機(jī)械CADCAM基礎(chǔ)何雪明華中科技出版社習(xí)題解答.doc

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1、1、簡(jiǎn)述CAD/CAM集成的基本概念。答：集成是指將基于信息技術(shù)的資源及應(yīng)用聚集成一個(gè)協(xié)同工作的整體，集成包含功能交互、信息共享以及數(shù)據(jù)通信三個(gè)方面的管理與控制。2、實(shí)現(xiàn)CAD/CAM集成有哪些方法？答：CAD/CAM系統(tǒng)的集成有信息集成、過(guò)程集成和功能集成。3、為什么說(shuō)CIM是一種新的制造思想？答：CIM概念的產(chǎn)生反映了人們對(duì)“制造”有了更深刻的認(rèn)識(shí)。通常，人們僅把工藝設(shè)計(jì)、庫(kù)存控制、生產(chǎn)制造及維護(hù)這些活動(dòng)稱為制造，但實(shí)際上這是一種狹義的理解。從廣義上看，制造應(yīng)包括對(duì)產(chǎn)品需求的察覺(jué)、產(chǎn)品概念的形成、設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)、銷售以及對(duì)用戶在使用產(chǎn)品過(guò)程中提供服務(wù)等全部活動(dòng)。另一方面，過(guò)去人們僅把制造

2、看作是一個(gè)物料轉(zhuǎn)換的過(guò)程，即由原材料經(jīng)過(guò)加工、裝配，最終變成一個(gè)產(chǎn)品。實(shí)際上，制造是一個(gè)復(fù)雜的信息轉(zhuǎn)換過(guò)程，在制造中進(jìn)行的一切活動(dòng)都是信息處理連續(xù)統(tǒng)一體的一部分。4、從功能上講，CIMS由哪幾部分組成？各有何功能？答：從功能上講，CIMS包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)及經(jīng)營(yíng)等全部活動(dòng)，這些功能對(duì)應(yīng)著CIMS結(jié)構(gòu)中的三個(gè)層次。即：決策層：幫助企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)作出經(jīng)營(yíng)決策。信息層：生成工程技術(shù)信息，進(jìn)行企業(yè)信息管理，包括物流需求、生產(chǎn)計(jì)劃等。物資層：它是處于底層的生產(chǎn)實(shí)體，涉及生產(chǎn)環(huán)境和加工制造中的許多設(shè)備，是信息流和物料流的結(jié)合點(diǎn)。5、實(shí)現(xiàn)CIMS主要解決哪些關(guān)鍵技術(shù)？答：首先是信息傳輸；其次是數(shù)據(jù)模型、異構(gòu)分布數(shù)

3、據(jù)管理及網(wǎng)絡(luò)通信等方面；第三個(gè)關(guān)鍵技術(shù)在于系統(tǒng)技術(shù)和現(xiàn)代管理技術(shù)。對(duì)這樣復(fù)雜的系統(tǒng)如何描述、設(shè)計(jì)和控制，以便使系統(tǒng)在滿意狀態(tài)下運(yùn)行，是一個(gè)有待研究的問(wèn)題。CIMS會(huì)引起管理體制變革，所以生產(chǎn)規(guī)劃、調(diào)度和集成管理方面的研究也是實(shí)現(xiàn)CIMS的關(guān)鍵技術(shù)之一。6、解決CIMS中的信息通信有些什么方法？答：隨著CIMS發(fā)展的需要，信息傳輸技術(shù)發(fā)展很快，特別是工業(yè)局域網(wǎng)，它是利用計(jì)算機(jī)及通信技術(shù)，將分散的數(shù)據(jù)處理設(shè)備連接起來(lái)，完成信息傳輸?shù)囊环N計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。在工業(yè)局域網(wǎng)產(chǎn)品中發(fā)展最迅速的有MAP網(wǎng)、以太網(wǎng)、Ethernet、MAP網(wǎng)是按照自動(dòng)化協(xié)議將一臺(tái)或多臺(tái)計(jì)算機(jī)、終端設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、自動(dòng)加工設(shè)備等不

4、同軟、硬件連接起來(lái)的系統(tǒng)的集合。7、為什么說(shuō)產(chǎn)品集成模型能滿足CIMS中集成化的要求？答：為實(shí)現(xiàn)集成化的要求，CAD系統(tǒng)必須能完整地、全面地描述零件的信息。除了有關(guān)幾何信息和拓?fù)湫畔⒅猓€需要包含有關(guān)工藝特征、材料、加工精度以及表面粗糙度等方面的信息。后者對(duì)加工方法、工藝路線及刀具、切削用量的選擇等具有決定性影響。為此需要在計(jì)算機(jī)內(nèi)部把與產(chǎn)品有關(guān)的全部信息集成在一起，構(gòu)成產(chǎn)品模型。產(chǎn)品模型中不僅包括了與生產(chǎn)過(guò)程有關(guān)的所有信息，而且在結(jié)構(gòu)上還能清楚地表達(dá)這些信息之間的關(guān)聯(lián)。因此產(chǎn)品模型可視為與產(chǎn)品有關(guān)的所有數(shù)據(jù)構(gòu)成的邏輯單元。8、CIMS中的生產(chǎn)管理為什么采用MRP系統(tǒng)？答：目前機(jī)械制造生產(chǎn)管

5、理中的核心問(wèn)題是推廣使用MRP。這是一個(gè)在規(guī)定了應(yīng)生產(chǎn)的產(chǎn)品種類和數(shù)量之后，根據(jù)產(chǎn)品構(gòu)成的零部件展開(kāi)、制定生產(chǎn)計(jì)劃和對(duì)由原材料制成成品的“物流”進(jìn)行時(shí)間管理的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它采用人機(jī)交互的方式幫助生產(chǎn)管理人員對(duì)企業(yè)的產(chǎn)、供、銷、財(cái)務(wù)和成本進(jìn)行統(tǒng)一管理。它能完成經(jīng)營(yíng)計(jì)劃、生產(chǎn)計(jì)劃、車(chē)間作業(yè)計(jì)劃的制定及物料采購(gòu)、庫(kù)存和成本管理信息處理等功能。9、當(dāng)前我國(guó)CIMS技術(shù)取得了哪些主要進(jìn)展？答：一個(gè)重要進(jìn)展是建成了CIMS技術(shù)的研究環(huán)境和工程環(huán)境，形成了我國(guó)CIMS研究和開(kāi)發(fā)的基地。在應(yīng)用工程方面，近年來(lái)已取得突破性進(jìn)展。北京第一機(jī)床廠、沈陽(yáng)鼓風(fēng)機(jī)廠、成都飛機(jī)公司的CIMS工程突破口項(xiàng)目已進(jìn)行驗(yàn)收，取得了

6、重大進(jìn)展，對(duì)企業(yè)產(chǎn)生了良好的效益，受到企業(yè)的高度評(píng)價(jià)。在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)方面也已取得重大成果。近年來(lái)，863/CIMS支持了近20項(xiàng)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，包括了CAD、CAPP、制造業(yè)的管理及決策信息系統(tǒng)、加工過(guò)程的調(diào)度與控制、仿真以及其它與工廠自動(dòng)化有關(guān)的計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)產(chǎn)品。10、你認(rèn)為在CIMS的研究發(fā)展中，應(yīng)采用哪些先進(jìn)技術(shù)？答：并行工程、面向?qū)ο蠹夹g(shù)、精良生產(chǎn)、虛擬制造和敏捷制造等。1、定義術(shù)言“有限元”。答：有限元法是用有限數(shù)量的單元將作為分析對(duì)象的結(jié)構(gòu)連續(xù)體進(jìn)行網(wǎng)格離散化，并通過(guò)這些單元的位移、應(yīng)變和應(yīng)力的近似求解來(lái)分析結(jié)構(gòu)連續(xù)體的整體位移、應(yīng)變和應(yīng)力的一種數(shù)值方法。2、如何理解有限元法中的“離散”概

7、念？答：有限元法是基于固體流動(dòng)的變分原理，以數(shù)學(xué)上平衡微分方程、幾何上變形協(xié)調(diào)方程和物理上的本構(gòu)方程作為基本的理論方程，結(jié)合圣維南原理和虛位移原理作為解決問(wèn)題的手段，通過(guò)求解離散單元在給定邊界條件、載荷和材料特性下所形成的線形或非線形微分方程組，從而得到結(jié)構(gòu)連續(xù)體的位移、應(yīng)力、應(yīng)變和內(nèi)力等的結(jié)果。其描述的準(zhǔn)確性依賴于單元細(xì)分的程度(即幾何相似性)、載荷的真實(shí)性、材料力學(xué)參數(shù)的可信度、邊界條件處理的正確程度(即力學(xué)相似性)等。簡(jiǎn)言之，有限元法就是一個(gè)基于下列基本假設(shè)上的“化整為零”的分析方法和“積零為整”的研究方法。3、列出有限元法的5種優(yōu)點(diǎn)。答：連續(xù)性、均勻性、同向性、線彈性和小變形。4、列舉

8、和簡(jiǎn)要說(shuō)明有限元法的一般步驟。答：有限元法求解問(wèn)題的基本步驟為：1、問(wèn)題及求解域定義；2、求解域離散化；3、確定狀態(tài)變量及控制方法；4、單元推導(dǎo)；5、總裝求解；6、聯(lián)立方程組求解和結(jié)果解釋。5、簡(jiǎn)要說(shuō)明有限元法的發(fā)展趨勢(shì)。答：集成的CAD/CAM/CAE技術(shù)、更為強(qiáng)大的網(wǎng)格處理能力、線性問(wèn)題非線性問(wèn)題、單一結(jié)構(gòu)場(chǎng)耦合場(chǎng)以及程序面向用戶的開(kāi)放性。6、如何理解優(yōu)化設(shè)計(jì)方法與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的異同點(diǎn)，以及優(yōu)化設(shè)計(jì)方法較傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法有何優(yōu)勢(shì)。答：傳統(tǒng)設(shè)計(jì)所遵循的“原始方案計(jì)算和校核調(diào)整方案再計(jì)算和校核”的設(shè)計(jì)流程，是以犧牲設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量為代價(jià)的相對(duì)繁瑣和耗時(shí)的設(shè)計(jì)方法，隨著設(shè)計(jì)越來(lái)越系統(tǒng)化，設(shè)計(jì)規(guī)模越來(lái)越

9、大型化，該方法已經(jīng)越來(lái)越不能滿足設(shè)計(jì)的時(shí)效和精度要求。代之而起的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法則采用數(shù)學(xué)方法和計(jì)算機(jī)的“自動(dòng)探索”，來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)設(shè)計(jì)所遵循的設(shè)計(jì)流程。7、如何理解優(yōu)化設(shè)計(jì)三要素，在數(shù)學(xué)模型中的地位和作用。答：優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型主要由設(shè)計(jì)變量向量X、目標(biāo)函數(shù)f(X)和約束函數(shù)三部分組成，簡(jiǎn)稱為優(yōu)化模型的三要素。在設(shè)計(jì)過(guò)程中進(jìn)行選擇和調(diào)整并最終必須確定的獨(dú)立參數(shù)稱之為設(shè)計(jì)變量，設(shè)計(jì)變量可以是連續(xù)變量也可以是離散變量。其數(shù)目稱為優(yōu)化問(wèn)題的維數(shù)，由n個(gè)設(shè)計(jì)變量的坐標(biāo)軸所形成的n維實(shí)空間稱為設(shè)計(jì)空間。在這些空間中，n個(gè)設(shè)計(jì)變量的坐標(biāo)值組成了一個(gè)設(shè)計(jì)點(diǎn)并代表一個(gè)設(shè)計(jì)方案。目標(biāo)函數(shù)又稱為評(píng)價(jià)函數(shù)，是用來(lái)評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)

10、方案優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)，即目標(biāo)函數(shù)是用設(shè)計(jì)變量來(lái)表達(dá)設(shè)計(jì)中預(yù)期目標(biāo)的函數(shù)表達(dá)式，一個(gè)n維設(shè)計(jì)變量?jī)?yōu)化問(wèn)題的目標(biāo)函數(shù)記為f(X)。依據(jù)目標(biāo)函數(shù)所代表的設(shè)計(jì)目標(biāo)的數(shù)量，目標(biāo)函數(shù)可分為單目標(biāo)函數(shù)和多目標(biāo)函數(shù)兩類。目標(biāo)函數(shù)值取決于設(shè)計(jì)變量的變化，但這種變化并不是任意的自由變化，絕大部分實(shí)際問(wèn)題的設(shè)計(jì)或多或少的總要滿足一定的設(shè)計(jì)條件，而這些條件構(gòu)成了對(duì)設(shè)計(jì)變量取值的限制函數(shù)，稱之為約束函數(shù)或(設(shè)計(jì))約束。8、如何理解優(yōu)化設(shè)計(jì)迭代解法的基本思想。答：優(yōu)化設(shè)計(jì)迭代解法的基本思想，是根據(jù)目標(biāo)函數(shù)f(X)的收斂變化規(guī)律，由第k輪迭代設(shè)計(jì)點(diǎn)X(k)開(kāi)始，采用適當(dāng)?shù)牟介L(zhǎng)(k)，在可行域內(nèi)沿著使目標(biāo)函數(shù)值下降的方向，通過(guò)迭代

11、公式來(lái)改變X(k)到第k+1輪迭代的新設(shè)計(jì)點(diǎn)X(k+1)，然后再在點(diǎn)X(k+1)處，采用新的步長(zhǎng)(k+1)和新的方向，重復(fù)上一步的迭代過(guò)程，直至逼近問(wèn)題的最優(yōu)點(diǎn)X*為止。因此，優(yōu)化問(wèn)題的最優(yōu)解X*不是問(wèn)題的精確解，而是滿足一定計(jì)算精度下的近似解。9、如何理解目標(biāo)函數(shù)的凸性和正定性的關(guān)系。答：當(dāng)目標(biāo)函數(shù)f(X)為二次函數(shù)時(shí)，H(X)為一常數(shù)矩陣，如果它是正定的，則稱f(X)為正定。正定二次函數(shù)的等值線或等值面是一簇具有共同中心的橢圓或同心橢球。由于非正定二次函數(shù)在極小點(diǎn)附近的等值線或等值面，也可近似地用橢圓或橢球來(lái)代替。在已知存在極值的基礎(chǔ)上，我們還要知道極值的數(shù)目及性質(zhì)，是否在全局極值點(diǎn)外還存

12、在一個(gè)或者多個(gè)局部的極值點(diǎn)，這將有目標(biāo)函數(shù)的凸性來(lái)輔助決定，對(duì)于有約束的目標(biāo)函數(shù)，其極值還要結(jié)合約束條件來(lái)共同來(lái)確定。如果f(X)在凸集上具有二階的連續(xù)導(dǎo)數(shù)，則f(X)為凸函數(shù)的充分必要條件是其Hessian矩陣H(X)處處半正定。對(duì)于具有凸性的目標(biāo)函數(shù)，其極值點(diǎn)只有一個(gè)，當(dāng)然也就是全局的最優(yōu)點(diǎn)。為此，如果事先能通過(guò)H(X)的正定性判斷出目標(biāo)函數(shù)是個(gè)凸函數(shù)，則該函數(shù)的極值點(diǎn)就是全域最優(yōu)點(diǎn)。10、如何理解函數(shù)的方向?qū)?shù)和梯度的關(guān)系和它們的異同點(diǎn)。答：對(duì)于從同一個(gè)設(shè)計(jì)點(diǎn)X采用不同的方向逼近X*，是否存在一個(gè)最佳的方向，使逼近X*的效率最高，很顯然這個(gè)就是目標(biāo)函數(shù)值變化最大的梯度方向。梯度方向?yàn)橐皇?/p>

13、量，定義為：如果將f(X)在設(shè)計(jì)點(diǎn)X處沿任意方向的函數(shù)值變化率，定義為f(X)在X處方向上的方向?qū)?shù)，方向?qū)?shù)為一標(biāo)量，定義為：11、對(duì)于正定的二次函數(shù)，為什么切線法和插值法能夠一步得到其精確最優(yōu)解；又如何理解即使對(duì)于非二次的函數(shù)，插值法也是非常有效的。答：假如目標(biāo)函數(shù)具有較好的一、二階導(dǎo)數(shù)，還可以采用計(jì)算量少、可靠性好、應(yīng)用更為方便的平分法和切線法。當(dāng)目標(biāo)函數(shù)相當(dāng)復(fù)雜，可以采用一個(gè)容易求解極小值的較低次函數(shù)p(X)，在滿足一定的條件下來(lái)近似代替f(X)。這種方法稱為插值法。不管目標(biāo)函數(shù)一、二階導(dǎo)數(shù)如何，序列消去法是比較理想的探索區(qū)間收縮法。現(xiàn)假設(shè)探索單峰區(qū)間S，e內(nèi)第k次迭代的兩點(diǎn)1(k)、

14、2(k)的函數(shù)值為f(1(k)、f(2(k)。如果f(1(k)0），以使H面投影和V面投影之間保持一段距離。變換矩陣為：左視圖變換的過(guò)程是：先將物體向W面作正投影，即令x=0，然后將投影面按右手系繞Z軸旋轉(zhuǎn)90，使其與V面共面，最后讓圖形沿負(fù)X軸平移一段距離l（l0），以使W面投影和V面投影之間保持一段距離。變換矩陣為：13、何謂透視變換？它能產(chǎn)生什么效果？答：透視圖是采用中心投影法得到的圖形，即通過(guò)透視中心（視點(diǎn)），將空間立體投射到二維平面（投影面）上所產(chǎn)生的圖形。14、按自己的理解，敘述窗口和裁剪的定義以及它們的用途。答：為了將圖形顯示到屏幕上，先用一個(gè)矩形框在世界坐標(biāo)系中取出一幅圖，像照相取景一樣，此矩形區(qū)域稱作窗口。窗口是在用戶坐標(biāo)系中定義的確定顯示內(nèi)容的一個(gè)區(qū)域，只有在這個(gè)區(qū)域內(nèi)的圖形才能在設(shè)備坐標(biāo)系下輸出，而窗口外的部分則被裁剪掉。 為了正確顯示窗口內(nèi)的全部圖形，必須明確地把圖形分為窗口內(nèi)的部分（可見(jiàn)部分）和窗口外的部分（不可見(jiàn)部分），尤其是與窗口邊界相交的那些圖形。區(qū)分可見(jiàn)與不可見(jiàn)圖形部分的過(guò)程稱為裁剪。