現代設計方法

1、1.機械機械CAD支撐軟件從功能上可以分為哪支撐軟件從功能上可以分為哪三類？具體包括哪些軟件？三類？具體包括哪些軟件？答：機械CAD支撐軟件從功能上可以分為三類：第一類解決幾何圖形設計問題；第二類解決工程分析與計算問題；第三類解決文檔寫作與生成問題。具體包括：基本圖形資源軟件；二維，三維繪圖軟件；幾何造型軟件；工程分析與計算軟件；文檔制作軟件。2.什么是什么是CAD技術？技術？CAD技術的主要特點？技術的主要特點？答，CAD是計算機輔助

2、設計的英文縮寫，已經成為一個世界性的通用的專業(yè)詞匯。它是指人們在計算機軟，硬件的輔助下對產品或工程進行設計，繪圖，分析計算，修改和編寫技術文件以及顯示，輸出的一種設計方法。它的主要特點有:1制圖速度快，減少手工繪圖時間，提高了工作效率。2圖樣格式統(tǒng)一，質量高，促進設計工作規(guī)范化，系列化和標準化。3提高分析計算速度，能夠解決復雜的設計計算問題。4易于技術資料的保存和查找，修改設計快，縮短了產品的設計周期。5設計時可預測產品的性能。3.CA

3、D系統(tǒng)從軟件上可分為哪幾類？其作系統(tǒng)從軟件上可分為哪幾類？其作用分別是什么？用分別是什么？答，在CAD系統(tǒng)中，軟件大體上可分為三類；1系統(tǒng)軟件。系統(tǒng)軟件是直接配合硬件工作，并對其他軟件起支撐作用，主要是操作系統(tǒng)和各種計算機語言。2支撐軟件。CAD支撐軟件是指在CAD系統(tǒng)中，支撐用戶進行CAD工作的通用性功能軟件。3專用應用軟件。專用應用軟件是專門為適應用戶特定使用條件需要而開發(fā)的軟件。4.在CAD作業(yè)中，對設計常用的到得數據作業(yè)中，對設

4、計常用的到得數據如何處理？如何處理？答：1、程序化。即在應用程序內部對這些數表及線圖進行查表、處理或計算。具體有兩種方法，第一是將數據表中的數據或線圖經離散化后存入一維二維或三維數組，用查表、插值等方法檢索所需數據；第二是將數表或線圖擬合成公式，編入程序計算出所需數據2、數據庫存儲。數據表及線圖中的數據按數據庫的規(guī)定進行文件結構化，存儲在數據庫中，數據獨立于應用程序，但又能為所有應用程序提供服務。5.CAD系統(tǒng)分類中的集中式主機系統(tǒng)有什

5、系統(tǒng)分類中的集中式主機系統(tǒng)有什么優(yōu)缺點。么優(yōu)缺點。答：優(yōu)點：一個集中的數據庫統(tǒng)一管理所有數據。缺點：1、由于所有的軟件都存在主機里，一旦主機失誤，將影響用戶的工作。2、當計算量過大時，系統(tǒng)響應變慢，甚至會出現個別終端等待現象。6.在工程設計的在工程設計的CAD作業(yè)中，一般對線圖作業(yè)中，一般對線圖形式給出的系數和參數如何處理？形式給出的系數和參數如何處理？答：進行線圖的程序化。線圖的程序化有以下幾種處理方法：1、找到線圖原來的公式，將公式

6、編入程序。2、將線圖離散化為數表，再采用數表的程序化處理方法進行處理。3、用曲線擬合的方法求出線圖的經驗公式，再將公式編入程序。7.結合實際應用說明結合實際應用說明CAD工作過程？工作過程？答：例如利用CAD設計一個零件的過程：1、定義產品的幾何模型，進行零件的形體設計，一般用實體造型的方法建立零件的立體圖形2、轉換為具體的數據3、根據后續(xù)工作抽取模型中的數據進行處理4、進行工程分析及計算5、進行詳細設計6、編制全部設計文檔，輸出工程圖

7、。8.簡述簡述‘窗口和視區(qū)窗口和視區(qū)’的定義的定義之間的匹配之間的匹配及變換作用。及變換作用。答，窗口是在用戶坐標系中定義的確定顯示內容的一個矩形區(qū)域，只有在這個區(qū)域內的圖形才能在設備坐標系中輸出，而窗口外的部分則被裁掉。視區(qū)是在設備坐標系中定義的一個矩形區(qū)域，用于輸出窗口中的圖形。視區(qū)決定了窗口中圖形要顯示與屏幕上的位置和大小。窗口和視區(qū)的匹配就是兩個矩形區(qū)域的點按相對位置一一對應起來。作用：固定視區(qū)參數，改變窗口參數，可以改變視區(qū)中

8、圖形顯示的比例和部位。如果同時增大窗口的高度和寬度，則視區(qū)顯示內容范圍增大，圖形比例縮小。如果只改動窗口左下角坐標，則顯示比例不變，但顯示范圍產生左右上下移動。9.什么是用戶坐標系、設備坐標系、規(guī)格化什么是用戶坐標系、設備坐標系、規(guī)格化設備坐標系？在圖像程序設計中，采用規(guī)格設備坐標系？在圖像程序設計中，采用規(guī)格化設備坐標系有什么好處？化設備坐標系有什么好處？答：用戶坐標系：又稱世界坐標系，它符合右手定則的直角坐標系，用來定義用戶在二維平

9、面或三維世界中的物體。理論上是無限大且連續(xù)的，即它的定義域為實數域；設備坐標系：圖形輸出設備自身都有一個坐標系，稱為設備坐標系或物理坐標系。是一個二維平面的坐標系，它的度量單位是步長或像素，因而它的定義域是整數域且是有界的。規(guī)格化坐標系：為了便于圖形處理，引入一個與設備無關的坐標系，采用一種無量綱的單位代替設備坐標，當圖形輸出時，在轉換為具體的設備坐標，這就是規(guī)格化設備坐標系。好處：用戶的圖形數據經轉換成規(guī)格化設備坐標系中的值，使應用程

10、序與圖形設備隔離開，增強了應用程序的可移植性。10.參數化繪圖有何優(yōu)點？常用的實現方法參數化繪圖有何優(yōu)點？常用的實現方法有哪幾種？有哪幾種？答：優(yōu)點：使得產品的設計圖可以隨著某些結構尺寸的修改和使用環(huán)境的變化而變化，工作效率高，通過合理的構思樣板圖，可使一個程序覆蓋較多的零件。方法：作圖匹配法、幾何作圖局部求解法和輔助線作圖法。11.特征造型是什么？在特征造型中如何讓特征造型是什么？在特征造型中如何讓很好的確定特征？很好的確定特征？答：

11、特征指的是反映零件特點的、可按照一定的原則分類的、具有相對獨立意義的典型結構形狀，基于特征的造型稱為特征造型。建立特征造型方法：1、以人機交互的方式輔助識別特性，輸入工藝信息，建立零件或產品描述的數據結構2、利用實體模型信息，自動識別特征，再交互輸入工藝信息3、利用特征進行零件設計，即預先定義大量特征，放入特征庫，在設計階段就調入形狀特征進行造型，再逐步輸入幾何信息，工藝信息，建立起零件的特征數據模型，并將其輸入數據庫。12.簡述最小二

12、乘法擬合的基本思想？簡述最小二乘法擬合的基本思想？答：已知由線圖或實驗所得的m個點的坐標（x1，y1），（x2，y2），……，（xm，ym），設擬合的公式為y=f（x），因此每一節(jié)點的偏差為ei=f（xi）—yii=12，……，m偏差的平方和為=??miie12形或非線性的等式或不等式組。24.線性規(guī)劃與非線性規(guī)劃有何區(qū)別？線性規(guī)劃與非線性規(guī)劃有何區(qū)別？答：當目標函數F（x）和約束條件都是設計變量的線性函數時，列出這種數學模型并求解的過

13、程，稱為線性規(guī)劃。如果目標函數F（x）和約束條件中有一個或多個是設計變量的非線性函數時，列出這種數學表達式并求解的過程，稱為非線性規(guī)劃。線性規(guī)劃中的可行域是圖多面體，非線性規(guī)劃中可行域由約束條件圍成。25.什么是優(yōu)化設計？簡述優(yōu)化方法的分類？什么是優(yōu)化設計？簡述優(yōu)化方法的分類？答：優(yōu)化設計亦稱最優(yōu)化設計，它是以數學規(guī)劃理論為基礎，以電子計算機為輔助工具的一種設計方法。他首先將設計問題按規(guī)定的格式建立數學模型，并選擇合適的優(yōu)化方法，選擇或

14、編制計算機程序然后通過電子計算機計算自動獲得的優(yōu)化方案。優(yōu)化方法大體可以分兩類：（1）直接計算目標函數值，比較目標函數值，并以之作為迭代收斂根據的方法（2）以多變量函數極值理論為基礎，利用目標函數的性態(tài)，并以之作為尋優(yōu)，迭代，收斂的根據方法，前者稱為直接法，后者稱為求導法。26.什么是優(yōu)化設計中的約束條件？等式約什么是優(yōu)化設計中的約束條件？等式約束與不等式約束有何區(qū)別與聯系？束與不等式約束有何區(qū)別與聯系？答：在優(yōu)化設計中，設計變量的取值

15、范圍有限制或必須滿足一定的條件。這種對設計變量取值時的限制條件稱為約束條件。不等式約束將設計變量限制在一個區(qū)間或區(qū)域，約束不嚴格等式約束將設計變量限制在一個點、線或面上，約束嚴格。等式約束可起到降低自由度的作用，有一個等式約束就可以減低一個設計自由度；一個等式約束可以用兩個不等式約束來表示。27.什么是優(yōu)化設計結果的靈敏度分析？有什么是優(yōu)化設計結果的靈敏度分析？有何作用？何作用？答；所謂優(yōu)化設計結果的靈敏度分析，是指當取得最優(yōu)化設計方案

16、時，分析由于約束或設計變量發(fā)生某些變化而對最優(yōu)解造成的影響。他的左右包括：《1》找出最靈敏因素，如果能改變一些可控制變量的數據，研究他對最優(yōu)解產生的影響；若對給定參數作微小量的變化，而對最優(yōu)解產生相當大的有利作用，則這個參數就是最靈敏因素?！?》提供與研究對象的改進和補充有關的有價值的信息，以便改進所研究對象的數學模型?！?》弄清楚研究對象對這個系統(tǒng)中那些不可控制參數或變量變化所起的作用。28.選擇優(yōu)化方法一般需要考慮的因素有哪選擇優(yōu)化

17、方法一般需要考慮的因素有哪些？些？答，1數學模型的類型，如有約束或無約束，是連續(xù)變量或離散變量，函數是非線性還是全都是線性的等。2數學模型的規(guī)模，及設計變量的維數和約束條件數的多少。3模型中函數的性質，如是否連續(xù)，一階和二階導數是否存在等。4優(yōu)化算法是否有現成的計算機程序，了解它的語言類型，編程質量，所使用的機器類型等。5了解算法的階基本結構，解題的可靠性，計算穩(wěn)定性等一些性能。6程序的界面性，及使用的簡易型及輸入，輸出解釋的清楚程度等

18、。29.列舉常用的終止準則。列舉常用的終止準則。答：1、用相鄰兩點的矢量差的模作為終止迭代的判據2、用兩次迭代的目標函數值之差作為終止迭代的判據3、用梯度的模作為終止迭代的判據。30.什么是庫恩塔克條件？幾何意義是什么？什么是庫恩塔克條件？幾何意義是什么？答：是一個約束極值點存在的必要條件為：目標函數梯度可表示為約束面梯度線性組合的負值，即▽F（X）=∑i=1qλi▽gi（X），q為該設計點X處的約束面，λi為非負值的乘子。意義：起作用

19、約束的梯度矢量，在設計空間構成一個椎體，目標函數的負梯度應含在此椎體內。31.31.一維搜索最優(yōu)方法中的二次插值法的基一維搜索最優(yōu)方法中的二次插值法的基本思想？本思想？答：基本思想是：在選定的單峰區(qū)間內選一點，連同兩端點，利用這三點的函數值構成一個二次多項式，作為原函數的近似，求出近似二次多項式的極小點作為原函數的近似最優(yōu)點。32.簡述一維搜索方法中多維空間的一維搜簡述一維搜索方法中多維空間的一維搜索最優(yōu)化方法。索最優(yōu)化方法。答：多維空

20、間的最優(yōu)化方法，一般遵循這樣一種基本形式：從一個初始點X（0）出發(fā)，按一定規(guī)律確定搜索方向S（0），然后在搜索方向S（0）上搜索到目標函數的極小點X（1）；接著又以X（1）為新的出發(fā)點，確定一個搜索方向S（0））再在S（1）方向搜索到目標函數的極小點X（2）作為下一次迭代的出發(fā)點。如此重復上述過程，直到把目標函數調到最優(yōu)值F（X）上為止。33.什么是梯度法？基本原理和特點。什么是梯度法？基本原理和特點。答，梯度法又稱最速下降法，它是采用

21、使目標函數值下降最快的負梯度方向作為搜索方向，來求目標函數的最小值。梯度函數的特點有：1其迭代計算比較簡單，只需求一階偏導數，所占用的存儲單元少，對初始點的要求不高。2梯度法在接近極小點位置時收斂速度很慢，只有當目標函數的等值線為同心圓時，任一點處的負梯度才是全域的最速下降方向。3梯度法開始時走的步長很大，接近極小點時走的步長很小，通常將梯度法與其他方法配合使用，開始用梯度法，以后采用其他更有效的方法34.簡述梯度法的迭代步驟。簡述梯度

22、法的迭代步驟。答：1、給定迭代的初始值X0，允許誤差ε1置k=0；2、計算迭代的梯度▽F（X（k））和方向S（k）=—▽︱▽︳。3、檢驗是否滿足︱▽︳≤ε1，若滿足則停止迭代，否則進行下一步計算。4、計算最優(yōu)步長α（k）。5、迭代計算X（k=1）=X（k）—α（k）▽︱▽︳6、令k=k1轉下一步計算。35.共軛梯度法的特點。共軛梯度法的特點。答：在梯度法靠近極值點收斂速度減慢的情況下，共軛梯度法可以通過構造共軛方向，使其收斂速度加快，具

23、有一次收斂速度，使計算過程簡便，效果又好；在每一步迭代過程中都要構造共軛方向，比較繁瑣。36.為什么選用共軛方向作為搜索方向可以為什么選用共軛方向作為搜索方向可以取得良好的效果？取得良好的效果？答：主要是由共軛方向的性質所決定的。共軛方向的性質為：對于n維正定二次型函數，從任意初始點X（0）出發(fā)，依次沿著與矩陣A為共軛的n個線性無關的方向S1，S2，Sn進行一維搜索，則能在第n步以前達到極小點。37.優(yōu)化設計的罰函數法？其基本原理及分優(yōu)