数字化设计技术总结

1、广义的数字化设计技术涵盖以下内容:1)产品的概念化设计、几何造型、虚拟装配、工程图生成及相关文档编写。2)进行产品外形、结构、材质、颜色的优选及匹配，满足顾客的个性化需求，实现最佳的产品设计效果。3)分析产品公差、计算质量、计算体积和表面积、分析干涉现象等。4)对产品进行有限元分析、优化设计、可靠性设计、运动学及动力学仿真验证等，以实现产品拓扑结构和性能特征的优化。2、曲线二阶参数连续性，二阶几何连续性含义及其之间的关系？二阶参数连续性，记作C2连续，是指两个曲线段在交点处有一阶和二阶导数的方向相同，大小相等。二阶几何连续性，记为G2连续，指两个曲线段在交点处其一阶、二阶导数方向相同，但大小不等。关系：1）曲线面造型中，一般只用到一阶和二阶连续性；2）同级参数连续必能保证同级几何连续，同级几何连续不能保证同级参数连续；3）二者形成的曲线面形状有差别。3、实体造型优缺点：优点：完整定义三维形体，确定物体的物性参数，方便的生成三维物体的多视图和剖视图，可以消除隐藏线和面，直接进行数控加工编程。缺点：不能适应形体的动态修改，缺乏产品在产品设计开发整个生产周期中所需的所有信息，难以实现CAD/CAM/CAPP集成。4、参数化造型的含义和特点参数化造型使用约束来定义和修改几何模型。约束反映了设计时要考虑的因素，包括尺寸约束、拓扑约束及工程约束(如应力、性能)等。参数化设计中的参数与约束之间具有一定关系。当输入一组新的参数数值，而保持各参数之间原有的约束关系时，就可以获得一个新的几何模型。5、逆向工程有哪些关键技术及其主要内容实物逆向工程的关键技术:逆向对象的坐标数据测量、测量数据处理模型重构数据处理及模型重构技术等主要内容：1）根据实物模型的结构特点，做出可行的测量规划，选择合适的数据采集，设备，将实物模型数据化。2）初步处理：剔除误差明显偏大的数据点，补测某些关键点，测量数据分块处理，产品功能结构分析以及数据曲率分布，定义曲面边界，提取边界线，对测量数据进行分块，对边界进行规则化处理，提高边界拟合曲线由于疏密不均的数据精度。3）根据所采集的样本几何数据在计算机内重构样本模型的过程，根据点数据特征分析，确定构建特征曲线所需的数据点，构造曲线网格，控制曲线的准确性和平滑度，编辑曲面间的连续性和光滑性，形成逆向对象的曲面和实体造型。6、数字化仿真的基本步骤:系统建模，仿真实验，仿真结果分析1）在计算机上将描述实际系统几何、数学模型转化为能被计算机求解的仿真模型2）运行仿真过程，进行仿真研究过程，对所建立的仿真模型进行试验求解的过程3）仿真结果分析：从试验中提取有价值的信息以指导实际系统的开发7、有限元分析方法的基本原理将形状复杂的连续体离散化为有限个单元组成的等效组合体，单元之间通过有限个节点相互连接;根据精度要求，用有限个参数来描述单元的力学或其他特性，连续体的特性就是全部单元体特性的叠加;根据单元之间的协调条件，可以建立方程组，联立求解就可以得到所求的参数特征。5/数字化开发技术：以计算机辅助设计CAD、计算机辅助工程分析CAE为基础的数字化设计DD和计算机辅助制造CAM为基础的数字化制造DM技术，是产品数字化开发技术的核心内容。4/数字化开发技术的意义：产品的数字化开发技术深刻地改变了产品设计、制造和生产组织模式，成为加快产品更新换代、提高企业竞争力、推进企业技术进步的关键技术和有效工具。3/数字化制造技术包括：用于编制零件的制造工艺的成组技术GT及计算机辅助工艺规划CAPP技术；控制刀具和机床的相对运动，进而实现零件加工的数控NC编程及数控加工技术；实现产品快速开发的快速原型制造RPM技术；实现快速复制的逆向工程RE技术1.什么是数字化设计，涵盖哪些环节和内容?数字化设计(DD)是以实现新产品设计为目标，以计算机软硬件技术为基础，以数字化信息为辅助手段，支持产品建模、分析、修改、优化以及生成设计文档的相关技术的有机集合.2.论述数字化设计、制造与产品开发之间的关系。从产品开发的角度，数字化设计和数字化制造之间具有密切的双向联系：只有与数字化制造技术结合，产品数字化设计模型的信息才能被充分利用；只有基于产品的数字化设计模型，才能充分体现数字化制造的高效性。3.产品设计模型与产品分析模型之间的区别是什么?产品设计模型是产品的概念化设计方案，而概念化设计方案是设计人员对各种可能方案进行讨论和评价的结果，可以勾勒出产品初步的布局和草图，定义出产品各部件之间的内在联系及约束关系，而产品设计模型以定量方法对概念化设计模型进行描述而在分析，优化，评价后，并种鸽各方面的因素，决定的最终产品设计方案。4.论述数字化设计与CAD技术之间的关系。(以CAD/CAM技术为基础，考虑对产品开发、制造及售后等环节的信息集成，就形成了计算机集成制造系统CIMS；以产品的数字化模型为载体，改变传统的串行开发模式、实现产品并行开发的并行工程CE技术；实现产品全生命周期管理技术PLM等。)数字化设计技术起步于计算机图形学经历了计算机辅助设计（CAD）阶段，最终形成涵盖产品设计大部分环节的数字化设计。5.试论述数字化仿真与DD、DM之间的关系。①计算机和网络技术是数字化设计的基础②计算机只是产品数字化设计辅助工具③数字化设计能有效地提高产品质量、缩短开发周期、降低生产成本④数字化设计只涵盖产品生命周期的某些环节6.与传统的产品设计与制造方法相比，数字化设计与数字化制造有哪些优势?与传统的产品开发相比，数字化设计建立在计算机技术之上。它充分利用了计算机的优点，如强大的信息存储能力、逻辑推理能力、重复工作能力、快速准确的计算能力、高效的信息处理功能等，极大地提高了产品开发的效率和质量。6.什么是特征?特征是如何分类的?广义的特征是指产品开发过程中各种信息的载体，如零件几何信息、拓扑信息、形位公差、材料、装配、热处理、表面粗糙度等。狭义的特征则是指具有一定拓扑关系的一组实体体素构成的特定形体。特征造型的特点1)特征造型更好地表达产品完整的技术及生产管理信息，便于建立产品的集成信息模型服务。2)操作对象是产品的功能要素，如螺纹孔、定位孔、键槽等。特征的引用直接体现了设计意图，使得所建立的产品模型更容易为别人理解、所设计的图样更容易修改，也有利于组织生产，从而使设计人员可以有更多精力进行创造性构思3)特征造型有助于加强产品设计、分析、工艺准备、加工、装配、检验各部门之间的联系，更好地将产品设计意图贯彻到后续环节，并及时得到后者的反馈信息。4)特征造型有助于推行行业内产品设计和工艺方法的规范化、标准化和系列化，在产品设计中及早考虑制造要求，保证产品结构具有良好的工艺性。5)特征造型有利于推动行业及专业产品设计，有利于从产品设计中提炼出规律性知识及规则，促进产品智能化设计和制造的实现激烈的市场竞争对制造企业提出了新的挑战，主要表现如下：1.产品复杂性不断增强；2.产品开发时间提出更高的要求；3.设计风险和各种不确定因素增加；4.产品设计要更多地考虑环境和社会等因素。企业竞争取胜的关键是：交货期更短、质量更高、成本更低、服务质量更优、满足环保要求。正确、适时地运用高新技术，可以使企业获得高额的利润；反之，对高新技术的不适当投入和对市场的不当预测，会使企业面临巨大的风险。1.什么是产品造型技术?它经历了那些发展阶段？研究如何以数学方法在计算机中表达物体的形状、属性及其相互关系，以及如何在计算机中模拟模型的特定状态。三个发展阶段：60年代,研究重点是线框造型技术；70年代,研究重点是曲面造型和实体造型技术；80年代后,研究重点是参数化造型和特征造型技术。1.计算机和网络技术是数字化设计的基础数字化设计建立在计算机技术之上。它充分利用了计算机的优点，如强大的信息存储能力、逻辑推理能力、重复工作能力、快速准确的计算能力、高效的信息处理功能等，极大地提高了产品开发的效率和质量。1什么是产品开发的正向工程和逆向工程？正向工程是一个从无到有的过程：设计人员首先构思产品的外形、性能和大致的技术参数等，然后利用CAD技术建立产品的三维数字化模型，最终将这个模型转入制造流程，完成产品的整个设计制造周期。逆向工程是一个“从有到无”的过程：根据已经存在的产品模型，反向推出产品的设计数据的过程。2以实物逆向为例，描述逆向工程的基本步骤及每个步骤所涉及到的主要内容？分析阶段(1)确定技术指标和设计要求（2）逆向对象分析（3）逆向工程的可行性分析报告再设计阶段1）样本零件数据的获取2）测量数据修正3）逆向对象模型重构4）产品的变形设计和创新制造阶段1）制造工艺规划2）零件加工3）检验测试3根据信息来源的不同，逆向工程是如何进行分类的，它们分别具有什么特点？(1)实物逆向信息源：需对实物模型进行测量的基础上，在计算机中重建、修改模型，并生成数控加工程序，以完成零件的复制，即实物逆向的目标是实物本身。(2)软件逆向信息源：产品的工程图样、流程、算法、数控程序代码、技术文件等，即根据上述软件来复制实物。(3)影像逆向信息源：图片、照片或影像等资料，即根据影像复制出实物。(4)局部逆向：对于破损艺术品的复原或缺乏备件的损坏零件的修复等，往往不需要对整个零件原型进行复制，而是借助逆向工程技术提取零件原型的设计思想，完成复原工作，也称为局部逆向技术。4.与传统的物理仿真方法相比，数字化仿真有哪些优点?采用数学仿真可研究实际系统的性能的话，将能显著地降低模型试验的时间及成本1.试论述仿真的定义及分类方法仿真是通过对系统模型的试验，研究己存在的或设计中的系统性能的方法及其技术按仿真模型（物理仿真、数学仿真以及物理数学仿真），系统状态（连续系统和离散事件系统），应用性质（系统研制和系统应用）8.论述Bezier曲线、B样条曲线以及NURBS曲线的特点、区别及联系。Bezier曲线的起点和终点与该多边形的起点、终点重合，多边形的其余顶点用来定义曲线的导数、阶次和形状，多边形的第一条边和最后一条边表示曲线在起点和终点的切矢量方向，分别与曲线在起点和终点处相切。Bezier曲线的形状趋于多边折线的形状，改变多边折线的顶点位置可以控制曲线形状的变化Bezier曲线存在的不足:①特征多边形的顶点个数决定了Bezier曲线的阶数。当n较大时，多边形对曲线形状的控制将减弱;②Bezier曲线不能作局部修改，即改变其中任一个顶点的位置，将会对整条曲线产生影响。B样条曲线保持了Bezier曲线的优点；B样条曲线是分段组成的，特征多边形顶点对曲线的控制更加直观、逼近性更好，样条曲线可以局部修改，多项式阶次较低。Bezier曲线和B样条曲线都只能近似而不能精确地表示除抛物线以外的二次曲线，由此产生了设计误差。非均匀有理B样条(Bezier曲线和B样条曲线都只能近似而不能精确地表示除抛物线以外的二次曲线，由此产生了设计误差。例如：不能画圆。)NURBS可以统一地表示初等解析曲线和曲面，有理和非有理Bezier曲线和曲面以及B样条曲线和曲面，形状控制灵活。因此，NURBS己成为当前曲线、曲面设计中的通用技术。参数化曲面的表达方法与参数化曲线相似，可以由两个方向的特征多边形来决定。两个方向的特征多边形构成特征网格，特征多边形的顶点就是特征网格的顶点。6.什么是规则曲线(曲面)，什么是自由曲线(曲面)?规则曲线和曲面：圆、抛物线、螺旋线等曲线和球、圆柱、圆锥等曲面都可以用数学方程式表示，一般称为规则曲线和规则曲面。自由曲线和曲面：有些曲线和曲面的形状不规则，如飞机机翼、汽车车身、人体外形、卡通形象等，难以用数学方程式表示，一般称为自由曲线和自由曲面。光顺光顺的含义是指曲线的拐点不能太多。对于平面曲线而言，光顺的条件是:①具有二阶几何连续(G2);②不存在多余拐点和奇异点;③曲率变换较小。光滑光滑是指曲线、曲面在切矢量上的连续性或曲率的连续性。1.曲面模型的概念：它以“面”来定义对象模型，能够精确地确定对象面上任意一个点的X,Y,Z坐标值。曲面模型的描述方式有两种:①以线框模型为基础的面模型;②以曲线、曲面为基础构成的面模型。5.曲面造型与实