CADCAM研究生考试复习思考题

1、CAD、CAPP、CAE、CAM基本概念。CAD以计算机为工具完成产品设计，达到提高产品设计质量、缩短产品开发周期、降低产品成本这一过程的各项工作。包括设计、工程分析、仿真、绘图、编撰技术文档…CAE（ComputerAidedEngineering）是用计算机辅助求解复杂工程和产品结构强度、刚度、屈曲稳定性、动力响应、热传导、三维多体接触、弹塑性等力学性能的分析计算以及结构性能的优化设计等问题的一种近似数值分析方法。CAPP的英文全称为ComputerAidedProcessPlanning，中文翻译为计算机辅助工艺过程设计。指工艺人员借助计算机，根据产品设计结果和产品制造工艺要求，交互或自动地确定产品加工方法和方案的设计。包括毛坯选择、加工方法选择、工序设计、工艺路线制定…CAM广义CAM指借助计算机完成从生产准备到产品制造出来的过程中的各项活动，包括工艺过程设计（CAPP）、工装设计、计算机辅助数控加工编程、生产作业计划、制造过程控制、质量检测与分析…狭义CAM通常指NC程序编制，包括刀具路径规划、刀位文件生成、刀具轨迹仿真、后置处理及NC代码生成…2、CAD/CAM系统主要任务。CAD／CAM系统之主要任务是对产品设计、制造全过程的信息进行处理，几何建模、工程绘图、计算分析、优化设计、有限元分析、计算机辅助工艺规程设计、数控编程、动态仿真、计算机辅助测试技术、工程数据管理。3、CAD/CAM系统的软件类型层次与关系。4、△P1P2P3的定点坐标为（10,20）、（20，20）及（15,30），要求此三角形绕点（5,25）做二维旋转变换，旋转角度为逆时针30°，求出该矩阵组合变换的矩阵。5、常用的建模方式及其特点。常见几何建模模式：线框建模、表面建模、实体建模和特征建模线框建模优点：只有离散的空间线段，处理起来比较容易，构造模型操作简便，所需信息最少，数据结构简单,硬件的要求不高，系统的使用如同人工绘图的自然延伸，对用户的使用水平要求低，用户容易掌握。缺点：线框建模构造的实体模型只有离散的边，没有边与边的关系。信息表达不完整，会使物体形状的判断产生多义性，复杂物体的线框模型生成需要输入大量初始数据，数据的统一性和有效性难以保证，加重输入负担。表面建模优点：1三维实体信息描述较线框建模严密、完整，能够构造出复杂的曲面；2可以对实体表面进行消隐、着色显示；3可以计算表面积，利用建模中的基本数据，进行有限元划分；4可以利用表面造型生成的实体数据产生数控加工刀具轨迹缺点：1曲面建模理论严谨复杂，所以建模系统使用较复杂，并需一定的曲面建模的数学理论及应用方面的知识；2此种建模虽然有了面的信息，但缺乏实体内部信息，所以有时产生对实体二义性的理解。实体建模特点：由具有一定拓扑关系的形体表面定义形体，表面之间通过环、边、点建立联系，表面的方向由围绕表面的环的绕向决定，表面法向矢量指向形体之外；覆盖一个三维立体的表面与实体可同时生成。特征建模特点：特征引用直接体现设计意图，产品设计工作在更高的层次上展开,使产品在设计时就考虑加工、制造要求，有利于降低产品的成本、产品设计、分析、工艺准备、加工、检验各部门之间具有了共同语言，产品的设计意图贯彻到各环节，针对专业应用领域的需要建立特征库，快速生成需要的形体。特征建模技术着眼于更好、更完整地表达产品全生命周期的技术和生产组织、计划管理等多阶段的信息，着眼于建立CAD系统与CAX系统、MRP系统与ERP系统的集成化产品信息平台6、论述特征建模的定义、方法和特点。定义：特征建模是建立在实体建模基础上，利用特征的概念面向整个产品设计和生产制造过程进行设计的建模方法特征主要表达两方面的内容：一是表达几何形状的信息二是表达属性（非几何信息）特点：特征引用直接体现设计意图，产品设计工作在更高的层次上展开,使产品在设计时就考虑加工、制造要求，有利于降低产品的成本产品设计、分析、工艺准备、加工、检验各部门之间具有了共同语言，产品的设计意图贯彻到各环节，针对专业应用领域的需要建立特征库，快速生成需要的形体特征建模技术着眼于更好、更完整地表达产品全生命周期的技术和生产组织、计划管理等多阶段的信息，着眼于建立CAD系统与CAX系统、MRP系统与ERP系统的集成化产品信息平台7、计算机辅助工程的作用。计算机辅助工程（ComputerAidedEngineering，CAE）技术的提出就是要把工程（生产）的各个环节有机地组织起来，其关键就是将有关的信息集成，使其产生并存在于工程（产品）的整个生命周期。因此，CAE系统是一个包括了相关人员、技术、经营管理及信息流和物流的有机集成且优化运行的复杂的系统。CAE的作用a)增加设计功能，借助计算机分析计算，确保产品设计的合理性，减少设计成本;b)缩短设计和分析的循环周期;c)CAE分析起到的“虚拟样机”作用在很大程度上替代了传统设计中资源消耗极大的“物理样机验证设计”过程，虚拟样机作用能预测产品在整个生命周期内的可靠性;d)采用优化设计，找出产品设计最佳方案，降低材料的消耗或成本;e)在产品制造或工程施工前预先发现潜在的问题;f)模拟各种试验方案，减少试验时间和经费;g)进行机械事故分析，查找事故原因。8、有限元法的基本原理。基于固体流动变分原理，它把一个原来连续的物体剖分成有限个数的单元体，单元体相互在有限个节点上连接，承受等效的节点载荷。计算求解是先按照平衡条件进行分析，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9、建立优化设计数学模型的一般过程。分析设计问题，初步建立数学模型、根据工程实际确定设计变量、根据工程实际提出约束条件、对照设计实例修正数学模型、正确求解计算估价方法误差、结果分析,审查模型灵敏性。10、虚拟样机的基本概念，举例说明计算机仿真的意义。虚拟样机技术利用虚拟环境在可视化方面的优势以及可交互式探索虚拟物体功能，对产品进行几何、功能、制造等许多方面交互的建模与分析。它在CAD模型的基础上，把虚拟技术与仿真方法相结合，为产品的研发提供了一个全新的设计方法。举例：发动机装配模拟、航天模拟、航海模拟、挖掘机模拟等。意义：仿真是应用计算机对复杂的现实系统经过抽象和简化形成系统模型，然后在分析的基础上运行此模型，从而得到系统一系列的统计性能仿真是以系统模型为对象的研究方法，不干扰实际生产系统；仿真可以利用计算机的快速运算能力，用很短时间模拟实际生产中需要很长时间的生产周期，因此可以缩短决策时间，避免资金、人力和时间的浪费；计算机还可以重复仿真，优化实施方案11、CAPP系统按工作原理可分为几种类型，各类型有何特点？检索式CAPP系统检索式CAPP系统实际上是一个工艺文件数据库的管理系统，功能较弱、自动决策能力差开发难度小，操作方便，实用性强，与企业现有设计工作方式相一致，得到很多企业的认可，具有很高的推广价值派生式CAPP系统派生式CAPP系统柔性差，只能针对企业具体产品零件的特点开发，可移植性差，不能用于全新结构的零件工艺设计工作原理简单，容易开发，实际投入运行的系统大多是派生式系统创成式CAPP系统创成式方法接近人类解决问题的创新思维方式由于大多数工艺过程问题不能建立实用的数学模型和通用算法，工艺规程的知识难以形成程序代码，因此只能处理简单的、特定环境下的某类特定零件综合式CAPP系统将派生式、创成式与人工智能结合综合而成，目的是综合派生式和创成式两者的优势，避免派生式系统的局限性和创成式系统的高难度。12、描绘出CAD/CAM集成系统框架图。13、论述常用产品数据交换标准及其特点。DXF（DataExchangeFile）它比较好读，易于被其它程序处理，主要用于实现高级语言编写的程序与AutoCAD系统的连接，或其它CAD系统与AutoCAD系统交换图形文件。不足：不能描述产品的完整几何模型，产品的公差、材料等信息根本没有涉及，难以进一步发展；信息定义不完整，它仅保留了原有系统数据结构中的几何和部分属性信息，而大量的拓扑信息已不复存在；其信息描述方面也有许多缺陷，致使一些信息量过分冗长；文件格式比较复杂，且不尽合理IGES（InitialGraphicsExchangeSpecification）大多数IGES处理程序不支持ASCII码格式，数据文件大，数据转换处理时间长；某些几何类型转换不稳定；规范描述内容是几何层的，缺乏CAM所需的工程信息；只注意了图形数据转换而忽略了其他信息的转换；IGES仍然是目前为广泛使用的事实上的国际标准数据交换格式STL(StereoLithography)STL文件只包含有相互衔接的三角形面片节点坐标及其外法矢，属于“中性”文件，简单、适应性好，可以输出各种类型空间表面，在不同的CAD／CAE／CAM系统进行转换STEP（StandardfortheExchangeofProductmodeldata）STEP是基于集成的产品信息模型，提供了一种不依赖于具体系统的中性机制，它规定了产品设计、开发、制造，甚至于产品全部生命周期中所包括的诸如产品形状、解析模型、材料、加工方法、组装分解顺序、检验测试等必要的信息定义和数据交换的外部描述14、构建一个基于PDM的CAD/CAM集成系统。生产管理子系统库存管理子系统采购管理子系统成本控制子系统产品数据管理计量管理子系统质量跟踪和分析财务管理子系统销售管理子系统总经理查询子系统办公自动化子系统ISO9000规范管理CAPP子系统CAD子系统生产计划子系统计算机网络支撑环境15、论述CIMS系统主要功能及其相互关系。CIMS是一个集产品设计、制造、经营、管理为一体的多层次、多结构的复杂系统，需要从系统设计到实施具有较高规范程度和参考价值的体系结构。16、实现CIMS的主要关键技术有哪些？信息集成针对设计、管理和加工制造中大量存在的自动化孤岛，实现信息正确、高效的共享和交换，改善企业技术和管理水平过程集成对过程进行重构（processreengineering），产品开发设计中的各个串行过程尽可能多地转变为并行过程，在设计时考虑到下游工作中的可制造性、可装配性，设计时考虑质量(质量功能分配)，减少反复，缩短开发时间企业集成解决资源共享、信息服务、虚拟制造、并行工程、资源优化、网络平台等关键技术，以更快、更好、更省地响应市场