第一节 CAD系统概述
1.什么是CAD？什么是CAD系统？
CAD是计算机辅助设计的缩写。指人们在计算机软、硬件的辅助下对产品或工程进行设计、绘图、分析计算、修改和编写技术文件以及显示、输出的一种设计方法；
CAD系统：一般把应用于CAD作业的计算机（中、小型或微型计算机等）、软件（计算机的操作系统、图形支撑软件和专业应用软件等）以及外围设备（打印机和绘图仪等），总称为CAD系统；
2.CAD技术在机械工业中的主要应用有以下几方面：
1）二维绘图、2）图形及符号库、3）参数化设计、4）三维造型、5）工程分析、6）设计文档和生成报表；
3.与传统设计方法相比较CAD技术的主要特点有哪些？
1）制图速度快，减少手工绘图时间，提高了工作效率。
2）图样格式统一，质量高，促进设计工作规范化、系列化和标准化。
3）提高分析计算速度、能解决复杂的设计计算问题。
4）易于技术资料的保存和查找，修改设计快，缩短了产品设计周期。
5）设计时可预估产品性能。
4.CAD：计算机与人的分工
计算机：信息存储与检索、分析与计算、图形作图与文字处理；
人：在设计策略、逻辑控制、信息组织及发挥经验和创造性方面；
5.CAD是一门综合性应用新技术，它涉及到以下基础技术：
1）图形处理技术、2）工程分析技术、3）数据管理与数据交换技术、4）文档处理技术、5）软件设计技术、
6.从硬件方面看，CAD系统大致可分为几种类型？每种类型的特点如何？
1）集中式主机系统。该系统由一台集中大型机（或中型、小型机）与若干图形终端连接而成。优点是有一个集中的数据库统一管理所有数据。缺点是由于所有软件都存在中集中，一旦主机失误，将影响用户的工作。另一方面，当计算量过大时，系统响应变慢，甚至于会出现个别终端等待的现象。
2）分布式工程工作站系统。工程工作站系统本身就是一个独立的单独用户CAD系统。也可以一台主服务器为中心将若干台工程工作站或微机连成网络。这种CAD系统的图形功能强，速度快，内存、外存容量大，是从事CAD课题的首选设备。
3）微型计算机系统。它的计算能力和图形处理功能不如工程工作站，但是价格低、使用方便。
第二节 CAD系统的硬件和软件
7.一个典型CAD系统的硬件一般有哪几部分组成？
由主机、输入设备、输出设备和存储设备四部分组成。
8.输入设备的作用是什么？常用的输入设备有哪些？
输入设备：将字符、平面上或空间中点的坐标输入计算机，其基本功能是“定位”和“拾取”。
如：操纵杆、跟踪球、光笔、鼠标器、数字化仪、摸感屏和扫描仪等。
用232接口连接的：
9.输入设备工作原理简介
1）键盘：由键盘控制数据存入磁盘，然后再输入计算机，适合于大批量数据的输入。
3）鼠标器：手动输入的屏幕指示装置，一般有2-3个功能键，用来控制和移动光标在屏幕上的位置，以便在该位置上输入图形、字符或从屏幕菜单上选择需要的项目。有光电式和机械式之分。
4）数字化仪：电磁感应式，静电感应式，超声波式，磁致伸缩式，作用是输入图形，跟踪控制光标位置和选择菜单。
5）图形扫描仪：直接把图形扫描输入计算机中，以像素信息进行存储表示的设备。工作原理：用光源照射原稿，投射光线经过一组光镜头射到CCD器件上，再经过模/数转换器、图像数据暂存器等，最终输入到计算机，或者图形/文字输出输出设备。（图）
10.主要图形输入设备比较
11.输出设备的作用是什么？常用的输出设备有哪些？
输出设备：将计算结果或者输出到屏幕上，或者输出到纸面上。
一类是与图形输入设备相结合，构成具有交互功能的可以快速生成和删改的显示设备；另一类是在纸或其它介质上输出的可以永久保存图形的绘图设备。
常用的输出设备有：显示设备、绘图设备、数据存储设备；
12.显示设备的分类，光栅扫描式显示器的工作原理及增加清晰度的方法和它的优点。
分类：随机扫描式、存储管式和光栅扫描式；都是基于阴极射线管CRT的原理。
光栅扫描式显示器的工作原理：在CRT中装有水平（行）偏转线圈和垂直（场）偏转线圈，前者产生一个水平磁场，后者产生一个垂直磁场，在其中通以线性变化的电流，因而产生的磁场也是线性变化的。电子束在水平偏转线圈产生的水平磁场作用下，沿着水平方向扫描，称为“水平扫描”或“行扫描”
增加清晰度的方法：一。在水平扫描频率不变的前提下把水平扫描线数量增加一倍，这时只能采用隔行扫描，这种方法显示的CAD图形质量不是太好；二。仍然采用逐行扫描但水平扫描频率提高，这种方法在CAD中应用较多，但是其硬件电路复杂。
光栅扫描式显示器优点：不仅可以显示物体的廓线，特征线等所谓的线图形，而且可以显示被多种高度和颜色的像素所填充的所谓面图形，这就使得输出具有真实感的立体图形成为可能。另外，它具有较好的动态性能，因而适宜于做模拟器，成了当前普遍使用的图形显示器。不足之处在于交互操作时的响应还比较慢，输入图形信息也比较慢；另外在显示直线时，线条的阶梯效应解决起来比较麻烦。
512（水平线上的点数）X512（水平线线数）个点；30（帧）X 512 X 512
13.绘图设备
滚筒式绘图仪、平板式绘图仪、静电式绘图仪
14.CAD系统的软件可分为哪三类？其作用各是什么？
1）系统软件：直接配合硬件工作，并对其他软件起支撑作用的软件，主要指操作系统和各种计算机语言；2）支撑软件：指在CAD系统中，支撑用户进行CAD工作的通用性功能软件；
3）专用应用软件：是专门为适应用户特定使用条件需要而开发的软件；
15.系统软件包括哪些类型的软件？
操作系统、计算机语言、网络通信及管理软件、数据库及数据库管理软件。
16.什么是操作系统？它的主要功能有哪些？
操作系统是对计算机系统硬件及系统配置的各种软件进行全面控制和管理的程序的集合。它负责对计算机系统内的所有资源进行监控，使之协调、高效地工作，是计算机最底层的软件，其它软件都要在操作系统的支持下工作。它具有五方面的管理功能，即内存分配管理、文件管理、外部设备管理、作业管理及中断管理。
17.机械CAD的支撑软件主要有哪些？其作用各是什么？
支撑软件从功能上划分可分成三类：第一类解决几何图形设计问题；第二类解决工程分析与计算问题；第三类解决文档写作与生成问题；
基本图形资源软件：这是一些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；
二维、三维绘图软件：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。
几何造型软件：主要解决零部件的结构设计问题，存储它们的三维几何数据及相关信息。
工程分析及计算软件：
文档制作软件：可以快速的生成设计结果的各种报告、表格、文件、说明书等；
18.什么是软件工程？以软件工程方法开发软件，大体要经过哪些主要阶段？
软件工程是采用工程化的方法进行软件开发。
需求分析和可行性研究阶段，系统功能和系统结构设计阶段，程序设计及编写阶段，软件测试阶段，使用与维护阶段。
第三节 CAD系统的图形处理
19.图形输出
图形输出的基本形式是屏幕显示和硬拷贝（绘图或打印）；
按其输出的最基本图素类型可分为两类：一类以直线线段为最基本图素，也就是以矢量图素为最基本图素，属于这一类的有随机矢量扫描式显示器和笔式绘图仪。二类以点为最基本图素，也就是以像素为最基本图素，属于这一类的有光栅扫描式显示器和点阵打印机。
20.什么是用户坐标系、设备坐标系、规格化设备坐标系？在图形程序设计中，采用规格化设备坐标系有什么好处？
用户坐标系统，是世界坐标系，它是一个符合右手定则的直角坐标系，用来定义用户在二维平面或三维世界中的物体。理论上，世界坐标系是无限大且连续的，即它的定义域为实数域。
设备坐标系：图形输出设备自身都用一个坐标系。它是一个二维平面坐标系，它的试题单位是步长或像素，因此它的定义域是整数域且是有界的。
规格化设备坐标系：采用一种无量纲的单位代替设备坐标，当输出图形时，再转换为具体的设备坐标。规格化设备坐标系的左下角（0.0，0.0），右上角（1.0，1.0）。用户的图形数据经转换成规格化设备坐标系中的值，使应用程序与图形设备隔离开，增强了应用程序的可移植性。
在进行图形处理时，为什么要引入规格化设备坐标系？
用于用户的图形是定义在世界坐标系里，而图形的输出是定义在设备坐标系里。不同的图形设备具有不同的设备坐标系且其工作范围也不相同。（2）为了便于图形处理，有必要定义一个标准设备，引入与设备无关的规格化设备坐标系，采用一种无量纲的单位代替设备坐标，当输出图形时，再转化为具体的设备坐标。（3）规格化设备坐标系的取值范围是左下角（0，0），右上角（1，1），其工作范围为0～1。
什么是规格化设备坐标系？在图形程序设计中，采用规格化设备坐标系有什么好处？
为了便于图形处理，引入一个与设备无关的坐标系，采用一种无量纲的单位代替谁被坐标，当图形输出时，再转换为具体的设备坐标。这就是规范化设备坐标系 2）采用规格化谁被坐标系的好处是：用户的图形数据经转换成规格化设备坐标系中的值。使应用程序与图形设备隔离开，增强了应用程序的可移植性。
21.窗口与视区是如何匹配的？有何作用？
窗口：在用户坐标系中定义的确定显示内容的一个矩形区域，只有在这个区域内的图形才能在设备坐标下输出，而窗口个的部分则被裁掉。
视区：是在设备坐标系中定义的一个矩形区域，用于输出窗口中的图形。视区决定了窗口中的图形要显示于屏幕上的位置和大小。
作用：固定视区参数，改变窗口参数，可以改变视区中图形显示的比例和部位。
窗口与视区的匹配，就是将两个矩形区域的点按相对位置一一对应起来。
22.简述窗口、视区与剪裁的定义及它们的作用。
窗口：在用户坐标系中定义的确定显示内容的一个矩形区域，只有在这个区域内的图形才能在设备坐标下输出，而窗口个的部分则被裁掉。
剪裁：通过定义窗口和视区，可以把图形的某一部分显示于屏幕上的指定位置，这不仅要进行窗口-视区变换，更重要的是必须要正确识别图形在窗口内部分和窗口外部分，以便把窗口内图形信息输出，而窗口外的部分则不输出。
当然，为适应某种需要变可裁剪掉窗口内的图形，使留出的窗口空白区作文字说明或其它用途。这种处理方法称为覆盖。
23.窗口与视区的匹配：
视区：在设备坐标系（通常是屏幕）中定义的一个矩形区域，用于输出窗口中的图形。视区决定了窗口中的图形要显示于屏幕上的位置和大小。
在把窗口的图形信息送到视区去输出之前，必须进行坐标变换，即把用户坐标系的坐标值转化为设备（屏幕）坐标系的坐标值，方法是将两个矩形区域的点按相对位置一一对应起来。（方法）
作用：固定视区参数，改变窗口参数，可以改变视区中图形显示的比例和部位。如果同时增大窗口的高度和宽度，则视区显示内容范围增大，图形比例缩小。
24.放大缩小与摇视：
如果同时增大窗口的高度和宽度，则视区显示内容范围增大，图形比例缩小。在图形处理软件中，常常用放大缩小（ZOOM）称呼这一功能。如果只改动窗口左下角坐标，则显示的比例不变，但显示的范围产生左右、上下移动，在图形处理软件中，常常用摇视（PAN）称呼这一功能。
25.简述剪裁算法中的Cohen-Sutherland算法原理。
Cohen-Sutherland算法（编码裁剪法）基于下述考虑：每一线段或者整个位于窗口的内部，或者能够被窗口分割而使其中的一部分能很快地被舍弃。因此，该算法分为两步：第一步先确定一条线段是否整个位于窗口外，若是则舍弃；第二步，如果第一步的判断均不成立，那么就通过窗口边界所在的直线线段分成两
果两个端点编码的位逻辑乘不为0，则整条线段必位于窗口外。如果线段不能由上述两种测试决定，则必须把线段再分割，简单的分割方法是计算出线段与窗口某一边界的交点，再用上述两种条件判别分割后的两条线段，从而舍弃位于窗口外的一段。
1（上）1（下）1（右）1（左）
26.在消隐处理中，常用的检验规则有哪些？简要说明其原理。
1）面可见性测试：平面外法矢指向观察者方向的面是可以的，否则是不可见的。是通过计算法矢N和视线矢量S的夹角来实现的。当法线矢量N和视线矢量S的夹角大于90度，为可见面，小于90度为不可见面；但它仅适合于单凸的物体。
2）最小最大测试：也叫重叠测试或边界盒测试，用来检查两个多边形是否重叠。方法：找到每个多边形的极值（最大和最小的X、Y值），然后用一矩形去外接每个多边形，接着检查在X和Y方向任意两个矩形是否相交，如果不相交，则相应的多边形不重叠。
3）包含性测试：用来检查一个给定的点是否位于给定的多边形内
4）深度测试：用来测定一个物体遮挡其它物体的基本方法
27.消隐算法
1）Z向深度缓冲区算法：1、该算法采用帧缓冲区存放像素值,采用一个与屏幕对应的深度信息缓冲存储器(简答Z缓冲区),记录像素所显示的空间点的Z坐标(即深度值)；2)对景物中的每个多边形找到当多边形投影到屏幕时位于多边形内或边界上的所有像素点．对每一个像素,在(x,y)处计算多边形的深度Z,并与Z 缓冲区的对应值,同时将(x,y)处的多边开的明暗写入帧缓冲区中对应于该屏幕代表的单元中；3)当所有边多形处理完毕后在帧缓冲区中保留的就是已经消隐过的最终结果；
2）扫描线算法：扫描线算法通过计算每一行扫描线与各物体在屏幕上投影之间的关系来确定该行的有关显示信息。每条扫描线被各多边形边界在xy平面上的投影分割成若干段，在每段中最多只有一个多边形是可见的。只要在段内任一点处，找出在该处Z值最大的一个多边形，这个段上的每个像素点就用这个多边形的颜色来填充。
28.什么是参数化绘图、参数化绘图有何优点？常用的实现方法有哪几种？
参数化绘图是一种利用零件或产品在形状上的相似性，以基本参数作为变量，编制相应的程序或通过系统提供的功能来定义图形的方法。
优点：使得设计图可以随着某些结构尺寸的修改和使用环境的变化而变化，工作效率高。
设计方法有：作图规则匹配法、几何作图局部求解和辅助线作图法。
29.什么叫事物物性表？其作用是什么？
是一种组合排列对象的事物和关系特性的表格。可用于概括地述、限制和选择标准的、非标准的，物质的和非物质的以及相互近似的事物对象。将其用于CAD中，可规范化的支持CAD数据的归档、存储和交换。
30.标准件图形特性文件
1）七种类型的特性：产品标准特性、主导特性、补充特性、功能特性、算法特性、分类特性、属性特性2）标准件和图形构成可以分为四个层次：A类构件、B类构件、K类整件、G类组件。
3）装配图的形成方法：1.子图拼合法：将装配图分解成一些子图形，绘制装配图时调用已编制好的子图形程序，将子图形组合到合适的位置，最终完成整幅装配图的绘制；对软件要求较低，但要编制专用的装配图程序，且输入的参数较多，修改设计及应变能力较差。
2.集合运算法：先编制一些对应于零件的基本图形，然后对基本图形进行并、交、差集合运算，以形成复杂的图形，最后分清零件的层次，再绘上剖面线，完成装配图的绘制；对于硬件的要求较低，通用性较强，
31.工程图管理系统
工程图样由三部分组成：图样本身、零件细目表、工程指令。图样管理系统除对图样本身进行管理外，还应包括对图样的名称、编号、幅面大小以及设计、校对、审核、相关专业等的签字方面的管理。另外还必须包括对每种基本型号的产品及派生出多种不同型号的产品进行管理。图样管理系统应根据型号的变化在通用的图样基础上对图样进行管理。系统还应有对图样是新的、修改过的及修改版本的管理及说明等。
32.几何模型的分类
只有几何信息组成的模型称为几何模型。按其描述和存储内容的特征可分为：
线框几何模型：物体各外表面之间的交线组成物体外轮廓的框架；
表面几何模型：在线框模型的基础上发展起来的，它除了存储线框线段外，还存储各个外表面的几何描述信息；
实体几何模型：存储完整的三维几何信息；
·简述三维建模中表面几何模型的主要特点
1）除了储存线框线段外还储存各个外表面的集合描述信息。
2）可处理与图形相关的大多数问题，如求两面的交线及隐藏线，形体的剖面线。
3）不能自动进行体积、重量、重心等计算
说明实体几何模型有哪些主要应用。
答：实体几何模型支持绘制真实感强和消去隐藏先的透视图和渲染图；自动计算生成剖视图；自动进行物性计算；可将有关零部件组装在一起，动态显示其运动状态，并检查空间能否发生干涉；支持三维有限元网格自动剖分等
33.在CAD系统中，常用的几何建模方法有哪几种？各有何特点？
1）CSG方法：体素构造法，基本思想：各种各样形状的几何形体都可以由若干基本单元形体，经过有限次形状集合运算构建得到。如圆柱体，锥体、六面体等都可以作为基本形体。需要储存的几何模型信息是：所有的基本形体的类型、参数和所有的拼合运算过程
2）B-rep方法：边界表面表示法，基本思想：几何实体都是由若干边界外表面包容的，可以通过定义和全面存储这些边界外表面信息的方法建立实体几何模型。几何信息数据：各外表面顶点坐标值和描述各外表面数学方程式的系数值。拓扑信息数据：各外表面的组成及其相互位置关系。
3）光线投影法：光线追踪法，基本思想：模拟照相的逆过程，从观察点出发向显示器屏幕的每一像素投射光线，光线与相距最近的可见表面相交，计算交点处的表面法矢量，然后根据光源位置和景物的表面特性计算像素的色彩和亮度，生成景物的真实感明暗图。
4）欧拉操作：给用户提供了直接使用顶点、边、面等基本元素构造三维形体的手段。构造过程从最底层开始：先输入一个点，作为建立体的开始；然后输入第二点，与第一点相连形成一条边；若干条边构成一个面的边界；若干个面围成一个体等。
5）参数曲面实体：
6）扫描表示法：一个平面图形在空间中按一定的规则运动，就可以“扫成”一实体。平移法和旋转法
34.什么是特征造型？在特征造型中如何很好地确定特征？
所谓特征指的是反映零件特点的、可按一定原则分类、具有相对独立意义的典型结构形状。基于特征的造型称为特征造型。
基于特征的造型是把特征作为产品零件定义的基本单元，将产品描述为特征的集合，包括形状特征、精度特征、材料特征和其他工艺特征，从而为工艺设计和制造过程的各个环节提供充分的信息。
35.特征建模系统与其它建模系统的区别何在？
1）过去的CAD技术从二维绘图起步，经历了三维线框、曲面和实体造型发展阶段，都是着眼于完善产品的几何描述能力；而特征造型则着眼于更好地表达产品完整的技术和生产管理信息，为建立产品的集成信息砸开服务。它的目的是用计算机可以理解和处理的统一产品模型替代传统的产品设计和施工成套图样以及技术文档，使得一个工程项目或机电产品的设计和生产准备各个环节可以并行展开，信息流畅通。
2）它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，像螺纹孔、定位孔等。特征的引用直接体现了设计意图，使得建立的产品模型容易为别人理解和组织生产，设计图样更容易修改。
3）它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CAD/CAPP/CAM集成系统创造前提。
4）它有助于推动各行业实践经验的归纳、总结，从中更多地提炼出规律性知识，从此丰富各种领域专家系统的规则库，促进智能CAD系统和智能制造系统的逐步实现。
第四节工程数据的计算机处理
36.在CAD作业过程中，对设计中常用到的数据一般如何处理？
1）程序化：在应用程序内部对这些数表及线图进行查表、处理或计算。具体处理方法有两种，第一种，是将数表中的数据或线图经离散化后存入一维、二维或三维数组，用查表、插值等方法检索所需数据；
第二种，将数表或线图拟合成公式，编入程序计算出所需数据。
2）数据库存储：将数表及线图中的数据按数据库的规定进行文件结构化，如确定文件名、字段名、字段类型、字段宽度等，存放在数据库中，数据独立于应用程序，但又能为所有应用程序提供服务。
37.说明一元函数插值的原理。
在插值点附近选取几个合适的节点，过这些选取的构造一个简单函数g（x），在此小段上用g(x)代替原来函数f(x),这样插值点的函数值就用g（x）的值来代替。有线性插值、抛物线插值；
38.抛物线插值中，插值点X介于X i-1和X i之间，共有n个插值点，说明如何选取合适的插值节点。
39.说明二元函数插值的原理。
从几何意义上讲是在三维空间内选定几个点，通过这些点构造一块曲面g(x,y),用它近似地表示在这区间同原有的曲面f(x,y)，从而得插值后的函数值为Z k=g(x,y)。有直线-直线插值，抛物线-直线插值，抛物线-抛物线插值。
40.线图的程序化有以下几种处理方法：
1）找到线图原来的公式，将公式编入程序。
2）将线图离散化为数表，再将数表进行程序化。
3）用曲线拟合的方法求出约束力的经验公式，再将公式编入程序。
41.什么叫曲线拟合。
在实际的工程问题中，时常需要用一定的数学方法将一系列测试数据或统计数据拟合成近似的经验公式，这种建立经验公式的过程也称为曲线拟合。
42.什么是最小二乘拟合？说明其拟合过程。及注意事项
已知由线图或试验所得m个点的值（x1,y1），（x2,y2）,…,(x m,y m),设拟合公式为y=f(x)，因此每一节点处的偏差为e i=f(x i)-y i i=1,2,…,m 偏差的平方和为拟合公式y=f(x)具有一定的函数类型及系数，例如y=a0+a1x即为直线方程，如何定系统a0和a1的值呢？最基本的要求就是由该系数决定的直线与各节点的偏差的平方和最小，因此称最小二乘法拟合。
采用最小二乘法的多项式拟合时，要注意以下问题：
1)多项式的幂次不能太高，一般小于7，可先用较低的幂次，如误差较大则再提高。
2)一组数据或一条线图有时不能用一个多项式表示其全部，此时应分段处理，分段大都发生在拐点或转折之处。此外，如欲提高某区间的拟合精度，则应在该区间上采集更多的点。
43.什么是数据库？数据库系统的主要特征是什么？
为满足某一组织中多个用户的多种需要，在计算机系统上按照一定的数据模型组织、存储和使用的相互关联的数据集合。
主要特征：1）实现了数据共享，减少了数据冗余。2）数据存储结构化。3）增强了数据的独立性。4）加强了对数据的保护。
44.最常用的数据模型有哪几种？其特点各是什么？
1）层次性。指记录间是树型的组织结构。它体现了记录间的“一对多”的关系。具有结构简单。清晰的特点，适用于记录之间本身就存在一种自然的层次关系，但是它难于处理记录之间的复杂关系。
2）网络型。指事物之间为网络的结构组织。它体现了记录之间的“多对多”的关系。网络型机构能处理事物之间非常复杂的关系，但是模型结构也是极其复杂的
3）关系型。它是以集合论中的“关系”的概念为理论基础，指把信息集合定义为一张二维的组织结构，每一张二维表成为一个关系，表中的每一行为为一个记录，每一列为数据项。关系型的模型结构组织比较简单但是能处理复杂的事物之间的联系。
投影变换包括：多面正投影变换、轴测投影变换和透视投影变换，变换的目的就是为了用二维图形表示三维立体。
三面正投影变换：
正投影变换矩阵：将立体图压缩到xoz坐标面上。
侧面投影变换矩阵：首先将立体压缩到yoz坐标面上，然后绕z轴旋转90度。再沿x方向平移-l（l>0），以使正面投影和侧面投影之间保持一定的间距。
水平投影变换矩阵：首先将立体图投影到xoy坐标面上，然后绕x轴旋转-90度，再沿z轴方向平移-n（n>0）的距离，以使正面投影和水平投影之间保持一定的距离n。
轴测投影变换：
正轴测投影变换：先使立体绕z轴旋转A角，再绕x轴旋转-B（B>0）角,最后向xoz坐标平面投影。
斜轴测投影变换：先沿x含y错切，再沿z含y错切，最后向xoz坐标面投影形成。
透视投影变换：透视图和轴测图都是单面投影图，所不同的是轴测图是用平行投影原理形成的，透视图是用中心投影原理形成的。两者虽然都是立体图，但透视图的效果更接近人倒头就睡用肉眼观察的实际效果，因而它的立体感和真实感均优于轴测图，是计算机绘图中常用的立体图的表达方法。
一点透视：
两点透视：
考试科目:《现代设计方法》 （总分100分） 时间：90分钟 __________学习中心（教学点） 批次： 层次： 专业： 学号： 身份证号： 姓名： 得分： 一、单项选择题（每小题1.5分，共27分） 1.试判别矩阵1111???? ? ?，它是（ ） A 、单位矩阵 B 、正定矩阵 C 、负定矩阵 D 、不定矩阵 2.约束极值点的库恩——塔克条件为：-?=?=∑F X g X i i q i ()()* * λ1 ，当约束函数是g i (X)≤0和 λi >0时，则q 应为（ ） A 、等式约束数目 B 、不等式约束数目 C 、起作用的等式约束数目 D 、起作用的不等式约束数目 3.在图示极小化的约束优化问题中，最优点为（ ） A 、A B 、B C 、C D 、D 4.下列优化方法中，不需计算迭代点一阶导数和二阶导数的是（ ） A 、可行方向法 B 、复合形法 C 、DFP 法 D 、BFGS 法 5.内点罚函数Φ(X,r (k) )=F(X)-r (k) 1 01g X g X u u u m () ,(())≤=∑，在其无约束极值点X ·(r (k))逼近原 目标函数的约束最优点时，惩罚项中（ ） A 、r (k) 趋向零， 11 g X u u m ()=∑ 不趋向零 B 、r (k) 趋向零，11g X u u m ()=∑ 趋向零 C 、r (k) 不趋向零， 11 g X u u m ()=∑ 趋向零 D 、④r (k) 不趋向零，11g X u u m ()=∑ 不趋向零 6.0.618法在迭代运算的过程中，区间的缩短率是（ ）
A 、不变的 B 、任意变化的 C 、逐渐变大 D 、逐渐变小 7.对于目标函数F(X)受约束于g u (X)≥0(u=1,2,…，m)的最优化设计问题，外点法惩罚函数的表 达式是（ ） A 、Φ(X,M (k) )=F(X)+M (k) {max[(),]},() g X M u u m k 012=∑为递增正数序列 B 、Φ(X,M (k))=F(X)+M (k){max[(),]},() g X M u u m k 012 =∑为递减正数序列 C 、Φ(X,M (k))=F(X)+M (k){min[(),]},()g x M u u m k 01 2 =∑为递增正数序列 D 、Φ(X,M (k))=F(X)+M (k){min[(),]},() g x M u u m k 01 2 =∑为递减正数序列 8.标准正态分布的均值和标准离差为（ ） A 、μ=1,σ=0 B 、μ=1,σ=1 C 、μ=0,σ=0 D 、μ=0,σ=1 9.在约束优化方法中，容易处理含等式约束条件的优化设计方法是（ ） A 、可行方向法 B 、复合形法 C 、内点罚函数法 D 、外点罚函数法 10.若组成系统的诸零件的失效相互独立，但只有某一个零件处于工作状态，当它出现故障后， 其它处于待命状态的零件立即转入工作状态。这种系统称为（ ） A 、串联系统 B 、工作冗余系统 C 、非工作冗余系统 D 、r/n 表决系统 11.对于二次函数F(X)=1 2 X T AX+b T X+c,若X *为其驻点，则▽F(X *)为（ ） A 、零 B 、无穷大 C 、正值 D 、负值 12.平面应力问题中(Z 轴与该平面垂直)，所有非零应力分量均位于（ ） A 、XY 平面内 B 、XZ 平面内 C 、YZ 平面内 D 、XYZ 空间内 13当选线长度l ，弹性模量E 及密度ρ为三个基本量时，用量纲分析法求出包含振幅A 在内的 相似判据为(E 的量纲为（ ）［ML -1T -2 ］ A 、A=l E 1 1212- ρ B 、A=l E -- 1 121 2 ρ C 、A=l E 100ρ D 、A l E =-11 12ρ 14.平面三角形单元内任意点的位移可表示为三个节点位移的（ ） A 、算术平均值 B 、代数和车员 C 、矢量和 D 、线性组合 15.已知F(X)=(x 1-2)2+x 22,则在点X (0)=00???? ??处的梯度为（ ） A 、?=?????? F X ()()000 B 、?=-?????? F X ()() 020
3.用梯度法求下列无约束优化问题：MinF(X)=x12+4x22，设初始点取为X(0)={2,2}T，以梯度模为终止迭代准则，其收敛精度为5。 1)求初始点梯度▽F(X) ▽F(X)={2x1,8x2}T▽F(X(0))={4,16}T (2)第一次搜索 |▽F(X(0))|=16.5,S(0)=- ▽F(X(0))/16.5=-{0.243,0.97}T α(0)=2.157 X(1)=X(0)+α(0)S(0)={1.476,-0.923}T ▽F(x(1))={2.952,-0.738}T |▽F(x(1))|=3.043<5.0 故满足要求，停止迭代。 最优点X*={1.476,-0.0923}T 最优值F(X*)=2.21 4.
5.
6. 用外点法求解约束优化问题： ()()12211221min ..0()0 f X x x s t g X x x g X x =+=-≤=-≤ ， 收敛准则：(1) ()0.10.01k k X X εδ+-≤=，约束容限＝ 解：（1）利用外点法惩罚法构造无约束优化问题 () ( ) 12()22()212121(min ,()() k k k x x X r x x r x x r x +??Φ=?++-+-??可行域内）（可行域外） （2）此例只是为了说明外点法的思路，用微分法求解上述无约束优化问题。 用极值条件求解： 在可行域内：偏导数不可能等于0，即可行域内无极值 在可行域外，令： ()2()11211 ()2122 14()2012()0k k k r x x x r x x r x x x ?Φ =+-+=??Φ =--=?
《现代设计方法》课程习题集 西南科技大学成人、网络教育学院 版权所有 习题 【说明】：本课程《现代设计方法》（编号为09021）共有单选题,计算题,简答题, 填空题等多种试题类型，其中，本习题集中有[ 填空题,单选题]等试题类型未进入。 一、计算题 1. 用黄金分割法求解以下问题（缩小区间三次）。 342)(m in 2+-=x x x f ，给定初始区间[][]3,0,=b a ，取1.0=ε。 2. 用黄金分割法求解以下问题（缩小区间三次） 32)(m in 2+=x x f ，给定[][],1,2a b =-，取1.0=ε 3. 用黄金分割法求解以下问题（缩小区间三次） 432+=x )x (f min ，给定[][]40,b ,a =，取10.=ε。 4. 用黄金分割法求解以下问题（缩小区间三次）。 12)(m in 3+-=x x x f ，给定初始区间[][]3,0,=b a ，取5.0=ε 5. 用黄金分割法求解以下问题（缩小区间三次）。 107)(m in 2+-=x x x f ，给定初始区间[][]3,0,=b a ，取1.0=ε 6. 用梯度法求解无约束优化问题： 168)(m in 22221+-+=x x x X f ，取初始点[]T X 1,1)0(= ，计算精度1.0=ε。 7. 用梯度法求解96)(m in 12221+-+=x x x X f ，[]T X 1,1)0(= ，1.0=ε。 8. 用梯度法求解44)(m in 22221+-+=x x x X f ，[]T X 1,1)0(=，1.0=ε 。 9. 用梯度法求解无约束优化问题：1364)(m in 222 121+-+-=x x x x X f ，取初始点
现代设计方法作业习题1 姓名王金昆工程0802班200879250222 2-1.制作一个体积为5m^3的货箱，由于运输装卸要求其长度不小于4m，要求钢板用料最省，试写出该问题的优化数学模型. 解：设该货箱长为x1m、宽为x2m、高为x3m，表面积为S,体积为V.由题意可以建立优化数学模型： S=2*(x1*x3+x2*x3)+x1*x2; V=x1*x2*x3=5; x1>=4; x2>=0; x3>=0; 选择最优化算法求解Smin. 我选择Lingo软件来求解，编程如下： min=fx; fx=2*(x1*x3+x2*x3)+x1*x2; x1*x2*x3=5; x1>=4; x2>=0; x3>=0; 点击Solve出现结果： Local optimal solution found. Objective value: 15.14911 Extended solver steps: 5 Total solver iterations: 112 Variable Value Reduced Cost FX 15.14911 0.000000 X1 4.000000 0.000000 X3 0.7905694 0.1107763E-07 X2 1.581139 0.000000 所以表面积Smin=15.14911 m^2,此时长为4m，宽为1.581139 m,高为0.7905694 m. 2-2.把一根长为L的铜丝截成两段，一段弯成圆形，一段完折成正方形。求截断的两段为何比例才能使圆形和正方形的面积之和最大，试写出该问题的优化数学模型。 解：设弯成正方形的边长为x，所围成的圆形和正方形面积之和为S。建立优化数学模型： 取pai-3.1415926
1. 软件设计一般分为总体设计和详细设计，它们之间的关系是（B）。 A. 全局和局部 B. 抽象和具体 C. 总体和层次 D. 功能和结构 2. 软件结构使用的图形工具，一般采用（C）图。 A. DFD B. PAD C. SC D. E-R 3. 下列中属于软件设计的基本原理的是（D）。 A. 数据流分析设计 B. 变换流分析设计 C. 事务流分析设计 D. 模块化 4. 在软件结构的后处理中，下列说法错误的是（E）。 A. 为模块写的处理说明及接口说明可采用IPO图 B. 数据结构的描述可用Warnier图或Jackson图 C. 给出设计约束或限制。如数据的边界值、数据类型、格式、内存容量及时间的限制 D. 在概要设计评审中，应着重评审软件需求是否得到满足及软件结构的质量等 E. 设计的优化工作主要放在软件结构设计的后处理阶段 5. 在分层数据流图映射成软件结构的设计中，下列说法错误的是（D）。 A. 分层的数据流图映射成软件结构图也应该是分层的 B. 软件结构图的物理输入与输出部分放在主图中较为合适 C. 分层DFD图的映射方法：主图是变换型，子图是事务型；或主图是事务型，子图是变换型 D. 变换型通常用于高层数据流图的转换，而事务型通常用于较低层数据流图的转换 6. 软件设计阶段一般又可分为（B）。 A. 逻辑设计与功能设计 B. 概要设计与详细设计 C. 概念设计与物理设计 D. 模型设计与程序设计 7. 结构图中，不是其主要成分的是（C）。 A. 模块 B. 模块间传递的数据 C. 模块内部数据 D. 模块的控制关系 8. 好的软件结构应该是（B）。 A. 高耦合、高内聚 B. 低耦合、高内聚 C. 高耦合、低内聚 D. 低耦合、低内聚 9. 结构分析方法就是面向（B）自顶向下逐步求精进行需求分析的方法。 A. 目标 B. 数据流 C. 功能 D. 对象 10. 程序内部的各个部分之间存在的联系，用结构图表达时，最关心的是模块的内聚性
课程名称：机电产品现代设计方法 上课时间：2014年春季 雷达底座转台设计 姓名： 学号： 班级：1108103 所在学院：机电工程学院 任课教师：金天国张旭堂
1．设计任务 雷达底座转台设计：一个回转自由度，如下图1.1所示。 图1.1 承载能力：500kg 被测件最大尺寸： 台面跳动：0.02mm 台面平面度：0.02mm 台面布置T型槽，便于安装负载 方位转角范围： 具有机械限位和锁紧机构 角度位置测量精度： 角度位置测量重复性： 角速范围： 2．设计流程 根据机电产品现代设计方法，其设计流程大致如下图2.1所示。 图2.1
根据上图所示，整个设计过程可分为四个阶段：功能设计、总体方案设计、详细设计和设计。 功能设计部分，是在结合所给出的重要性的要求及用户可能的功能目标需求的前提下，对转台的功能进行定义分析，将每一个功能细化为一个个的功能元，利用QFD图对实现各种功能的所对应的技术的相对重要性进行分析，相对重要性较高的功能技术便是设计的重点所在。 总体方案设计部分，通过利用SysML语言来明确各部分之间的功能参数和参数约束关系，并完成草图的设计。 详细设计部分，需要使得零件实现其预定的功能，并保证其精度和强度的设计要求。在详细设计阶段主要是利用cad等三维建模软件，完成系统的3D图，并生产对应的2D图，完成整个设计。对于重要的零部件需要利用有限元软件进行仿真分析，保证其可靠性。最后还需要应用动力学和运动学仿真软件进行相关的动力学和运动学分析，确定设计系统满足功能目标要求。 设计总结部分，是对整个设计过程进行反思和总结，考虑整个设计过程中存在的不足和所运用的相关知识。 3.QFD需求-功能-技术分析 QFD(全称Qualification Function Deployment)，是用来对所设计的系统进行总体设计规划的工具。QFD主要功能是能够实现工程设计与消费者或用户需求之间的紧密连接，根据消费者需求和用户目标实现对设计过程的实时修改和控制，把用户的功能目标在整个设计过程中得以体现，并根据需求的重要性对整个系统做出相应的设计规划，有重点的进行设计。 本设计根据用户对于雷达底座转台的功能重要性的需求，首先给出其需求和功能之间的联系，如下图3.1所示的质量屋，屋顶为系统的功能，包括驱动元件的转速、体积、重量，及传动元件和传感器的可靠性等，左侧围用户对于系统的功能目标的需求，由用户直接给出的功能，如角度位置测量精度：、角度位置测量重复性：、角速范围： 等和用户潜在的功能需求，如人机交互、成本、节能等方面的需求组成。 图 3.1中各功能需求后面的数字代表着这些功能的相对重要性，即importance of whats，其数字越大代表其重要性越高，用户对于这些需求的重要性之和应该等于100。质量屋屋顶代表各部分功能之间的相互联系，分为positive、negative和不明确三种情况。
2009-2010学年第二学期研究生课程考核 （读书报告、研究报告） 考核科目：现代设计方法及理论 学生所在院（系）：机电学院 学生所在学科：机械制造及其自动化 题目：机械产品方案的现代设计方法及发展趋势 第 1 页（共 6 页）机械产品方案的现代设计方法及发展趋势
科学技术的飞速发展，产品功能要求的日益增多，复杂性增加，寿命期缩短，更新换代速度加快。然而，产品的设计，尤其是机械产品方案的设计手段，则显得力不从心，跟不上时代发展的需要。目前，计算机辅助产品的设计绘图、设计计算、加工制造、生产规划已得到了比较广泛和深入的研究，并初见成效，而产品开发初期方案的计算机辅助设计却远远不能满足设计的需要。为此，作者在阅读了大量文献的基础上，概括总结了国内外设计学者进行方案设计时采用的方法，并讨论了各种方法之间的有机联系和机械产品方案设计计算机实现的发展趋势。 根据目前国内外设计学者进行机械产品方案设计所用方法的主要特征，可以将方案的现代设计方法概括为下述四大类型。 1、系统化设计方法 系统化设计方法的主要特点是：将设计看成由若干个设计要素组成的一个系统，每个设计要素具有独立性，各个要素间存在着有机的联系，并具有层次性，所有的设计要素结合后，即可实现设计系统所需完成的任务。 系统化设计思想于70年代由德国学者Pahl和Beitz教授提出，他们以系统理论为基础，制订了设计的一般模式，倡导设计工作应具备条理性。德国工程师协会在这一设计思想的基础上，制订出标准VDI2221“技术系统和产品的开发设计方法。 制定的机械产品方案设计进程模式，基本上沿用了德国标准VDI2221的设计方式。除此之外，我国许多设计学者在进行产品方案设计时还借鉴和引用了其他发达国家的系统化设计思想，其中具有代表性的是： (1)将用户需求作为产品功能特征构思、结构设计和零件设计、工艺规划、作业控制等的基础，从产品开发的宏观过程出发，利用质量功能布置方法，系统地将用户需求信息合理而有效地转换为产品开发各阶段的技术目标和作业控制规程的方法。 (2)将产品看作有机体层次上的生命系统，并借助于生命系统理论，把产品的设计过程划分成功能需求层次、实现功能要求的概念层次和产品的具体设计层次。同时采用了生命系统图符抽象地表达产品的功能要求，形成产品功能系统结构。 (3)将机械设计中系统科学的应用归纳为两个基本问题：一是把要设计的产品作为一个系统处理，最佳地确定其组成部分(单元)及其相互关系；二是将产品设计过程看成一个系统，根据设计目标，正确、合理地确定设计中各个方面的工作和各个不同的设计阶段。
大学生活动中心设计分析 正如老师所说，建筑作为历时艺术与共时艺术均有的艺术，其设计应是在一定的基础、区域、城市以及特定的人文传统气候环境中，再加上“时间”的概念。建筑作为一种艺术，是要设计者通过创造实体来反映社会的以及个人的情感，所以建筑设计应是随着设计者的阅历的变化而变化的。 作为一名刚刚开始学习建筑设计的学生，我在进行大学生活动中心设计时便展现出学生作业的气息。此次的大学生活动中心设计旨在对旧工业试验厂房进行改建，在设计中有好的地方，也有很多不足之处，下面从基地与环境、空间与功能、建筑形式构成形态手法三个方面，结合老师课上讲解的设计方法来分析我的大学生活动中心方案设计。 一、基地与环境 建筑的基地与环境受到城市、区域、场地三方面因素的影响。而建筑外部空间的建立重点在从外部建立秩序向心式地修建建筑上，减法创造空间。 从场地因素上来说，在考虑场地对建筑外部空间设计的影响时，应特别关注基地内及周边影响设计的因素。例如：人流疏散方向，树木建筑景观，带有文脉色彩的构筑形及地段原有状态的保留和利用等。若场地上原有旧建筑，在设计时需要注意新建筑与老建筑环境的关系。 1、基地内新、旧环境分析 大学生活动中心设计方案中，基地性质为方形广场地，广场地在其南北轴线上有底景建筑——旧的工业试验厂房，“L”形旧厂房南北向对称轴线与基地南北向对称轴线几乎重合，旧厂房占据基地主导位置。所以在设计时充分利用旧厂房进行功能布置，而将有特殊设计要求的观演厅独立出来进行设计，将观演厅作为改建方案中一个新的注入元素放在基地东侧，既谦虚的后退作为侧面建筑来烘托广场建筑主体——旧厂房东西向高低跨部分，又围合了形成内部集散广场，融入老环境的同时又创造了新的环境氛围。（如图——“体块演变”） 在对新、旧建筑处理上采用“拉缝”的手法。将旧建筑与新建筑拉开，用玻璃体连接，并在高度上进行呼应。 2、基地人流疏散分析 基地位于校区东北侧，其东南侧为人流量很大的学生宿舍和“中和”食堂，西南侧为人流量很大的篮球场，人流主要来自这两个方位，所以建筑主入口朝南来迎合东南、西南两个方向的人流。除此之外，办公区、学生会工作区以及观演厅还有其独立的疏散流线以便与公共群众流线分开。（如图——“总平面环境分析”） 3、历史建筑借用 从环境因素上来说，方案设计时考虑到了对中国古典四合院建筑的应用。对四合院的应用意
MEMS的计算机辅助设计方法与技术综述 霍鹏飞 (中国兵器工业集团第212研究所 西安 710065) 摘 要：MEMS作为一个多能量域耦合、多学科交叉的复杂系统，一个成功MEMS设计必须借助 于计算机辅助设计。本文结合国际MEMS计算机辅助设计的最新成果，对MEMS的设计、建模与 仿真方法及其技术进行了详细的论述。对MEMS器件或系统设计以及MEMS CAD研究具有参考价 值。 关键词: MEMS CAD；建模与仿真；结构化设计 0 引言 微机电系统(MicroElectroMechanical Systems，MEMS)指的是可以批量制作的将微传感器、微执行器以及接口电路和控制电路、通讯接口和电源等集成于一体的微系统。MEMS作为一门多学科交叉的新兴学科，涉及精密机械、微电子材料科学、微细加工、系统与控制等技术和物理、化学、生物学等基础学科，现已成为一个新兴强大的科学领域。世界各国科研机构大力投资MEMS及其相关技术的研究，它正在对世界科技、经济发展和国防建设带来深远的影响和革命性的变革。 随着MEMS制作工艺的长足发展，目前MEMS由具有单一功能的微器件向由微机械结构、接口电路和控制电路等构成复杂功能系统的集成化方向发展，如芯片系统(System on a Chip)、芯片实验室(Lab on a Chip)，因此针对单个微器件的bottom-up设计方法[0-0]已不能满足MEMS发展需求，结构化设计(structured design)[0-0]成为当前MEMS设计的主流方法。结构化设计方法是以超大规模集成电路设计为参照对象来研究MEMS的设计，其主要思想是MEMS设计分阶层，通过在不同设计阶层关注相对独立的设计问题来降低对各阶层设计人员的知识要求；同时因为不同设计阶层都是针对同一MEMS 器件，故结构化方法还强调不同设计阶层之间的数据交换、信息共享。 目前，国内外已出现了一些基于结构化设计方法的MEMS计算机辅助设计(Computer aided design,CAD)软件，如美国Coventor公司的CoventorWare[0]软件，MEMS CAP公司的MEMS Pro软件[0]等，在国内的软件有西北工业大学的MEMSGarden[0]，北京大学的IMEE[0]，但随着MEMS技术的发展，这些设计软件也在进一步研究和发展之中。 美国麻省理工学院(MIT)的S.D. Senturia [0,0] 教授是MEMS CAD的鼻祖，曾多次展望了MEMS CAD 的发展前景和面临的挑战，根据他的观点，MEMS的设计分为四个阶层：工艺级 (process level) 、物理级 (physical level) 、器件级 (device level) 和系统级 (system level) ，如图1所示，这也是当前国际上关于MEMS设计的一种主流分级方法。工艺级设计关注的焦点是MEMS的几何形状的可加工制造性；与工艺级所关注的焦点不同，物理级、器件级和系统级这三个设计阶层是从不同的角度或不同的抽象阶层来研究MEMS的行为特性。物理级是从物理场的角度研究分析器件内的能量与信息转换机理；相对于物理级，器件级是从更高阶层的角度研究MEMS器件内的能量与信息的转换，在该阶层只关注MEMS器件主要的行为特性，即关注主要矛盾，忽略次要因素，以便对器件行为进行快速的设计、评估；而在系统级设计中研究分析由更多微器件(如微传感器、微致动器、接口电路等)构成微系统的整体性能，以寻求相对合理的系统整体设计方案。
机电工程学院 现代设计方法大作业基于汽车噪声的TRIZ分析 学号：S314070064 专业：机械工程 学生姓名：*** 任课教师：*** 教授 2015年1月
基于汽车噪声的TRIZ分析 一对技术系统进行初步分析 1.选择系统。 我所选择的系统是汽车。 2.系统的三维图，如图1所示。 图1 汽车的三维图 汽车工作原理：汽车的行驶主要靠发动机来带动，以四冲程汽油机为例，四冲程汽油机是将空气与汽油或柴油以一定的比例混合成良好的混合气，在吸气冲程被吸入汽缸，混合气经压缩点火燃烧而产生热能，高温高压的气体作用于活塞顶部，推动活塞作往复直线运动，通过连杆、曲轴飞轮机构对外输出机械能。四冲程汽油机在进气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程内完成一个工作循环。汽油机简图及其具体运动过程如图2所示。 图2 四冲程汽油机工作循环图 （1）进气行程 化油器式汽油机将空气与燃料先在气缸外部的化油器中进行混合，然后再吸入气缸。进气行程中，进气门打开，排气门关闭。随着活塞从上止点向下止点移
动，活塞上方的气缸容积增大，从而气缸内的压力降低到大气压力以下，即在气缸内造成真空吸力。这样，可燃混合气便经进气管道和进气门被吸入气缸。 （2）压缩行程 为使吸入气缸内可燃混合气能迅速燃烧，以产生较大的压力，从而使发动机发出较大功率，必须在燃烧前将可燃混合气压缩，使其容积缩小、密度加大、温度升高，即需要有压缩过程。在这个过程中，进、排气门全部关闭，曲轴推动活塞由下止点向上止点移动一个行程称为压缩行程。 （3）作功行程 在这个行程中，进、排气门仍旧关闭。当活塞接近上止点时，装在气缸盖上的火花塞即发出电火花，点燃被压缩的可燃混合气。可燃混合气被燃烧后，放出大量的热能，因此，燃气的压力和温度迅速增加，所能达到的最高压力约为3-5Mpa，相应的温度则为2200-2800K。高温高压的燃气推动活塞从上止点向下止点运动，通过连杆使曲轴旋转并输出机械能，除了用于维持发动机本身继续运转而外，其余即用于对外作功。 （4）排气行程 可燃混合气燃烧后生成的废气，必须从气缸中排除，以便进行下一个进气行程。当膨胀接近终了时，排气门开启，靠废气的压力进行自由排气，活塞到达下止点后再向上止点移动时，继续将废气强制排到大气中。活塞到上止点附近时，排气行程结束。 汽车的执行机构：轮胎。 作用对象：路面。 3.汽车系统的黑箱图。 汽车的黑箱图如图3所示。 图3 汽车系统黑箱图 4.确定系统主要有益功能和其它功能。 汽车主要有益功能：载运客、货物和牵引客、货挂车。
第6章计算机辅助设计及示例 教学要点 技能要点 计算机辅助设计及示例；平面设计模块、纵断面设计模块、横断面设计模块、挡土墙设计模块、涵洞设计模块、土石方调配模块和图表输出模块；平交口设计、交通岛设计、平交口模型、路脊线、边线和平交口范围；喇叭型立交、主线、被交线、匝道、线位数据图、连接部图、总体布置图和纬地软件。 引例 计算机辅助设计在道路设计领域得到广泛应用，国内外有许多专业应用软件， 如CARD/1、MOSS 、纬地、EICAD 和DICAD 等软件。这些专业软件具有强大 的平纵横三维设计功能，使设计人员从繁杂的计算过程中解放出来，设计时间 短、快，所设计图表清晰，便于设计人员修改。同时由于计算机的快速发展， 高效、动态、实时的道路设计成为可能。6.1 计算机辅助设计 6.1.1计算机辅助设计发展状况 计算机辅助设计 现代设计方法 现代设计方法是随着当代科学技术的飞速发展和计算机技术的广泛应用而在设计领域发展起来的一门新兴的多元交叉学科。以满足市场产品的质量、性能、时间、成本、价格综合效益最优为目的,以计算机辅助设计技术为主体,以知识为依托,以多种科学方法及技术为手段,研究、改进、创造产品和工艺等活动过程所用到的技术和知识群体的总称。 现代设计方法有:并行设计、虚拟设计、绿色设计、可靠性设计、智能优化设计、计算机辅助设计、动态设计、模块化设计、计算机仿真设计、人机学设计、摩擦学设计、反求设计、疲劳设计。 一、并行设计 并行设计是一种对产品及其相关过程(包括设计制造过程和相关的支持过程)进行并行和集成设计的系统化工作模式。强调产品开发人员一开始就考虑产品从概念设计到消亡的整个生命周期里的所有相关因素的影响，把一切可能产生的错误、矛盾和冲突尽可能及早地发现和解决，以缩短产品开发周期、降低产品成本、提高产品质量。 二、虚拟设计 在达到产品并行的目的以后，为了使产品一次设计成功，减少反复，往往会采用仿真技术，而对机电产品模型的建立和仿真又属于是虚拟设计的范畴。所谓的虚拟制造(也叫拟实制造)指的是利用仿真技术、信息技术、计算机技术和现实制造活动中的人、物、信息及制造过程进行全面的仿真，发现制造过程中可能出现的问题，在真实制造以前，解决这些问题，以缩减产品上市的时间，降低产品开发、制造成本，并提高产品的市场竞争力。 三、绿色设计 绿色设计是指以环境资源保护为核心概念的设计过程，其基本思想就是在设计阶段就将环境因素和预防污染的措施纳人产品设计之中，将环境性能作为产品的设计目标和出发点，力求使产品对环境的影响为最小。 产品设计的基本流程为：市场调研--草图构思--方案设计。 四、可靠性设计 机电产品的可靠性设计可定义为:产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。可靠性设计是以概率论为数学基础，从统计学的角度去观察偶然事件，并从偶然事件中找出其某些必然发生的规律，而这些规律一般反映了在随机变量与随机变量发生的可能性(概率)之间的关系。用来描述这种关系的模型很多，如正态分布模型、指数分布模和威尔分布模型。 五、智能优化设计 随着与机电一体化相关技术不断的发展，以及机电一体化技术的广泛使用，我们面临的将是越来越复杂的机电系统。解决复杂系统的出路在于使用智能优化的设计手段。智能优化设计突破了传统的优化设计的局限，它更强调人工智能在优化设计中的作用。智能优化设计应该以计算机为实现手段，与控制论、信息论、决策论相结合，使现代机电产品具有自学习、自组织、自适应的能力，其创造性在于借助三维图形，智能化软件和多媒体工具等对产品进行开发设计。 六、计算机辅助设计 机械计算机辅助设计（机械CAD）技术，是在一定的计算机辅助设计平台上，对所设计的机械零、部件，输入要达到的技术参数，由计算机进行强度，刚度，稳定性校核，然后输出标准的机械图纸，简化了大量人工计算及绘图，效率比人工提高几十倍甚至更多。 七、动态设计 动态设计法是在计算参数难以准确确定、设计理论和方法带有经验性和类比性时，根据施工 初中数学作业的设计方法 摘要：初中数学对于初中学生来说是一门相当重要的课程，数学作业作为数学 教学必不可少的组成部分与教学效果密切相关，它既能反映教师教学成果的好坏，又能帮助学生形成数学思维和解题策略，巩固所学到的数学知识。作为初中数学 教育工作者，我们必须顺应新课程改革的发展趋势，在实践教学中不断促进数学 作业的改革与创新，促进素质教育的实施。 关键词：新课改初中数学作业设计 一、基于有效性的初中数学作业设计及实践策略 1.作业设计必须有明确的教学目标，注重学生的认知特点。初中数学教学作 业设计并不是毫无目的性的设计，而是建立在一定的目标基础上的，初中数学教 学作业设计要同国家初中数学教学计划与目标相一致。另外，初中数学教学作业 设计应该根据数学课本内容要求，对一些最基本的数学基础知识进行巩固与复习。除此之外，初中数学教学作业设计还应该与初中生的数学学习能力相联系，避免 因为设计不合理导致学生数学学习受挫，影响学生在数学学习上的进一步发展。 初中数学教学作业设计应建立在原先知识基础之上，对新的知识进行预习和练习，促进学生数学基础知识的更新与进步。 2.多样化设计，激发学生学习兴趣。兴趣是学生学好数学最好的老师，学生 只有在兴趣的引导下才能够进行有效的数学学习，多样化的数学作业设计就是为 了提高学生学习兴趣而采取的策略方法。因此，老师要想进行有效性数学作业设计，就要根据数学各部分的重难点，进行有效性数学作业设计，充分发挥数学作 业在数学教学中课外补充的作用。 3.层次化设计，让不同的学生在数学上得到不同的发展。不同的学生数学基 础是不一样的，不同的学生应该得到不同的发展，层次化作业设计的目的就是为 了满足不同学生的学习水平和需求设计的。因此，老师在进行数学作业设计时应 该面向全体学生，设计出不同层次的作业，方便不同水平与能力的学生进行选择 性学习。 4.实践化设计，发展学生探究数学的综合能力。数学学科是一门实践性、探 究性都很强的学科，老师进行有效性数学作业设计的目的并不是为了考查学生记 忆与模仿的能力，而是帮助学生将数学知识运用于实践的能力，这才是有效性数 学作业设计的目的与归宿。实践化数学作业设计能够培养学生的创新实践能力， 在激发学生数学学习兴趣的同时，促使学生将更多的时间和精力投入到数学实践 当中，在数学实践过程中发展学生探究数学的综合能力。 二、克服传统作业布置的弊端表现 1.作业来源单向。作业大多来源于课本，由老师布置给学生，学生必须被动 接受，这种“齐步走”、“一刀切”的作业布置方法不利于学生的发展，必然会出现 两极分化现象。 2.问题答案绝对化。传统作业过于强调答案，不注重过程，作业本上只有“√” 和“×”。这种作业的评价方式不利于学生的发展。 3.作业形式单调划一。形式多为书面答题，内容统一，答案一致。 4.作业内容机械重复。传统的初中数学作业就是将课后练习或配套练习中的 计算题或证明题全部写在作业本上。这样乏味、单调、重复的作业不利于学生灵 活性、创造性的发挥，成为学生心理的一种“只有压力，没有动力”的负担。 5.作业过程封闭郁闷。现代教育强调合作，而传统的初中数学作业则片面强 最新文件---------------- 仅供参考--------------------已改成-----------word 文本 --------------------- 方便更改 赠人玫瑰，手留余香。 《现代设计方法》课程习题集 西南科技大学成人、网络教育学院 版权所有 习题 【说明】：本课程《现代设计方法》（编号为09021）共有单选题,计算题,简答题, 填空题等多种试题类型，其中，本习题集中有[ 填空题,单选题]等试题类型未进入。 一、计算题 1. 用黄金分割法求解以下问题（缩小区间三次）。 342)(m in 2+-=x x x f ，给定初始区间[][]3,0,=b a ，取1.0=ε。 2. 用黄金分割法求解以下问题（缩小区间三次） 32)(m in 2+=x x f ，给定[][],1,2a b =-，取1.0=ε 3. 用黄金分割法求解以下问题（缩小区间三次） 432+=x )x (f min ，给定[][]40,b ,a =，取10.=ε。 4. 用黄金分割法求解以下问题（缩小区间三次）。 12)(m in 3+-=x x x f ，给定初始区间[][]3,0,=b a ，取5.0=ε 5. 用黄金分割法求解以下问题（缩小区间三次）。 107)(m in 2+-=x x x f ，给定初始区间[][]3,0,=b a ，取1.0=ε 6. 用梯度法求解无约束优化问题： 168)(m in 22221+-+=x x x X f ，取初始点[]T X 1,1)0(= ，计算精度1.0=ε。 7. 用梯度法求解96)(m in 12221+-+=x x x X f ，[]T X 1,1)0(= ，1.0=ε。 8. 用梯度法求解44)(m in 22221+-+=x x x X f ，[]T X 1,1)0(=，1.0=ε 。 9. 用梯度法求解无约束优化问题：1364)(m in 222 121+-+-=x x x x X f ，取初始点[]T X 1,1)0(=，计算精度1.0=ε。 10. 用梯度法求解1212221422)(m in x x x x x X f --+=,[]T X 1,1)0(=，1.0=ε 。（请迭代两次） 11. 有三个可靠度均为0.9的子系统组成的并联系统，试比较纯并联及2/3[G]表决系统的可靠度。 12. 一个由2个子系统组成的系统，其可靠度指标为0.85，试按等同分配法分配子系统的可靠度：（1）组成串联系统，（2）组成并联系统。 13. 已知某零件的应力和强度均呈正态分布，零件强度：MPa 516=δμ（均值），MPa S 2.24=δ（标准差），应力：MPa 378=σμ（均值），Mpa S 5.41=σ（标准差），试计算零件的可靠度与失效概率。 14. 由应力分析表明，某零件所承受的应力是拉应力，可用正态分布来描述，MPa T 3500=μ，标准差MPa S T 400=。该零件在制造过程中所引起的残余应力也可用正态分布来描述，其均值MPa C 1000=μ，标准差MPa S C 150=。由强度分析表明，该零件的强度也服从正态分布，其均值MPa 5000=δμ。现要求出当保证该零件的可靠度不低0.999时，零件强度的标准差的最低值应为多少? 教案 学校：苏州市相城中等专业学校 课程：计算机辅助设计----Auto CAD2004 班级：11 工艺美术 任课教师：吴丹 2012~2013学年度第一学期 一、课程性质和任务 （一）课程性质： 1、本课程适合于建筑工程专业 2、本课程属于技能基础课程 3、本课程属于专业必修课 （二）课程任务： 1、《计算机辅助设计----Auto CAD2004》是介绍在工程领域利用计算机技术进行辅助设计的理论与技术的学科，在工程设计等领域的应用日趋广泛，利用计算机的高效、快速、准确的计算和绘图能力，结合设计人员的经验和知识已成为今天完成工程设计的主要手段。 2、通过本门课程的学习，使学生了解计算机辅助工程设计的基本知识，掌握基本理论，具备计算机辅助设计的基本能力和技巧。 二、教学目标选择 （一）知识目标 了解计算机辅助设计产生及发展背景，在各行各业的应用情况，发展趋势等。熟悉操作环境、操作界面、绘图的一般流程，掌握辅助设计绘图的操作方法。 （二）能力（技能）目标 了解绘图的一般操作步骤。掌握基本的绘图命令，了解编辑绘图的一般步骤，掌握基本编辑命令和操作方法。掌握有关图案填充的命令和操作方法。了解文字式样设置、注写和编辑的操作方法。了解块、外部参照的基本概念。掌握块创建、使用和块属性的操作方法。了解尺寸组成、标注步骤等概念。掌握尺寸样式设定、尺寸标注、尺寸编辑、形位公差标注的有关命令和操作方法。掌握显示控制的有关命令和操作方法。熟练掌握有关设计中心、查询和辅助功能的命令和操作方法。掌握图形输出及图形打印管理的有关命令和操作方法。 （三）素质（态度）目标 要求学生对计算机辅助设计的现状和发展趋势有一个较为全面的了解，熟悉较新流行的计算机辅助设计软件，掌握其基本命令和操作方法。能够利用计算机进行本专业简单的设计工作，具备设计绘制建筑工程设计等平面图形的能力。 2014年春季学期 “机电产品现代设计方法”课程大作业一 作业题目：雷达转台设计 学生姓名： 评阅教师： 作业成绩： 1.设计任务 雷达底座转台设计：一个回转自由度 承载能力：500kg 被测件最大尺寸：Ф500×600mm 台面跳动：，台面平面度： 台面布置T型槽，便于负载安装 方位转角范围：±120° 具有机械限位和锁紧机构 角位置测量精度：±5′ 角位置测量重复性：±3′ 角速度范围：°/s～60°/s 2.设计流程 如上图所示，整个设计过程分为功能设计、总体方案设计、详细设计和设计总结四部分。功能设计部分 要结合所给出的性能要求以及我们设计的转台的目标客户可能存在的功能需求，对转台的功能进行定义。然后将转台的功能细化为小的功能单元，对应于一个个要实现功能的结构单元。然后利用QFD图对要实现的各种功能实现综合评估，评价出功能需求的相对重要性及解决方案的相对重要性。 总体方案设计部分 我们首先利用SysML语言来明确各部分功能的参数以及参数约束之间的关系，然后综合考虑各种参数，设计出整体的设计草图。 详细设计部分 首先要使得零件实现其所对应的功能，使其满足其精度及强度的要求。在此基础上，要综合考虑工件的可加工性，可装配性以及价格等因素，从而选出最符合我们需求的设计。然后根据确定的参数和方案，利用三维建模软件CATIA来进行三维建模，并将3D图进行投影，得出适合工业加工的2D图，完成整个设计。 设计总结部分 对整个过程中进行反思，考虑这个过程中存在的不足以及设计过程种学到的知识，以便应用于以后的设计当中。 设计 QFD(全称Qualification Function Deployment)是进行设计总体规划的工具。可以根据消费者的需求与需求的重要性来对工程设计做出相应的规划。 如图所示，其中第一纵行代表了安全性高，价格便宜，角度定位精度高及重复定位精度高等一系列的客户可能对所设计的转台所提出的要求。第三列(Importance of whats)用数字显示出各功能的重要性。数字越大，所对应的功能越重要，所有数字之和为100，以防止把每一项都标注得很重要，无法得出比较重要的功能。参数的分配，理论上应是根据对客户的进行调查问卷，然后根据客户的答复，给第一列中的功能按重要性赋值得到的相对重要性的饼状图如下。 定位精度、重复定位精度、可靠性、安全性为主要考察功能，重要性参数确定的比较合理。 其中第一行代表了重量、伺服电机等对第一列的为了实现功能的设计。这里将所有能想到的设计列出。 屋顶代表着各功能之间的关系。它表示了各种设计之间的关系，相互促进(+)或者相互限制(-). 以此可以对设计有个宏观的综合的考虑得到一个中性的方案。 而中间的主体矩阵部分起到衡量横行上的设计单元对客户需求的功能的满足程度，将各列里的数字加起来，即为该设计方案所对应的重要程度，重要程度越大，说明越应该重点设计。 如图所示，我们得到个设计方案的相对重要程度如下。从图中我们可以看出，为了实现客户所需求的功能，轴的设计以及电机的选择显得至关重要。这意味着在后续的设计中，应该着重设计这部分。 作业设计的技巧与方法 作为课堂教学不可或缺的延伸部分——作业，是对课程意义重建与提升的创造过程，是学生对课堂教学的深化过程。小学语文作业的有效性，设计是前提，服务课程改革，提高学生语文能力是目的。经过近几年的探索与实践，我认为：我们的作业设计，必须紧扣文本特点，充分发挥文本的示范性，必须立足广泛积累，着眼于学生语文能力的发展，才能提高作业的实效性，使作业成为提高学生语文素养的一个生长点。 一、作业设计要紧扣文本特点 在教学过程中，教材是我们最好的“标本”，根据文本的特点，充分挖掘文本中的知识源，以其为平台，即使是最简单的词语理解，也有知识和能力、过程和方法、情感态度和价值观的交融。因此，充分挖掘文本特点，释放文本内部张力是实现教学内容优化与课堂教学高效的主要途径，也是影响课堂作业最优化的重要条件。 1．为凸显单元主题设计作业 根据整单元块状结构，从整体上把握课文内容，理解文本所表达的思想、观点和感情，根据不同单元的特点阐发文本内容、研究表达形式等等，挖掘出教材内在的规律，真正体现单元整组教学的内涵和价值。通过深入探究，反复实践，进行单元整组要求与特点，设计有效作业，优化了语文课堂教学,提高了课堂教学效率。通过有效的作业设计,有目的地让学生结合单元主题进行更深入的思考,使学生的思维不囿于单独的一篇课文,提升学生对课文的理解,加深对单元整体的感悟,提高了单元习作能力,并为更好的学习课文增添了无限精彩。 2．为品析语言特色设计作业 教材文本的语言规范、优美，经常在阅读中模仿、借鉴、运用这些语句、段落、行文方式，就能逐渐体悟到其中的表达规律，并内化为学生自身的语言表达能力，由“仿”境抵达“化”境。所以，教师要善于发掘那些典范的语言表达范式，引导学生阅读、体会，进而设计“仿化”“迁移”等作业，进行有效适时模仿写话。仿拟现成的章、句、语、词，把它融化为自己的语言。 3．为揣摩写作技巧设计作业 “听说读写能力”是“语文素养”的重要组成部分。其中，读和写的能力显得尤为重要。这是评价学生语文素养的重要方面。这就需要教师细心解读文本，指导教以写作技巧，精心设计作业。 二、作业设计要致力能力发展现代设计方法3000字总结
初中数学作业的设计方法
现代设计方法_习题集(含答案)(优选.)
计算机辅助设计CAD教案
哈工大现代设计方法大作业
作业设计的技巧与方法
相关主题
文本预览