机械CADCAM基础习题解答

1、简述CAD/CAM集成的基本概念。

答：集成是指将基于信息技术的资源及应用聚集成一个协同工作的整体，集成包含功能交互、信息共享以及数据通信三个方面的管理与控制。

1、定义术言“有限元”。

答：有限元法是用有限数量的单元将作为分析对象的结构连续体进行网格离散化，并通过这些单元的位移、应变和应力的近似求解来分析结构连续体的整体位移、应变和应力的一种数值方法。

2、如何理解有限元法中的“离散”概念？

答：有限元法是基于固体流动的变分原理，以数学上平衡微分方程、几何上变形协调方程和物理上的本构方程作为基本的理论方程，结合圣维南原理和虚位移原理作为解决问题的手段，通过求解离散单元在给定边界条件、载荷和材料特性下所形成的线形或非线形微分方程组，从而得到结构连续体的位移、应力、应变和内力等的结果。其描述的准确性依赖于单元细分的程度(即几何相似性)、载荷的真实性、材料力学参数的可信度、边界条件处理的正确程度(即力学相似性)等。简言之，有限元法就是一个基于下列基本假设上的“化整为零”的分析方法和“积零为整”的研究方法。

3、列出有限元法的5种优点。

答：连续性、均匀性、同向性、线弹性和小变形。

4、列举和简要说明有限元法的一般步骤。

答：有限元法求解问题的基本步骤为：1、问题及求解域定义；2、求解域离散化；3、确定状态变量及控制方法；4、单元推导；5、总装求解；6、联立方程组求解和结果解释。

6、如何理解优化设计方法与传统设计方法的异同点，以及优化设计方法较传统设计方法有何优势。

答：传统设计所遵循的“原始方案→计算和校核→调整方案→再计算和校核→…”的设计流程，是以牺牲设计效率和质量为代价的相对繁琐和耗时的设计方法，随着设计越来越系统化，设计规模越来越大型化，该方法已经越来越不能满足设计的时效和精度要求。代之而起的优化设计方法则采用数学方法和计算机的“自动探索”，来代替传统设计所遵循的设计流程。

17、建立系统模型的意义何在？模型建立的一般步骤是什么？

答：我们所面对的系统大多数并不具备真实试验的可行性，这时就需要按照实际系统建立出系统相关抽象的模拟模型即系统模型并对之进行研究，然后依据这个系统模型的分析结果来推断实际系统的各种可能的工作状况。这里为保证一定的系统模拟精度，实际系统和相应的系统模型就必须要具有一定的相似性和同形性。

模型建立的一般步骤是：1)理解系统的功能原理并提出所建模型的目的和要求；2)分清系统的主、次要要素及各种因果关系；3)用数学符号表示要素及各种因果关系的定义；4)其他可以定量描述的相关内容的补充及数学描述；5)联立以上各种结构的数学关系，构成系统的数学模型；6)实验研究并就其结果判断模型符合真实系统的程度；7)根据模型符合真实系统的程度对模型作必要的修改。

当然，数学模型的一般构造步骤也可以认为仅包括上述的第1)~5)步，而第6)和7)步，将是计算机仿真的有关内容。

1、举例说明CAD/CAM中建模的概念及其过程。

答：当人们看到三维客观世界中的事物时，对其有个认识，将这种认识描述到计算机内部，让计算机理解，这个过程称为建模。在CAD／CAM中，建模的步骤：首先对物体进行抽象，得到一种想象中的模型；然后将这种想象模型以一定格式转换成符号或算法表示的形式，形成信息模型，该模型表示了物体的信息类型和逻辑关系；最后形成计算机内部的数字化存储模型。通过这种方法定义和描述的模型，必须是完整的、简明的、通用的和唯一的，并且能够从模型上提取设计、制造过程中需要的全部信息。因此，建模过程实质就是一个描述、处理、存储、表达现实物体及其属性的过程。

2、什么是几何建模技术？几何建模技术为什么必须同时给出几何信息和拓扑信息？

答：所谓的几何建模就是以计算机能够理解的方式，对几何实体进行确切的定义，赋予一定的数学描述，再以一定的数据结构形式对所定义的几何实体加以描述，从而在计算机内部构造一个实体的几何模型。通过这种方法定义、描述的几何实体必须是完整的、唯一的，而且能够从计算机内部的模型上提取该实体生成过程中的全部信息，或者能够通过系统的计算分析自动生成某些信息。

几何信息是指构成三维形体的各几何元素在欧氏空间中的位置和大小，它可以用具体数学表达式来进行定量描述。拓扑是研究图形在形变与伸缩下保持空间性质不变的一个数学分支。拓扑不管物体的大小，只管图形内的相对位置关系。拓扑信息反映三维形体中各几何元素的数量及其相互间连接关系。各种几何元素相互间的关系构成了形体的拓扑信息。如果拓扑信息不同，即使几何信息相同，最终构造的实体可能完全不同。

3、试分析三维几何建模的类型及其应用范围。

答：线框建模：不适用于对物体需要进行完整性信息描述的场合，一般使用在适时仿真技术或中间结果显示上。

表面建模：增加了面、边的拓扑关系，因而可以进行消隐处理、剖面图的生成、渲染、求交计算、数控刀具轨迹的生成、有限元网格划分等作业；但表面模型仍缺少体的信息以及体、面间的拓扑关系，无法区分面的哪一侧是体内或体外，仍不能进行物性计算和分析。

实体建模：可对实体信息进行全面完整的描述，能够实现消隐、剖切、有限元分析、数控加工，对实体着色、光照及纹理处理、外形计算等各种处理和操作。

4、实体建模的方法有哪些?

答：实体建模的方法有：体素调用法，空间位置枚举法，单元分解法，扫描变换表示法，体素构造表示法和边界表示法。

5、实体建模中是如何表示实体的？

答：实体模型提供了面和体之间的拓扑关系。在实体模型中，面是有界的不自交的连通表面，具有方向性，其外法线方向是根据右手法则由该面的外环走向确定，其中的环，是由有向边有序围成的封闭边界，确定面的最大外边界的环叫外环，按逆时针走向，面中的孔或凸台周界的环叫内环，按顺时针走向。

6、什么是体素？体素的交、并、差运算是何含义？

答：体素的定义方式有两类：一类是基本体素，另一类是扫描体素。基本体素可以通过输入少量的参数定义。扫描体素又可以分为平面轮廓扫描体素和三维实体扫描体素。平面轮廓扫描法是一种将二维封闭的轮廓，沿指定的路线平移或绕任意一个轴线旋转得到的扫描体。三维实体扫描法是用一个三维实体作为扫描体，让它作为基体在空间运动。

体素的交运算结果是多个体素的重合部分；并运算的结果是多个体素包含的所有部分；差运算的结果是一个体素包含的部分减掉重合部分。

7、简述边界表示法的基本原理和建模过程。

答：边界表示法的基本思想是将物体定义成由封闭的边界表面围成的有限空间。这样一个形体可以通过它的边界，即面的子集来表示。边界表示法强调的是形体的外表细节，详细记录了形体的所有几何和拓扑信息。

边界表示的模型通常采用翼边数据结构。在表面、棱边、顶点组成形体的三要素中，WED以边为核心来组织数据。棱边的数据结构中包含两个点指针，分别指向该边的起点和终点，棱边被看做一条有向线段。当一个形体为多面体时，其棱边为直线段，由它的起点和终点惟一确定。当形体为曲面体时，其棱边为曲线段，这时必须增添一项指针指向该曲线数据。此外，WED中另设有两个环指针，分别指向棱边所邻接的两个表面上的环，由这种边环关系就能确定棱边与相邻面之间的拓扑关系。为了能从棱边出发搜索到它所在的任一闭环上的其他棱边，数据结构中又增设了4个指向边的指针，分别是左上边、左下边、右上边、右下边。其中右下边表示该棱边在右面环中沿逆时针方向所连接的下一条棱边，而左上边为棱边在左面环中沿逆时针方向所连接的下一条线，其余类推。

11、何谓特征？与实体建模相比，特征建模有何突出优点?

答：从加工角度看，特征被定义为与加工操作和工具有关的零部件形式以及技术特征；从形体造型角度看，特征是一组具有特定关系的几何或拓扑元素；从设计角度看，特征又分为设计特征、分析特征和设计评价特征等。

优点：特征造型则是着眼于更好地表达完整的产品技术和生产管理信息，为建立产品的集成信息模型服务；使产品设计工作在更高的层次上进行，设计人员的操作对象不再是原始的线条和体素，而是产品的功能要素；有助于加强产品设计、分析、工艺准备、加工、检验各部门间的联系，更好地将产品的设计意图贯彻到各个后续环节并且及时得到后者的意见反馈，为开发新一代的基于统一产品信息模型的CAD/CAPP/CAM集成系统创造条件；有助于推动行业内的产品设计和工艺方法的规范化、标准化和系列化，使得产品设计中及早考虑制造要求，保证产品结构有更好的工艺性；推动各行业实践经验的归纳总结，从中提炼更多规律性知识，以丰富各领域专家的规则库和知识库，促进智能CAD系统和智能制造系统的逐步实现。

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是指以计算机为工具，对产品进行包括方案构思、总体设计、工程分析、图形编辑和技术文档整理等设计活动的技术。

CAM是指借助计算机进行产品制造活动的简称，有广义和狭义之分。广义CAM，一般是指利用计算机辅助完成从毛坯到产品制造过程中的直接和间接的各种活动。狭义CAM，通常指数控程序的编制。

CAPP是指借助于计算机软硬件技术和支撑环境，利用计算机进行数值计算、逻辑判断和推理来制定零件机械加工工艺过程。

CAE技术是以现代计算力学为基础、计算机仿真为手段的工程分析技术。

CAD/CAM集成系统借助于工程数据库技术、网络通信技术、以及标准格式的产品数据接口技术，把分散于机型各异的各个CAD/CAM模块高效、快捷地集成起来，实现软、硬件资源共享，保证整个系统内的信息流动畅通无阻。

2、CAD/CAM集成的意义何在？

答：随着网络技术、信息技术的不断发展和市场全球化进程的加快，出现了以信息集成为基础的更大范围的集成技术，包括信息集成、过程集成、资源集成、工作机制集成、技术集成、人机集成以及智能集成等，譬如将企业内经营管理信息、工程设计信息、加工制造信息、产品质量信息等融为一体的计算机集成制造系统CIMS(Computer Integrated Manufacturing System)。而CAD／CAM集成技术则是计算机集成制造系统、并行工程、敏捷制造等新型集成系统中的一项核心技术。

3、简述CAD/CAM硬件的类型及其特点。

答：CAD/CAM硬件主要由主机、存储器、输入/输出设备、图形显示器及网络通信设备组成。

主机是CAD/CAM系统硬件的核心，主要由CPU、内存储器以及I/O接口组成，主机是CAD/CAM系统的指挥和控制中心，其类型和性能很大程度上决定了CAD/CAM系统的性能，如运算精度和速度。

外存储器是CAD/CAM系统中于内存、用于存放各种数据和代码的外部存储设备，通常用于存储CPU暂时不用的程序和数据，CAD/CAM系统的大量软件、图形库和数据库均存于外存储器中。

输入设备的特点是将各种外部数据转换成计算机能识别的编码。

输出设备是计算机实用价值的体现。CAD/CAM系统中输出设备的作用主要是将设计的数据、文件、图形、程序、指令等显示、输出或者发送给相关的执行设备。

网络设备的特点是让越来越多的CAD/CAM系统采用网络化系统以达到资源和数据共享。

4、CAD/CAM的软件是由哪些组成的?各组成部分在系统中起什么作用？

答：CAD/CAM系统中的软件系统由系统软件、支撑软件和应用软件组成。

系统软件主要用于计算机的管理、维护、控制、运行以及对计算机程序的翻译和执行。

支撑软件是CAD/CAM系统的是各类应用软件的基础，由专门的软件公司开发，为用户提供工具或二次开发环境。

应用软件是在系统软件和支撑软件基础上，针对某一专门应用领域的需要而研制的软件,一般提供二次开发所需要的接口、语言和工具等技术支，使二次开发的软件能与应用软件本身紧密结合，构成用户实际需要的CAD/CAM系统。

5、CAD/CAM系统的基本功能和主要任务是什么？

答：CAD/CAM系统具有以下几个方面的功能：几何造型功能、计算分析功能、工程绘图功能、结构分析功能、优化设计功能、计算机辅助工艺规程设计(CAPP)功能、NC自动编程功能、模拟仿真功能、工程数据管理功能和特征造型功能。

CAD/CAM系统的以计算机硬件、软件为支持环境，通过各个功能模块（分系统）完成对产品的描述、计算、分析、优化、绘图、工艺规程设计、NC加工仿真、生产规划、管理、质量控制等方面的任务。

8、简要说明CAD/CAM系统支撑软件的类型和功能。

答：从功能上可将支撑软件划分为基本图形资源与自动绘图、几何造型、工程分析与计算、仿真与模拟、专用设备控制程序生成、集成与管理6大部分。

基本图形资源软件是根据各种图形标准或规范实现的软件包，大多是供应用程序调用的图形子程序包或函数库，支持不同专业的应用图形软件开发，具有基本图形元素绘制、图形几何运算等功能；自动绘图软件主要解决零件图的详细设计问题，输出符合工程要求的零件图或装配图，包括图形变换、编辑、存储、显示控制以及人机交互、输入/输出设备驱动等功能。

几何建模软件为用户提供一个完整、准确地描述和显示三维几何形状的方法和工具，具有消隐、着色、浓淡处理、实体参数计算、质量特性计算等功能。

工程计算与分析软件的功能包括：基本物理机械量的计算、基本力学参数计算、有限元分析、产品装配、公差分析、机构运动学分析、动力学分析、优化算法等。

仿真与模拟软件的功能是利用模型分析系统的行为而不建立实际系统，在产品设计时，实时、并行地模拟产品生产或各部分运行的全过程，以预测产品的性能、产品的制造过程和产品的可制造性。

专用设备控制程序的功能是针对不同类型、不同厂家的设备所用的控制方式、要求和数据各不相同的情况，生成相应的设备控制程序。

管理与集成软件的功能是将不同功能的软件模块有机地连接到一起，形成一个完整的CAD/CAM系统，保证系统内信息流畅通，并协调各子系统有效地运行，以达到信息数据无缝传输、数据共享、资源共享、提高工作效率的目的。

2、常用逻辑结构和物理结构的类型、特点。

答：逻辑结构包括线性结构、树形结构和网状结构；物理结构包括顺序存储结构和链接存储结构。

线性结构中结点按照它们之间的关系，可以排成一个序列，所表示的关系是一对一的。

树形结构反映的关系是层次关系。树形结构所反映的关系是一对多的。

网状结构的数据元素之间存在多对多的关系。

顺序存储结构占用存贮单元少，简单易行，结构紧凑。但数据结构缺乏柔性，若要增删数据，必须重新分配存储单元，重新存入全部数据，因而不适合需要频繁修改、补充、删除数据的场合。

链接存储结构可于逻辑结构，数据在存储介质上的顺序不必与逻辑顺序一致而仍能按逻辑要求来存取数据。

5、简述曲线拟合的理论基础。

答：曲线拟合的方法很多，最常用的是最小二乘法。

设由实验得到或绘图经离散后得到m个点：(xi，yi)，i＝1，2，…，m。假设由这些点得到的拟合公式为y=f(x)，则每个节点处的偏差为：ei=f(xi)-yi，i＝1，2，…，m。

将所有节点的偏差取平方值并求和，让偏差平方和达到最小，因此称为最小二乘法拟合。

6、对下表所示的试验数据，分别用直线、抛物线插值法求解当x=2.05时的y值。

解：采用线性方程拟合时

求得的曲线方程为：y=0.924106+0.3419341x

8、何谓数据库系统的数据模型？各种模型有哪些特点？

答：数据模型是指数据库内部数据的组织方式，描述了数据之间的联系、数据的操作以及语义约束规则，是数据结构化的表现。其实质是一组向用户提供的规则，这组规则规定了数据如何组织在一起，以及相应地允许进行何种操作。

现行数据库系统中，常用的数据模型有三种：

层次模型：只有一个根结点；根结点以外的其它节点有且仅有一个父结点。

网状模型：它体现了多对多的关系。取消层次模型中的两个条件便形成了网状模型。

关系模型：数据结构简单，数据性高，具有直观、使用方便等优点。

9、简述工程数据库的概念。

答：所谓工程数据库，是指能满足人们在工程活动中对数据处理要求的数据库。理想的CAD/CAM系统，应该是在操作系统支持下，以图形功能为基础，以工程数据库为核心的集成系统，从产品设计、工程分析直到制造过程中所产生的全部数据都应维护在同一个工程数据库环境中。

1、分析图形软件标准化的意义。

答：图形软件标准是一组通用的、于设备的、由标准化组织发布实施的图形系统软件包，它提供图形描述、应用程序和图形输入输出接口等功能，使应用软件更易于在各系统间实现资源共享、CAD/CAM系统的集成更易于实现。

2、图形软件的常用标准有哪些？ 

答：图形软件标准按其功能及在系统中的地位，可分为以下3个层次：1、CAD系统间的数据交换标准，包括IGES初始图形交换规范、STEP产品模型数据交换标准和DXF文件；2、图形系统标准，包括GKS图形核心系统和PHIGS程序员层次交互图形系统；3、图形子功能程序和图形输入输出装置之间接口标准，包括CGM计算机图形元文件编码和CGI计算机图形接口编码。

5、利用图形变换矩阵，可以使图形产生（A、B、C、D、E）

A、比例变换  B、对称变换  C、旋转变换  D、错切变换  E、平移变换

8、已知ΔABC各顶点的坐标分别为：A（20，15）、B（20，40）、C（40，30），分别进行下列变换：

(1) 使长度方向（x方向）缩小一半，高度方向（y方向）增加一倍；

(2) 使整个三角形放大为原来的1.5倍。

解：(1)三角形的齐次矩阵表达式为：

变换矩阵为：

变换后的图形的齐次矩阵表达式为：

变换前和变换后的图形如下左图所示。

(2) 三角形的齐次矩阵表达式为：

变换矩阵为：

变换后的图形的齐次矩阵表达式为：

变换前和变换后的图形如下右图所示。

13、何谓透视变换？它能产生什么效果？

答：透视图是采用中心投影法得到的图形，即通过透视中心（视点），将空间立体投射到二维平面（投影面）上所产生的图形。

14、按自己的理解，叙述窗口和裁剪的定义以及它们的用途。

答：为了将图形显示到屏幕上，先用一个矩形框在世界坐标系中取出一幅图，像照相取景一样，此矩形区域称作窗口。窗口是在用户坐标系中定义的确定显示内容的一个区域，只有在这个区域内的图形才能在设备坐标系下输出，而窗口外的部分则被裁剪掉。

为了正确显示窗口内的全部图形，必须明确地把图形分为窗口内的部分（可见部分）和窗口外的部分（不可见部分），尤其是与窗口边界相交的那些图形。区分可见与不可见图形部分的过程称为裁剪。

第一章　CAD概论

问答题：

1.简述CAD的基本工作过程。

概念设计   零部件几何造型   工程分析   设计评价   自动绘图

2.什么是CAD？它的基本工作过程是什么？

CAD是“Computer aided Design”的缩写，即计算机辅助设计。它的基本工作过程是：

1）概念设计；2）零部件几何造型；3）工程分析；4）设计评价；5）自动绘图。

3.什么是CAD？与传统的设计过程相比，它有什么不同的特征？

使设计人员在计算机的辅助下对有关产品的大量资料进行检索，根据性能要求及有关数据、公式进行建模和工程分析，然后将图形显示出来，设计人员通过交互式图形显示系统对设计方案或图形作必要的干预和修改，设计结果以图纸及数据形式输出的过程。

传统的设计过程主要靠人来进行概念设计、工程计算分析和绘制图形等。采用CAD后，充分利用了计算机速度快、精度高、存储量大等特点，由计算机来完成几何造型、工程计算分析和绘制图形等工作，而人利用自己的智慧，充分发挥创造能力，进行产品的创新。即人与计算机发挥各自的特长，能力互补、巧妙结合，达到最佳合作效果。

4.CAD技术发展迅速的原因是什么？

1）技术基础：计算机硬件和软件技术的迅速发展，为CAD技术的发展提供了可能性。

2）CAD的作用：能够提高设计效率、提高设计质量、实现数据共享、实现智能设计。

CAD技术的发展几乎推动了一切领域的设计，彻底改变了传统的手工设计绘图方式，极大地提高了产品开发的速度和设计精度，使科技人员的智慧和能力得到了延伸。

5.一般的CAD软件系统应该包含哪几个层次的软件？各层次软件的作用是什么？

一般的CAD软件系统应该包含三个层次的软件：

1）系统软件：主要用于计算机管理、维护、控制及运行，及计算机程序的编译和执行。

2）支撑软件：在系统软件基础上所开发的满足共性需要的一些通用性实用程序和软件开发的基础环境。

3）应用软件：在系统软件、支撑软件的基础上，针对某一应用领域的需要研制的软件。通常由用户结合设计工作的需要自行开发。

6.机电产品的CAD支撑软件包括哪些软件？

三维建模软件、图形处理软件、有限元建模和分析软件、优化设计软件、仿真软件和CAD/CAM信息处理软件。

填空题：

1.CAD的基本工作过程是概念设计、几何造型、工程分析、设计评价、自动绘图。

2.在CAD的基本工作过程中，工程分析包括设计计算、有限元分析、优化设计、仿真分析、材料计算等。

3.计算机辅助设计技术具有以下四个特点：提高设计效率、提高设计质量、充分实现数据共享、利于实现智能化设计。

4.一个CAD系统是由硬件系统和软件系统组成。

5.一般CAD软件系统应由三个层次的基本软件组成：系统软件、支撑软件、应用软件。

6.CAD系统的选择应该按照应用需求→应用软件→系统软件→硬件的顺序进行。

7.CAD系统的选择应首先选择软件，再根据运行环境选择硬件。

8.在选用CAD的软件系统时，应考虑性能、硬件环境、二次开发性、人机界面和技术支撑能力等几方面的问题：。

判断题：

1.CAD系统仅用于绘制工程图纸，其主要内容为计算机图形学。 （×）

2.CAD系统可以使人与计算机取长补短，发挥各自特性，达到最佳合作效果。（√）

3.实现自动绘图只是CAD系统的功能之一。  （√）

4.微机CAD系统将在CAD工作中占越来越大的份额。  （√）

5.建立CAD系统时，有时软件系统所需费用要大于硬件系统。  （√）

选择题：

1.CAD技术起源于一种人机对话系统，该系统为（ A  D ）技术的发展奠定了基础。

A. 交互式图形生成  B. 专家系统  C. 工程数据库    D. 显示

2.一般的CAD软件系统应该包含以下层次（ A  C   D  ）。

A. 应用软件  B. 硬件  C. 系统软件    D. 应用支撑软件

第二章　数据结构和数据库

问答题：

1.什么是数据结构？

数据之间的关系，即数据之间的组织形式，包括数据的逻辑结构和物理结构。

2.什么是线性表？它有哪些特征？可以进行什么运算？

线性表是一组有限的有序数据元素的集合，这些元素在不同情况下可以有不同的含义。它有两个特征，一是除了表中第一个和最后一个元素外，其它的元素只有一个直接前趋和一个直接后继；二是线性表的长度为表中元素的个数。线性表的运算包括：求表的长度、从左到右（或从右到左）读表、检索和修改某个元素、插入新元素、删去某个元素等。

3.说明线性表的表现形式及各自的特点。

数组：同一数据类型

栈：先进后出

队列：先进先出

4.什么是树的度？什么是树的高度？

结点拥有的子树数称为结点的度，树内各结点的度的最大值即为树的度。

树中结点的最大层次为树的高度。

5.树型结构一般采用什么样的存储形式？为什么？

树型结构一般采用多向链表的存储结构。因为树中每个结点的度不尽相同，为了提高检索速度，在组织其结构形式时，就要用到一个结点具有更多指针域的情况。

6.二叉树可以采用哪几种存储形式？为什么？

二叉树可以采用顺序分配法或双向链表进行存储。因为在二叉树中，每个结点只有两个子树，以上两种存储结构都比较好处理。

7.什么是遍历二叉树？有哪几种遍历方法？

遍历二叉树是指按一定规律和次序访问二叉树中的每一个结点，使二叉树中的每个结点都被访问且只被访问一次。根据根结点的位置不同分为三种遍历方式，即中序遍历、后序遍历、前序遍历。

8.什么是数据库系统？为什么需要数据库系统？

数据库是被存储起来的相关数据的汇集。数据库管理系统提供对数据的定义、建立、检索、修改等操作，以及对数据的安全性、完整性、保密性的统一控制，它起着应用程序与数据库之间的接口作用。数据库和数据库管理系统一起称为数据库系统。

因为通过数据库系统集中管理所有的数据文件，可以实现用户对数据的共享，保证数据的一致性，而且将一切繁琐的细节都屏蔽起来，使用户可以逻辑地、抽象地使用数据，使数据的存储和维护不受任何用户的影响，并且减轻了用户的设计工作量，提高了设计效率。

填空题：

1.数据结构包括在计算机上存储数据的物理结构和面向用户的数据之间的逻辑结构以及这两者之间的相互关系。

2.数据的逻辑结构是指数据之间的逻辑关系。

3.数据的逻辑结构分为线性表结构和树型结构两种形式。

4.线性表是一组有限的有序数据元素的集合。

5.线性表中除了第一个和最后一个元素外，其他的元素都有一个直接前趋和一个直接后继。

6.数据的物理结构是指数据在计算机内的存储结构。

7.数据的存储结构可分为顺序分配法和链表存储法两种形式。

8.在单向链表里分配给每个结点的存储单元分为两部分，一部分存放结点的数据；另一部分存放指向后继结点的指针。

9.线性表结构描述了数据之间的顺序关系，树型结构描述了数据之间的层次关系。

10.树型结构的定义包含两方面的内容，一是它至少有一个根，二是它的各个子树互不相交。

11.为了提高查找的效率，最好先对数据进行排序。

12.数据查找的方法有顺序查找、拆半查找等。

13.数据排序的方法有简单插入排序、拆半插入排序、冒泡排序等。

14.结构式数据模型主要有层次模型、网络模型和关系模型。

15.数据库和数据库管理系统一起称为数据库系统。

判断题：

1.线性表结构可以采用顺序分配法和链表法两种形式存储。  (√)

2.树型结构经过一定的转换可以采用顺序分配法和链表法两种形式存储。  (√)

3.线性表结构只能采用顺序分配法来存储。  (×)

4.树型结构只能用多向链表法来存储。  (×)

5.栈的特性是进行任何操作时其元素都是先进后出。  (√)

6.队列的特性是进行任何操作时其元素都是先进后出。  (×)

7.任何一种树都可以转化为二叉树。  (√)

8.为了提高数据查找的效率，最好先对数据进行排序。  (√)

选择题：

1.下列属于线性表结构的是（ A  B  C ）

A. 数组  B. 栈  C. 队列    D. 树

2.下列对于树型结构基本概念的定义，正确的是（ A  B  C ）

A.至少有一个根     B. 只能有一个根     C. 各子树不能相交

D. 树中结点的子树个数称为该树的度

3.数据查找的方法有（ B  D ）

A. 冒泡    B. 拆半    C. 简单插入    D. 顺序

4.数据排序的方法有（）

A. 冒泡    B. 拆半插入    C. 简单插入     D. 顺序

第三章　CAD基本方法

问答题：

1.在CAD系统中采用哪些方法可以快速有效地处理设计资料？它们各有什么特点？实用于什么情况？

将数据编制在程序中（如数组、语句），使用方便，适用于数据量很少的情况。

拟合成公式编入程序，结构简单，可以推算中间值，适用于变化不大、较规则的数据。

存放在数据文件中，便于管理，适用于数据量较大的情况。

利用数据库进行管理，使用维护方便，适用于数据类型多、数据量很大的情况。

2.说明并解释软件动态测试的方法。

动态测试是将程序放在运行环境中进行测试，分为黑盒测试和白盒测试。黑盒测试不管软件实际的内部结构，而只从系统的需求和功能出发设计测试用例；白盒测试则根据软件的内部结构和逻辑路径设计测试用例进行测试。

3.说明CAD软件界面设计时应注意哪些原则？

保持一致性、提供反馈、尽量减少失误的可能性、可进行出错恢复、隐藏复杂功能、尽量减少要记忆的内容。此外，在人机界面的安排上，应该美观、大方、简洁，并尽量按照人机工程学的原理进行设计，充分利用菜单、对话框、图形图标等技术，使人机对话方便而简单，构造出舒适、实用、功能良好的CAD系统。

4.说明高级语言与数据库系统实现数据共享有哪几种方法？

（1）由数据库导出文本文件，高级语言读取该文本文件中的数据。

（2）利用高级语言直接读写数据库中的数据文件。

（3）利用高级语言本身具有的数据库接口和操作功能来直接操作数据库。

填空题：

1.在机械设计过程中，经常需要处理计算公式、数表、线图等。

2.在机械CAD的设计计算或分析中，常用的计算方法有方程求根、数值积分、线性方程组求解等。

3.一个软件的整个生存周期包含软件计划、软件开发和运行三个时期。

4.软件设计包括总体设计和详细设计两个阶段。

5.程序调试包括软件测试以及在这一过程中进行纠错两个方面的工作。

6.软件的测试方法可分为静态分析和动态分析两种。

7.软件的动态测试分为黑盒测试和白盒测试两种方法。

8.软件测试过程是按单元测试、组装测试、确认测试和系统测试四个步骤进行的。

判断题：

1.最小二乘法的基本思想是使偏差的代数和最小。  （×）

2.最小二乘法的基本思想是使偏差的平方和最小。  （√）

选择题：

1.在CAD系统中处理设计资料的方法有（ A B C D ）

A. 将有关数据编制在程序中    B. 将有关数据拟合成公式，然后编成程序

C. 将有关数据存放在数据文件中      D. 利用数据库管理有关数据

2.在机械CAD的设计计算或分析中，常用的计算方法有（ A  B  D）

A. 线性方程组求解     B. 数值积分    C. 最小二乘拟合     D. 方程求根

第四章　工程图形技术

问答题：

1.什么是三维建模技术？为什么要进行三维建模？

三维建模就是用计算机系统来表示、控制、分析和输出三维实体的技术。

因为三维模型一方面可以为设计计算、有限元分析、优化设计、仿真分析和材料计算等提供所需的几何信息，以便经过以上工程分析确定设计方案的性能，并判定是否满足设计要求。另一方面，可以为工艺设计、数控加工提供所需的特征信息，以便确定零件的加工工艺和加工程序，实现零件的自动加工。所以三维几何造型是CAE和CAM的重要基础。

2.简要说明三维建模的方法及其构造方式。

⑴线框建模：运用基本线素（直线、圆弧、椭圆弧及自由曲线等）来构造三维立体模型。

⑵表面建模：通过基本面素（包括平面及各种曲面）拼接构造三维立体模型。

⑶实体建模：用基本体素的组合，并通过集合运算和基本变形操作来构造三维立体模型。

3.简述特征建模法的含义及现实意义。

特征是具有一定形状的、能表达零件制造信息的集合体。特征建模法是一种包含基本几何信息，以特征为基本元素的高层次建模方法，它将几何信息与制造信息结合起来，提供面向制造的快速造型，造型时以特征为对象，制造时以特征为基础形成加工文件。

特征建模技术着眼于产品从设计到制造的整体性，将产品的几何信息、工艺信息、精度信息等制造类信息有机地溶于造型设计之中，有利于设计信息在各制造环节中的传输，真正实现计算机集成制造（CIM）。

4.在图形的几何变换中，采用齐次坐标表示法有什么好处？

⑴提供了用矩阵运算在二维、三维乃至高维空间中进行变换的一个有效而统一的方法。

⑵可以利用齐次坐标表示法表示在无穷远处的点。同时，也可通过变换将无穷远点变换为对应的有限远点，产生透视投影中的灭点。

5.三维模型在数控加工中的作用是什么？为满足数控加工的编程需要，应需哪些信息？

三维模型描述了零件的几何形状、尺寸信息等，是自动编制数控加工程序的主要依据。为满足数控加工的编程，需要工艺、精度和材料等方面的信息。

6.简述线框建模有何优缺点？

线框建模的优点是形象直观，数据量少，占内存小，算法简单，变换模型非常方便，可用于绘制透视图、轴测图和三视图。但是，因线框模型仅定义了不连续的几何信息（顶点和棱边），几何描述能力差，只提供了轮廓的框架，缺乏面和内部的信息，一般很难对图形作出惟一解释，不能产生剖视图，不能进行消隐处理，也不能计算物体的质量、体积等特性参数。

7.简述表面建模的优缺点。

表面建模克服了线框建模的很多缺点，较完整地定义了立体的表面，增加了几何信息。可以实现求交、图形消隐，产生彩色图像，获得数控加工所需的信息。但它只能表达三维形体的外表面，而不能表达内部信息，无法切开内部结构。

8.实体建模方法及其特点。

实体建模是用基本体素的组合，并通过集合运算和基本变形操作来构造三维立体模型。实体建模具有物体的表面及内部形状，兼有几何特性（面积、形状等）和物理特性（质量、重心等）。可将零部件组装在一起，动态显示运动状态，检查空间是否发生干涉；支持有限元网格自动划分；提供NC编程信息等。实体模型在工程中已得到广泛应用。

填空题：

1.三维模型的建模方式有线框建模、表面建模、实体建模。

2.三维建模是计算机辅助工程分析和计算机辅助制造的重要基础。

3.目前CAD系统中应用最多的两种实体建模方法是构造实体几何表示法和边界表示法。

4.任何绘图软件都具备两个基本功能，即绘制图形和图形编辑。

5.将三维物体变为二维图形表示的过程称为投影变换。

6.图形的二维变换包括平移变换、比例变换、旋转变换、错切变换、镜射变换等。

判断题：

1.CAD系统中，实体建模的方法只有构造实体几何表示法及边界表示法两种。（ × ）

2.CAD系统中表示物体几何信息的建模方式有线框建模、表面建模和实体建模。（ √ ）

3.表面模型提供的信息有边表和面表。（ × ）

4.三维建模方法是建立在点、线、面和基本体素基础上的，因此它既包含了物体的几何信息，也包含了物体的制造信息。（ × ）

5.制定统一的产品零件描述标准是实现信息共享的前提。（ √ ）

选择题：

1. CAD系统中表示物体模型信息的建模方式有：（ A  C  D ）。

A. 线框建模     B. 特征建模     C. 实体建模     D. 表面建模

2. 线框模型的数据结构是（   C    ）两张表结构。

A. 边表和面表     B. 点表和面表        C. 边表和点表      D. 面表和体表

3. 表面模型提供的信息有：（ A  B  C ）。

A. 点表     B. 边表      C. 面表      D. 体表

4. CAD系统中，实体建模的方法有：（ A  B  C  D ）等。

A. 单元分解表示模式  B. 构造实体几何表示模式  C. 扫描变换表示模式  D.边界表示模式

5. 在特征建模中，常用的特征分类有（ A  B  C  D ）

A. 形状特征     B. 精度特征     C. 技术特征     C. 材料特征

3. 简述CAD/CAM支撑软件的主要功能。

基本图形资源与自动绘图 几何造型    工程分析与计算    仿真与模拟    专用设备控制程序生成 集成与管理    

4. 列出CAD/CAM系统集成的内容和集成方法。

CAD/CAM系统集成主要包括两方面含义：

(1)产品设计与工程设计子系统内部的集成。

(2)CAD/CAM系统与制造系统中其他子系统的集成。

CAD/CAM系统的集成方法主要包括如下几种：

(1)基于专用接口的CAD/CAM集成

(2)基于STEP的CAD/CAM集成

(3)基于数据库的CAD/CAM集成                                                            

(4)基于PDM的CAD/CAM集成

5. 请总结CAD/CAM系统的设计原则

1) 总体原则 (1) 实用化原则  (2) 适度先进性原则 (3) 系统性原则 (4) 整体设计与分步实施原则

2) 硬件设备的选用原则 (1) 系统功能与能力 (2) 系统的开放性与可移植性  (3) 系统升级扩展能力  (4) 良好的性能价格比  (5) 系统的可靠性、可维护性与服务质量 

3) 软件选用原则 (1) 系统功能与能力配置 (2) 软件性能价格比(3) 与硬件匹配性  (4) 二次开发能力与环境  (5) 开放性  (6) 可靠性 

二、简要说明线图的拟合程序化法原理及其步骤(12分)。

  拟合法原理 5分

简要步骤  7分

(1)将曲线离散化为数表或数据点；

(2)利用最小二乘法拟合数据点；

(3)对步骤②的公式编程。

四、请用适当方法表示右图所示零件的建模过程(请标注清楚，12分)。