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工程师的CAX培训不仅仅是CADCWERNERDANKWORT,ROLANDWEIDLICH,BIRGITGUENTHER,JOERGEBLAUROCK计算机运用和工程设计研究小组,凯撒斯劳滕大学概要一般的产品研发可以分成三个阶段创造性阶段、概念性阶段和工程学阶段。一种产品的全部生活周期,其所有阶段都是由各种各样IT系统所支持,这些系统经常被称为“CAX系统”。因此,CAD培训应该拓展到“CAX培训”,并且把注意力集中到产品生活周期的各个阶段中。通过观察当今的生产加工链,许多与CAX相关的工作都能鉴别出来。它们都要求与某些课题相关的不同的知识水平,这些课题诸如信息技术、设计程序或CAGD2功能性等等。教授这些课题,从简单的自学,到计算机辅助支持培训,再到交互式人对人直接培养,培训方法是多种多样的。在工业中,培训方式主要取决于公司的规模和其下的部门。公司规模越大,其使用的培训方法就越综合化,并且CAX培训就更加地专业深入。CAX培训专业化和内部培训部门专门化的计划都受到关注。其他CAX培训的可能性则存在于实习医师领域、技术学院和大学中。所有以上领域都会遭遇课题的复杂性,从而经常导致培训变得宽泛却肤浅。除了要掌握CAX系统的知识和使用外,学生还必须了解CAX方法的组成和包含计划间协作的结构。伴随着这些经历,学生或雇员将首先进行基本的CAS/CAD/CAM方面的培训。第二步,他们将接受特殊课程的学习,比如PDM、数据转换、FEM等等。在更高级别中,设置了涉及PLM3、程序和公司网络的课程,以及涉及未来趋势和技术的课程。在整个培训过程中,这方面的培训申请必须是有优势的。1动机来自“SOLIDWORKS”软件公司的一份1999年时事通讯中,提出了如下的问题“什么是最重要的学习目的”给出的答案是“教给人们‘设计是一个步骤’”稍候,这份时事通讯提出工程学培训应该用于培养工程师,使他们懂得“如何在现代产品设计制造的世界中进行思考”。在中学和大学里,工业中的“CAD培训”是什么意思呢当然,“CAD培训”不是意味着只局限于教授“实体或表面建模”而已。这个工作是相当复杂的学生或技术雇员必须在“计算机辅助产品制造”功能的帮助下,掌握完整的发展程序。2CAD系统的简史现代CAX系统有多种根源⑴20世纪50年代,由麻省理工学院的ROSS研发的“全自动编程工具(APT)”,可以对机器进行数字控制,这可以被认为是CAM系统的先驱了。⑵20世纪70年代,早期的计算机辅助设计系统(类似于LOCKHEEDMARTIN的CADAM)通过发展,替代了传统的作图板,从而缩减了时间和金钱。⑶最初用于雕刻表面成型的早期系统经过改进后,被汽车和直升飞机工业所使用。这个改进的目的并不是为了缩减时间,而是为了获得雕刻表面清楚的3D成像,使之在当时能用于数控磨床。这种3D成像不能通过传统的2D画图和分割区段的方法来形成。⑷20世纪60年代,NASTRAN首创了基于“有限元素法”的计算机辅助工程学,并为20世纪70年代的MARC和ANSYS所沿用。得益于这些根源,在最后的三十年里,越来越多包含设计步骤的工作都使用了CAX工具。无论是手动起草、平面成型,又或者是经典的机械设计,都被3D网线结构、固体建模和以参数特征为基础的设计所取代。目前,包含生产准备在内的完整的产品制造,其全部流程都伴随着CAX技术的应用。根据应用领域的不同,CAX系统得到不同的改进,并以各异的CAX方法来命名计算机辅助成型(CAS)、计算机辅助审美设计(CAAD)、计算机辅助概念设计(CACD)。所有这些技术都涵盖于计算机辅助设计(CAD)的概念中。有两个非常重要的计算机辅助领域几乎独立地得到历史性的发展分别是计算机辅助制造(CAM)和计算机辅助工程学(CAE)。后者主要运用于一些有限的模拟仿真和有限元的分析。虽然这些技术是独立起源的,但是为了满足CAD数据输入和IDEAS的需要,它们在20世纪70年代中期很快地发展起来,并在CAD和FEA之间的联系中确立根本地位。有关“计算机辅助产品制造”的培训仍然确实地反映着这样的历史学生或工程师通常是以学习2D系统开始他们的培训的。后来,他们接触了3D建模。进一步地,他们对参数设计和变分设计熟悉起来。相应地,他们必须接受有关PDM或PLM系统内容的培训,以便能处理所有CAX数据。3当今的生产链模拟的简化生产链(见图1)显示出CAD只是产品研发过程中的一部分而已。这个过程是以一个想法和产品的需求及规格为开端的,并以连续生产、客户售后服务、循环使用、扔弃和处理为结束的。CAD同其他许多CAX技术一起嵌入到整个产品研发过程中。为了避免产生不必要的循环,工程师必须掌握周围加工步骤的知识和数据的种类及质量。有关先加工步骤的知识是为了维持设计意向,而有关余下加工步骤的知识则是为了保证加工的可行性。除了这个经济因素外,描述产品质量的相关信息也必须在考虑范围内。现代产品制造过程变得越来越象一个“虚拟产品”产生过程。请记住,这种加工的特点在于“同时工程学”(同一时间演示不同的加工步骤)和“并发事件工程”(并行地发展毗邻成分),显然,巨大数量的数据值必须依靠一个有效的产品数据管理系统(PDM)进行处理。两种事实增加了以下情况的复杂性⑴对于包含一种或各种不同加工步骤的不同任务,有时必须同时应用相当不同的CAX系统和数据模型。⑵在现代工业中,同在一个网络里的厂商经常是使用不同的系统,或者使用不同版本的相同系统。所以,不只CAX数据与数据变换的交换是,完整的厂商整合也是一项为获得成功的改进和生产过程的主要任务。4“CAX人”各种不同职业的描述回看CAD的历史,在20世纪70年代,首先使用CA工具的是设计小汽车车体及直升飞机外壳的CAD绘图者和CAD表面设计者(现在被称为“SURFACER”)。20世纪70年代,表面已经被直接用在数控磨床的表面上,而FEA工程师却使用CAD几何学作为输入。系统供应者和/或一位内部CAD技术员对绘图者和表面设计师进行主要培训。这些CAD技术员经常同时地成为飞行员、火车司机和内部系统服务者。这些先锋使得新技术成型,并缩小由常规改进而引起的偏差。20世纪80年代的前五年里,伴随着CAD系统性能的增长,不同“CAD人”的数目也随之增加。在20世纪90年代,CAX工具的范围扩大了,而目前的CAX技术或多或少地标准化了。现在,CAX技术的精深用法可以认为是成为任何有竞争力公司的先决条件。因而,各种不同的任务产生各种不同的职业。在下列的加工链中有(见图1)⑴STYLIST这类人用手工作,使用泥土绘制草图和建立模型,但也有越来越多的人使用CAS系统,例如ALIAS软件。⑵SURFACERS这类人将由STYLIST设计的外形改变成CACLASSA表面。他们使用特殊表面系统软件,例如ICEMSURF或前时代中使用的STRIM100。⑶CNCMODELMAKER这类人使用CAM技术,利用CAS或者CAD数据建出实体模型。这项工作是将外形从“虚拟世界”改变成“实体世界”。⑷为了填补手动式的优化实体模型与必需的CAD表面描述之间的空缺,一个特别工作是必不可少的表面重建或“颠倒(外形)工程”。5培训方法培训内容之外,有一些在强度和费用方面不同的培训方法。这些培训方法可以通过一个有效的方式联系起来。⑴基于计算机的培训最便宜的CAX培训是被称为“基于计算机的培训”(CBT)的方式。一些CAX系统提供商推出一款特别软件,以供自学者学习使用CAX系统。但是,也有些企业专门研究CBT以推出他们的方案。这些CBT计划大多数都只是表明了计划的操作和功能而已。在教授自主独立的操作中经常存在着一个缺陷。对于解决设计问题的策略是不能标准化的。此外,这种培训方法只获得少许培训成功的反馈例子。例如,学生或工程师将无法被告之,他/她的培训部分是对是错以及为什么。鉴于这些缺陷,基于计算机的培训在最初并没有得到普遍推广。⑵实践性课程(“面对面”)一个较好的但更昂贵的CAX培训方式,是接受一位指导老师的实践性课程。主要的优点是能直接地从CAX培训员处得到反馈信息。另一个优点是,如果遇到问题、无法解决的设计难题或CAX系统的奇怪反应时,能够得到讲解。而缺点是,当该课程结束后,培训员就经常不再履行职责了。⑶跟随式指导跟随式指导是解决上述问题的一种方式。如果公司有内部培训部门,或有一位外来培训员长期驻内,则指导式培训就能容易地与透彻的定点跟随式指导结合起来。在特别部门里,为了满足该部门需要而进行CAX培训后,培训员依然提供更多的协助。⑷内部“热线”许多较大规模的公司开辟了内部“热线”,使用者能够获得对具体问题的解答,
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