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

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、過程集成和功能集成。3、為什么說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、產(chǎn)品概念的形成、設(shè)計(jì)、開發(fā)、生產(chǎn)、銷售以及對(duì)用戶在使用產(chǎn)品過程中提供服務(wù)等全部活動(dòng)。另一方面，過去人們僅把制造看作是一個(gè)物料轉(zhuǎn)換的過程，即由原材料經(jīng)過加工、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)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，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)備等不同軟、硬件連接起來的系統(tǒng)的集合。7、為什么說產(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?，還需要包含有關(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)管理中的核心問題是推廣使用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、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研究和開發(fā)的基地。在應(yīng)用工程方面，近年來已取得突破性進(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)品開發(fā)方面也已取得重大成果。近年來，863/CIMS支持了近20項(xiàng)產(chǎn)品開發(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，并通過這些單元的位移、應(yīng)變和應(yīng)力的近似求解來分析結(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題的手段，通過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、列舉和簡(jiǎn)要說明有限元法的一般步驟。答：有限元法求解問題的基本步驟為：1、問題及求解域定義；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、線性問題非線性問題、單一結(jié)構(gòu)場(chǎng)耦合場(chǎng)以及程序面向用戶的開放性。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)越來越系統(tǒng)化，設(shè)計(jì)規(guī)模越來越大型化，該方法已經(jīng)越來越不能滿足設(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)，是用來評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)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，通過迭代公式來改變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)上一步的迭代過程，直至逼近問題的最優(yōu)點(diǎn)X*為止。因此，優(yōu)化問題的最優(yōu)解X*不是問題的精確解，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)合約束條件來共同來確定。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)橐皇噶浚x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?，F(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)、2(k)的函數(shù)值為f(1(k)、f(2(k)。如果f(1(k)< f(2(k)，則探索區(qū)間縮短為S(k)、2(k)，雖然在這一步我們計(jì)算了兩點(diǎn)的目標(biāo)函數(shù)值，但是真正使用到的只有f(2(k)，除用于比較外，f(1(k)的計(jì)算工作很可惜地被浪費(fèi)了。所以，我們自然會(huì)想到，能否將這里沒有用到設(shè)計(jì)點(diǎn)1(k)和函數(shù)值f(1(k)，作為下一步即第(k+1)步迭代中的一個(gè)點(diǎn)。這樣，每一步迭代只需要計(jì)算一個(gè)新點(diǎn)和新點(diǎn)的函數(shù)值；而另一個(gè)點(diǎn)和點(diǎn)的函數(shù)值將由上一步繼承下來，這樣的處理方法稱為序列消去法，該法將會(huì)使計(jì)算量減少而使效率提高。12、如何理解無約束多維問題的優(yōu)化方法與無約束一維問題的優(yōu)化方法的關(guān)系。答：多維搜索法是利用已有的信息，通過計(jì)算點(diǎn)一步一步地直接移動(dòng)，逐步逼近并最后達(dá)到最優(yōu)點(diǎn)。因此，每移動(dòng)一步的計(jì)算都應(yīng)該達(dá)到兩個(gè)目的，獲得目標(biāo)的改進(jìn)值；為下一步計(jì)算提出有用的信息。相對(duì)于一維搜索法只需要確定搜索步長(zhǎng)而言，多維搜索法要復(fù)雜得很多，它不僅要確定搜索方向和其上對(duì)應(yīng)的最優(yōu)搜索步長(zhǎng)向量(k)，而且對(duì)于有約束的優(yōu)化問題，還要保證每次迭代的設(shè)計(jì)點(diǎn)X(k)必須在可行區(qū)域內(nèi)。一旦搜索方向確定了，由于可以使用前面的一維搜索法，探索出最優(yōu)的搜索步長(zhǎng)向量(k)。13、如何理解約束多維問題的優(yōu)化方法與無約束一(多)維問題的優(yōu)化方法的關(guān)系。答：設(shè)計(jì)變量的取值范圍受到某種限制時(shí)的優(yōu)化方法，稱為約束問題的優(yōu)化方法，它是處理實(shí)際工程中絕大部分問題的基本方法。約束問題的優(yōu)化方法也包括直接法和間接法，直接法主要用于求解不等式約束條件的優(yōu)化問題；而間接法對(duì)不等式約束和等式約束均有效。與無約束問題一樣，約束問題的優(yōu)化方法重點(diǎn)也是要解決探索方向和步長(zhǎng)的問題。14、等式約束和不等式約束多維優(yōu)化的間接方法處理上如何不同。答：直接法主要用于求解不等式約束條件的優(yōu)化問題；而間接法對(duì)不等式約束和等式約束均有效。在可行域內(nèi)按照一定的原則，直接探索出問題的最優(yōu)點(diǎn)，而無須將約束問題轉(zhuǎn)換成無約束問題去求優(yōu)的方法，稱為約束優(yōu)化問題的直接法。由于約束條件常常使得可行域?yàn)榉峭辜霈F(xiàn)眾多的局部極值點(diǎn)，不同的初始點(diǎn)往往也會(huì)導(dǎo)致探索點(diǎn)逼近于不同的局部極值點(diǎn)不等式約束的優(yōu)化問題，既包括只有不等式約束的情況，也包括不等式約束和等式約束兼而有之的情況。該優(yōu)化問題的間接解法，只要將不等式約束gi(X)0變換成gi(X)+i2=0的等式約束，其余則與等式約束的優(yōu)化問題一致。15、多目標(biāo)優(yōu)化方法處理方法主要有哪些？答：統(tǒng)一目標(biāo)法、主要目標(biāo)法、協(xié)調(diào)曲線法和設(shè)計(jì)分析法。16、如何理解系統(tǒng)的組成和特點(diǎn)。答：系統(tǒng)是一組相互聯(lián)系的為實(shí)現(xiàn)特定功能的若干要素所組成的，一個(gè)可辨別的、復(fù)雜的具有固定特性/行為的動(dòng)態(tài)有機(jī)整體。系統(tǒng)的主要特點(diǎn)。1)結(jié)構(gòu)；2)輸入/輸出；3)功能。17、建立系統(tǒng)模型的意義何在？模型建立的一般步驟是什么？答：我們所面對(duì)的系統(tǒng)大多數(shù)并不具備真實(shí)試驗(yàn)的可行性，這時(shí)就需要按照實(shí)際系統(tǒng)建立出系統(tǒng)相關(guān)抽象的模擬模型即系統(tǒng)模型并對(duì)之進(jìn)行研究，然后依據(jù)這個(gè)系統(tǒng)模型的分析結(jié)果來推斷實(shí)際系統(tǒng)的各種可能的工作狀況。這里為保證一定的系統(tǒng)模擬精度，實(shí)際系統(tǒng)和相應(yīng)的系統(tǒng)模型就必須要具有一定的相似性和同形性。模型建立的一般步驟是：1)理解系統(tǒng)的功能原理并提出所建模型的目的和要求；2)分清系統(tǒng)的主、次要要素及各種因果關(guān)系；3)用數(shù)學(xué)符號(hào)表示要素及各種因果關(guān)系的定義；4)其他可以定量描述的相關(guān)內(nèi)容的補(bǔ)充及數(shù)學(xué)描述；5)聯(lián)立以上各種結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)關(guān)系，構(gòu)成系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型；6)實(shí)驗(yàn)研究并就其結(jié)果判斷模型符合真實(shí)系統(tǒng)的程度；7)根據(jù)模型符合真實(shí)系統(tǒng)的程度對(duì)模型作必要的修改。當(dāng)然，數(shù)學(xué)模型的一般構(gòu)造步驟也可以認(rèn)為僅包括上述的第1)5)步，而第6)和7)步，將是計(jì)算機(jī)仿真的有關(guān)內(nèi)容。18、定義術(shù)言“計(jì)算機(jī)仿真”，列舉和簡(jiǎn)要說明計(jì)算機(jī)仿真的基本步驟。答：這里的仿真是指使用系統(tǒng)模型和計(jì)算機(jī)技術(shù)來模擬和分析真實(shí)系統(tǒng)行為的一種方法，其中的模型扮演了描述系統(tǒng)是什么的角色，而仿真則扮演了顯示系統(tǒng)在做什么的角色。計(jì)算機(jī)仿真的過程，實(shí)際上就是憑借系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并通過該模型在計(jì)算機(jī)上的運(yùn)行，來執(zhí)行對(duì)模型的模擬、檢驗(yàn)和修正，并使模型不斷趨于完善的過程。在試圖求解系統(tǒng)問題之前，實(shí)際系統(tǒng)的定義最為關(guān)鍵，尤其是系統(tǒng)的包絡(luò)邊界的識(shí)別；一旦有了這些明確的系統(tǒng)定義，結(jié)合一定的假設(shè)和簡(jiǎn)化，在確定了系統(tǒng)變量和參數(shù)以及它們之間的關(guān)系后，即可方便地建立出描述所研究系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型；建立了數(shù)學(xué)模型之后，隨之著手準(zhǔn)備的工作是收集系統(tǒng)有關(guān)的各項(xiàng)輸入、輸出數(shù)據(jù)，以及用于描述系統(tǒng)各部分之間關(guān)系的一些數(shù)據(jù)；接下來要做的工作是實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)模型向計(jì)算機(jī)執(zhí)行的轉(zhuǎn)換。計(jì)算機(jī)仿真的目的，主要是為了研究或再現(xiàn)實(shí)際系統(tǒng)的特征，因此模型的仿真運(yùn)行是一個(gè)反復(fù)的動(dòng)態(tài)過程；并且有必要對(duì)仿真結(jié)果作全面的分析和論證。1、舉例說明CAD/CAM中建模的概念及其過程。答：當(dāng)人們看到三維客觀世界中的事物時(shí)，對(duì)其有個(gè)認(rèn)識(shí)，將這種認(rèn)識(shí)描述到計(jì)算機(jī)內(nèi)部，讓計(jì)算機(jī)理解，這個(gè)過程稱為建模。在CADCAM中，建模的步驟：首先對(duì)物體進(jìn)行抽象，得到一種想象中的模型；然后將這種想象模型以一定格式轉(zhuǎn)換成符號(hào)或算法表示的形式，形成信息模型，該模型表示了物體的信息類型和邏輯關(guān)系；最后形成計(jì)算機(jī)內(nèi)部的數(shù)字化存儲(chǔ)模型。通過這種方法定義和描述的模型，必須是完整的、簡(jiǎn)明的、通用的和唯一的，并且能夠從模型上提取設(shè)計(jì)、制造過程中需要的全部信息。因此，建模過程實(shí)質(zhì)就是一個(gè)描述、處理、存儲(chǔ)、表達(dá)現(xiàn)實(shí)物體及其屬性的過程。2、什么是幾何建模技術(shù)？幾何建模技術(shù)為什么必須同時(shí)給出幾何信息和拓?fù)湫畔?？答：所謂的幾何建模就是以計(jì)算機(jī)能夠理解的方式，對(duì)幾何實(shí)體進(jìn)行確切的定義，賦予一定的數(shù)學(xué)描述，再以一定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形式對(duì)所定義的幾何實(shí)體加以描述，從而在計(jì)算機(jī)內(nèi)部構(gòu)造一個(gè)實(shí)體的幾何模型。通過這種方法定義、描述的幾何實(shí)體必須是完整的、唯一的，而且能夠從計(jì)算機(jī)內(nèi)部的模型上提取該實(shí)體生成過程中的全部信息，或者能夠通過系統(tǒng)的計(jì)算分析自動(dòng)生成某些信息。幾何信息是指構(gòu)成三維形體的各幾何元素在歐氏空間中的位置和大小，它可以用具體數(shù)學(xué)表達(dá)式來進(jìn)行定量描述。拓?fù)涫茄芯繄D形在形變與伸縮下保持空間性質(zhì)不變的一個(gè)數(shù)學(xué)分支。拓?fù)洳还芪矬w的大小，只管圖形內(nèi)的相對(duì)位置關(guān)系。拓?fù)湫畔⒎从橙S形體中各幾何元素的數(shù)量及其相互間連接關(guān)系。各種幾何元素相互間的關(guān)系構(gòu)成了形體的拓?fù)湫畔?。如果拓?fù)湫畔⒉煌?，即使幾何信息相同，最終構(gòu)造的實(shí)體可能完全不同。3、試分析三維幾何建模的類型及其應(yīng)用范圍。答：線框建模：不適用于對(duì)物體需要進(jìn)行完整性信息描述的場(chǎng)合，一般使用在適時(shí)仿真技術(shù)或中間結(jié)果顯示上。表面建模：增加了面、邊的拓?fù)潢P(guān)系，因而可以進(jìn)行消隱處理、剖面圖的生成、渲染、求交計(jì)算、數(shù)控刀具軌跡的生成、有限元網(wǎng)格劃分等作業(yè)；但表面模型仍缺少體的信息以及體、面間的拓?fù)潢P(guān)系，無法區(qū)分面的哪一側(cè)是體內(nèi)或體外，仍不能進(jìn)行物性計(jì)算和分析。實(shí)體建模：可對(duì)實(shí)體信息進(jìn)行全面完整的描述，能夠?qū)崿F(xiàn)消隱、剖切、有限元分析、數(shù)控加工，對(duì)實(shí)體著色、光照及紋理處理、外形計(jì)算等各種處理和操作。4、實(shí)體建模的方法有哪些?答：實(shí)體建模的方法有：體素調(diào)用法，空間位置枚舉法，單元分解法，掃描變換表示法，體素構(gòu)造表示法和邊界表示法。5、實(shí)體建模中是如何表示實(shí)體的？答：實(shí)體模型提供了面和體之間的拓?fù)潢P(guān)系。在實(shí)體模型中，面是有界的不自交的連通表面，具有方向性，其外法線方向是根據(jù)右手法則由該面的外環(huán)走向確定，其中的環(huán)，是由有向邊有序圍成的封閉邊界，確定面的最大外邊界的環(huán)叫外環(huán)，按逆時(shí)針走向，面中的孔或凸臺(tái)周界的環(huán)叫內(nèi)環(huán)，按順時(shí)針走向。6、什么是體素？體素的交、并、差運(yùn)算是何含義？答：體素的定義方式有兩類：一類是基本體素，另一類是掃描體素。基本體素可以通過輸入少量的參數(shù)定義。掃描體素又可以分為平面輪廓掃描體素和三維實(shí)體掃描體素。平面輪廓掃描法是一種將二維封閉的輪廓，沿指定的路線平移或繞任意一個(gè)軸線旋轉(zhuǎn)得到的掃描體。三維實(shí)體掃描法是用一個(gè)三維實(shí)體作為掃描體，讓它作為基體在空間運(yùn)動(dòng)。體素的交運(yùn)算結(jié)果是多個(gè)體素的重合部分；并運(yùn)算的結(jié)果是多個(gè)體素包含的所有部分；差運(yùn)算的結(jié)果是一個(gè)體素包含的部分減掉重合部分。7、簡(jiǎn)述邊界表示法的基本原理和建模過程。答：邊界表示法的基本思想是將物體定義成由封閉的邊界表面圍成的有限空間。這樣一個(gè)形體可以通過它的邊界，即面的子集來表示。邊界表示法強(qiáng)調(diào)的是形體的外表細(xì)節(jié)，詳細(xì)記錄了形體的所有幾何和拓?fù)湫畔?。邊界表示的模型通常采用翼邊?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。在表面、棱邊、頂點(diǎn)組成形體的三要素中，WED以邊為核心來組織數(shù)據(jù)。棱邊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中包含兩個(gè)點(diǎn)指針，分別指向該邊的起點(diǎn)和終點(diǎn)，棱邊被看做一條有向線段。當(dāng)一個(gè)形體為多面體時(shí)，其棱邊為直線段，由它的起點(diǎn)和終點(diǎn)惟一確定。當(dāng)形體為曲面體時(shí)，其棱邊為曲線段，這時(shí)必須增添一項(xiàng)指針指向該曲線數(shù)據(jù)。此外，WED中另設(shè)有兩個(gè)環(huán)指針，分別指向棱邊所鄰接的兩個(gè)表面上的環(huán)，由這種邊環(huán)關(guān)系就能確定棱邊與相鄰面之間的拓?fù)潢P(guān)系。為了能從棱邊出發(fā)搜索到它所在的任一閉環(huán)上的其他棱邊，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中又增設(shè)了4個(gè)指向邊的指針，分別是左上邊、左下邊、右上邊、右下邊。其中右下邊表示該棱邊在右面環(huán)中沿逆時(shí)針方向所連接的下一條棱邊，而左上邊為棱邊在左面環(huán)中沿逆時(shí)針方向所連接的下一條線，其余類推。8、簡(jiǎn)述CSG表示法的基本原理和建模過程。答：構(gòu)造立體幾何法簡(jiǎn)稱CSG法，是一種利用一些簡(jiǎn)單形狀的體素，經(jīng)變換和布爾運(yùn)算構(gòu)成復(fù)雜形體的表示模式。在計(jì)算機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)的主要是物體的生成過程。在這種表示模式中，采用二叉樹結(jié)構(gòu)描述體素構(gòu)成復(fù)雜形體的關(guān)系。樹根表示定義的形體，樹葉為體素或變換量，中間節(jié)點(diǎn)表示變換方式或布爾運(yùn)算的算子。對(duì)體素施以變換，可使之產(chǎn)生剛體運(yùn)動(dòng)，將其定位于空間中的某一位置。布爾算子可以是并、交、差等集合運(yùn)算。該二叉樹又稱為CSG樹。9、分析比較B-Rep與CSG的特點(diǎn)。答：B-Rep法強(qiáng)調(diào)的是形體的外表細(xì)節(jié)，詳細(xì)記錄了形體的所有幾何和拓?fù)湫畔?，具有顯示速度快等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)在于不能記錄產(chǎn)生模型的過程。而CSG法具有記錄產(chǎn)生實(shí)體的過程，便于交、并、差運(yùn)算等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)在于對(duì)物體的記錄不詳細(xì)。10、舉例說明空間單元法是如何利用四叉樹、八叉樹來描述復(fù)雜形狀物體的。答：在計(jì)算機(jī)內(nèi)部通過定義各個(gè)單元的位置是否填充來建立整個(gè)實(shí)體的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)通常是四叉樹或八叉樹。四叉樹常用作二維物體描述，對(duì)三維實(shí)體需采用八叉樹。首先定義三維實(shí)體的外接立方體，并將其分割成八個(gè)子立方體，依次判斷每個(gè)子立方體，若為空，則表示無實(shí)體；若為滿，表示有實(shí)體充滿；若判斷結(jié)果為部分有實(shí)體填充，將該子立方體繼續(xù)分解，使所有的子立方體或?yàn)榭?，或?yàn)闈M，直到達(dá)到給定的精度。11、何謂特征？與實(shí)體建模相比，特征建模有何突出優(yōu)點(diǎn)?答：從加工角度看，特征被定義為與加工操作和工具有關(guān)的零部件形式以及技術(shù)特征；從形體造型角度看，特征是一組具有特定關(guān)系的幾何或拓?fù)湓兀粡脑O(shè)計(jì)角度看，特征又分為設(shè)計(jì)特征、分析特征和設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)特征等。優(yōu)點(diǎn)：特征造型則是著眼于更好地表達(dá)完整的產(chǎn)品技術(shù)和生產(chǎn)管理信息，為建立產(chǎn)品的集成信息模型服務(wù)；使產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作在更高的層次上進(jìn)行，設(shè)計(jì)人員的操作對(duì)象不再是原始的線條和體素，而是產(chǎn)品的功能要素；有助于加強(qiáng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、分析、工藝準(zhǔn)備、加工、檢驗(yàn)各部門間的聯(lián)系，更好地將產(chǎn)品的設(shè)計(jì)意圖貫徹到各個(gè)后續(xù)環(huán)節(jié)并且及時(shí)得到后者的意見反饋，為開發(fā)新一代的基于統(tǒng)一產(chǎn)品信息模型的CAD/CAPP/CAM集成系統(tǒng)創(chuàng)造條件；有助于推動(dòng)行業(yè)內(nèi)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝方法的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，使得產(chǎn)品設(shè)計(jì)中及早考慮制造要求，保證產(chǎn)品結(jié)構(gòu)有更好的工藝性；推動(dòng)各行業(yè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的歸納總結(jié)，從中提煉更多規(guī)律性知識(shí)，以豐富各領(lǐng)域?qū)＜业囊?guī)則庫(kù)和知識(shí)庫(kù)，促進(jìn)智能CAD系統(tǒng)和智能制造系統(tǒng)的逐步實(shí)現(xiàn)。12、什么是參數(shù)化設(shè)計(jì)？什么是變量化設(shè)計(jì)？?jī)煞N方法有和區(qū)別？答：參數(shù)化設(shè)計(jì)用約束來表達(dá)產(chǎn)品幾何模型，定義一組參數(shù)來控制設(shè)計(jì)結(jié)果，從而能夠通過調(diào)整參數(shù)來修改設(shè)計(jì)模型。參數(shù)化設(shè)計(jì)方法與傳統(tǒng)方法相比，最大的不同在于它存儲(chǔ)了設(shè)計(jì)的整個(gè)過程，設(shè)計(jì)人員的任何修改都能快速地反映到幾何模型上，并且能設(shè)計(jì)出一組形狀相似而不是單一的產(chǎn)品模型。變量化技術(shù)保留了參數(shù)化技術(shù)的基于特征、全數(shù)據(jù)相關(guān)、尺寸驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)修改的優(yōu)點(diǎn)，但在約束的定義和管理方面作了根本性改變：變量化技術(shù)將形狀約束和尺寸約束分開來處理，而不像參數(shù)化技術(shù)那樣，只用尺寸來約束全部幾何；變量化技術(shù)可適應(yīng)各種約束狀況，設(shè)計(jì)者可以先決定所感興趣的形狀，然后再給出必要的尺寸，尺寸是否注全并不影響后續(xù)操作；而不像參數(shù)化技術(shù)，在非全約束時(shí)，造型系統(tǒng)不允許執(zhí)行后續(xù)操作；變量化技術(shù)中工程關(guān)系可以作為約束直接與幾何方程耦合，然后再通過約束解算器統(tǒng)一解算，方程求解順序上無所謂，而參數(shù)化技術(shù)由于茍求全約束，每個(gè)方程式必須是顯函數(shù)，即所使用的變量必須在前面的方程內(nèi)已經(jīng)定義過，并賦予某尺寸參數(shù)，幾何方程求解只能定順序求解；參數(shù)化技術(shù)解決的是特定情況下的幾何圖形問題，表現(xiàn)形式是尺寸驅(qū)動(dòng)幾何形狀修改，變量化技術(shù)解決的是任意約束情況下的產(chǎn)品設(shè)計(jì)問題，不僅可以做到尺寸驅(qū)動(dòng)，亦可實(shí)現(xiàn)約束驅(qū)動(dòng)，即以工程關(guān)系來驅(qū)動(dòng)幾何形狀的改變，這對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化是十分有意義的。1、什么是CAD？什么是CAM？什么是CAPP？什么是CAE？什么是CAD/CAM集成？答：CAD是指以計(jì)算機(jī)為工具，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行包括方案構(gòu)思、總體設(shè)計(jì)、工程分析、圖形編輯和技術(shù)文檔整理等設(shè)計(jì)活動(dòng)的技術(shù)。CAM是指借助計(jì)算機(jī)進(jìn)行產(chǎn)品制造活動(dòng)的簡(jiǎn)稱，有廣義和狹義之分。廣義CAM，一般是指利用計(jì)算機(jī)輔助完成從毛坯到產(chǎn)品制造過程中的直接和間接的各種活動(dòng)。狹義CAM，通常指數(shù)控程序的編制。CAPP是指借助于計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)和支撐環(huán)境，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算、邏輯判斷和推理來制定零件機(jī)械加工工藝過程。CAE技術(shù)是以現(xiàn)代計(jì)算力學(xué)為基礎(chǔ)、計(jì)算機(jī)仿真為手段的工程分析技術(shù)。CAD/CAM集成系統(tǒng)借助于工程數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、以及標(biāo)準(zhǔn)格式的產(chǎn)品數(shù)據(jù)接口技術(shù)，把分散于機(jī)型各異的各個(gè)CAD/CAM模塊高效、快捷地集成起來，實(shí)現(xiàn)軟、硬件資源共享，保證整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)的信息流動(dòng)暢通無阻。2、CAD/CAM集成的意義何在？答：隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)的不斷發(fā)展和市場(chǎng)全球化進(jìn)程的加快，出現(xiàn)了以信息集成為基礎(chǔ)的更大范圍的集成技術(shù)，包括信息集成、過程集成、資源集成、工作機(jī)制集成、技術(shù)集成、人機(jī)集成以及智能集成等，譬如將企業(yè)內(nèi)經(jīng)營(yíng)管理信息、工程設(shè)計(jì)信息、加工制造信息、產(chǎn)品質(zhì)量信息等融為一體的計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS(Computer Integrated Manufacturing System)。而CADCAM集成技術(shù)則是計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)、并行工程、敏捷制造等新型集成系統(tǒng)中的一項(xiàng)核心技術(shù)。3、簡(jiǎn)述CAD/CAM硬件的類型及其特點(diǎn)。答：CAD/CAM硬件主要由主機(jī)、存儲(chǔ)器、輸入/輸出設(shè)備、圖形顯示器及網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備組成。主機(jī)是CAD/CAM系統(tǒng)硬件的核心，主要由CPU、內(nèi)存儲(chǔ)器以及I/O接口組成，主機(jī)是CAD/CAM系統(tǒng)的指揮和控制中心，其類型和性能很大程度上決定了CAD/CAM系統(tǒng)的性能，如運(yùn)算精度和速度。外存儲(chǔ)器是CAD/CAM系統(tǒng)中獨(dú)立于內(nèi)存、用于存放各種數(shù)據(jù)和代碼的外部存儲(chǔ)設(shè)備，通常用于存儲(chǔ)CPU暫時(shí)不用的程序和數(shù)據(jù)，CAD/CAM系統(tǒng)的大量軟件、圖形庫(kù)和數(shù)據(jù)庫(kù)均存于外存儲(chǔ)器中。輸入設(shè)備的特點(diǎn)是將各種外部數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能識(shí)別的編碼。輸出設(shè)備是計(jì)算機(jī)實(shí)用價(jià)值的體現(xiàn)。CAD/CAM系統(tǒng)中輸出設(shè)備的作用主要是將設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)、文件、圖形、程序、指令等顯示、輸出或者發(fā)送給相關(guān)的執(zhí)行設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的特點(diǎn)是讓越來越多的CAD/CAM系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)以達(dá)到資源和數(shù)據(jù)共享。4、CAD/CAM的軟件是由哪些組成的?各組成部分在系統(tǒng)中起什么作用？答：CAD/CAM系統(tǒng)中的軟件系統(tǒng)由系統(tǒng)軟件、支撐軟件和應(yīng)用軟件組成。系統(tǒng)軟件主要用于計(jì)算機(jī)的管理、維護(hù)、控制、運(yùn)行以及對(duì)計(jì)算機(jī)程序的翻譯和執(zhí)行。支撐軟件是CAD/CAM系統(tǒng)的是各類應(yīng)用軟件的基礎(chǔ)，由專門的軟件公司開發(fā)，為用戶提供工具或二次開發(fā)環(huán)境。應(yīng)用軟件是在系統(tǒng)軟件和支撐軟件基礎(chǔ)上，針對(duì)某一專門應(yīng)用領(lǐng)域的需要而研制的軟件,一般提供二次開發(fā)所需要的接口、語(yǔ)言和工具等技術(shù)支，使二次開發(fā)的軟件能與應(yīng)用軟件本身緊密結(jié)合，構(gòu)成用戶實(shí)際需要的CAD/CAM系統(tǒng)。5、CAD/CAM系統(tǒng)的基本功能和主要任務(wù)是什么？答：CAD/CAM系統(tǒng)具有以下幾個(gè)方面的功能：幾何造型功能、計(jì)算分析功能、工程繪圖功能、結(jié)構(gòu)分析功能、優(yōu)化設(shè)計(jì)功能、計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)程設(shè)計(jì)(CAPP)功能、NC自動(dòng)編程功能、模擬仿真功能、工程數(shù)據(jù)管理功能和特征造型功能。CAD/CAM系統(tǒng)的以計(jì)算機(jī)硬件、軟件為支持環(huán)境，通過各個(gè)功能模塊（分系統(tǒng)）完成對(duì)產(chǎn)品的描述、計(jì)算、分析、優(yōu)化、繪圖、工藝規(guī)程設(shè)計(jì)、NC加工仿真、生產(chǎn)規(guī)劃、管理、質(zhì)量控制等方面的任務(wù)。6、CAD/CAM系統(tǒng)中常用的輸入/輸出設(shè)備有哪些？答：輸入設(shè)備包括：鍵盤、鼠標(biāo)、數(shù)字化儀、圖形掃描儀、數(shù)碼相機(jī)、數(shù)據(jù)手套、光筆、觸摸屏、聲音交互輸入、位置傳感器等。輸出設(shè)備包括：圖形顯示器、打印機(jī)、自動(dòng)繪圖儀、3D聽覺環(huán)境系統(tǒng)、生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)備等。7、CAD/CAM的發(fā)展趨勢(shì)如何？答：CAD/CAM發(fā)展趨勢(shì)可以概括為以下幾個(gè)方面：向集成化方向發(fā)展、向智能化方向發(fā)展、向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展、面向并行工程的發(fā)展、面向先進(jìn)制造技術(shù)的CAD技術(shù)的發(fā)展、面向虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展。8、簡(jiǎn)要說明CAD/CAM系統(tǒng)支撐軟件的類型和功能。答：從功能上可將支撐軟件劃分為基本圖形資源與自動(dòng)繪圖、幾何造型、工程分析與計(jì)算、仿真與模擬、專用設(shè)備控制程序生成、集成與管理6大部分。基本圖形資源軟件是根據(jù)各種圖形標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范實(shí)現(xiàn)的軟件包，大多是供應(yīng)用程序調(diào)用的圖形子程序包或函數(shù)庫(kù)，支持不同專業(yè)的應(yīng)用圖形軟件開發(fā)，具有基本圖形元素繪制、圖形幾何運(yùn)算等功能；自動(dòng)繪圖軟件主要解決零件圖的詳細(xì)設(shè)計(jì)問題，輸出符合工程要求的零件圖或裝配圖，包括圖形變換、編輯、存儲(chǔ)、顯示控制以及人機(jī)交互、輸入/輸出設(shè)備驅(qū)動(dòng)等功能。幾何建模軟件為用戶提供一個(gè)完整、準(zhǔn)確地描述和顯示三維幾何形狀的方法和工具，具有消隱、著色、濃淡處理、實(shí)體參數(shù)計(jì)算、質(zhì)量特性計(jì)算等功能。工程計(jì)算與分析軟件的功能包括：基本物理機(jī)械量的計(jì)算、基本力學(xué)參數(shù)計(jì)算、有限元分析、產(chǎn)品裝配、公差分析、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析、動(dòng)力學(xué)分析、優(yōu)化算法等。仿真與模擬軟件的功能是利用模型分析系統(tǒng)的行為而不建立實(shí)際系統(tǒng)，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，實(shí)時(shí)、并行地模擬產(chǎn)品生產(chǎn)或各部分運(yùn)行的全過程，以預(yù)測(cè)產(chǎn)品的性能、產(chǎn)品的制造過程和產(chǎn)品的可制造性。專用設(shè)備控制程序的功能是針對(duì)不同類型、不同廠家的設(shè)備所用的控制方式、要求和數(shù)據(jù)各不相同的情況，生成相應(yīng)的設(shè)備控制程序。管理與集成軟件的功能是將不同功能的軟件模塊有機(jī)地連接到一起，形成一個(gè)完整的CAD/CAM系統(tǒng)，保證系統(tǒng)內(nèi)信息流暢通，并協(xié)調(diào)各子系統(tǒng)有效地運(yùn)行，以達(dá)到信息數(shù)據(jù)無縫傳輸、數(shù)據(jù)共享、資源共享、提高工作效率的目的。1、軟件工程的基本概念和重要意義。答：軟件工程是指導(dǎo)軟件開發(fā)和維護(hù)的工程類學(xué)科，是開發(fā)、運(yùn)行、維護(hù)和修改軟件的系統(tǒng)方法，即制定合理的工程原則，以最低的成本、最短的時(shí)間、最好的質(zhì)量開發(fā)出滿足用戶需求的軟件。軟件工程通過采用軟件生命周期模型，從時(shí)間的角度上將軟件開發(fā)和維護(hù)的整個(gè)周期進(jìn)行分解。通過規(guī)范各開發(fā)階段的文檔，從技術(shù)和管理兩個(gè)方面對(duì)開發(fā)過程進(jìn)行嚴(yán)格的審查，從而保證軟件的順利開發(fā)，保證軟件的質(zhì)量和可維護(hù)性。2、常用邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)的類型、特點(diǎn)。答：邏輯結(jié)構(gòu)包括線性結(jié)構(gòu)、樹形結(jié)構(gòu)和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；物理結(jié)構(gòu)包括順序存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和鏈接存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。線性結(jié)構(gòu)中結(jié)點(diǎn)按照它們之間的關(guān)系，可以排成一個(gè)序列，所表示的關(guān)系是一對(duì)一的。樹形結(jié)構(gòu)反映的關(guān)系是層次關(guān)系。樹形結(jié)構(gòu)所反映的關(guān)系是一對(duì)多的。網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)元素之間存在多對(duì)多的關(guān)系。順序存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)占用存貯單元少，簡(jiǎn)單易行，結(jié)構(gòu)緊湊。但數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)缺乏柔性，若要增刪數(shù)據(jù)，必須重新分配存儲(chǔ)單元，重新存入全部數(shù)據(jù)，因而不適合需要頻繁修改、補(bǔ)充、刪除數(shù)據(jù)的場(chǎng)合。鏈接存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)可獨(dú)立于邏輯結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)介質(zhì)上的順序不必與邏輯順序一致而仍能按邏輯要求來存取數(shù)據(jù)。3、簡(jiǎn)述文件的主要操作。答：文件的操作主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是查找，二是排序。查找是尋找關(guān)鍵字為某值的記錄，或從數(shù)組中尋找某個(gè)確定的數(shù)據(jù)。常用的查找方法有三種：順序查找法、折半查找法和分塊查找法。排序是對(duì)文件中記錄的關(guān)鍵字（或數(shù)組元素值）按遞增或遞減的順序重新排列。排序的方法很多，常用的有以下幾種：選擇排序、冒泡排序、插入排序、快速排序法、希爾排序法、合并排序法、堆陣排序法、基數(shù)排序法等。4、處理工程數(shù)據(jù)一般有哪幾種方法？各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？答：從總體上說，處理工程數(shù)據(jù)的方法有以下3種：程序化處理：特點(diǎn)是程序與數(shù)據(jù)結(jié)合在一起。缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)無法共享，增大程序的長(zhǎng)度。文件化處理：特點(diǎn)是數(shù)據(jù)與程序做了初步的分離，實(shí)現(xiàn)了有條件的數(shù)據(jù)共享，增強(qiáng)了數(shù)據(jù)管理的安全性，提高了數(shù)據(jù)系統(tǒng)的可維護(hù)性。缺點(diǎn)是文件只能表示事物而不能表示事物之間的聯(lián)系；文件較長(zhǎng)；數(shù)據(jù)與應(yīng)用程序之間仍有依賴關(guān)系；安全性和保密性差。數(shù)據(jù)庫(kù)管理：特點(diǎn)是數(shù)據(jù)共享；數(shù)據(jù)集中；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化，既表示了事物，又表示了事物之間的聯(lián)系；數(shù)據(jù)與應(yīng)用程序無關(guān)；安全性和保密性好。5、簡(jiǎn)述曲線擬合的理論基礎(chǔ)。答：曲線擬合的方法很多，最常用的是最小二乘法。設(shè)由實(shí)驗(yàn)得到或繪圖經(jīng)離散后得到m個(gè)點(diǎn)：(xi，yi)，i1，2，m。假設(shè)由這些點(diǎn)得到的擬合公式為y=f(x)，則每個(gè)節(jié)點(diǎn)處的偏差為：ei=f(xi)-yi，i1，2，m。將所有節(jié)點(diǎn)的偏差取平方值并求和，讓偏差平方和達(dá)到最小，因此稱為最小二乘法擬合。6、對(duì)下表所示的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分別用直線、拋物線插值法求解當(dāng)x=2.05時(shí)的y值。x2.592.402.332.212.092.001.881.801.721.01y1.881.81.71.681.621.591.531.491.441.36解：線性插值法構(gòu)造函數(shù)y=P(x)選取x1=2.09，x2=2.00，則y1=1.62，y2=1.59當(dāng)x=2.05時(shí)，拋物線插值法選取3個(gè)插值節(jié)點(diǎn)：(x1=2.21，y1=1.68)，(x2=2.09，y2=1.62)，(x3=2.00，y3=1.59)所以，插值公式為：7、采用最小二乘法對(duì)表中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多項(xiàng)式擬合，并繪制擬合曲線。解：采用線性方程擬合時(shí)求得的曲線方程為：y=0.924106+0.3419341x對(duì)數(shù)方程擬合時(shí)求得的曲線方程為：y=1.2513688+0.5363392lnx指數(shù)方程擬合時(shí)求得的曲線方程為：y=1.276592x0.3402815對(duì)數(shù)指數(shù)方程擬合時(shí)求得的曲線方程為：y=1.040708e0.2152673x二次方程擬合時(shí)代入數(shù)據(jù)得解方程得求得的曲線方程為：y=1.5490368-0.3995479x+0.2053018x2各曲線方程的x、y計(jì)算值比較如下表x表值y線性方程對(duì)數(shù)方程指數(shù)方程對(duì)數(shù)指數(shù)方程二次方程計(jì)算值差值計(jì)算值差值計(jì)算值差值計(jì)算值差值計(jì)算值差值2.592.402.332.212.092.001.881.801.721.011.881.81.71.681.621.591.531.491.441.361.811.741.721.681.641.611.571.541.511.270.070.060.020-0.02-0.02-0.04-0.05-0.070.091.761.721.711.681.651.621.591.571.541.260.120.08-0.010-0.03-0.03-0.06-0.08-0.1-0.11.761.721.701.671.641.621.581.561.541.280.120.0800.01-0.02-0.03-0.05-0.07-0.10.081.821.741.721.671.631.601.561.531.511.290.060.06-0.020.01-0.01-0.01-0.03-0.04-0.070.071.891.771.731.671.611.571.521.501.471.35-0.010.03-0.030.010.010.020.01-0.01-0.030.01偏差平方和S0.02680.05270.0460.02020.0037有差數(shù)組量9991010絕對(duì)最大差值0.090.120.120.070.03由上表可知，二次方程擬合時(shí)的偏差平方和S值最小，而且絕對(duì)最大差值也遠(yuǎn)小于其他方程的擬合，盡管二次方程擬合時(shí)有差值的數(shù)據(jù)組數(shù)并非最少，但綜合考慮，仍可選擇二次方程為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的擬合公式。各種擬合方程的擬合曲線如下所示：線性方程擬合：對(duì)數(shù)方程擬合：指數(shù)方程擬合：對(duì)數(shù)指數(shù)方程擬合：二次方程擬合：8、何謂數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型？各種模型有哪些特點(diǎn)？答：數(shù)據(jù)模型是指數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)部數(shù)據(jù)的組織方式，描述了數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系、數(shù)據(jù)的操作以及語(yǔ)義約束規(guī)則，是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化的表現(xiàn)。其實(shí)質(zhì)是一組向用戶提供的規(guī)則，這組規(guī)則規(guī)定了數(shù)據(jù)如何組織在一起，以及相應(yīng)地允許進(jìn)行何種操作?，F(xiàn)行數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中，常用的數(shù)據(jù)模型有三種：層次模型：只有一個(gè)根結(jié)點(diǎn)；根結(jié)點(diǎn)以外的其它節(jié)點(diǎn)有且僅有一個(gè)父結(jié)點(diǎn)。網(wǎng)狀模型：它體現(xiàn)了多對(duì)多的關(guān)系。取消層次模型中的兩個(gè)限制條件便形成了網(wǎng)狀模型。關(guān)系模型：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)獨(dú)立性高，具有直觀、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。9、簡(jiǎn)述工程數(shù)據(jù)庫(kù)的概念。答：所謂工程數(shù)據(jù)庫(kù)，是指能滿足人們?cè)诠こ袒顒?dòng)中對(duì)數(shù)據(jù)處理要求的數(shù)據(jù)庫(kù)。理想的CAD/CAM系統(tǒng)，應(yīng)該是在操作系統(tǒng)支持下，以圖形功能為基礎(chǔ)，以工程數(shù)據(jù)庫(kù)為核心的集成系統(tǒng)，從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工程分析直到制造過程中所產(chǎn)生的全部數(shù)據(jù)都應(yīng)維護(hù)在同一個(gè)工程數(shù)據(jù)庫(kù)環(huán)境中。1、分析圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)化的意義。答：圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)是一組通用的、獨(dú)立于設(shè)備的、由標(biāo)準(zhǔn)化組織發(fā)布實(shí)施的圖形系統(tǒng)軟件包，它提供圖形描述、應(yīng)用程序和圖形輸入輸出接口等功能，使應(yīng)用軟件更易于在各系統(tǒng)間實(shí)現(xiàn)資源共享、CAD/CAM系統(tǒng)的集成更易于實(shí)現(xiàn)。2、圖形軟件的常用標(biāo)準(zhǔn)有哪些？ 答：圖形軟件標(biāo)準(zhǔn)按其功能及在系統(tǒng)中的地位，可分為以下3個(gè)層次：1、CAD系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，包括IGES初始圖形交換規(guī)范、STEP產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)和DXF文件；2、圖形系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，包括GKS圖形核心系統(tǒng)和PHIGS程序員層次交互圖形系統(tǒng)；3、圖形子功能程序和圖形輸入輸出裝置之間接口標(biāo)準(zhǔn)，包括CGM計(jì)算機(jī)圖形元文件編碼和CGI計(jì)算機(jī)圖形接口編碼。3、試述窗口和視區(qū)的概念及變換原理。答：窗口是在用戶坐標(biāo)系中進(jìn)行觀察和處理的一個(gè)坐標(biāo)區(qū)域。視區(qū)是在圖形輸出設(shè)備上用來復(fù)制窗口內(nèi)容的矩形區(qū)域。變換原理為：設(shè)窗口的左下角點(diǎn)坐標(biāo)為(Xwl，Ywb)，右上角點(diǎn)坐標(biāo)(Xwr，Ywt)；在設(shè)備坐標(biāo)系中定義的視區(qū)為：左下角點(diǎn)坐標(biāo)為(Xvl，Yvb)，右上角點(diǎn)坐標(biāo)(Xvr，Yvt)。窗口-視區(qū)變換要求在保持一定比例關(guān)系的前提下，把窗口中的點(diǎn)W(Xw，Yw)映射到視區(qū)中的點(diǎn)V(Xv，Yv)，即保持點(diǎn)在閉合矩形中的相對(duì)位置不變。4、以下敘述中正確的是（A）A、窗口大小不變化，當(dāng)視區(qū)增大時(shí)，圖形放大B、窗口大小不變化，當(dāng)視區(qū)減小時(shí)，圖形放大C、視區(qū)大小不變化，當(dāng)窗口增大時(shí)，圖形放大D、窗口大小不變化，當(dāng)視區(qū)增大時(shí)，圖形不變5、利用圖形變換矩陣，可以使圖形產(chǎn)生（A、B、C、D、E）A、比例變換 B、對(duì)稱變換 C、旋轉(zhuǎn)變換 D、錯(cuò)切變換 E、平移變換6、什么是復(fù)合變換？如何實(shí)現(xiàn)復(fù)合變換？答：由兩種及兩種以上的基本變換組合而成的變換稱為復(fù)合變換。復(fù)合變換的原理及步驟：首先將任意點(diǎn)平移向坐標(biāo)原點(diǎn)或任意線平移和旋轉(zhuǎn)與X或Y軸重合；再將圖形作基本變換，最后反向移回任意點(diǎn)或?qū)⑷我饩€移回原位。7、已知圖形變換矩陣為：，請(qǐng)說出其變換過程。答：該變換過程為：先將圖形順時(shí)針旋轉(zhuǎn)30，然后將圖形沿x正向軸平移2，沿y軸正向平移3。8、已知ABC各頂點(diǎn)的坐標(biāo)分別為：A（20，15）、B（20，40）、C（40，30），分別進(jìn)行下列變換：(1) 使長(zhǎng)度方向（x方向）縮小一半，高度方向（y方向）增加一倍；(2) 使整個(gè)三角形放大為原來的1.5倍。解：(1)三角形的齊次矩陣表達(dá)式為：變換矩陣為：變換后的圖形的齊次矩陣表達(dá)式為：變換前和變換后的圖形如下左圖所示。(2) 三角形的齊次矩陣表達(dá)式為：變換矩陣為：變換后的圖形的齊次矩陣表達(dá)式為：變換前和變換后的圖形如下右圖所示。 9、已知四邊形ABCD各頂點(diǎn)的坐標(biāo)分別為A（9，9）、B（30，9）、C（30，24）、D（9，24），試用齊次變換矩陣對(duì)其進(jìn)行下列變換，并畫出變換前后的圖形。(1) 沿x方向平移10，沿y方向平移20，再繞坐標(biāo)原點(diǎn)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90；(2) 繞坐標(biāo)原點(diǎn)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90，再沿x方向平移10，沿y方向平移20。解：(1) 四邊形的齊次矩陣表達(dá)式為：變換矩陣為：變換后的圖形的齊次矩陣表達(dá)式為：變換前和變換后的圖形如下左圖所示。(2) 四邊形的齊次矩陣表達(dá)式為：變換矩陣為：變換后的圖形的齊次矩陣表達(dá)式為：變換前和變換后的圖形如下右圖所示。 10、將上題中的四邊形繞點(diǎn)P（12，35）逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)60，試求變換結(jié)果。解：四邊形的齊次矩陣表達(dá)式為：用三種變換復(fù)合而成：1)將旋轉(zhuǎn)中心移到原點(diǎn)（平移）；2)按要求的角度方向旋轉(zhuǎn)（旋轉(zhuǎn)）；3)將旋轉(zhuǎn)后的圖形平移到原來的旋轉(zhuǎn)中心（平移）變換矩陣為：變換后的圖形的齊次矩陣表達(dá)式為：變換前和變換后的圖形如下圖所示：11、已知正方體的棱邊長(zhǎng)為60，其中一個(gè)頂點(diǎn)在坐標(biāo)原點(diǎn)，且正方體位于第一掛角內(nèi)，將其沿x方向平移10，沿y方向平移20，沿z方向平移15，試用齊次變換矩陣求變換結(jié)果。解：該正方體的齊次坐標(biāo)表達(dá)式為：變換矩陣為：變換后的圖形的齊次矩陣表達(dá)式為：12、計(jì)算機(jī)繪圖中如何產(chǎn)生三視圖？寫出各視圖的變換矩陣。答：取V面（XOZ平面）上的投影為主視圖，投影的結(jié)果是Y坐標(biāo)為0，變換矩陣為：俯視圖變換的過程是：先將物體向H面作正投影，即令z=0，然后使水平投影面按右手系繞X軸旋轉(zhuǎn)-90，使其與正面投影面共面，最后讓圖形沿負(fù)Z軸平移一段距離n（n>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（可見部分）和窗口外的部分（不可見部分），尤其是與窗口邊界相交的那些圖形。區(qū)分可見與不可見圖形部分的過程稱為裁剪。