿真是不可实现的。 二十、简述计算机仿真的一般过程？二十、简述计算机仿真的一般过程？ 计算机仿真的基本方法是将实际系统抽象描述为数学模型，再转化成计算机求解的仿真模型，然后编制程 序，上机运行，进行仿真实验并显示结果。 （1）建立数学模型 系统的数学模型是系统本身固有特性以及在外界作用下动态响应的数学描述形态。它有多种表达形式，如 连续系统的微分方程，离散系统的差分方程，复杂系统的传递函数以及机械制造系统中对各种离散事件的系 统分析模型等。要注意的是，仿真所需建立的数学模型应与优化设计等其它设计方法中建立的数学模型相协 调。某种情况下，二者是同一的，既使不同一，也不应相互矛盾、相互违背。 （2）建立仿真模型 在建立数学模型的基础上，设计一种求解数学模型的算法，即选择仿真方法，建立仿真模型。如果仿真模 型与假设条件偏离系统模型，或者仿真方法选择不当，则将降低仿真结果的价值和可信度。一般而言，仿真 模型对实际系统描述得越细致，仿真结果就越真实可信，但同时，仿真实验输入的数据集就越大，仿真建模 的复杂度和仿真时间都会增加。因此，需要在可信度、真实度与复杂度之间认真加以权衡。 （3）编制仿真程序 根据仿真模型，画出仿真流程图，再使用通用高级语言或专用仿真语言编制计算机程序。目前，世界上已 发表过数百种各有侧重的仿真语言。与通用高级语言相比，具有仿真程序编制简单、仿真效率高、仿真过程 数据处理能力强等特点。 （4）进行仿真实验 选择并输入仿真所需要的全部数据，在计算机上运行仿真程序，进行仿真实验，以获得实验数据，并动态 显示仿真结果。通常是以时间为序，按时间间隔计算出每个状态结果，在屏幕上轮流显示，以便直观形象地 观察到实验全过程。 （5）结果统计分析 对仿真实验结果数据进行统计分析，对照设计需求和预期目标，综合评价仿真对象。 （6）仿真工作总结 对仿真模型的适用范围、可信度，仿真实验的运行状态、费用等进行总结。 二十一、简述二十一、简述 Pro/E软件的主要模块及特性软件的主要模块及特性 Pro/E 共有约 30 多种模块，其常用的主要模块包括 Pro/FEATURE、Pro/SURFACE、 Pro/ASSEMBLY、Pro/DETAIL、Pro/MANUFACUTURE、Pro/MOLDESIGN、Pro/MESH 及 Pro/INTERFACE 等 10 几个主要功能模块。 Pro/FEATURE 利用各种方式建立产品的外型，如扫描（sweep)、混成（blend)、孔（hole)、圆 角（round)等. Pro/SURFACE 可以设计者快速地绘制严格的几何曲面及自由曲面 Pro/ASSEMBLY 将数个零件组合成一个完整的模型 Pro/DETAIL 提供强大的尺寸标注、公差标注及各种视图的建立 Pro/MANUFACUTURE 协助制造工程师自动产生零件加工时刀具路径的 NC 程序 Pro/MOLDESIGN 用于设计模具部件和模板组装 Pro/MESH 提供了实体模型和薄壁模型的有限元网格自动生成能力 Pro/REPORT 是 Pro/ENGINEER 的一个选项模块，它提供了一个将字符、图形、表格和数据组合在一 起以形成一个动态报告的功能强大的格式环境。 ProINTERFACE Pro/INTERFACE 是一个完整的工业标准数据传输系统，提供 Pro/Engineer 与其它 设计自动化系统之间的各种标准数据交换格式. 二十二、二十二、简述模具制造的主要加工方法及特点简述模具制造的主要加工方法及特点 1机械加工 机械加工（即传统的切削与磨削加工）是模具制造不可缺少的一种重要的加工方法。机械 加工的特点是加工精度高、生产效率高。但加工复杂的形状时，加工速度慢，硬材料也难加工，材料利用率 不高。 2特种加工也被称为电加工。从广义上说，特种加工是指直接利用电能、化学能、声能、光能等来去除 工件上多余的材料，以达到一定形状、尺寸和表面粗糙度的加工方法，其中包括电火花成形加工、线切割加 工、电解加工、电化学抛光、电铸、化学刻蚀、超声波加工、激光加工等。特种加工与工件的硬度无关，可 以实现以柔克刚，并可加工各种复杂形状的零件。特种加工在模具制造中得到了越来越广泛的应用。 3塑性加工主要指冷挤压制模法，即将淬火过的成形模强力压人未进行硬化处理的模坯中，使成形模的 形状覆印在被压的模坯上，制成所需要的模具。这种成形方法不需要型面精加工，制模速度快，可以制成各 种复杂型面的模具。 4铸造加工 对于一些精度和使用寿命要求不高的模具，可以采用简单方便的铸造法快速成形。例如用 低熔点锌基合金铸造锌基合金模具，其制模速度快，容易制成形状复杂的模具。但模具材质较软，耐热性差， 所以模具寿命短，多用于试制和小批量生产的场合。 5焊接加工 焊接法制模是将加工好的模块焊接在一起，形成所需的模具。这种方法与整体加工相比， 加工简单、尺寸大小不受限制，但精度难于保证，易残留热应变及内部应力，主要用于精度要求不高的大型 模具的制造。 6、数控加工 是利用数控机床和数控技术完成模具零件的加工。根据零件图样及工艺要求等原始条件编制 数控加工程序，输入数控系统，然后控制数控机床中刀具与工件的相对运动，以完成零件的加工。数控机床 范围很广，在机械加工中有数控车加工、数控铣加工、数控钻加工、数控磨加工、加工中心加工；在塑性加 工中有数控冲床加工、弯管机加工等；在特种成形中则有数控电火花加工、数控线切割加工、数控激光加工 等。 数控加工的特点(1)加工精度高、加工质量稳定 数控机床的机械传动系统和结构都有较高的精度、刚度 和热稳定性，零件的加工精度和质量由机床保证，完全消除了操作者的人为误差，所以数控机床的加工精度 高，加工误差一般能控制在 0.005-0.lmm 以内，而且同一批零件加工尺寸的一致性好，加工质量稳定。 (2)加工生产效率高 数控机床结构刚性好、功率大，能自动进行切削加工，所以能选择较大的、合理的 切削用量，并能自动完成整个切削加工过程，大大缩短机动加工时间。数控机床定位精度高，可省去加工过 程中的中间检测，提高生产效率(3)对零件加工适应性强 因数控机床能实现几个坐标联动，加工程序可因 加工零件的要求而变换，所以它的适应性和灵活性很强，可以加工普通机床无法加工的形状复杂的零件。 (4)有利于生产管理 数控机床加工，能准确地计算出零件的加工工时，并有效地简化刀具、夹具、量具 和半成品的管理工作。加工程序是用数字信息的标准代码输人，有利于与计算机连接，由计算机来控制和管 理生产。 二十三、试述反向设计技术的基本思想及重点研究内容二十三、试述反向设计技术的基本思想及重点研究内容 以实物模型为依据来生成数字化几何模型的设计方法即为反向设计。反向设计并不是一种创造性的设计思 路，但是通过对多种方案的筛选和评估，有可能使其设计方案优于现有方案，并且缩短方案的设计时间，提 高设计方案的可靠性。 反向设计是产品数字化的重要手段之一， 作为 21 世纪数字化塑性成形技术的重要环节， 反向设计这种思想对于消化吸收国外模具设计的先进技术，提高我国的模具设计水平具有重要的意义。 目前，反向设计的研究重点在于： 1、数据采集设备和思路。数据采集设备与方法是数据获取的保证，研制快速、精确和能够测量具有 复杂内外形状的新设备是发展方向。 2、数据前处理。包括对测量所得数据点进行测头半径补偿、数据噪声点的有效滤除以及测量数据的合理 分布，此外还包括建立统一的数据格式转化标准，减少数据丢失和失真等。 3、数据优化。测量所得的数据文件通常非常庞大，往往被形象地称为数据云或者海量数据，需要对测量 数据进行优化处理，主要问题有：如何合理的分布数据点，在尽量保有各种特征信息的基础上合理简化数据； 如何使数据真实反映形面的保凸特性；如何减少人工交互，提高数据区域划分中的自动化与效果。 4、曲面重构研究。在反算控制点时仍然存在反算标准及精度的问题；对于起伏剧烈的数据点群，使用单 块曲面描述会有较大差异；如何解决有关曲面重构算法的有效性、效率以及误差问题；曲面在三角离散和层 切时的不确定性问题等。 二十四、试述快速成形技术的基本思想和主要实施过程二十四、试述快速成形技术的基本思想和主要实施过程 快速成形技术是一种基于离散堆积成形思想，由零件的 CAD 模型直接驱动，在计算机的管理 和控制下快速制造出任意复杂形状的三维物理实体的技术总称。这一新型技术是集成计算机、数控、激光和 新材料等最新技术而发展起来的先进的产品研究与开发技术。 快速原型技术通过离散获得堆积的路径和方式，再通过精确地堆积材将材料“叠加”起来形成复杂的三 维实体。 （1）离散阶段：首先利用 CAD 软件设计出零件的三维曲面或者实体造型，然后将三维模型沿一定方向离 散成一系列有序的二维层片（习惯称为分层） 。这个“分层”离散过程是一个对 CAD 模型的信息处理。 （2）堆积阶段：根据每层轮廓信息，进行工艺规划，选择加工参数，自动生成数控代码；成形机制造一 系列层片并自动将它们联接起来，得到三维物理实体。 二十五、快速原型技术的主要工艺方法有哪些？二十五、快速原型技术的主要工艺方法有哪些？ (1)光固化成型工艺 （StereoLithigraphy Apparatus，SLA ） ，又称立体光刻成型或光造型. SLA 技术是基于液态光敏树脂的光固化原理上工作的。这种液态材料在一定波长和强度的紫外光(如 =325nm)的照射下能迅速发生光反应, 分子量急剧增大, 材料也就从液态转变成固态。 其原理是：将激光聚集到液态光固化材料（如光固化树脂）表面，令其有规律地固化，由点到线到面，完 成一个层面的建造，而后升降移动一个层片厚度的距离，重新覆盖一层液态材料，再建造一个层面，由此层 层迭加成为一个三维实体。 (2)叠层实体制造工艺（Laminated Object Manufacturing，LOM） LOM 工艺只须在片材上切割出零件截面的轮廓，而不用扫描整个截面。因此成形厚壁零件的速度较快， 易于制造大型零件。 工艺过程中不存在材料相变，因此不易引起翘曲变形，零件的精度较高（公差小于 0.15mm） 。工件外 框与截面轮廓之间的多余材料在加工中起到了支撑作用，所以 LOM 工艺无需加支撑。 （3)熔融沉积快速成型工艺（Fused Deposition Modeling，FDM） SLS 工艺是利用粉末状材料成形的。将材料粉末铺洒在已成形零件的上表面，并刮平；用高强度的 CO2 激 光器在刚铺的新层上扫描出零件截面；材料粉末在高强度的激光照射下被烧结在一起，得到零件的截面，并 与下面已成形的部分连接；当一层截面烧结完后，铺上新的一层材料粉末，继续选择性烧结下一层截面。 (4)选择性激光烧结工艺(Selective Laser Sintering，SLS)又称为选区激光烧结 FDM 的材料一般是热塑性材料，如蜡、ABS、尼龙等。以丝状供料。材料在喷头内被加热熔化。喷头沿零 件截面轮廓和填充轨迹运动，同时将熔化的材料挤出；材料迅速凝固，并与周围的材料凝结。 FDM 工艺不用激光器件，因此使用、维护简单，成本较低。用蜡成形的零件原型，可以直接用于熔模铸 造。用 ABS 制造的原型因具有较高强度而在产品设计、测试与评估等方面得到广泛应用。由于以 FDM 工艺为 代表的熔融材料堆积成形工艺具有一些显著优点，该类工艺发展极为迅速。 二十六、为什么说二十六、为什么说 CAD/CAM 的衔接存在缺陷？当前在的衔接存在缺陷？当前在 CAD/CAM 衔接方面做了哪些改进？衔接方面做了哪些改进？ 建立统一的产品数据交换标准是实现 CAD/CAM 技术集成化的必要条件。复杂机械产品的生产需要不同 企业、部门的分工协作完成。由于产品信息是在不同的地点、不同的计算机和不同的 CAD/CAM 系统中产品, 造成同一产品的信息表达差异。困难: （1)靠数据交换难以实现建立在满足下游开发活动约束及特定外部过程约束的智能决策支持机制。世界 上各种 CAD/CAM 集成软件(如 CATIA,Euclid,Pro/Engineer,CADDS5,UGII 及 I-DEAS 等),都只是某些方面具有 特长,结果导致软件之间进行数据交换时丢失信息。 （2） 基于图形学发展起来的 CAD 技术和基于数控技术发展起来的 CAM 技术，缺乏统一的信息描述方式。 由于彼此间模型定义、实现手段和存取方式均有差异，导致了设计模型难以转化为制造模型。 改进： 为确保信息在传递过程中的正确性和无歧异性，处理更为复杂的 CAD/CAM 集成问题，解决系统 公用接口问题，需要更可靠的数据交换技术作保证。目前，国际上对解决这一问题的公认看法已经明确， 即采用开放型的数据交换标准 STEPo STEP（Standard for the Exchange of Product Model Data)主要解决统一的产品模型数据定义及数 据传递交换问题，以确保产品整个生命周期获取信息、传递信息的准确性和一致性。目前国际上对 STEP 标 准的整体框架已有了比较明确的描述，它主要包括:描述方法、实现形式、一致性测试、集成资源、应用协 议、抽象测试等 6 部分内容，并从 3 个层次上(应用层、逻辑层和物理层)描述了在不同系统间实现数据交 换的方法和手段。 在应用层，根据不同应用领域提出相应的模型要求;逻辑层则根据应用层提出的模型，进 行分析、归类，形成统一的集成信息模型;物理层的最终目标是完成一种用于数据交换的中性 文件结构，也是实现 CAD/CAM 集成的最初级形式。具体方法是:集成系统中各子系统只与 STEP 文件交换数据。为实现这一目的，各系统需设计两个接口，即将自身模型转换为 STEP 文件的前置处 理和将 STEP 文件转换为自身模型数据的后处理。它与 IGES 的区别在于，STEP 提供的中性文件不依赖于任 何系统。 二十七、二十七、计算机辅助工艺设计的意义？计算机辅助工艺设计的意义？ CAPP（计算机辅助工艺设计）系统不但能利用工艺人员的经验知识和各种工艺数据进行科学的决策、 自动生成工艺规程，还能自动计算工序尺寸、绘制工序图、选择工艺参数和对工艺设计结果进行优化等，从 而设计出一致性良好的、高质量的工艺规程，也使工艺设计与 CAD、CAM 等系统的集成成为可能。另外，由于 计算机中存储的信息可以反复利用，从而大大提高了工艺设计的效率。 二十八、二十八、计算机辅助工艺设计的意义？计算机辅助工艺设计的意义？ CAPP（计算机辅助工艺设计）系统不但能利用工艺人员的经验知识和各种工艺数据进行科学的决策、 自动生成工艺规程，还能自动计算工序尺寸、绘制工序图、选择工艺参数和对工艺设计结果进行优化等，从 而设计出一致性良好的、高质量的工艺规程，也使工艺设计与 CAD、CAM 等系统的集成成为可能。另外，由于 计算机中存储的信息可以反复利用，从而大大提高了工艺设计的效率。 二十九、二十九、计算机辅助工艺设计零件信息的描述和输入方法？各自优缺点。计算机辅助工艺设计零件信息的描述和输入方法？各自优缺点。 零件信息的描述和输入方法： 一、图纸信息的描述与人机交互式输入，包括： 1、分类编码描述法(GT 法)与输入。这种方法简单易行，用其开发一般的派生式 CAPP 系统较方便。但这 种方法也存在一些弊端，如无法完整地描述零件信息，当码位太长时编码效率很低，容易出错，不便于 CAPP 系统与 CAD 的直接连接(集成)等， 故不适用于集成化的 CAPP 系统以及要求生成工序图与 NC 程序的 CAPP 系统 使用。 2. 语言描述与输入法。该方法的关键是开发一种计算机能识别的语言来对零件信息进行描述。用户首先 用这种语言规定的词汇、语句和语法对零件信息进行描述，然后由相应的 计算机编译系统对描述结果进行 编译，形成计算机能够识别的零件信息代码。这种方法需要用户学习语言，而且描述过程繁琐。 3知识表示描述法。在人工智能(AI)领域，零件信息实际上就是一种知识或对象，所以原则上讲可用人 工智能中的知识描述方法来描述零件信息甚至整个产品的信息。在实际应用中，这种方法应与特征技术相结 合，而且知识的产生应是自动的或半自动的，即应能直接将 CAD 系统输出的基于特征的零件信息自动转化为 知识的表达形式，这种知识表达方法才更有意义。 4基于形状特征或表面元素的描述与输入法。 任何零件都由一个或若干个形状特征(或表面元素)组成，这些形状特征可以是圆柱面、圆锥面、螺纹面、 孔、凸台、槽等。这种方法要求将组成零件的各个形状特征按一定顺序逐个地输入到计算机中去，输入 过程由计算机界面引导， 并将这些信息按事先确定的数据结构进行组织， 在计算机内部形成所谓的零件模型。 这种方法优点在于: (1)机械零件上的表面元素与其加工方法是相对应的，因此，计算机可以以此为基础推出零件由那些表面 元素组成，就能很方便地从工艺知识库中搜索出这些表面相对应的加工方法，从而也就可以以此为基础推出 整个零件的加工方法； (2)这些表面为尺寸、公差、粗糙度乃至热处理等的标注提供了方便，从而为工序设计、尺寸链计算、以 及工艺路线的合理安排提供了必要的信息。因此，这种方法在很多 CAPP 系统中得到了应用。 图纸信息的描述与人机交互式输入弊端：需要人来对零件图纸进行识别和分析，即需要人工来对已设计 好的零件图进行二次输入。因为输入过程繁琐、费时、易出错，有时甚至还不如手工编制工艺文件来得快， 所以在生产实际中有些工艺人员不大愿意这种方法。 最理想的方法是， CAD 系统进行零件设计的过程就是 CAPP 的零件信息输入，从而避开了零件信息的二次输入问题。 二、从 CAD 系统直接输入零件信息，包括： 1、特征识别法。特征识别法(feature recognition)就是要对 CAD 的输出结果进行分析，按一定的算法识 别、抽取出 CAPP 系统能识别的基于特征的工艺信息。这显然是一种非常理想的方法，它无疑可以克服上述手 工输入零件信息的种种弊端，实现零件信息向 CAPP、CAM 等系统的自动传输。 优缺点：但实践证明，这种方法有局限、不通用、而且实现很困难。然而至今为止，这项研究只在较简 单零件的识别上取得了一些进展， 在对复杂机器零件的自动识别上则一畴莫展， 所以被认为是一个世界难题。 2、基于特征拼装的计算机绘图与零件信息的描述和输入方法； 这种方法一般是对二维绘图系统而言的。 这种 CAD 系统的绘图基本单元是参数化的几何形状特征(或表面 要素)，如圆柱面、圆锥面、倒角、键槽等，而不是通常所用的点、线、面等要素。设计者采用这种系统 绘图时，不是一条线一条线的绘制，而是一个特征一个特征地进行绘制，类似于用积木拼装形状各异的物体， 所以也叫特征拼装。设计者在拼装各个特征的同时，即赋予了各个形状特征(或几何表面)的尺寸、公差、粗 糙度等工艺信息，其输出的信息也是以这些形状特征为基础来进行组织的，所以 CAPP 系统能够接收。 这种方法的关键是要建立基于特征的、统一的 CADCAPPCAM 零件信息模型，并对特征进行总结分类， 建立便于用户扩充与维护的特征类库。其次就是要解决特征编辑与图形编辑之间的关系、以及消隐等技术问 题。目前这种方法已用于许多实用化 CAPP 系统之中，被认为是一种比较有前途的方法。 3、基于三维特征造型的零件信息描述与输入方法。在 CAD 系统内部对零件的几何信息和工艺信息进行结 构化描述其对零件造型的基本单元已不再是底层的点线面， 而是参数化的几何形体或特征体素， 如圆柱轴段、 倒角。零件的定义是各种特征体素的拼装，并可能赋予各体素相应的尺寸、公差、表面粗糙度等工艺信息。 优缺点：这种零件描述方法难度大，对计算机系统要求高，但会大大方便产品设计者的构思与操作。 4、基于产品数据交换规范(STEP 等)的产品建模与信息输入方法。 要想从根本上实现 CAD/CAPP/CAM 的信息集成， 最理想的方法是为产品建立一个完整的、 语意一致的产品 信息模型， 以满足产品生命周期各阶段对产品信息的不同需求和保证产品信息的一致性， 使得各应用领域 （如 CAD、CAPP、CAM、MIS)能够直接从模型中提取产品信息。 优缺点：只要各 CAD 系统对产品或零件的描述符合这个数据规范，其输出的信息既包含了点、线、面以 及它们之间的拓扑关系等底层的信息，又包含了几何形状特征以及加工和管理等方面信息，那么 CAD 系统的 输出结果就能被其下游工程，如 CAPP、CAM 等系统接收。目前 STEP 还在不断发展与完善之中。 三、图形扫描及识别技术的输入方式，包括： 1、图象级的处理方法； 2、 矢量化的识别处理方法。 图形扫描及识别技术的输入方式的不足：上述第一种方法所形成的图形文件是图象级的，要想对图象文 件的特征识别与抽取，首先还须将其矢量化；第二种方法对工程图纸上的某些局部信息的识别还不理想，即 使能完全识别，也还面临着特征识别法同样的弊端。所以目前图形扫描及识别技术的输入方式也还没有达到 与 CAPP 等系统的直接集成的水平。 三十、三十、成组技术的原理以及其应用？成组技术的原理以及其应用？ 原理： 成组技术简称 GT(Group Technology)。它是将相似的零件进行识别和分组，并在零件设计和制造中充分 地利用它们的相似性。零件的相似性：包括零件在产品中的作用相似性和与其相对应的结构相似性。其作用 相似性可从零件间的装配关系及零件图纸的某些信息来推断，而零件的结构相似性则可根据零件图的信息来 确定，它又可划分为结构、材料和工艺三个类别。 应用： 成组技术不仅用于零件加工、装配等制造工艺方面，而且还用于产品零件设计、工艺设计、工厂设计、 市场预测、劳动量测定、生产管理和工资管理等各个领域，成为企业生产全过程的综合性技术。成组技术在 CAD 中的应用：产品的三化（标准化、系列化、通用化）工作与成组技术；按零件的标准化程度对零件分类； 应用 GT 编制相似性设计指导图册；新零件的设计。 三十一、三十一、PDM 的概念及应用？的概念及应用？ 概念： PDM 是一个方法论和一整套帮助企业管理产品数据和产品研发过程的工具。 （1）PDM 系统帮助组织产品设计，完善产品结构，确保设计、制造所需的大量的数据和信息清楚明了， 从而构筑一个信息平台对产品进行支持和维护，保证有竞争力产品的及时交付。 （2）PDM 系统管理产品生命周期的整个过程，组织协调诸如开发过程中设计评审、批准、变更及产品发 布等事件，并最终落实到工作流和流程管理。 应用： （1）文档管理：它管理的是产品整个生产周期中所包含的全部数据及对数据的操作，包括存储控制 （check in and check out) 建立文档基本信息和文档文件的连接关系，实现文档的批量入库和交互入库，并将指定的文档由数据库中 释放出来，传送给客户进行操作。 版本控制(Revision) 在产品设计的并行过程中，每一个零件、部件的设计总是伴随着创建和修改过程，而每一次的修改都有可 能影响到其他的零部件及其文档，需要不断地进行检查、修改，重新提交数据。要理顺这种复杂的工作流， 就必须将有同一个修改引发的一系列产品归到一类，称为版本。 检索(Retrieval) 本地搜索：通过对象的属性条件来查询。如按作者、文档编号、文档类型等查询，这些 条件可单独使用， 也可联合使用。由搜索引擎支持，通过文档关键字进行查询，可以针对文档的内容进行。 权限控制：PDM 软件通过划分群组和域对数据库进行访问权限的设置，分为动态和静态两种。 动态的权限：从流程角度来进行控制，不同的流程涉及不同的角色，不同的角色对应到不同的项目组，便 落实到具体的参与人，通过这样的对应关系，既保证了流程