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CADCAE/CAM基础理论与原理复习题1、简述CADCAM系统的组成？ CAD/CAM系统以计算机硬件、软件为支撑环境，通过各个功能模块(分系统)实现对产品的描述、计算、分析、优化、绘图、工艺规程设计、仿真以及NC加工。广义的CAD/CAM集成系统还应包括生产规划、管理、质量控制等方面。CAD/CAM系统的组成包括CAD、 CAE、 CAPP、CAM和工程数据库、产品数据交换标准、计算机网络等单元技术。2、什么是参数化设计？有什么优点？一般是指设计图形拓扑关系不变，尺寸形状由一组参数进行约束。参数与图形的控制尺寸有显式的对应，不同的参数值驱动产生不同大小的几何图形。可见，参数化设计是规格化、系列化产品设计的一种简单、高效、优质的设计方法。它的优点是设计人员在更新或修改产品模型时，无须考虑几何元素之间能否保持原有的约束条件从而可以根据产品需要动态的、创造性的进行产品设计。3、简述PDM系统及其在企业设计部门中的作用？PDM是管理产品生命周期中产品定义信息的电子仓库。它是CAD/CAM等应用工具的集成框架；它为产品开发提供一个并行的协作环境。PDM是以软件、计算机网路、数据库、分布式计算等技术为基础，以产品为核心，实现对产品相关的数据、过程、资源一体化集成管理的技术，提供产品全生命周期内的信息管理，为企业建立一个并行的协同工作环境。PDM系统的主要功能包括数据仓库与图档管理、产品配置管理、工作流程管理、分类与检索、工具与集成件以及项目管理等方面。4、产品的全生命周期的含义是什么？ PLM是企业的一种商业战略，它应用一整套的业务解决方案，实现扩展企业环境（包括客户、设计和供应链）下的，覆盖从产品概念阶段到报废的整个生命周期的，产品定义信息的协同开发、管理、分发和使用，实现人、过程、业务系统和信息的集成。5、MES含义是什么？ MES在企业生产中的作用如何？ MES（制造企业生产过程执行管理系统）：MES可以为企业提供包括制造数据管理、计划排程管理、生产调度管理、库存管理、质量管理、人力资源管理、工作中心/设备管理、工具工装管理、采购管理、成本管理、项目看板管理、生产过程控制、底层数据集成分析、上层数据集成分解等管理模块，为企业打造一个扎实、可靠、全面、可行的制造协同管理平台。6、简述数控机床的组成？主要包括输人装置、数控装置、执行装置、检测装置及辅助控制装置几个部分。7、阐述数控编程的基本步骤？ 编程人员根据零件图纸和数控语言手册编写一段简短的零件源程序作为计算机的输入，计算机经过翻译处理，进行该刀具运动轨迹计算，得出刀位数据，再经过后置处理，最终生成符合具体数控机床要求的零件加工程序。该程序经相应的传输介质传送至数控机床并进行数控加工。后置处理结果还可在计算机屏幕上进行仿真加工，以检查处理结果的正确性。8、简述优化设计一般工作流程？ 建立优化设计数学模型（设计变量、约束条件、目标函数）；采用适当的最优化方法，求解数学模型。9、3D打印是如何影响CADCAM系统的工作流程的？ 3D打印是一种输出技术，CAD/CAM设计的3D模型是以数据的形式记录在电脑里的，可以用3D打印打印出来变成实体的模型。3D打印即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。形成的是一个实体的模型。如果没有3D打印机，CAD/CAM设计的3D模型要加工出来需要先开模，制作一个生产这个模型的模具，然后利用这个模具大规模批量生产。模具的价格昂贵。3D打印机不需要先制作模具可以直接打印模型，小批量生产，或者做样品产能效率显著提高，降低成本，但大量生产产品就很不划算，因为打印材料很贵，而且打印效率低下。10、虚拟现实是如何影响CADCAM系统的工作流程的？ 在CAD/CAM中应用虚拟与现实技术，可以缩短设计制造周期，提高设计质量，降低设计成本。一般工程机械设备都要经过设计、加工、检测、装配、试运行等阶段，目前计算机技术已经被广泛应用于各个阶段中。在CAD/CAM技术的应用方面，虚拟现实技术具有广阔的发展前景。在CAD/CAM中计算机仿真已经应用于如下几个方面: (l)机构运动轨迹方式的仿真;(2)构件受力的有限元分析;(3)机器装配整体性能模拟;(4)工程构件破坏性实验分析。11、比较参数化设计与变量化设计优缺点？无论参数化设计还是变量化设计，其本质是相同的，即在约束的基础上驱动产生新的设计结果，所不同的是约束自由度的范围。在参数化设计方法中要严格的逐个连续求解参数；而在变量设计方法中则是方程式的联立求解。12、请给出有限元分析法的特点及其一般工作流程？有限元法是一种数值离散化方法，根据变分原理进行数值求解.因此适合于求解结构形状及边界条件比较复杂、材料特性不均匀等力学问题，能够解决几乎所有工程领域中各种边值问题.结构和受力分析一离散化处理一单元分析一整体分析-引入边界条件求解13、试论述PDM 与产品设计和开发过程的关系？ PDM是以软件技术为基础，以产品为核心，实现对产品相关的数据、过程、资源一体化集成管理的技术，在逻辑上将各个CAX信息化孤岛集成起来，利用计算机系统控制整个产品的开发设计过程，通过逐步建立虚拟的产品数据模型，PDM系统可以有效、实时、完整地控制从产品规划到产品报废处理的整个产品生命周期中的各种复杂的数字化信息。14、在产品设计与开发中，并行工程与传统的串行开发模式相比，具有什么优点？ 并行工程是在CAD、CAM、CAPP等技术支持下，将原来分别进行的工作在时间和空间上交叉、重叠，充分利用了原有技术，并吸收了当前迅速发展的计算机技术、信息技术的优秀成果，使其成为先进制造技术中的基础；在并行工程中为了达到产品的一次设计成功，减少反复，它在许多部分应用了仿真技术；主模型的建立、局部仿真的应用等都包含在虚拟制造技术中，可以说并行工程的发展为虚拟制造技术的诞生创造了条件，虚拟制造技术将是以并行工程为基础的，并行工程的进一步发展方向是虚拟制造。15、什么是反求设计？论述其应用场合？ 反求工程是指在没有设计图纸或者设计图纸不完整以及没有CAD模型的情况下，按照现有模型，利用各种数字化技术及CAD技术重新构造原型CAD模型的过程。它是以设计方法学为指导，以现代设计理论、方法、技术为基础。运用各种专业人员的工程设计经验、知识和创新思维，对已有模型进行解剖、深化和再创造，是已有设计的设计。 (1)在没有设计图纸或者设计图纸不完整以及没有CAD模型的情况下，在对零件原型进行测量的基础上，使其原型再现。(2)对现有的产品中某个零件艺术品进行修复时，需要反求工程获得现有产品零件的CAD模型，对CAD模型进行各种性能及尺寸分析，从而确定该零件结构信息和工艺信息。(3)当设计必须通过实验测试才能定型工件时，通常也采用反求工程的方法。(4)对于外型难以直接用计算机进行三维造型的设计(如复杂的艺术造型)，这时就需要通过反求工程将实物转化为三维CAD模型。(5)当设计制作人体拟合产品时，如头盔、太空服等。也需要应用反求工程的技术。16、什么是优化设计？论述其应用场合？ 优化设计就是采用一定的方法和手段从众多方案中找出距设计目标最近的方案。这里的方法和手段就是专业理论+数学规划论+计算机应用技术。工程优化设计包括技术系统的优化设计和技术过程的优化设计。机构优化设计；产品及机械零部件优化设计；系统动态性能优化设计；结构参数优化设计和形状优化设计；切削加工工艺过程优化设计。17、支持计算机辅助概念设计的三个关键技术是什么？原理方案设计技术、概念设计建模技术、设计创新技术、并行和协同概念设计技术18、零件信息的主要描述方法包括哪些？每种描述方法的基本思想是什么 ？（1）分类编码描述法;（2）形面要素描述法;（3）专用语言描述法;（4）知识表示法(框架描述、图论描述、产生式规则表示法、谓词逻辑表示法);（5）利用CAD输出结果（1）在派生式、半创式CAFP系统中，常使用GT码描述零件；（2）一个零件是由若干个基本的几何要素所组成，将这些几何要素分为主要形面要素、次要形面要素和辅助形面要索。（3）采用类似自然语言方法描述零件的形状、尺寸等几何与工艺信息。这种方法依赖于语言的表达能力，比较麻烦且不易表述清楚，同时工艺设计系统也不易处理。（4）零件信息描述采用知识表示，为整个系统的智能化提供了良好的前提和基础。（5）在CIMS环境下，CAPP系统中零件信息输入最为理想的途径就是直接来自CAD系统内部的数据信息。19、什么是工件坐标系？什么是机床坐标系？在数控编程与加工中，如何使用这两个坐标系？工件坐标系：固定于工件上的笛卡尔坐标系，是编程人员在编制程序时用来确定刀具和程序起点的，该坐标系的原点可由使用人员根据具体情况确定，但坐标轴的方向应与机床坐标系一致并且与之有确定的尺寸关系；机床坐标系：是以机床原点O为坐标系原点，建立的由Z轴和X轴组成的直角坐标，机床坐标系是用来确定工件坐标系的基本坐标系。是机床上固有的坐标系，并设有固定的坐标原点。20、CADCAM集成的主要实现形式包括哪些？1）通过专用数据接口实现集成 2）利用数据交换标准格式接口文件实现集成3）基于统一产品模型和数据库的集成4）基于特征面向并行工程的设计与制造集成方法21、什么是CADCAM 系统的数据集成？ 22、什么是CADCAM 系统的嵌入式二次开发？什么是外挂式二次开发？ 23、如何建立面向 CADCAM 系统的KBE系统？应解决哪些关键问题？直接使用带推理机制与几何机制的知识工具，如KTI的ICAD，EngineerIntent，UG/Knowledge Fusion，CATIA/Knowledge Expert等.KBE工具的推理机制与CAD平台的几何数据可直接通信。利用CAD平台提供的应用程序接口(API)，在CAD平台下作自定义的知识工具开发.它要求知识语言解释系统能够识别CAD系统定义的几何处理函数并驱动几何模型.（1）基于知识的产品建模技术（2）推力求解技术（3）知识库技术 24、CADCAM系统的工作流程？输入设计要求-建立设计模型-方案设计-机构设计-评价输入图样、文件-CAPP-NC自动编程-加工模拟-评价-加工制造25、什么是IGES 数据交换标准？什么是STEP 数据交换标准？试比较其优缺点？IGES初始图形交换规范：IGES标准包含描述产品数据的实体，规定了用于数据传输的格式，它还可以用ASCII码和二进制这两种格式来表示。IGES的特点是数据格式相对简单，如果使用IGES接口进行数据交换所得到的结果发现有问题时，用户对结果进行修改较为容易；STEP产品数据交换标准：STEP标准是解决制造业当前产品数据共享难题的重要标准；规定了产品设计、分析、制造、检验和产品支持过程中所需的几何、拓扑、公差、关系、属性和性能等数据，还包括一些与处理有关的数据. 与IGES标准相比较，STEP标准有以下优点:它针对不同的领域制定了相应的应用协议，以解决IGES标准的适应面窄的问题.26、什么是制造业信息化？为什么要实施制造业信息化？ (1)制造业信息化是指充分利用以现代信息技术为代表的高新技术对传统产业的渗透以及信息技术与其它专业技术的融合，在制造企业行业里的产品全生命周期中，通过信息技术的应用、信息资源的开发、利用、集成和共享，达到企业资源的优化配置和高效运转，从而提高制造业的经济效益和整体竞争力，改造和提升传统的制造行业。(2)制造业信息化可以改善制造企业的经营、管理、产品开发和生产等各个环节，提高生产效率、产品质量和企业的创新能力，降低消耗，带动产品设计方法和设计工具的创新、企业管理模式的创新、制造技术的创新以及企业间协作关系的创新，实现设计制造和企业管理的信息化、生产过程控制的智能化、制造装备的数控化以及咨询服务的网络化，全面提升我国制造业的竞争力。27、尺寸驱动系统与变量驱动系统的主要区别如何？“尺寸驱动”是系统提供的一套局部参数化功能。用户在选择一部分实体及相关尺寸后，系统将根据尺寸建立实体间的拓扑关系，当用户选择想要改动的尺寸并改变其数值时，相关实体及尺寸也将受到影响发生变化，但元素间的拓扑关系保持不变，如相切、相连等。另外，系统还可自动处理过约束及欠约束的图形。此功能在很大程度上使用户可以在画完图以后再对尺寸进行规整，修改，提高作图速度，对已有的图纸进行修改也变得更加简单、容易。变量驱动方法将设计对象视为一个几何约束系统,这个几何约束系统由各种几何元素以及作用于这些几何元素之间的各种约束关系构成。而约束关系主要是由尺寸约束和结构约束来表示，用户进行的尺寸标注实质上就是图形约束关系的数值体现，对图形进行尺寸驱动是变量化设计技术的基本功能。28、简述自上而下和自下而上的设计过程。前者先设计零件，然后搭积木式地进行装配设计；后者首先进行总体的原则设计，然后将总体原则设计贯穿到所有的子装配或者部件中。29、产品数据交换的意义是什么？目前有那些常用的交换接口？由于市场上有非常多的软件共存，为了在这些软件之间取长补短，也为了保护用户的劳动成果，数据交换非常重要。通用接口有1)Autodesk DXF 2)ACIS SAT 3)Parasolid X_T。30、简述多领域混合建模仿真的基本原理。多领域建模是将机械、控制、电子、液压、气动、软件等不同学科领域的模型“组装”成为一个更大的仿真模型，以用于仿真运行。根据需要，实际建模的时候，可以将不同领域的仿真型“零件”组装成仿真型“部件”，也可以将不同领域的仿真模型“部件”组装成仿真模型的“子系统”，还可以将不同领域的仿真模型“子系统”组装成仿真模型“系统”。31、简述多学科优化的基本原理和常用优化方法。通过探索和利用系统中相互作用的协同机制，利用多目标策略和计算机辅助技术来设计复杂系统及子系统，可以有效缩短设计周期，获取系统整体最优性能。MDO方法有：多学科可行方法、单学科可行方法、同时分析优化方法、并行子空间优化方法、协同优化方法、BLISS方法等32、网络化CAPP系统的主要特征是什么？网络化CAPP系统是在传统CAPP系统中进一步结合Internet/Web , XML, CORBA/ActiveX,Java等技术，实现基于Internet的网络化制造CAPP系统，以支持CIMS、并行工程和网络化制造等先进制造模式为目标的数字化工艺设计信息处理系统，提供一种实现基于网络环境的远程分布式协同工艺信息处理工作的环境。33、简述CNC系统的组成和主要功能。cnc系统有计算机 、存储器、接口电路和外部设备四个部分组成。cnc的功能是利用存储在计算机存储器里的系统程序对机床设备进行数字逻辑控制。34、分析反求工程中产生误差的来源，并总结原始设计精度还原的方法。反求工程中产生误差的来源有：1、原型误差。2、测量误差。3、数据处理误差。4、CAD重构误差。原始设计参数还原的方法：在反求设计过程中可以使反求参数接近于最初设计参数，并将误差控制在一定精度内，而且从反求设计过程所依赖的知识及其参数选择的各种规则中可以窥见最初设计思想及某些设计参数的决策方法。35、快速原型制造中的切片处理方法有哪些？简述它们的基本原理。快速原型制造中的切片处理方法有：1、基于STL文件的切片。2、直接切片。3、基于反求工程的切片。1、基于STL文件切片的基本原理：将三维曲面CAD模型近似成小三角形平面的组合。2、直接切片的基本原理：直接将CAD模型数据用于快速原型制造，而不需要生成STL文件。3、基于反求工程切片的基本原理：在反求工程中取得测量数据后，经过数据处理，但不进行三维重构生成CAD模型，而直接应用测量数据转换成二维切片数据进行加工的方法。36、简述网络化产品协同开发的原理与流程？原理：以开发信息合理流动关系、组织、资源和逻辑制约关系等为框架，针对客户需求的个性化产品开发（包括协同设计与协同制造）所需的实际资源和约束条件，考虑产品全寿命周期的信息，综合控制与维护开发工作的状态及其历史过程，使产品数据与其相关的过程有机地结合起来；同时基于并行工程哲理，要求采用集成的、并行的、协同的方式开发定制化的产品，在整个开发流程中，各个产品协同开发组织通过统一的产品数字化信息模型实现开发信息的共享与交互，协同完成产品开发任务；并在产品开发流程的每个活动中都要考虑到后续各步骤的约束要求，通过与后续步骤进行信息发布与反馈的充分交流，使产品功能结构等的修改工作尽量被控制在每个相对独立的开发层次内部，形成内部信息流反馈活动的“小周期”。流程：网络化产品协同开发流程是跨区域、跨时空的产品开发组织在计算机和网络环境的支持下，面向产品族进行的一系列开发活动的集合。37、CIMS由哪几部分组成？各部分的功能是什么？CIMS有管理信息分系统(MIS)，技术信息分系统(TIS)，制造自动化分系统(MAS)，质量信息分系统(QIS)和网络/数据库分