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江蘇開放大學(xué) 形成性考核作業(yè) 學(xué) 號 姓 名 課程代碼 110046 課程名稱 機(jī)械CAD/CAM 評閱教師 第 1 次任務(wù) 共 4 次任務(wù) 江蘇開放大學(xué) 第1章 機(jī)械CAD/CAM概述 ※1. 什么是CAD，什么是CAE，什么是CAPP，什么是CAM，什么是CAD/CAM 集成？ 答： CAD（Computer Aided Design 縮寫）： 是指設(shè)計(jì)人員以計(jì)算機(jī)為工具，運(yùn)用自身的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，對產(chǎn)品或工程進(jìn)行包括方案構(gòu)思、總體設(shè)計(jì)、工程分析、圖形編輯和技術(shù)文檔整理等設(shè)計(jì)活動(dòng)的總稱，是一門多學(xué)科綜合應(yīng)用的技術(shù)。 CAE(Computer Aided Engineering)是指工程設(shè)計(jì)中的分析計(jì)算、分析仿真和結(jié)構(gòu)優(yōu)化。用計(jì)算機(jī)輔助求解復(fù)雜工程和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度、屈曲穩(wěn)定性、動(dòng)力響應(yīng)、熱傳導(dǎo)、三維多體接觸、彈塑性等力學(xué)性能的分析計(jì)算以及結(jié)構(gòu)性能的優(yōu)化設(shè)計(jì)等問題的一種近似數(shù)值分析方法。 CAPP（Computer Aided Process Planning 縮寫）是指工藝人員根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行產(chǎn)品的加工方法設(shè)計(jì)和制造過程設(shè)計(jì)。將企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品制造數(shù)據(jù)的技術(shù)，通過這種計(jì)算機(jī)技術(shù)輔助工藝設(shè)計(jì)人員完成從毛坯到成品的設(shè)計(jì)。CAPP系統(tǒng)的應(yīng)用將為企業(yè)數(shù)據(jù)信息的集成打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 CAM（Computer Aided Manufacturing縮寫） 是指計(jì)算機(jī)在制造領(lǐng)域有關(guān)應(yīng)用的統(tǒng)稱。有廣義和狹義之分。廣義CAM，一般是指利用計(jì)算機(jī)輔助完成從生產(chǎn)準(zhǔn)備工作到產(chǎn)品制造過程中的直接和間接的各種活動(dòng)。包括工藝準(zhǔn)備、生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃、物流過程的運(yùn)行控制、生產(chǎn)控制、質(zhì)量控制等主要方面。狹義CAM，通常指數(shù)控程序的編制。包括刀具路線的規(guī)劃、刀位文件的生成、刀具軌跡仿真以及后置處理和NC代碼生成等。 CAD/CAM集成制造就是用CAD軟件設(shè)計(jì)出零件模型，然后直接用CAM進(jìn)行編程輸出代碼程序到機(jī)床中加工成為成品。CAD/CAM 集成系統(tǒng)借助于工程數(shù)據(jù)庫技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、以及標(biāo)準(zhǔn)格式的產(chǎn)品數(shù)據(jù)接口技術(shù)，把分散于機(jī)型各異的各個(gè)CAD/CAM 模塊高效、快捷地集成起來，實(shí)現(xiàn)軟、硬件資源共享，保證整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)的信息流動(dòng)暢通無阻。 2. 簡述CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展和發(fā)展趨勢。 答：CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展過程：1）醞釀、準(zhǔn)備階段；2）形成階段；3）成熟階段；4）迅速發(fā)展及廣泛應(yīng)用階段；集成化、標(biāo)準(zhǔn)化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化階段。 CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展趨勢：CAD/CAM技術(shù)不斷向著集成化、標(biāo)準(zhǔn)化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向深化。 ※3. 目前，CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展方向是什么？ 答：目前人工智能技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、軟件工程中面向?qū)ο蟮姆椒ㄒ约肮こ虜?shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展也為CAD/CAM技術(shù)的提高注入新的活力，CAD/CAM技術(shù)向著深度集成化、標(biāo)準(zhǔn)化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，逐漸形成以生產(chǎn)自動(dòng)化為目標(biāo)的集成制造系統(tǒng)（CIMS）。 4. 簡述CAD/CAM技術(shù)在機(jī)械制造工業(yè)中的應(yīng)用。 答：機(jī)械制造工業(yè)是應(yīng)用CAD/CAM技術(shù)的主要領(lǐng)域。目前，已廣泛應(yīng)用三維幾何造型技術(shù)，特別是參數(shù)化的特征造型技術(shù)設(shè)計(jì)圖紙，并生成數(shù)控加工信息進(jìn)行數(shù)控加工。CAD/CAM技術(shù)在機(jī)械制造工業(yè)中的應(yīng)用主要有：航空和航天工業(yè)、汽車工業(yè)、 造船工業(yè)、 制造業(yè)、機(jī)床制造、 工模具等。 5. 簡述產(chǎn)品傳統(tǒng)的生產(chǎn)過程和CAD/CAM生產(chǎn)過程。 答： 傳統(tǒng)的生產(chǎn)過程是：總體方案論證→總體設(shè)計(jì)→技術(shù)設(shè)計(jì)→詳細(xì)設(shè)計(jì)→試生產(chǎn)、性能試驗(yàn)和修改定型等。 CAD/CAM生產(chǎn)過程是：提出設(shè)計(jì)任務(wù)→進(jìn)行工程分析→進(jìn)行設(shè)計(jì)校核→自動(dòng)繪圖→編制工藝規(guī)程，進(jìn)行數(shù)控加工。由于采用CAD/CAM技術(shù)，在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程中就可應(yīng)用仿真技術(shù)對產(chǎn)品的性能進(jìn)行模擬，發(fā)現(xiàn)問題在設(shè)計(jì)過程中就可以修改，而不必等到樣機(jī)試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)問題再修改。這不僅節(jié)省了大量的時(shí)間和經(jīng)費(fèi)，減輕了設(shè)計(jì)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，更為重要的是，產(chǎn)品可獲得最佳性能和設(shè)計(jì)一次性成功的可能。 ※6. 簡述CAD/CAM技術(shù)有哪些貢獻(xiàn)。 答：隨著CAD/CAM技術(shù)應(yīng)用的日益廣泛和深入，它對科學(xué)技術(shù)和工業(yè)發(fā)展的貢獻(xiàn)也就越來越顯著、越來越大。CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用水平已成為衡量一個(gè)國家科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化和工業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志之一。CAD/CAM技術(shù)從根本上改變了傳統(tǒng)的手工設(shè)計(jì)，改變了以往用圖紙為介質(zhì)驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)全過程的技術(shù)管理模式，而是把真實(shí)世界的物體轉(zhuǎn)變成數(shù)字化模型，以統(tǒng)一的數(shù)字化產(chǎn)品模型驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品生命的全過程，這是制造業(yè)的信息革命。因此，CAD/CAM技術(shù)的貢獻(xiàn)具體表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面： ※ 7. 簡述CIMS主要技術(shù)特征。 答：CIMS是英文Computer Integrated Manufacturing Systems或contemporary的縮寫，直譯就是計(jì)算機(jī)/現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)。 CIMS主要技術(shù)特征是：智能化與綜合化。智能化體現(xiàn)了自動(dòng)化的深度，即不僅涉及物質(zhì)流控制的傳統(tǒng)的體力勞動(dòng)自動(dòng)化，還包括了信息流控制的腦力勞動(dòng)自動(dòng)化，而綜合化反映了自動(dòng)化的廣度，它把系統(tǒng)空間擴(kuò)展到：市場、設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)、銷售及用戶服務(wù)等全部過程。 根據(jù)以上CIMS的特征看，CIMS可以這樣定義：CIMS是在柔性制造技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)以及系統(tǒng)科學(xué)的基礎(chǔ)上，將制造工廠的生產(chǎn)、經(jīng)營活動(dòng)所需的各種分布的自動(dòng)系統(tǒng)通過簡化、要素化與標(biāo)準(zhǔn)化有機(jī)地集成起來，以獲得適用于多品種，中小批量生產(chǎn)的高效益，高柔性的智能生產(chǎn)系統(tǒng)。 ※ 8. 簡述發(fā)展CIMS所帶來的效益。 答：在制造業(yè)中，中等批量、中量品種的生產(chǎn)較適用CIMS系統(tǒng)，它具有如下效應(yīng)： 1）提高機(jī)床利用率； 2）減少直接和間接勞力； 3）縮短制造周期； 4）制品庫存量低； 5）柔性規(guī)劃； 第2章 CAD/CAM系統(tǒng)組成及其軟硬件 ※1. CAD/CAM系統(tǒng)有哪些組成？ 答：CAD/CAM系統(tǒng)應(yīng)由硬件、軟件和操作人員三大部分組成。計(jì)算機(jī)及其外圍設(shè)備構(gòu)成了CAD/CAM的硬件系統(tǒng)；操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件構(gòu)成了CAD/CAM的軟件系統(tǒng)；操作人員在CAD/CAM系統(tǒng)中起主導(dǎo)作用，他們通過人機(jī)對話的方式或批處理的方式控制和操縱CAD/CAM過程，從而完成計(jì)算、繪圖、模擬、數(shù)控編程等一系列任務(wù)。只有把硬件、軟件和操作人員融為一體，才能發(fā)揮CAD/CAM系統(tǒng)的功能。 2. CAD/CAM系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的三個(gè)主要問題是什么？ 答：CAD/CAM系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要是硬件和軟件的配置，應(yīng)考慮的三個(gè)主要問題是： 1）明確設(shè)計(jì)系統(tǒng)的要求; 2）確定近期與長遠(yuǎn)的目標(biāo); 3)確定系統(tǒng)的集成水平。 3. CAD/CAM系統(tǒng)中硬件布局類型怎樣？ 答：CAD/CAM系統(tǒng)中硬件布局類型有3種，分別為：1）單計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；2）中央計(jì)算機(jī)——衛(wèi)星機(jī)系統(tǒng)；3）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 單計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，是由一臺(tái)計(jì)算機(jī)加上輸入/輸出設(shè)備組成。早期的CAD/CAM系統(tǒng)大多屬于這種類型。單計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，用戶有較大的可見性，使用時(shí)反應(yīng)時(shí)間短。缺點(diǎn)是如果CPU失效，將會(huì)影響全部用戶。此外，它要求用戶具備一定的數(shù)據(jù)處理能力和系統(tǒng)使用的基本知識(shí)。中央計(jì)算機(jī)——衛(wèi)星機(jī)系統(tǒng)，單計(jì)算機(jī)加上前、后置處理器組成，方便多用戶使用。它提供必要的計(jì)算能力，并可自由編程。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，是由一組聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)的多個(gè)計(jì)算機(jī)組成。網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的計(jì)算機(jī)各有分工，一部分用于面向用戶的數(shù)據(jù)處理，一部分用于控制整個(gè)網(wǎng)絡(luò)通訊。各計(jì)算機(jī)之間信息的傳遞可通過局域網(wǎng)或Internet設(shè)備來實(shí)現(xiàn)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對CAD/CAM系統(tǒng)具有重大的意義，因?yàn)樗刹痪窒抻谠谀骋还S或某一研究所內(nèi)，而將邏輯上相關(guān)的組元都連接到同一網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)面向大系統(tǒng)的設(shè)計(jì)制造。 ※4. CAD/CAM系統(tǒng)中硬件選擇原則是什么？ 答：CAD/CAM系統(tǒng)中硬件選擇原則是：具有良好的開放性、合理的性能價(jià)格比、圖形處理功能、網(wǎng)絡(luò)功能、擴(kuò)充功能、技術(shù)支持與售后服務(wù)、整個(gè)硬件系統(tǒng)運(yùn)行可靠，維護(hù)簡單。 ※5. 常用的圖形輸入設(shè)備主要有哪些？ 答：常用的圖形輸入設(shè)備主要有鍵盤(Keyboard)、鼠標(biāo)器（mouse），光筆、操縱桿、跟蹤球、觸摸屏、數(shù)字化儀(Digitizer)、圖形輸入板（Tablet）、圖形掃描儀(Scanner)、數(shù)碼相機(jī)(Digital Camera)、數(shù)碼輸入設(shè)備等。 ※6. 常用的輸出設(shè)備有哪些？ 答：常用的輸出設(shè)備有：顯示器、打印機(jī)、繪圖儀、視頻輸出等。 ※7. CAD/CAM系統(tǒng)的軟件包括哪些？ 答：軟件是CAD/CAM系統(tǒng)的核心，決定著整個(gè)CAD/CAM系統(tǒng)的性能，一般認(rèn)為，CAD/CAM系統(tǒng)應(yīng)包括操作系統(tǒng)、各種語言程序、編譯程序以及應(yīng)用程序網(wǎng)絡(luò)通信等。具體說，CAD/CAM系統(tǒng)的軟件包括系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件、產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造軟件。 ※8. 一般來講，選擇CAD/CAM系統(tǒng)應(yīng)用軟件時(shí)應(yīng)遵循哪些原則？ 答：一般來講，選擇CAD/CAM系統(tǒng)應(yīng)用軟件時(shí)應(yīng)遵循原則是，具有良好的建模能力、具有必要的系統(tǒng)輔助特性、具有一定的工程分析能力、具有專業(yè)設(shè)計(jì)工具、具有良好的集成性以及具有良好的性價(jià)比和售后服務(wù)。 ※9. 你知道哪些常用的CAD/CAM系統(tǒng)應(yīng)用軟件？ 答：常用的CAD/CAM系統(tǒng)應(yīng)用軟件有：AutoCAD、Pro/E、UG、MasterCAM、CAXA、CATIA、SolidWorks、I-DEAS、Cimatron. 第3章 CAD/CAM幾何造型方法 1. 什么是幾何造型系統(tǒng)？ 答：幾何造型是一種技術(shù)，它能將物體的形狀和屬性（如顏色、紋理、材質(zhì)等）存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)，形成該物體的三維幾何模型。這個(gè)模型是對原物體的確切的數(shù)學(xué)描述或?qū)υ矬w某種狀態(tài)的真實(shí)模擬。這個(gè)模型將為各種不同的后續(xù)應(yīng)用提供信息，它可以提供有限元網(wǎng)格、提供編制數(shù)控加工刀具的軌跡，提供各種碰撞和干涉的檢查等。顯然，用計(jì)算機(jī)對模型進(jìn)行分析或模擬比對實(shí)物進(jìn)行制作或處理要容易得多，因此，各種CAD/CAM系統(tǒng)都將幾何造型作為系統(tǒng)的核心。它與設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)圖形學(xué)組成了CAD/CAM技術(shù)中CAD的三個(gè)重要部分?？梢?，幾何造型在現(xiàn)代CAD/CAM技術(shù)中的重要地位。通常把能夠定義、描述、生成幾何模型，并能交互地進(jìn)行編輯的系統(tǒng)稱為幾何造型系統(tǒng)。 ※2. 常用的幾何造型方法有哪些？ 答：幾何造型是CAD/CAM系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)。幾何造型是研究建立描述設(shè)計(jì)對象幾何模型的一般方法。在現(xiàn)有成熟的CAD/CAM系統(tǒng)中，常用的幾何造型方法有線框造型、曲面造型、實(shí)體造型和特征造型。 3. 線框造型有哪些特點(diǎn)？ 答：線框造型的優(yōu)點(diǎn)：1）由于有了物體的三維數(shù)據(jù)，便可以產(chǎn)生任意視圖，視圖之間能保持正確的投影關(guān)系，這為生成多個(gè)視圖的工程圖帶來了很大的方便。此外，還能生成任意視點(diǎn)的透視圖以及任意視向的軸測圖，這在二維系統(tǒng)中是辦不到的。 2）構(gòu)造模型時(shí)操作簡便，在CPU時(shí)間及存儲(chǔ)方面開銷低。 3）用戶幾乎不用培訓(xùn)，使用系統(tǒng)就好像是人工繪圖的自然延伸。 線框造型的缺點(diǎn)：1）因?yàn)槲矬w所有的棱線將全部顯示出來，其真實(shí)形狀須由人腦的解釋才能理解，因此會(huì)產(chǎn)生多義性的理解。此外，當(dāng)形狀復(fù)雜時(shí)，棱線過多，也會(huì)引起模糊理解。 2）線框造型中沒有曲面信息，不能繪制曲面輪廓線。 3）以前，由于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中缺少拓?fù)湫畔?，所以不能?gòu)成實(shí)體，無法識(shí)別面與體，更談不上區(qū)別體內(nèi)和體外了。因此，線框造型不能對圖形進(jìn)行剖切、消隱、明暗處理、上色、物性分析、干涉檢測等。而現(xiàn)在，有些系統(tǒng)從內(nèi)部建立了邊與面的拓?fù)潢P(guān)系，具有消隱功能了。 4. 曲面造型有哪些特點(diǎn)？ 答：1）曲面造型的主要優(yōu)點(diǎn)：曲面造型能實(shí)現(xiàn)線和面的消隱、明暗處理、著色、表面積計(jì)算、面面求交、數(shù)控刀具軌跡生成、有限元網(wǎng)格劃分等功能。主要用于構(gòu)造復(fù)雜的曲面物體，如模具、飛機(jī)、汽車等的表面。 2）曲面造型的主要缺點(diǎn)：曲面造型有時(shí)會(huì)產(chǎn)生對物體二義性的理解；操作比較復(fù)雜，要求操作人員具備曲面建模的數(shù)學(xué)知識(shí)，因此要對操作人員進(jìn)行一定的培訓(xùn)。 ※5. 常見的曲面造型方法有哪些？ 答：常見的曲面造型方法有線面拉伸面、旋轉(zhuǎn)面、直紋面、掃描面、放樣面、等距曲面、網(wǎng)格曲面等。 ※6. 實(shí)體造型的基本方法包括哪些？ 答：實(shí)體造型的基本方法包括基本體系引用法、掃描表示法、單元分解法、結(jié)構(gòu)實(shí)體幾何表示法（CSG）、邊界表示法（B—Rep）。 7. 如何進(jìn)行特征的分類？ 答：不同的應(yīng)用特點(diǎn)，形成了不同的特征定義，由此產(chǎn)生了不同特征的分類。 從產(chǎn)品整個(gè)生命周期發(fā)展過程看，特征可分為設(shè)計(jì)特征、加工特征、分析特征、公差及檢測特征、裝配特征等。 從功能上看，特征可分為形狀特征、精度特征、技術(shù)特征、材料特征、裝配體特征等。 從設(shè)計(jì)方法看，特征可分為通道特征、擠壓特征、提拉特征、過渡特征、表面特征、變形特征等。此外，根據(jù)形體的復(fù)雜程度，特征還可分為基本特征、組合特征、符號特征等。 8. 簡述特征造型系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的模式。 答：特征造型系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)主要采用特征交互定義、特征自動(dòng)識(shí)別、特征自動(dòng)重構(gòu)、基于特征的造型等四種途徑。這四種方式也基本上反映了特征造型系統(tǒng)的發(fā)展過程。 1） 特征交互定義實(shí)現(xiàn)模式 用戶→傳統(tǒng)實(shí)體造型系→零件幾何?！卣鞲郊酉怠慵卣髂? 2）特征自動(dòng)識(shí)別實(shí)現(xiàn)模式 用戶→傳統(tǒng)實(shí)體造型系→零件幾何?！卣髯詣?dòng)識(shí)別系→零件特征模 3） 特征自動(dòng)重構(gòu)實(shí)現(xiàn)模式 用戶→傳統(tǒng)實(shí)體造型系→零件幾何?！卣髯詣?dòng)重構(gòu)系→零件特征模 4） 基于特征的造型實(shí)現(xiàn)模式 用戶→基于特征的造型系→零件特征模 9. 比較參數(shù)化幾何造型技術(shù)和變量化幾何造型技術(shù)。 答：1）兩種造型技術(shù)的相同點(diǎn) 參數(shù)化幾何造型技術(shù)和變量化幾何造型技術(shù)都屬于基于約束的實(shí)體造型技術(shù)，強(qiáng)調(diào)基于特征的設(shè)計(jì)和全數(shù)據(jù)相關(guān)性，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)尺寸驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的修改，這兩種方法都提供了幾何約束和工程關(guān)系等問題的解決方法。 2）兩種造型技術(shù)的區(qū)別 ①對約束處理方法的不同是兩種造型技術(shù)最根本的區(qū)別； ②兩種造型技術(shù)應(yīng)用的場合不同； ③兩種造型技術(shù)在特征的管理方面也有所不同； 10.簡述幾何造型在CAD/CAM中應(yīng)用。 答：幾何造型在CAD/CAM中應(yīng)用：幾何造型貫穿于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、繪圖、制造和裝配等過程。1. 輔助設(shè)計(jì) 能利用幾何造型隨時(shí)顯示零件的形狀，并能利用剖切來檢驗(yàn)各種孔的相交情況、壁的厚薄等問題；能進(jìn)行物體的物性計(jì)算（如，體積、面積、重心、慣性矩等）；能檢查裝配中是否干涉；還能進(jìn)行運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的模擬。這樣，使設(shè)計(jì)者能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，修改設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。2. 自動(dòng)繪圖能利用幾何造型對設(shè)計(jì)對象進(jìn)行自動(dòng)繪圖，包括各種零件圖、裝配圖。還能繪制效果圖、光照模型和動(dòng)畫等。3. 輔助制造能利用幾何造型進(jìn)行數(shù)控自動(dòng)編程及刀具軌跡的仿真；能進(jìn)行工藝規(guī)程設(shè)計(jì)；還能幫助檢測，保證制造質(zhì)量等。4. 幫助裝配在機(jī)器人及柔性制造中利用幾何造型進(jìn)行裝配規(guī)劃、機(jī)器人視覺識(shí)別、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)的分析等。 ※為必做題。 完成日期： 得分： 評閱時(shí)間： 課程名稱： 機(jī)械CAD/CAM 第 1 次任務(wù) 評閱教師： 8