外文翻譯--工程師的CAx培訓--不僅僅是CAD 中文版.doc

工程師的CAx培訓-不僅僅是CADC.WernerDankwort,RolandWeidlich,BirgitGuenther,JoergE.Blaurock計算機運用和工程設計研究小組，凱撒斯勞滕大學概要一般的產(chǎn)品研發(fā)可以分成三個階段：創(chuàng)造性階段、概念性階段和工程學階段。一種產(chǎn)品的全部生活周期，其所有階段都是由各種各樣IT系統(tǒng)所支持，這些系統(tǒng)經(jīng)常被稱為“Cax系統(tǒng)”。因此，CAD培訓應該拓展到“Cax培訓”，并且把注意力集中到產(chǎn)品生活周期的各個階段中。通過觀察當今的生產(chǎn)加工鏈，許多與Cax相關的工作都能鑒別出來。它們都要求與某些課題相關的不同的知識水平，這些課題諸如信息技術、設計程序或CAGD2功能性等等。教授這些課題，從簡單的自學，到計算機輔助支持培訓，再到交互式人對人直接培養(yǎng)，培訓方法是多種多樣的。在工業(yè)中，培訓方式主要取決于公司的規(guī)模和其下的部門。公司規(guī)模越大，其使用的培訓方法就越綜合化，并且CAx培訓就更加地專業(yè)深入。CAx培訓專業(yè)化和內(nèi)部培訓部門專門化的計劃都受到關注。其他CAx培訓的可能性則存在于實習醫(yī)師領域、技術學院和大學中。所有以上領域都會遭遇課題的復雜性，從而經(jīng)常導致培訓變得寬泛卻膚淺。除了要掌握CAx系統(tǒng)的知識和使用外，學生還必須了解CAx方法的組成和包含計劃間協(xié)作的結(jié)構。伴隨著這些經(jīng)歷，學生或雇員將首先進行基本的CAS/CAD/CAM方面的培訓。第二步，他們將接受特殊課程的學習，比如PDM、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、FEM等等。在更高級別中，設置了涉及PLM3、程序和公司網(wǎng)絡的課程，以及涉及未來趨勢和技術的課程。在整個培訓過程中，這方面的培訓申請必須是有優(yōu)勢的。1.動機來自“SolidWorks”軟件公司的一份1999年時事通訊中，提出了如下的問題：“什么是最重要的學習目的？”給出的答案是：“教給人們設計是一個步驟！”稍候，這份時事通訊提出：工程學培訓應該用于培養(yǎng)工程師，使他們懂得“如何在現(xiàn)代產(chǎn)品設計制造的世界中進行思考”。在中學和大學里，工業(yè)中的“CAD-培訓”是什么意思呢？當然，“CAD-培訓”不是意味著只局限于教授“實體或表面建?！倍?。這個工作是相當復雜的：學生或技術雇員必須在“計算機輔助產(chǎn)品制造”功能的幫助下，掌握完整的發(fā)展程序。2.CAD-系統(tǒng)的簡史現(xiàn)代CAx-系統(tǒng)有多種根源：20世紀50年代，由麻省理工學院的Ross研發(fā)的“全自動編程工具（APT）”，可以對機器進行數(shù)字控制，這可以被認為是CAM-系統(tǒng)的先驅(qū)了。20世紀70年代，早期的計算機輔助設計系統(tǒng)（類似于LockheedMartin的CADAM）通過發(fā)展，替代了傳統(tǒng)的作圖板，從而縮減了時間和金錢。最初用于雕刻表面成型的早期系統(tǒng)經(jīng)過改進后，被汽車和直升飛機工業(yè)所使用。這個改進的目的并不是為了縮減時間，而是為了獲得雕刻表面清楚的3D成像，使之在當時能用于數(shù)控磨床。這種3D成像不能通過傳統(tǒng)的2D畫圖和分割區(qū)段的方法來形成。20世紀60年代，Nastran首創(chuàng)了基于“有限-元素法”的計算機輔助工程學，并為20世紀70年代的Marc和Ansys所沿用。得益于這些根源，在最后的三十年里，越來越多包含設計步驟的工作都使用了CAx工具。無論是手動起草、平面成型，又或者是經(jīng)典的機械設計，都被3D網(wǎng)線結(jié)構、固體建模和以參數(shù)特征為基礎的設計所取代。目前，包含生產(chǎn)準備在內(nèi)的完整的產(chǎn)品制造，其全部流程都伴隨著CAx技術的應用。根據(jù)應用領域的不同，CAx系統(tǒng)得到不同的改進，并以各異的CAx方法來命名：計算機輔助成型（CAS）、計算機輔助審美設計（CAAD）、計算機輔助概念設計（CACD）。所有這些技術都涵蓋于計算機輔助設計（CAD）的概念中。有兩個非常重要的計算機輔助領域幾乎獨立地得到歷史性的發(fā)展：分別是計算機輔助制造（CAM）和計算機輔助工程學（CAE）。后者主要運用于一些有限的模擬仿真和有限元的分析。雖然這些技術是獨立起源的，但是為了滿足CAD數(shù)據(jù)輸入和I-DEAS的需要，它們在20世紀70年代中期很快地發(fā)展起來，并在CAD和FEA之間的聯(lián)系中確立根本地位。有關“計算機輔助產(chǎn)品制造”的培訓仍然確實地反映著這樣的歷史：學生或工程師通常是以學習2D系統(tǒng)開始他們的培訓的。后來，他們接觸了3D建模。進一步地，他們對參數(shù)設計和變分設計熟悉起來。相應地，他們必須接受有關PDM或PLM系統(tǒng)內(nèi)容的培訓，以便能處理所有CAx數(shù)據(jù)。3.當今的生產(chǎn)鏈模擬的簡化生產(chǎn)鏈（見圖1）顯示出CAD只是產(chǎn)品研發(fā)過程中的一部分而已。這個過程是以一個想法和產(chǎn)品的需求及規(guī)格為開端的，并以連續(xù)生產(chǎn)、客戶售后服務、循環(huán)使用、扔棄和處理為結(jié)束的。CAD同其他許多CAx技術一起嵌入到整個產(chǎn)品研發(fā)過程中。為了避免產(chǎn)生不必要的循環(huán)，工程師必須掌握周圍加工步驟的知識和數(shù)據(jù)的種類及質(zhì)量。有關先加工步驟的知識是為了維持設計意向，而有關余下加工步驟的知識則是為了保證加工的可行性。除了這個經(jīng)濟因素外，描述產(chǎn)品質(zhì)量的相關信息也必須在考慮范圍內(nèi)?，F(xiàn)代產(chǎn)品制造過程變得越來越象一個“虛擬產(chǎn)品”產(chǎn)生過程。請記住，這種加工的特點在于“同時工程學”（同一時間演示不同的加工步驟）和“并發(fā)事件工程”（并行地發(fā)展毗鄰成分），顯然，巨大數(shù)量的數(shù)據(jù)值必須依靠一個有效的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)（PDM）進行處理。兩種事實增加了以下情況的復雜性：對于包含一種或各種不同加工步驟的不同任務，有時必須同時應用相當不同的CAx系統(tǒng)和數(shù)據(jù)模型。在現(xiàn)代工業(yè)中，同在一個網(wǎng)絡里的廠商經(jīng)常是使用不同的系統(tǒng)，或者使用不同版本的相同系統(tǒng)。所以，不只CAx數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)變換的交換是，完整的廠商整合也是一項為獲得成功的改進和生產(chǎn)過程的主要任務。4.“CAx人”：各種不同職業(yè)的描述回看CAD的歷史，在20世紀70年代，首先使用CA工具的是設計小汽車車體及直升飛機外殼的CAD繪圖者和CAD表面設計者（現(xiàn)在被稱為“surfacer”）。20世紀70年代，表面已經(jīng)被直接用在數(shù)控磨床的表面上，而FEA工程師卻使用CAD幾何學作為輸入。系統(tǒng)供應者和/或一位內(nèi)部CAD技術員對繪圖者和表面設計師進行主要培訓。這些CAD技術員經(jīng)常同時地成為飛行員、火車司機和內(nèi)部系統(tǒng)服務者。這些先鋒使得新技術成型，并縮小由常規(guī)改進而引起的偏差。20世紀80年代的前五年里，伴隨著CAD系統(tǒng)性能的增長，不同“CAD人”的數(shù)目也隨之增加。在20世紀90年代，CAx工具的范圍擴大了，而目前的CAx技術或多或少地標準化了?，F(xiàn)在，CAx技術的精深用法可以認為是成為任何有競爭力公司的先決條件。因而，各種不同的任務產(chǎn)生各種不同的職業(yè)。在下列的加工鏈中有（見圖1）：Stylist這類人用手工作，使用泥土繪制草圖和建立模型，但也有越來越多的人使用CAS系統(tǒng)，例如ALIAS軟件。Surfacers這類人將由Stylist設計的外形改變成CA-Class-A表面。他們使用特殊表面系統(tǒng)軟件，例如ICEM-Surf或前時代中使用的STRIM100。CNC-Modelmaker這類人使用CAM技術，利用CAS或者CAD數(shù)據(jù)建出實體模型。這項工作是將外形從“虛擬世界”改變成“實體世界”。為了填補手動式的優(yōu)化實體模型與必需的CAD表面描述之間的空缺，一個特別工作是必不可少的：表面重建或“顛倒（外形）工程”。5.培訓方法培訓內(nèi)容之外，有一些在強度和費用方面不同的培訓方法。這些培訓方法可以通過一個有效的方式聯(lián)系起來?；谟嬎銠C的培訓最便宜的CAx培訓是被稱為“基于計算機的培訓”（CBT）的方式。一些CAx系統(tǒng)提供商推出一款特別軟件，以供自學者學習使用CAx系統(tǒng)。但是，也有些企業(yè)專門研究CBT以推出他們的方案。這些CBT計劃大多數(shù)都只是表明了計劃的操作和功能而已。在教授自主獨立的操作中經(jīng)常存在著一個缺陷。對于解決設計問題的策略是不能標準化的。此外，這種培訓方法只獲得少許培訓成功的反饋例子。例如，學生或工程師將無法被告之，他/她的培訓部分是對是錯以及為什么。鑒于這些缺陷，基于計算機的培訓在最初并沒有得到普遍推廣。實踐性課程（“面對面”）一個較好的但更昂貴的CAx培訓方式，是接受一位指導老師的實踐性課程。主要的優(yōu)點是能直接地從CAx培訓員處得到反饋信息。另一個優(yōu)點是，如果遇到問題、無法解決的設計難題或CAx系統(tǒng)的奇怪反應時，能夠得到講解。而缺點是