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
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