计算机辅助设计复习思考题4

1、计算机辅助设计复习思考题41. 简要分析目前CAD/CAM技术应用中存在的问题（至少列举3个存在的问题），目前CAD/CAM发展中针对这些问题开展的研究工作有哪些？（7分）答案要点1.1 存在的主要问题 (3)功能的完善和水平的提高、CAD/CAM概念的拓展和工作环境的的改进三个方面。1.2 针对这些问题展开的研究工作 (4)（1） 支持TOP-DOWN的CAD/CAM技术（2） 支持DFX的CAD/CAM技术（3） 智能CAD/CAM技术（4） 并行工程（5） 虚拟制造技术（6） 计算机集成制造技术（7） 支持异地设计制造的CAD/CAM技术2. 举例说明近年来用于CAD/CAM三种新的输入

2、设备，并说明其适用范围。（8分） 答案要点考生可从位置传感器、数据手套、触摸屏、语音输入设备、扫描输入设备、三维鼠标和操纵杆等设备中选择三个加以说明。如：(1) 位置传感器：用于检测和确定浏览者的位置和方向，通常用于应用虚拟现实技术的CAD/CAM系统。(2) 数据手套：用于计算人手的位置和方向，从而可以实时生成手与物体接近或软里的图像，通常用于应用虚拟现实系统。(3) 触摸屏：用于显示面板，利用触摸技术，手指直接点击，直观方便，不易出错。( 说明：答出两条，给6分，答出三条，给满分8分)图13. 欲将图1所示的线图输入到计算机中进行自动查询，有哪几种方法可以实现，并以其中一种方法为例，说明其

3、实现步骤（15分）答案及评分要点(1) 共有三种方法，即：（7分） 找到曲线的原始理论公式编程（在理论公式存在的条件下）； 对线图进行离散化处理，变为表格形式，按表格程序化方法处理； 拟合经验公式，按经验公式编程。(2) 以离散化表格为例：（8分） 将图1所示曲线离散化为下表X123456Y175225260360475580 定义二维数组k26 = 1,175, 2,225,3,260,4,360,5,475,6,580; 定义插值公式 对数组k和步骤3的公式编程。图24.如图2所示，欲将图形(x, y, z)投影到OABC平面上，试说明实现该投影变换的分解步骤，推导其变换矩阵。（15分）

4、答案要点 (1) 将平面OABC绕Z轴顺时针旋转a角，使之与OXZ平面重合 （4分）(2) 将图形投影到OXZ平面上 （4分）(3) 将平面OABC绕Z轴逆时针旋转a角，回到原始位置 （4分）(4) 将T1, T2, T3综合，得到复合变换矩阵 （3分）3. 简述CAD/CAM支撑软件的主要功能，并列出代表性软件(8分)。答案及评分要点(1) 基本图形资源与自动绘图 AutoCAD(2) 几何造型 Pro/E, Unigraphics, CATIA, SolidWorks(3) 工程分析与计算 ANSYS, NASTRAN, COSMOS(4) 仿真与模拟 DelCAM, TecnoMatri

5、x(5) 专用设备控制程序生成 MasterCAM, EdgeCAM(6) 集成与管理 ORACLE, SYBASE4. 列举出几种线图的程序化方法，并就其一种写出简要步骤(10分)。答案及评分要点(1) 共有三种方法，即：（6分） 找到曲线的原始理论公式编程（在理论公式存在的条件下）； 对线图进行离散化处理，变为表格形式，按表格程序化方法处理； 拟合经验公式，按经验公式编程。(2) 以第三种方法为例：（4分） 将曲线离散化为数表或数据点 利用最小二乘法拟合数据点 对步骤的公式编程5. 请用适当方法表示图1零件的建模过程(8分)。 1. 简述你对特征概念的理解（8分）。答案要点实体造型仅仅考虑

6、几何信息，缺乏工艺信息和物理属性信息等，不易于系统集成。特征是设计者对设计对象的功能、形状、结构、制造、装配、检验、管理与使用等信息及其关系的具有确切工程含义的高层次抽象描述。(5分)一、概念解释(每题3分，共12分)。1、定义术言“有限元”。答：有限元法是用有限数量的单元将作为分析对象的结构连续体进行网格离散化，并通过这些单元的位移、应变和应力的近似求解来分析结构连续体的整体位移、应变和应力的一种数值方法。4、列举和简要说明有限元法的一般步骤。答：有限元法求解问题的基本步骤为：1、问题及求解域定义；2、求解域离散化；3、确定状态变量及控制方法；4、单元推导；5、总装求解；6、联立方程组求解和

7、结果解释。一、概念解释(每题3分，共12分)。1. 数控编程根据被加工零件的图纸和技术要求、工艺要求等切削加工的必要信息，按数控系统所规定的指令和格式编制成加工程序文件。2. 特征是设计者对设计对象的功能、形状、结构、制造、装配、检验、管理与使用等信息及其关系的具有确切工程含义的高层次抽象描述。2. 建模技术是将现实世界中的物体及其属性转化为计算机内部数字化表达的原理和方法。2. 数据结构数据结构是数据间的结构关系及其算法，包括数据的逻辑结构和数据的物理结构。3. CAD/CAM系统集成CAD/CAM系统集成是指将基于信息技术的CAD/CAM各组成部分以及制造系统与CAD/CAM有关的其它子系

8、统有机地组织和管理起来，形成一个协同工作的整体，集成包括功能交互、信息共享以及数据通信三个方面的管理与控制。4. MRPMRP(Material Requirements Planning)是生产和采购产品所需各种物料的计划，根据主生产计划上所需要物料的实践节点来决定订货和生产。二、简答题(每题5分，共25分)4. 列出CAD/CAM系统集成的内容和集成方法。CAD/CAM系统集成主要包括两方面含义：(1) 产品设计与工程设计子系统内部的集成。(2) CAD/CAM系统与制造系统中其他子系统的集成。CAD/CAM系统的集成方法主要包括如下几种：(1) 基于专用接口的CAD/CAM集成(2) 基

9、于STEP的CAD/CAM集成(3) 基于数据库的CAD/CAM集成 (4) 基于PDM的CAD/CAM集成5. 请总结CAD/CAM系统的设计原则1) 总体原则 (1) 实用化原则 (2) 适度先进性原则 (3) 系统性原则 (4) 整体设计与分步实施原则2) 硬件设备的选用原则 (1) 系统功能与能力 (2) 系统的开放性与可移植性 (3) 系统升级扩展能力 (4) 良好的性能价格比 (5) 系统的可靠性、可维护性与服务质量 3) 软件选用原则 (1) 系统功能与能力配置 (2) 软件性能价格比 (3) 与硬件匹配性 (4) 二次开发能力与环境 (5) 开放性 (6) 可靠性 四、请用适当

10、方法表示右图所示零件的建模过程(请标注清楚，12分)。 2. 列出几种消隐算法的基本测试方法重叠测试、包容性测试深度测试、可见性测试5. 列出几种线图的程序化方法（1）找到曲线的原始理论公式编程（在理论公式存在的条件下）；（2）对线图进行离散化处理，变为表格形式，按表格程序化方法处理；（3）拟合经验公式，按经验公式编程。六、以合适的方法表示如右图所示传动系统，A为输入轴（10分）。 CAD/CAM 技术及应用复习题 2、什么是几何建模技术？几何建模技术为什么必须同时给出几何信息和拓扑信息？答：所谓的几何建模就是以计算机能够理解的方式，对几何实体进行确切的定义，赋予一定的数学描述，再以一定的数据

11、结构形式对所定义的几何实体加以描述，从而在计算机内部构造一个实体的几何模型。通过这种方法定义、描述的几何实体必须是完整的、唯一的，而且能够从计算机内部的模型上提取该实体生成过程中的全部信息，或者能够通过系统的计算分析自动生成某些信息。几何信息是指构成三维形体的各几何元素在欧氏空间中的位置和大小，它可以用具体数学表达式来进行定量描述。拓扑是研究图形在形变与伸缩下保持空间性质不变的一个数学分支。拓扑不管物体的大小，只管图形内的相对位置关系。拓扑信息反映三维形体中各几何元素的数量及其相互间连接关系。各种几何元素相互间的关系构成了形体的拓扑信息。如果拓扑信息不同，即使几何信息相同，最终构造的实体可能完

12、全不同。3、试分析三维几何建模的类型及其应用范围。答：线框建模：不适用于对物体需要进行完整性信息描述的场合，一般使用在适时仿真技术或中间结果显示上。表面建模：增加了面、边的拓扑关系，因而可以进行消隐处理、剖面图的生成、渲染、求交计算、数控刀具轨迹的生成、有限元网格划分等作业；但表面模型仍缺少体的信息以及体、面间的拓扑关系，无法区分面的哪一侧是体内或体外，仍不能进行物性计算和分析。实体建模：可对实体信息进行全面完整的描述，能够实现消隐、剖切、有限元分析、数控加工，对实体着色、光照及纹理处理、外形计算等各种处理和操作。4、实体建模的方法有哪些?答：实体建模的方法有：体素调用法，空间位置枚举法，单元

13、分解法，扫描变换表示法，体素构造表示法和边界表示法。7、简述边界表示法的基本原理。答：边界表示法的基本思想是将物体定义成由封闭的边界表面围成的有限空间。这样一个形体可以通过它的边界，即面的子集来表示。边界表示法强调的是形体的外表细节，详细记录了形体的所有几何和拓扑信息。8、简述CSG表示法的基本原理和建模过程。答：构造立体几何法简称CSG法，是一种利用一些简单形状的体素，经变换和布尔运算构成复杂形体的表示模式。在计算机内部存储的主要是物体的生成过程。在这种表示模式中，采用二叉树结构描述体素构成复杂形体的关系。树根表示定义的形体，树叶为体素或变换量，中间节点表示变换方式或布尔运算的算子。对体素施

14、以变换，可使之产生刚体运动，将其定位于空间中的某一位置。布尔算子可以是并、交、差等集合运算。该二叉树又称为CSG树。9、分析比较B-Rep与CSG的特点。答：B-Rep法强调的是形体的外表细节，详细记录了形体的所有几何和拓扑信息，具有显示速度快等优点，缺点在于不能记录产生模型的过程。而CSG法具有记录产生实体的过程，便于交、并、差运算等优点，缺点在于对物体的记录不详细。10、比较边界表示法与构造立体几何法在描述同一物体时的区别和特点。答：边界表示法强调实体外表的细节，详细记录了构成物体的所有几何元素的几何信息和相互之间连接关系的拓扑信息，将面、边界、顶点的信息分层记录，建立层与层之间的联系。边

15、界表示法的核心是面，因而对几何体的整体描述能力相对较差，无法提供关于实体生成过程的信息构造立体几何法优点是：形体结构清楚，表达形式直观，便于用户接受，且数据记录简练。缺点是数据记录过于简单，在对实体进行显示和分析操作时，需要实时进行大量的重复求交计算，降低了系统的工作效率；此外，不便表达具有自由曲面边界的实体。 1、软件工程的基本概念。答：软件工程是指导软件开发和维护的工程类学科，是开发、运行、维护和修改软件的系统方法，即制定合理的工程原则，以最低的成本、最短的时间、最好的质量开发出满足用户需求的软件。2、常用逻辑结构和物理结构的类型。答：逻辑结构包括线性结构、树形结构和网状结构；物理结构包括

16、顺序存储结构和链接存储结构。 9、简述工程数据库的概念。答：所谓工程数据库，是指能满足人们在工程活动中对数据处理要求的数据库。理想的CAD/CAM系统，应该是在操作系统支持下，以图形功能为基础，以工程数据库为核心的集成系统，从产品设计、工程分析直到制造过程中所产生的全部数据都应维护在同一个工程数据库环境中。 3、试述窗口和视区的概念及变换原理。答：窗口是在用户坐标系中进行观察和处理的一个坐标区域。视区是在图形输出设备上用来复制窗口内容的矩形区域。变换原理为：设窗口的左下角点坐标为(Xwl，Ywb)，右上角点坐标(Xwr，Ywt)；在设备坐标系中定义的视区为：左下角点坐标为(Xvl，Yvb)，右

17、上角点坐标(Xvr，Yvt)。窗口-视区变换要求在保持一定比例关系的前提下，把窗口中的点W(Xw，Yw)映射到视区中的点V(Xv，Yv)，即保持点在闭合矩形中的相对位置不变。4、试述窗视变换原理及规律。答：对于用户定义的一张整图，需要把图中每条线段的端点都用转换公式进行转换，才能形成屏幕上的相应图形。（1）视图区大小不变，窗口区缩小或放大时，所显示的图形会相反地放大或缩小；（2）窗口区大小不变，视图区缩小或放大时，所显示的图形会相应地缩小或放大；（3）窗口区与视图区大小相同时，所显示的图形大小比例不变；（4）视图区纵横比不等于窗口区纵横比时，显示的图形会有X、Y方向的伸缩变化。 6、什么是复合

18、变换？如何实现复合变换？答：由两种及两种以上的基本变换组合而成的变换称为复合变换。复合变换的原理及步骤：首先将任意点平移向坐标原点或任意线平移和旋转与X或Y轴重合；再将图形作基本变换，最后反向移回任意点或将任意线移回原位。 14、按自己的理解，叙述窗口和裁剪的定义以及它们的用途。答：为了将图形显示到屏幕上，先用一个矩形框在世界坐标系中取出一幅图，像照相取景一样，此矩形区域称作窗口。窗口是在用户坐标系中定义的确定显示内容的一个区域，只有在这个区域内的图形才能在设备坐标系下输出，而窗口外的部分则被裁剪掉。为了正确显示窗口内的全部图形，必须明确地把图形分为窗口内的部分（可见部分）和窗口外的部分（不可

19、见部分），尤其是与窗口边界相交的那些图形。区分可见与不可见图形部分的过程称为裁剪。2、试述图形裁剪技术的原理和线段裁剪的种类。答：图形都是由点组成的，点的裁剪是基础。可以用一对简单的不等式，来判断图形上的点 (x,y)是否位于窗口内。设矩形窗口的四条边界线是x=x1 ,x=x2 ,y=y1 ,y=y2 ，不等式组为 x1xx2 y1yy2凡符合上述不等式组的点，是可见图形点，不符合的，是不可见图形点。线段裁剪算法有矢量裁剪法、编码裁剪法、中点分割裁剪法等1、PDM：产品数据管理，是一门管理所有与产品相关的数据和相关过程的技术。它能有效地将产品数据从概念设计、计算分析、详细设计、工艺流程设计、加工制造、销售维护至产品消亡整个生命周期内及其各