数字化设计与制造苏春版课后答案.docx

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数字化设计与制造苏春版课后答案

《数字化设计与制造》

第一章数字化设计与制造技术引论

1、数字化开发技术包含哪些核心技术。

以CAD、CAE、CAPP、CAM为基础、为核心

2.产品数字化开发的主要环节。

3.数字化设计、数字化制造、数字化仿真的内涵。

数字化设计与制造涵盖：

数字化设计（DD）

CAD：

概念化设计、几何造形、工程图生成及相关文档

CAE：

有限元分析（FEM）、优化设计

DS：

虚拟装配、运动学仿真、外观效果渲染等等

数字化制造（DM）

CAPP：

毛坏设计、加工方法选择、工艺路线制定、工序设计、刀夹具设计

CAM：

NC图形辅助编程（GNC）、加工仿真检验

数字化制造资源管理（MPR、ERP）

数字化设计与制造数字信息集成管理（PDM、CIMS、PLM）

4.产品的数字化开发技术与传统的产品开发技术相比，有哪些区别，有哪些优点？

产品的市场竞争：

Ø产品的的复杂性不断增加（功能综合）

Ø产品的生命周期不断缩短,开发周期短

Ø产品的设计风险增加

Ø社会环境对产品的影响

现代好产品的标志:

TQCSE（T时间更短Q质量更好C成本更低S服务质量更好E更环保）

5、与传统的产品设计与制造方法相比，数字化设计与制造方法有哪些优点？

提高设计效率，改进设计质量，降低产品的开发成本、缩短开发周期，改善信息管理，提高企业的竞争力

第三章数字化设计与制造系统的组成

1.数字化设计与数字化制造技术大致经历了哪些发展阶段？

有哪些发展趋势

准备及酝酿阶段（20世纪50年代）：

出现数控机床；为数控机床开发自动编程工具语言APT

2D时代（20世纪60年代）：

计算机辅助绘图，提高绘图质量和效率；方便图纸管理；平面分析计算

CAD/CAM一体化（20世纪70-80年代）：

3D建模统一数字模型；CAE广泛应用；CAD、CAM通过；无图纸生产；数字信息交换接口

数字信息集成管理（90年代开始）：

产品信息、数据集成管理PDM，智能化，分布式网络化，CIMS，PLM

数字化设计与制造技术的发展趋势：

利用基于网络的CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM集成技术,以实现全数字化设计与制造

CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM技术与ERP、SCM、CRM结合，形成企业信息化的总体构架

通过Internet、Intranet及Extranet将企业的各种业务流程集成管理

虚拟工厂、虚拟制造、动态企业联盟、敏捷制造、网络制造以及制造全球化

2、数字化设计与制造系统的支撑软件组成。

）支撑软件

Ø　图形处理软件二维图形的生成、编辑、修改、尺寸标注和图形的输入输出

Ø　几何造型软件：

线框、曲面、实体（特征）模型的造形设计、编辑

Ø　数据库管理系统：

存储系统指定数据，保证数据的完整、有效、安全、共享性，并便于修改扩充

支撑软件一般有商品软件，有集成型和单功能型二种：

集成型：

Pro/EUGI-DEASCATIACAX’A

单功能型：

AutoCADAnsysMasterCAMORACLE

3、数字化设计与制造系统的系统软件组成

CAD/CAM常用的操作系统：

1）unix+X-windows（常用于大、中、小型机或图形工作站）

2）MS-windows（常用于单用户系统）

3）windowsNTLinux（常用于网络系统）

）系统软件

Ø操作系统：

存储器管理、CPU管理、I/O管理、文件系统及数据库管理

Ø编译系统、语言处理系统：

支持用户开发应用软件；常用开发工具：

汇编语音、VB、VC++、C++、Fortran

Ø诊断系统：

对系统的软硬件进行诊断维护

4、数字化设计与制造系统的主要硬件。

硬件：

计算机、输入、输出设备和数据交换通信接口

5、工程数据库管理系统的基本功能

6、数字化设计与制造系统的软件应具备的功能

大型集成支撑软件的功能：

1）建模功能：

2D建模、3D建模、特征建模

2）分析与优化设计：

FE分析；机械运动学分析；动力学运动分析；装配检验

3）数控编程功能：

模具设计；GNC；后置处理

4）数据管理功能：

工程数据管理；模型数据交换接口

5）提供专用功能开发环境

7、企业在数字化设计与制造系统配置中应考虑哪些问题？

软件系统选型需考虑的因素：

（1）系统的性能价格比

（2）系统的开放性（3）系统的扩展能力（4）可靠性和维护性（5）第三方软件的支持（6）供应商的经营状况发展趋势

数字化设计与制造系统选型：

（1）需求分析

（2）性能分析（3）编写需求建议书

8、协同工作环境在数字化设计与制造系统的作用

第四章产品数字化造型技术

1.什么产品造型技术?

经历哪几个发展阶段?

产品数字化造型技术概述

◆产品造型也称产品建模，即建立产品的数字模型

◆根据需要，可建立产品的线框、曲面、实体或特征数字模型

◆产品的数字化建模一般在建模功能软件的界面上逐步建立完成的

◆不同的建模软件的建模方法是不尽相同的，提供的用户界面也不同，数字模型的表达也不相同

◆产品数字化模型是产品开发的基础、核心

2.描述几何形体的几何元素有哪些种类？

基本几何元素:

点、边、面、环、体、壳…

3.线框、曲面、实体和特征造型各有哪些特点?

线框造型——线框模型（FrameModel）

1、线框模型是用边和点来描述和表达物体的

2、由于线框模型所需的信息少，数据结构简单，对硬件要求不高，显示响应速度快，是早期或简单系统的建模方式。

3、由于线框模型没有面的概念，故无法进行消隐，使模型出现位置多义性和形状的多义性；线框模型是含信息最少最简单的三维几何模型。

现在研究热点：

线框模型自动转换为三维实体模型

曲面造型——表面模型（SurfaceModel）

（1）表面模型是用物体的表面来表达物体的；

（2）曲面建模方法适合于表曲面不能用简单的数学模型表达的物体的述。

复杂曲面表达方法：

通过离散点来构造过这些点或逼近这些点的光滑过渡曲面。

常用方法：

贝赛尔（Bezier）曲线、曲面；B样条曲线、曲面；孔斯（Coons）曲线、曲面；非均匀有理B样条（NURBS）曲线、曲面

（3）表面模型包含物体形状的较多信息，但不能直接得到物体的物理特性（质量、转动惯量。

。

。

）

（4）由表面模型较容易得到物体的实体体模型

实体建模——实体模型（SolidModel）

实体模型是利用一些基本体素，通过集合运算（布尔运算）表达物体的

（1）基本体素：

1）长方体、圆柱体、球体、锥体、圆环体等等2）平面扫描体3）整体扫描体

（2）布尔运算（集合运算Boolean）：

1）并（join）“U”2）交（and）“∩”3）差（cut）“\”

三维实体表示方法

1）边界表示法：

体通过面表达、面通过边表达、边通过点表达、点通过三个坐标表达

采用这种方法有：

CATIA、EUCLID等等

优点：

表达信信息全面、修改容易。

缺点：

信息量大且有冗余。

2）构造立体几何法：

由基本体素，通过布尔运算来表示实体

优点：

表达方便、直观，数据结构简单。

缺点：

对复杂表面的物体难于表达。

3）混合模式：

这即是1）与2）的混合表达模式，这种方法是现代造型CAD/CAM软件常用的方法

还应指出：

现休的大型造型软件都含有这几种几何建模方法，在使用时，可视需要选用合适的建模方法。

特征造型的特点：

1）特征造型有利于完整表达产品的技术及生产管理信息

2）特征造型有利于体现产品的设计意图,产品的数字模型更易理解

3）特征造型有利于后续如分析、工艺设计、加工、检验工作

4）特征造型有利于产品设计和工艺方法的规范化、标准化

5）特征造型有利于产品的智能化设计和制造

4.曲面造型与实体造型各有哪些方法？

几种曲面生成法（常用CAD/CAM软件）：

1）线性拉伸面2）直纹面3）旋转面4）扫描面5）蒙皮面

5.产品结构模型及其功能。

6.数字化设计软件中的关键技术与研究热点分别有哪些？

数字化设计软件中的关键技术

参数化设计：

能有效提高模型生成及修改的速度，对于形状或功能相似的产品设计更是具有重要意义。

对于装配体的修改也很方便。

智能化设计：

智能化是产品数字化设计的目标。

但目前智能化水平还不能满足设计的需要。

目前的自动捕捉关键点、自动标注尺寸及公差，自动生成材料吸细表，装配体的相关部件自动修改等都是智能化的体现。

基于特征设计：

特征设计能更好应产品设计的加工工艺信息和工程特征信息。

单一数据库与相关性设计：

产品模型的全部信息来自同一个数据库。

这样可以保证任何改动，都及时反映到设计过程的其它相关的环节上，从面实现相关设计，有利于减少设计中的差错，缩短开发周期。

NURBS几何造型技术：

NURBS—非均匀有理B样条曲线是一种精确表示形体几何信息的方法。

它采用统一的数学形式表示曲线、曲面以及精确的二次曲线、曲面，从而简化系统的管理，提高了曲面的构造成能力和编辑能力。

数字化设计软件与其它开发、管理系统集成：

1）数字化设计软件与数字化仿真、数字化制造、数字化管理软件模块集成，为企业提供了一体化解决方案。

2）将数字化造成型和设计技术的算法、功能模块及系统，以专用芯片的形式加以固化，以提高设计效率。

3）基于网络环境，实现异地、异构系统的企业产品集成化设计。

标准化：

标准化技术从根本上解决异构系统间的数据信息的交换问题。

国际规定了STEP标准。

数字化设计软件中的研究热点：

计算机辅助概念设计、计算机支持的协同设计、海量信息的存储、管理和检索；支持设计创新；与虚拟现实技术集成；计算机安全。

7.什么是产品数据？

常用的产品数据交换标准有哪些？

各有什么优缺点？

产品数据:

是指产品数字模型的全部信息。

常用产品数据交换标准：

初始图形转换规范（IGES）：

IGES的缺点：

1）由于IGES规定描述的实体不够，无法描述产品数据模型的全部信息，某些数据会丢失。

2）不能转换属性信息。

3）层的信息经常丢失。

4）不能将两个零部件的信息存放到一个文件中。

5）IGES产生的数据量较大，使得许多CAX系统难以处理。

6）IGES产生的过程中发生的错误难以确定，常需要人工处理IGES文件。

产品模型数据交换标准（STEP）：

为克服产品数字模型数据信息交换问题，国际标准化组织（ISO）提出了产品模型数据交换标准，简称STEP标准。

STEP的概念模型

由于STEP标准着眼于未来，定义十分详细。

STEP标准中产品模型数据信息分为三层，共7种类别。

三层：

应用层、逻辑层、物理层

七类：

描述方法、通信集成资源、应用集成资源、应用协议、实现方法、一致性测试、抽象测试集

DXF：

DXF是AutoCAD软件支持的中间文件格式。

DXF文件采用ASCⅡ码格式，

第五章数字化仿真技术

1.什么是仿真？

仿真有哪些类型？

计算机仿真是在计算机内建立实际系统的计算机数字模型，通过仿真软件驱动实际系统的计算机数字模型运行工作，进行观察和考核实验。

数字化仿真分类:

按仿真的模型不同，分为物理仿真、数学仿真、物理-数学仿真

2.数字化仿真在产品开发中的作用?

举例说明

仿真技术在产品研制中的应用:

概念化设计：

对设计方案进行技术、经济分析及可行性研究，选择合理设计方案

设计建模：

建立系统及零部件模型，判断产品外形、质地及物理特性是否满意

设计分析：

分析产品及系统的强度、刚度、振动、噪声、可靠性等性能指标

设计优化：

调整系结构及参数，实现系统特定性能或综全性能的优化

制造：

刀具加工轨迹、可装配性仿真、及早发现加工、装配中可能存在的问题

样机试验:

系统动力学\运动学及运行性能仿真，虚拟样机试验，以确认