计算机辅助设与制造复习试题库完整文档格式.docx

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B．缩短了新产品开发的生命周期，提高了新产品的质量，减少了新产品开发的成本，使企业更具备竞争力；

计算机辅助设计与制造技术的主要内容有哪些？

A、计算机辅助设计——CAD（包括二维/三维CAD和KBE、并行协同设计）；

b、计算机辅助工艺设计——CAPP（装配工艺、机加工艺、热加工工艺、特种加工工艺、数控加工工艺等）；

c、计算机辅助工程——CAE/CAT（整机和零部件的性能仿真分析和仿真试验）；

d、计算机辅助制造——CAM（有广义和狭义之分，广义——凡是采用计算机进行辅助制造的都叫CAM；

狭义——主要指数控加工）；

e、逆向工程技术——RE（又叫反求设计），属于CAD技术的范畴；

f、激光快速原型制造——RP；

g、数字样机——DMU（DigitalMockup）；

h、计算机辅助生产工程——CAPE（又叫数字化工厂）；

i、产品数据管理（PDM）和产品生命周期管理（PLM）在产品生命周期中所用的CAX技术：

见课本P348

在产品生命周期各阶段各需要哪些计算机辅助设计与制造技术？

产品生命周期各阶段各需的技术：

1产品设计业务流程再造与流程管理技术：

CAX/DFX/PDM技术；

②产品策划阶段的数字化技术：

用于市场预测的虚拟现实技术（如动画仿真）、QFD用户需求转换技术、技术经济分析技术、新产品概念评价技术等；

③产品概念设计阶段的数字化技术：

CAID、CAE、KBE、CAM、DMU可视化协同设计工具和PDM技术等；

④产品工程化设计阶段的数字化技术：

CAD/CAE、CAT、DFX、逆向工程技术、快速原型技术、KBE、CBD、基于GT的相似设计、PDM、供应商信息管理等；

⑤产品设计阶段的工艺验证数字化技术：

GT、工艺工程数字仿真、制造资源数据库、工艺知识库、工艺决策支持系统、工艺技术信息管理等；

⑥部件及样机试制阶段的数字化技术：

数控加工技术、数控加工过程仿真、快速原型制造技术等；

⑦产品销售中的数字化技术：

远程故障诊断、可视化拆装显示技术、电子维修手册、客户关系管理技术等。

什么叫产品数字化设计与管理技术？

它主要由哪些单元技术组成？

对制造业新产品开发有何作用？

产品数字化设计与管理技术是以现代设计方法学,各专业领域知识和信息技术为核心的一系列技术学科的总和。

它主要包含的单元技术有：

计算机辅助设计，计算机辅助制造，计算机辅助工程分析与数字仿真技术，虚拟测试技术，新产品开发业务流程再造与协同控制，质量功能配置，产品数据管理技术，逆向工程与快速原型技术等。

新产品数字化设计与管理技术的学科结构由4层组成：

底层为现代信息技术和传统的设计/工艺技术；

第二层为利用现代管理技术和信息技术对传统产品设计业务流程的再造技术（BPR）和面向网络化协同的产品数据管理技术（PDM）；

第三层为贯穿于产品设计各阶段的全体数字化技术；

第四层为新产品设计的各个应用领域及专门技术。

作用：

有效的缩短新产品开发周期和上市时间，降低产品成本，提高产品开发质量和效率，使企业具备竞争力。

什么叫产品生命周期？

它是怎样形成的？

以一个你所熟悉的产品为例说明产品生命周期管理的构成和特点？

产品生命周期是任何一种产品从它进入市场为用户所接受，到退出市场被用户所冷落，一般都要经过产品策划－设计制造－产品推出－迅速增长－饱和－衰退－退出市场的几个阶段。

PLM是在PDM的基础上，为满足全球化、网络化产品生命周期管理的要求，向传统PDM管理的前端——顾客需求管理和向生产/制造/销售/售后服务等后端延伸而构成的一整套管理方法和技术。

PLM的基础是目前的CAD、CAE、CAM、PDM、数字样机、ERP、供应链管理（SCM）、客户关系管理（CRM）和知识库等信息平台。

PLM的管理思想是从新产品的战略策划开始，就将与产品有关的功能、性能、外观特征、质量、成本、顾客群、销售价格、生产规模、产品投放时机、市场占有量维护、差异化竞争优势的保持等一系列问题进行统一的考虑，详细计划、分阶段控制实施，使各种有限的资源发挥出最大的效益。

形成：

（1）是电子商务的产生和快速发展的必然结果；

（2）是制造业的迫切需求；

（3）internet时代协同产品商务解决方案。

再抄P342页勾的。

产品生命周期管理包括：

①需求管理、②项目管理、③产品创新开发、④质量管理、⑤数据管理、⑥资源管理、⑦变更管理、⑧价值链管理、⑨协同与集成、⑩实施方法、⑾安全保密管理；

产品生命周期管理的特点;

通过一致的数据访问模型将不同商业和工程应用集成，使PLM用户得以协同的工作。

PLM的信息体系结构支持产品整个生命周期所有活动的协同，协同的数据处理使商业应用和资源信息前后贯穿，消除产品活动中产生的各种数据形成的信息“孤岛”。

例如：

我们利用PLM的思想从产品的应用系统中将产品所使用的金属材料的重量信息提取到需要该信息的其他应用系统（如产品成本核算、产品包装、包装、原材料采购等）。

在CAD三维建模技术中，正向设计和和逆向工程有什么异同？

它们各应用在哪些产品和零部件的设计中？

逆向工程技术主要应用与引进技术的消化吸收和从油泥模型、木模型等获取三维数据；

正向设计是对已有的工程二维图或待开发的三维实体进行三维设计。

逆向工程主要应用在进口汽车零部件、进口工装模具等产品中；

正向设计则主要应用在自主创新的产品设计中。

何为产品数字化设计与制造技术？

它与传统的产品设计制造技术有何不同，产品数字化设计制造技术对产品创新设计有何意义？

产品数字化设计和制造技术是建立在计算机辅助设计CAD和计算机辅助制造CAM基础上对产品用计算机设计和制造的技术。

与传统产品设计制造的区别是，其可在数字状态下进行仿真分析，然后再对原设计重新进行组合或改进，故只需制作少量的自重实物模型就可能使产品开发获得一次成功。

对产品创新设计的意义：

可根据设计对象和任务的不同，以及设计各阶段的特点，采用某些相适应的有效的方法和技术，去解决整个产品设计中的总体和个体问题。

CAD技术主要解决产品及零部件设计的什么问题？

三维CAD和二维CAD的设计步骤有何异同？

在下列图A—图F的三维模型中，各采用了哪些三维建模技术来完成这些零部件的设计？

（20分）

CAD能解决的问题——计算机辅助设计：

采用计算机硬软件系统进行零部件及整机的设计（可以是二维设计，也可以是三维设计），在计算机上更有效地帮助人们完成产品的几何结构、装配、公差、尺寸检查、机构分析、造型、包装等设计任务。

主要功能：

几何建模、装配设计、绘图、公差设计、装配仿真、任意剖切、干涉检查、鈑金设计、管路设计、线束设计、工业设计、工装/模具设计、KBE工具、数据管理、权限管理、BOM接口、数据接口（DFX、IGES、STEP等）、二次开发工具等。

三维CAD和二位CAD的设计步骤的异同点：

不同点：

在二维CAD设计中一般将产品和工程设计图纸看成是“点、线、圆、弧、文本……”等几何元素的集合，将表达的任何设计都变成了几何图形，所依赖的数学模型是几何模型；

而三维CAD设计中是将其实际形状表示成为三维的模型，模型中包括了产品几何结构的有关点、线、面、体的各种信息，更多地关注产品的实际结构；

相同点：

都是通过计算机发挥其分析计算和存储信息的能力，完成信息管理、绘图、模拟、优化和其他数值分析任务，都要建立完备的产品设计数据库，建立完备的应用程序库，建立多功能交互式图形程序库。

各图使用的三维建模技术：

A图：

数字样机的三维曲面几何建模（A级曲面）；

B图：

数字样机的三维曲面几何建模（B级曲面）；

C图：

数字样机设计中的实体建模技术与应用，实体建模由柱、锥、球、台、环等基本体素，通过并、交、叉等布尔运算而得到所需的零件实体模型；

D图：

数字化主模型建模中的汽车内覆盖件主模型设计结果，前壁板主模型的三维线框，某新车型前壁板B级曲面的三维设计结果；

E图：

凸轮轴座实体结构，实体阵列的建模方法；

F图：

装配模型；

（仿真模型？

）

如图1所示的是几个机械零件的三维几何模型，它们的几何建模是由哪些基

本三维建模功能完成的，并说明这些三维建模功能的特点，以及它们在机械产品设计中的主要用途。

图1几种机械零件的典型三维建模实例

车身外覆盖件，车身内覆盖件采用的是曲面建模；

箱体类零件采用的是实体建模；

车身覆盖件和轮胎采用的是三维线框建模；

缸盖凸轮轴座、缸盖进气管零件采用的是特征建模；

这三种建模方式的特点及主要用途：

三维线框建模：

①数据结构简单，②表达物体轮廓信息清晰，③占用内存和CPU计算时间少，④交互功能强；

主要用于：

草图绘制、结构方案设计；

曲面建模：

复杂物体表面的设计，如汽车机身、飞机机身、流体机械的片等呈流线型的自由曲面；

特点：

实体建模：

CAE技术能解决新产品设计中的哪些问题？

（180页）

固体力学中的位移场和应力场分析、电磁学中的电磁场分析、振动特性分析、传热学中的流场分析等

CAE的解题步骤是什么？

（183页）

前处理部分：

实体模型的创建，定义单元属性，划分有限元网格，模型修正和更改

有限元解算部分：

有限元解算由载荷施加和有限元方程求解

后处理部分：

基本数据（如结构分析中节点位移）和导出数据（如结构分析中单元的应力、应变）

当我们设计完一个齿轮的三维几何模型后，如果要分析该齿轮是否具有足够的机械强度和刚度，请从齿轮传动的受力和运动特点，解释CAE方法的应用过程。

（184，201页）（20分）

第五章PPT总结

CAE的基本原理是什么？

机械产品或零部件设计中常用的CAE软件有那些主要的功能？

CAE：

主要是指用计算机对工程和产品进行性能和安全可靠性分析和优化；

对产品未来的工作状态和运行行为进行模拟，及早发现设计缺陷，并证实未来工程、产品功能和性能的可用性与可靠性。

能够解决的问题有：

1、结构静力分析，2、结构动力分析，热分析及热应力分析，4、电磁场分析，5、流体动力学分析，6、多刚体/多体动力学力学和运动分析。

CAE可以对零部件的刚度、强度和模态等进行分析，也可对整机的工作原理仿真和性能评估分析，现在已有专业化的CAE分析评估系统，例如汽车产品开发中的发动机燃烧分析，NVH分析、悬架分析、整车和动力响应分析，冷却系统的流场、温度场和应力场的耦合作用分析等等。

CAE解题步骤：

前处理、求解、后处理；

齿轮传动的受力特点：

单个齿轮逐渐进入啮合，然后逐渐退出啮合区，齿轮传动时，受力总体上出现周期性，由于齿轮、轴、支承等的制造误差、安装误差以及在载荷作用下的变形等因素的影响，齿轮沿齿宽方向的作用力非均匀分布，存在着载荷局部集中现象。

此外由于原动机与工作机的载荷变化，以及齿轮传动的各种误差所引起的传动不平稳等，都将引起附加载荷。

首先建立齿轮集合模型，然后定义齿轮的有限元网格模型，第三步定义单元属性，第四步加载，由于齿轮传动的受力特点载荷比较复杂需要根据啮合的周期性和齿宽方向受力的不均匀性加载。

如何分析结构的强度和刚度：

计算出零部件在静载作用下任意一点的位移、应力和应变，找出零部件最大位移和应力位置，评价零部件的刚度和强度，得出零部件肯承受的最大载荷。

CAE的基本原理：

有限元法的基础是变分原理和加权余量法，其基本求解思想是把