臥式雙面23軸組合鉆床前主軸箱設(shè)計
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黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）
黃河科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書
工 學(xué)院 機械 系 機械設(shè)計制造及其自動化 專業(yè) 2008 級 2 班
學(xué) 號 學(xué)生 指導(dǎo)教師
畢業(yè)設(shè)計（論文）題目：
臥式雙面23軸組合鉆床前主軸箱設(shè)計
畢業(yè)設(shè)計（論文）工作內(nèi)容與基本要求（目標、任務(wù)、途徑、方法，應(yīng)掌握的原始資料（數(shù)據(jù)）、參考資料（文獻）以及設(shè)計技術(shù)要求、注意事項等）：
基本要求：
1、 了解發(fā)動機機體大批量生產(chǎn)流水線中組合機床的原理、結(jié)構(gòu)、工藝水平、分析使用現(xiàn)狀及存在的問題；
2、 分析三缸機體的結(jié)構(gòu)、工藝流程及設(shè)計要求；
3、 按組合機床設(shè)計規(guī)范要求完成設(shè)計任務(wù)。
主要內(nèi)容：
1、 課題調(diào)研，搜集查閱資料，撰寫文獻綜述；
2、 裝配圖，主要零件圖；
3、 編寫設(shè)計說明書，翻譯外文資料。
主要參考資料：
1、 機械設(shè)計基礎(chǔ)，張衛(wèi)國，華中科技大學(xué)出版社；
2、 機械設(shè)計手冊，機械設(shè)計委員會，機械工業(yè)出版社；
3、 組合機床設(shè)計簡明手冊，謝家瀛，機械工業(yè)出版社。
設(shè)計時間安排：
1、 第1—2周（2月13日—2月26日）：完成開題報告；
2、 第3—4周（2月27日—3月11日）：完成譯文，文獻綜述；
3、 第5—12周（3月12日—5月6日）：完成總體設(shè)計，設(shè)計說明書；
4、 第13周（5月7日—5月13日）： 答辯文獻準備完成；
5、 第14周（5月14日—5月19日）： 答辯。
畢業(yè)設(shè)計（論文）時間： 2012 年 02 月 13 日至 2012 年 05 月 15 日
計 劃 答 辯 時 間： 2012 年 05 月 19 日
專業(yè)（教研室）審批意見：
審批人簽名：
黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計開題報告表
課題名稱
臥式雙面23軸組合鉆床前主軸箱設(shè)計
課題來源
教師擬訂
課題類型
AX
指導(dǎo)教師
學(xué)生姓名
專 業(yè)
機械設(shè)計制造及其自動化
學(xué) 號
一、調(diào)研資料的準備
根據(jù)任務(wù)書的要求，在做本課題前，查閱了與課題相關(guān)的資料有：機械設(shè)計基礎(chǔ)、機械設(shè)計手冊、組合機床設(shè)計簡明手冊、機械設(shè)計、機械制圖、機械制造工藝學(xué)、與畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)手冊等。
二、設(shè)計的目的與要求
通過此次設(shè)計過程，了解發(fā)動機機體大批量生產(chǎn)流水線中組合機床的原理、結(jié)構(gòu)、工藝水平、分析使用現(xiàn)狀及存在的問題，以及分析三缸機體的結(jié)構(gòu)、工藝流程及設(shè)計要求。
按組合機床設(shè)計規(guī)范要求完成設(shè)計任務(wù)。
三、設(shè)計的思路與預(yù)期成果
1、設(shè)計思路
分析加工工藝，根據(jù)“三圖一卡”繪制主軸箱原始設(shè)計依據(jù)圖，確定主軸結(jié)構(gòu)、軸頸及齒輪模數(shù)，擬定傳動系統(tǒng)，用計算機計算和驗算箱體軸孔的坐標尺寸，繪制主軸箱裝配圖、主要零件圖及編制組件明細表。
2、預(yù)期的成果
（1）完成文獻綜述一篇，不少與3000字，與專業(yè)相關(guān)的英文翻譯一篇，不少于3000字
（2）編寫設(shè)計說明書一份
（3）繪制主軸箱裝配圖，主要零件圖
（4）刻錄包含本次設(shè)計的所有內(nèi)容的光盤一張
四、任務(wù)完成的階段內(nèi)容及時間安排
1、第1—2周（2月13日—2月26日）：完成開題報告；
2、第3—4周（2月27日—3月11日）：完成譯文，文獻綜述；
3、第5—12周（3月12日—5月6日）：完成總體設(shè)計，設(shè)計說明書；
4、第13周（5月7日—5月13日）： 答辯文獻準備完成；
5、第14周（5月14日—5月19日）： 答辯。
五、完成設(shè)計（論文）所具備的條件因素
本人已修完機械設(shè)計基礎(chǔ)機械設(shè)計、機械制圖、液壓與氣壓傳動、金屬工藝學(xué)、機械制造技術(shù)基礎(chǔ)、等課程，借助圖書館的相關(guān)文獻資料，相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)等資源，查閱機械設(shè)計手冊、組合機床設(shè)計手冊畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)手冊，以及良好的計算機繪圖（CAD）操作能力。
指導(dǎo)教師簽名： 日期：
課題來源：（1）教師擬訂；（2）學(xué)生建議；（3）企業(yè)和社會征集；（4）科研單位提供
課題類型：（1）A—工程設(shè)計（藝術(shù)設(shè)計）；B—技術(shù)開發(fā)；C—軟件工程；D—理論研究；E—調(diào)研報告
（2）X—真實課題；Y—模擬課題；Z—虛擬課題
要求（1）、（2）均要填，如AY、BX等。
黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(文獻綜述) 第6頁
汽車產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新與發(fā)展
英國經(jīng)濟學(xué)家弗里曼（riedman）是第一位系統(tǒng)提出產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新理論以及首次提出國家創(chuàng)新理論的人。他指出國家創(chuàng)新的核心是產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新。他還認為產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新包括技術(shù)和技能創(chuàng)新、產(chǎn)品創(chuàng)新、流程創(chuàng)新、管理創(chuàng)新（含組織創(chuàng)新）和市場創(chuàng)新。產(chǎn)業(yè)不同，產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的內(nèi)容也不相同。
創(chuàng)新是指一種生產(chǎn)過程，這種生產(chǎn)過程具有商業(yè)目的，是搶占或開辟市場，追求經(jīng)濟效益的一種手段。熊彼特列舉了創(chuàng)新的五種表現(xiàn)形式：熊彼特列舉了創(chuàng)新的五種表現(xiàn)形式：①引入新的產(chǎn)品或提供產(chǎn)品的新質(zhì)量（產(chǎn)品創(chuàng)新）；②采用新的生產(chǎn)方法，新的工藝過程（工藝創(chuàng)新）；③開辟新的市場（市場創(chuàng)新）；④獲得新的供給來源（資源開發(fā)利用創(chuàng)新）；⑤實行新的組織形式（體制和管理創(chuàng)新）?！?】
產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新是指新興產(chǎn)業(yè)的形成過程，而產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新能力是指形成新興產(chǎn)業(yè)的能力，即指能夠滿足新的需求，或者滿足同樣的需求卻可以節(jié)約更多資源的產(chǎn)業(yè)的形成與普及能力。其中技術(shù)創(chuàng)新是產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的重點，技術(shù)創(chuàng)新是產(chǎn)業(yè)形成的根本推動力，提出中國應(yīng)該把產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新能力的提升作為未來十年的重要戰(zhàn)略任務(wù)，以提升我國產(chǎn)業(yè)的綜合國際競爭力。
區(qū)域產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新體系主要由產(chǎn)業(yè)組織創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新和管理創(chuàng)新四部分組成。其中，組織創(chuàng)新是先導(dǎo)，結(jié)構(gòu)創(chuàng)新是核心，技術(shù)創(chuàng)新是關(guān)鍵，管理創(chuàng)新是保證?！?】
產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新就是企業(yè)突破既定的已結(jié)構(gòu)化的產(chǎn)業(yè)的約束，以產(chǎn)業(yè)先見或產(chǎn)業(yè)洞察力構(gòu)想未來產(chǎn)業(yè)輪廓以及通過培養(yǎng)核心能力來使構(gòu)想的產(chǎn)業(yè)成為現(xiàn)實的過程；是企業(yè)創(chuàng)新戰(zhàn)略的核心和最高目標；產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新是企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新、管理創(chuàng)新、市場創(chuàng)新的系統(tǒng)集成，也是企業(yè)家創(chuàng)新精神的主要體現(xiàn)?！?
產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新是指特定產(chǎn)業(yè)在成長過程中或在激烈的國際競爭環(huán)境中主動聯(lián)手開展的產(chǎn)業(yè)內(nèi)企業(yè)之間的合作創(chuàng)新。產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的目的是通過合作創(chuàng)新而提高企業(yè)創(chuàng)新能力，進而提高特定產(chǎn)業(yè)的整體競爭力。
國內(nèi)對產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的研究，有的強調(diào)創(chuàng)新要素在產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中的作用以及各個創(chuàng)新要素的關(guān)系；有的基于我國的產(chǎn)業(yè)環(huán)境對產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新系統(tǒng)進行了新的定義并指出產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新對發(fā)展國民經(jīng)濟的作用。但對產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新系統(tǒng)怎樣實現(xiàn)在具體運作過程中的有效協(xié)調(diào)研究的比較少?！?】
創(chuàng)新模式發(fā)展至今，較典型的有“三代論”和“五代論”。
“三代論”認為創(chuàng)新模式的歷史演化迄今經(jīng)歷了三個階段，即研究單個企業(yè)創(chuàng)新行為的第一代技術(shù)創(chuàng)新理論；研究創(chuàng)新中企業(yè)與企業(yè)的合作關(guān)系的第二代技術(shù)創(chuàng)新理論；研究創(chuàng)新中企業(yè)與國家關(guān)系的第三代技術(shù)創(chuàng)新理論。
“五代論”的思想形成于20世紀80年代末90年代初，其思想來源是勞斯韋爾此間對美日創(chuàng)新過程的時間/成本曲線的比較分析?！拔宕摗闭J為，在過去的20年中，主要的創(chuàng)新模型和大多數(shù)的創(chuàng)新行為均發(fā)生了較大改變，這種改變集中反映在五代創(chuàng)新過程中。第一代為“技術(shù)推動模型”；第二代為“需求拉動模型”；第三代為“聯(lián)結(jié)模型”；第四代為“綜合模型”；第五代為“系統(tǒng)綜合和網(wǎng)絡(luò)（SIN）模型”。
這是一種綜合網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（SIN），其中完善的電子工具提高了整個創(chuàng)新系統(tǒng)產(chǎn)品開發(fā)的速度和有效性。第五代與第四代的主要不同點是前者使用了先進的電子工具來輔助設(shè)計和開發(fā)活動，電子通訊實現(xiàn)和提高了第四代創(chuàng)新的非正式（面對面）信息交流?！?】
我國汽車工業(yè)發(fā)展較早的研究主要限于利用外資、引進技術(shù)和規(guī)模經(jīng)濟方面，除了這幾個方面之外，一直持續(xù)研究的另一個熱點是中國汽車工業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略模式。在1987年召開的關(guān)于中國汽車工業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的中日專家研討會上提出，中國汽車工業(yè)應(yīng)當選擇自主開放型的發(fā)展模式。這一模式的主要特點是：在利用國外先進技術(shù)的同時，形成獨立的產(chǎn)品開發(fā)能力，較完整的產(chǎn)品系列，堅實的零部件工業(yè)基礎(chǔ)和協(xié)調(diào)發(fā)展的關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)。充分利用國內(nèi)外兩種資金、兩個市場，建設(shè)包括合資企業(yè)在內(nèi)的中國汽車工業(yè)?！?】
1994年2月，中國政府出臺了《國家汽車產(chǎn)業(yè)政策》，這是我國最早的也是迄今為止唯一的一項專門關(guān)于產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策文獻。該報告從我國汽車工業(yè)的產(chǎn)業(yè)組織、技術(shù)政策等方面提出了許多政策性觀點。
除了國家出臺的產(chǎn)業(yè)政策外，關(guān)于中國汽車工業(yè)的發(fā)展與創(chuàng)新能力建設(shè)方面的研究，主要有以下研究成果及設(shè)想：
諸多專家學(xué)者紛紛發(fā)表著作和文章，探討在新經(jīng)濟條件下和中國加入世界貿(mào)易組織條件下，中國汽車工業(yè)面臨的機遇與挑戰(zhàn)以及應(yīng)采取的對策。在對策方面，綜合起來講主要有:進行產(chǎn)業(yè)重組，組成大的企業(yè)集團，加強企業(yè)技術(shù)開發(fā)能力建設(shè)，組建汽車企業(yè)國際聯(lián)盟等?！?】
建設(shè)國家創(chuàng)新工程（National Automotive Innovation Program ,簡稱 NAIP）設(shè)想的核心內(nèi)容是：由國務(wù)院直接領(lǐng)導(dǎo)組織官、產(chǎn)、學(xué)、研大聯(lián)合，綜合應(yīng)用各種現(xiàn)代管理方法（任務(wù)管理、權(quán)變管理、行為管理、經(jīng)濟手段管理、定量分析法、法律管理手段、思想政治教育），通過強有力資金支持和科學(xué)的組織管理，動員全國的科技力量和有效資源，協(xié)作攻關(guān)、重點突破，以搶占新一代汽車技術(shù)的制高點，抓住新一輪世界汽車工業(yè)發(fā)展主動權(quán)。用技術(shù)軌道理論分析高技術(shù)對汽車工業(yè)的作用機理，使現(xiàn)有技術(shù)軌道不斷上升延層?！?】
建立汽車工業(yè)國家創(chuàng)新體系總體上是官、產(chǎn)、學(xué)、研為振興中國汽車工業(yè)而合作的協(xié)調(diào)性組織，是一個在繼承和發(fā)揚技術(shù)創(chuàng)新系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，充分引入知識的創(chuàng)新和應(yīng)用，使之切實產(chǎn)業(yè)化的一個開放型網(wǎng)絡(luò)。
汽車工業(yè)國家創(chuàng)新系統(tǒng)的目標有三個發(fā)展階段:
1.對汽車工業(yè)傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵科技項目進一步實現(xiàn)現(xiàn)代化。
2.進一步組織好電動車科研與攻關(guān)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。
3.開展智能化汽車和智能化運輸系統(tǒng)的科研和應(yīng)用工作。【8】
《中國汽車工業(yè)創(chuàng)新系統(tǒng)研究》一書中從技術(shù)創(chuàng)新，組織創(chuàng)新，管理創(chuàng)新的角度重新闡釋了產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新系統(tǒng)和國家創(chuàng)新系統(tǒng)、企業(yè)創(chuàng)新系統(tǒng)的關(guān)系。提出從技術(shù)，組織和管理層面上進行汽車產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的目標、方向和具體建議。
國內(nèi)從產(chǎn)業(yè)發(fā)展的宏觀方面對汽車產(chǎn)業(yè)研究的多，而對單個產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新活動，對創(chuàng)新活動推動單個產(chǎn)業(yè)升級和提高競爭力的作用機理缺少系統(tǒng)研究。
因此，中國汽車工業(yè)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新問題是一個尚未引起重視而又亟待研究的領(lǐng)域且存在極大的研究空間。從理論與實踐的結(jié)合點，深入研究世界汽車工業(yè)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新特點，系統(tǒng)分析中國汽車工業(yè)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中存在的問題，并提出相應(yīng)的對策具有深遠的理論和實際意義?！?】
電動汽車一般指純電動汽車、混合動力汽車、燃料電池汽車。21世紀的世界汽車市場競爭的焦點在很大程度將體現(xiàn)在掌握具有原創(chuàng)性的新型能源清潔汽車技術(shù)。
我國對電動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的激勵制度上存在的缺陷和政策法規(guī)以及優(yōu)惠政策上的不足。提出應(yīng)加強電動汽車產(chǎn)業(yè)化的制度創(chuàng)新，運用各種融資方式，加大對研發(fā)的投入力度，加強電動汽車企業(yè)間的戰(zhàn)略聯(lián)盟，構(gòu)建企業(yè)與高校及研究所之間的合作創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)，完善電動汽車技術(shù)創(chuàng)新的支撐體系，降低技術(shù)風(fēng)險，加強領(lǐng)導(dǎo)，全面規(guī)劃，整合資源?！?0】
電動汽車項目管理的特點：政策性強、系統(tǒng)性強、風(fēng)險性高,通過對電動汽車技術(shù)創(chuàng)新決策分析及電動汽車技術(shù)創(chuàng)新模式分析，研究了電動汽車項目技術(shù)創(chuàng)新的行政推進管理模式和方法是：政府投資，組織保證，制定稅收等政策，完善基礎(chǔ)條件刺激需求。
把波特理論引入我國電動汽車產(chǎn)業(yè)政策研究，將我國電動汽車產(chǎn)業(yè)政策的基本出發(fā)點定位在增強電動汽車產(chǎn)業(yè)的競爭力上。通過波特菱圖確定的電動汽車產(chǎn)業(yè)政策制定依據(jù)為：機遇、需求條件、生產(chǎn)要素條件、相關(guān)和輔助行業(yè)、企業(yè)的策略、結(jié)構(gòu)及競爭者。認為在波特菱圖中，產(chǎn)業(yè)政策（政府行為）和生產(chǎn)要素等多種因素之間是相互作用和影響的。胡斌祥還指出實行構(gòu)筑電動汽車產(chǎn)業(yè)政策壁壘，形成經(jīng)濟現(xiàn)模，實行“車谷”科技創(chuàng)新體制，以科技創(chuàng)新推動產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的政策是發(fā)展電動汽車產(chǎn)業(yè)最有成效的發(fā)展策略?！?1】
電動汽車產(chǎn)業(yè)化的進程必須遵循能源決定規(guī)律、環(huán)境可承載規(guī)律、技術(shù)推進規(guī)律、市場拉動規(guī)律四大發(fā)展規(guī)律；又從適合我國國情的角度，指出電動汽車產(chǎn)業(yè)化的進程與國情相結(jié)合還應(yīng)該以科學(xué)發(fā)展觀為指導(dǎo)，主動地促進國情的轉(zhuǎn)變，做到產(chǎn)業(yè)發(fā)展與經(jīng)濟社會發(fā)展的雙贏。
通過對我國電動汽車的市場需求、電能資源基礎(chǔ)及發(fā)展的比較優(yōu)勢、政府支持、技術(shù)支撐以及在資本資源上的優(yōu)勢等方面的分析，預(yù)測了電動汽車在2020年前的規(guī)?；?yīng)，并提出要強化參與電動汽車產(chǎn)業(yè)化的觀念。【12】
實現(xiàn)我國電動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式的必要途徑是選取優(yōu)勢區(qū)域來優(yōu)先發(fā)展。把主要競爭力歸結(jié)于下列幾個因素：要素狀況；需求狀況；相關(guān)產(chǎn)業(yè)與補助產(chǎn)業(yè)；企業(yè)戰(zhàn)略、結(jié)構(gòu)與競爭；機遇作用；政府作用。提出了合適的湖北省電動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展對策。
運用區(qū)位因子分析方法,將北京、長春、天津、武漢、上海、重慶列為中心城市的備選城市，通過對智力密集因子，開發(fā)性技術(shù)條件因子，汽車產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)誘發(fā)的集聚因子，現(xiàn)有電動汽車基礎(chǔ)因子，基礎(chǔ)設(shè)施因子，政策因子，經(jīng)濟體制因子，生活、生產(chǎn)與社會文化環(huán)境因子8類區(qū)位因子的綜合比較，對上述城市進行了定量分析以及形成電動汽車產(chǎn)業(yè)化的可行性?！?3】
電動汽車產(chǎn)業(yè)化面臨的阻力和障礙主要是成本價格、性能可靠性、安全性、耐用性、使用方便性、基礎(chǔ)實施完善性等。且通過具體分析指出了3種電動汽車在發(fā)展階段，發(fā)展特點和規(guī)律，發(fā)展策略和市場前景不同的前提條件下，先進電機驅(qū)動技術(shù)、能源技術(shù)、能源控制和管理技術(shù)、先進底盤和車體技術(shù)等的可共享性。
要實現(xiàn)電動汽車的市場化，商業(yè)化示范運行是電動汽車發(fā)展進程中不可逾越的階段。并給出了商業(yè)化運行的定義，并指出電動汽車商業(yè)化運行的環(huán)境、經(jīng)濟、社會效益統(tǒng)一性決定了電動汽車商業(yè)化運行具有某些政府職能。【14】
我國電動汽車產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的研究并沒有系統(tǒng)化，大多僅停留在電動汽車產(chǎn)業(yè)的某一個側(cè)面（如技術(shù)，政策）進行研究。由于電動汽車產(chǎn)業(yè)是關(guān)聯(lián)科技、商業(yè)、金融、政策、法規(guī)等方面的一系列綜合活動，涉及到多個部門，這就決定了電動汽車產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新是一個系統(tǒng)工程，但基于產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新視角，運用系統(tǒng)科學(xué)理論研究電動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的文獻較為鮮見，此類研究尚屬空白，這就為筆者留下了極大地研究空間。
因此，試圖運用系統(tǒng)科學(xué)的理論，將電動汽車產(chǎn)業(yè)化作為一個開放的系統(tǒng)，通過系統(tǒng)內(nèi)在因素和外部條件的分析，掌握其結(jié)構(gòu)特征與運行規(guī)律，構(gòu)建電動汽車產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新選系統(tǒng)模型并探討其運行機制，以提高產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新能力，實現(xiàn)中國汽車產(chǎn)業(yè)的跨越式發(fā)展。【15】
參考文獻
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單位代碼 02
學(xué) 號
分 類 號 TH
密 級
畢業(yè)設(shè)計
文獻綜述
院（系）名稱
工學(xué)院機械系
專業(yè)名稱
機械設(shè)計制造及其自動化
學(xué)生姓名
指導(dǎo)教師
2012年03月04日
單位代碼 02
學(xué) 號
分 類 號 TH
密 級
畢業(yè)設(shè)計
文獻翻譯
院（系）名稱
工學(xué)院機械系
專業(yè)名稱
機械設(shè)計制造及其自動化
學(xué)生姓名
指導(dǎo)教師
2012年03月04日
黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（文獻翻譯） 第9頁
汽車工業(yè)CAD教育和培訓(xùn)
大衛(wèi)?A?菲爾德
通用汽車公司研究開發(fā)和規(guī)劃中心，美國 480-106-359 ，30500，48090-9055
摘要：20世紀50年代，被展望以及被卓越指定的計算機輔助設(shè)計（CAD）系統(tǒng)，他們在今天汽車制造業(yè)通過連續(xù)的改善和技術(shù)突破使得自己進入了中心的角色。這篇文章強調(diào)平行并且繼續(xù)的在計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)的用戶的訓(xùn)練和教育需要方面的演化。鑒于計算機輔助設(shè)計的在通用汽車快速發(fā)展歷史，這篇文章將計算機輔助設(shè)計用戶進行了分類，并且在汽車制造業(yè)方面提出他們當今和將來的需要。在教育和訓(xùn)練需求方面的變化，造成教育和工業(yè)機構(gòu)的挑戰(zhàn)。
關(guān)鍵詞：CAD教育, CAD訓(xùn)練
基本介紹
在這篇文章里計算機輔助設(shè)計模型數(shù)學(xué)上意味著物理物體的準確的幾何描述，描述了包括數(shù)值數(shù)據(jù)和算法規(guī)定對象的幾何學(xué)。計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)然后提供方法創(chuàng)造，操作并且交流這些幾何學(xué)描述。為了集中于與教育有關(guān)的計算機輔助設(shè)計以及在汽車工業(yè)計算機輔助設(shè)計用戶的需要，首先簡述計算機輔助設(shè)計在通用汽車的歷史。相似的內(nèi)容可以被記載在其他制造業(yè)企業(yè)。
據(jù)一份在50年代后期通用汽車內(nèi)部文件的書面大會，工程師概述了一個雄心勃勃的項目的詳細規(guī)格，，即現(xiàn)代原型CAD系統(tǒng)。資料可靠地來源于20世紀40年代后期，伺服機制和數(shù)字電子計算機的一次進行中的發(fā)展，為一個計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)提供了的可行性和動力。雖然這個文件直接描述了通過控制設(shè)計和制造來節(jié)約成本的好處、減少勞動力、周圍更快的變化、以及工程師和設(shè)計人員之間通信的改善，文件沒有預(yù)計最后計算機輔助設(shè)計在設(shè)計和生產(chǎn)過程內(nèi)的發(fā)展提供好處的大小。工程師， 特別是他們的大部分試驗工作即將減少的機械工程師， 將在工人，例如缺乏實踐的草圖設(shè)計師，利用計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)在復(fù)雜的情況里進行技能的訓(xùn)練。例如，計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)使機械工程師能夠空前大規(guī)模使用有限元分析(FEA)。
在20世紀90年代，這個被提議的計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)的細節(jié)基本上用來描述使用中的計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)。這些細節(jié)反映了古怪的融合推動現(xiàn)有技術(shù)與要求，但不可能在那個時間達到，提供了一個健全的商業(yè)經(jīng)營情況下，為CAD所描述的改進工作流程和項一些詳細的數(shù)學(xué)描述。難以置信的是，直到近三十年后，一些技術(shù)仍然不符合規(guī)格！這份歷史資料的最初段落清楚打下一個依賴數(shù)學(xué)的計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)的基礎(chǔ)。并且， 作為在制造業(yè)里的工程師，，那些作者此外強調(diào)技術(shù)工具，產(chǎn)品設(shè)計的發(fā)展，特別是生產(chǎn)工具和機械加工，都是基于現(xiàn)在叫做計算機輔助設(shè)計技術(shù)。重點在稱呼和數(shù)字控制的機器支配討論。然而是普通主題，保存時間，創(chuàng)建幾何學(xué)，數(shù)據(jù)，準確的維護并且控制， 為評價計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)的質(zhì)量提供一個極好的初始表。連續(xù)的改進和技術(shù)的突破，已經(jīng)為計算機輔助設(shè)計在今天的汽車的工業(yè)進入中心角色提供動力。連續(xù)的改進的最明顯的例子發(fā)生在計算機的速度，能力和流量方面。計算的動力使更顯著的工程問題的分析和在計算上吸收增加集中的計算機圖形環(huán)境成為可能。在20世紀80年代中期計算機圖形硬件和軟件期間最后使造型師在20世紀50年代展望的實時形象化成為可能。 軟件方面的發(fā)展融入了多種多樣的味道。數(shù)學(xué)通過提供新數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)和算法起決定性作用。幾個世紀以來人們熟知的數(shù)學(xué)經(jīng)歷了新發(fā)展，并且擁有成功的研究成果。從數(shù)學(xué)的發(fā)展基礎(chǔ)上，軟件在速度，穩(wěn)定性，準確和適應(yīng)性方面得到了顯著的改進。在硬件和軟件方面的專家，能指向商業(yè)的計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)，有時用驚人的慣性或者勉強，最終達到的突破。另一方面，乏味但是同樣重要的任務(wù)(例如數(shù)據(jù)庫，表面和固體和堅定的計算的算法的數(shù)學(xué)畫像)的標準已經(jīng)驚人的使數(shù)學(xué)模型和生產(chǎn)過程依靠的幾何學(xué)信息得到了巨大的改善。
與工作直接相關(guān)的產(chǎn)品設(shè)計和制造業(yè)具有很高的視覺內(nèi)容，從最早的設(shè)計階段到最后的生產(chǎn)，計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)已成為過程的中心環(huán)節(jié)。然而， 完成他們的任務(wù)， 大多數(shù)當今的工程師不必了解計算機輔助設(shè)計模型和計算機輔助設(shè)計依靠的復(fù)雜的數(shù)學(xué)和計算機科學(xué)。從設(shè)計說明，到產(chǎn)品分析，到調(diào)整工具的生產(chǎn)，等等，結(jié)合這些任務(wù)，計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)通過給合適的幾何學(xué)數(shù)據(jù)提供鏈并且無數(shù)軟件包接口而形象化。計算機輔助設(shè)計能夠創(chuàng)造和產(chǎn)品信息控制。允許實際直接視覺上的，以及最重要的是，準確與設(shè)計，發(fā)展，分析和生產(chǎn)進行通訊。這篇文章將把計算機輔助設(shè)計用戶進行劃分，根據(jù)計算機輔助設(shè)計將各種各樣專門技能水平的進行分組。以下部分，按照他們對數(shù)學(xué)知識和計算機科學(xué)CAD增長的需要處理與CAD相關(guān)這些小組的需要。文章以電話來結(jié)束全部計算機輔助設(shè)計用戶獲得一個更高的發(fā)展的空間推理的感覺。
多數(shù)人的計算機輔助設(shè)計
美國有超過100萬位培訓(xùn)的工程師。即使計算機影響他們的全部工作，他們對計算機輔助設(shè)計的使用也從不非常依賴到完全依賴變化。最初，強調(diào)人的設(shè)計和計算機的計算，被叫做通用汽車的計算機設(shè)計，自從有了計算機輔助設(shè)計這一概念開始，制造工業(yè)就成為計算機輔助設(shè)計非常強大的用戶。對創(chuàng)造設(shè)計的重點再度出現(xiàn)了，也就是說，在CAD的發(fā)展的到開發(fā)CAD作為一件商品，CAD極大的成功在設(shè)計的全面過程中轉(zhuǎn)移了C的主體性。
汽車和卡車拆卸成為數(shù)千個部分。 即使進入20世紀80年代中期，草圖設(shè)計師將這些部分的幾何學(xué)、調(diào)整工具生產(chǎn)以及把部分零件裝配進汽車記錄在藍圖上。一旦計算機圖形變得具備交互式性和可靠性，這群草稿設(shè)計者和他們產(chǎn)生的這噸紙就分別成為設(shè)計者和電子記錄。航空航天工業(yè)在歷史上工程師曾經(jīng)也是設(shè)計者，與其不同的是，這些草圖設(shè)計師沒有接受任何工程師的教育。
在汽車制造業(yè)內(nèi)，設(shè)計者一般使用計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)創(chuàng)造和儲存幾何學(xué)數(shù)據(jù)。這些任務(wù)與通常使用計算機輔助設(shè)計挽回并且操作輸入的幾何學(xué)數(shù)據(jù)進工程分析軟件的工程師的工作形成對比。極端下，工程師在從一個設(shè)計者創(chuàng)建的模型產(chǎn)生的有限元網(wǎng)絡(luò)里利用一個節(jié)點，除產(chǎn)生自動網(wǎng)眼產(chǎn)生的基本數(shù)據(jù)之外，創(chuàng)造有攝影現(xiàn)實主義特別的技術(shù)意見。分開汽車的工程師和用不同的方式使用計算機輔助設(shè)計的設(shè)計者的這一劃分正在緩慢地改變。遵循這一劃分產(chǎn)生的那些問題和考慮計算機輔助設(shè)計的當今和歷史角色，將為這一劃分提供一個遠景。建議在工程師和設(shè)計者的教育和訓(xùn)練方面的變化將從這個視角出現(xiàn)。在20世紀60年代后期和原始計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)離開機構(gòu)內(nèi)部的研究與開發(fā)環(huán)境的早期的20世紀70年代期間， 草圖設(shè)計師和工程師使用計算機輔助設(shè)計創(chuàng)造幾何學(xué)。工程師把計算機輔助設(shè)計視為一件工具被更進一步為順流象結(jié)構(gòu)分析那樣的應(yīng)用發(fā)展，計算機控制機器加工等等。草圖設(shè)計師仍然從工程師那里收到說明并且為起草使用計算機輔助設(shè)計作為一件工具。
像一項主要的新技術(shù)的任何實施一樣，計算機輔助設(shè)計的最初實施需要許多小草圖設(shè)計師和工程師的訓(xùn)練。在計算機輔助設(shè)計方面的連續(xù)的改進，不過，有主要的結(jié)果。軟件的最新推介和越來越多有關(guān)計算機輔助設(shè)計的應(yīng)用軟件需要對連續(xù)訓(xùn)練的承諾。接著發(fā)生的訓(xùn)練的機構(gòu)體制為草圖設(shè)計師（現(xiàn)在叫的設(shè)計者），不僅使計算機輔助設(shè)計的介紹成為可能，而且與相互作用的那些工程師為一寬范圍的工程師的橫剖面；在第5 部分的計算機輔助設(shè)計訓(xùn)練，包括產(chǎn)品，生產(chǎn)，釋放，工程師，僅以這些為例。 在此之外與計算機輔助設(shè)計聯(lián)系，另外小的方面，跟主要數(shù)學(xué)家和電腦專家一起，研發(fā)CAD。他們的需要從實質(zhì)上不同計算機輔助設(shè)計用戶的新多數(shù)。 第3 部分決定新角色和需要。同時， 一非常大組織的工程師在設(shè)計內(nèi)和使用計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)的緊迫的發(fā)展的生產(chǎn)當時從社區(qū)的計算機科學(xué)家，工程師，數(shù)學(xué)家和科學(xué)家那里進化的商業(yè)軟件包。
這匯合由CAD幫助刺激了解決前面提到的二分化。通過簡化和去除設(shè)計師和工程師的乏味的工作。CAD講清楚決議要求在基本的課程之外的附加培訓(xùn)和教育。已經(jīng)在教育機構(gòu)的負擔的課程使新的要求難實施。這些另外的要求不可能替換技術(shù)基礎(chǔ); 看見顯示的第5部分產(chǎn)業(yè)組織怎么應(yīng)付訓(xùn)練和教育。
Education and training for CAD in the auto industry
David A. Field
General Motors Research, Development and Planning Center, Mail Code: 480-106-359, 30500 Mount Road, Warren, MI 48090-9055, USA
Abstract：CAD-systems envisioned and remarkably well specified in the 1950s have powered themselves into the central role they enjoy in today’s automotive industry through continuous improvements and technological breakthroughs. This paper emphasizes the parallel and continuing evolution in the training and educational needs of users of CAD-systems. In the context of early historical developments of CAD at General Motors, this paper categorizes CAD-users in the automobile industry and presents their current and future needs. The variance in their educational and training needs poses an ongoing challenge for educational and industrial institutions to meet.
Keywords: CAD education; CAD training
Introduction
In this paper CAD-models mean mathematically precise geometrical descriptions of physical objects. The descrip-tions include numerical data as well as algorithms to prescribe the geometry of the objects. CAD-systems then provide the means to create, manipulate and communicate these geometric descriptions. In order to focus on CAD with respect to the education, training and needs of CAD-users in the automotive industry, first consider a very brief history of CAD at General Motors. Similar accounts can be chronicled at other manufacturing enterprises at other manufacturing enterprises.
According to an internal document written at General Motors during the late 1950s, engineers outlined, with detailed specifications, an ambitious project that prototyped modern CAD-systems. The document credits an ongoing development from the late 1940s, servo-mechanisms and digital computers, for the feasibility and motivation of a CAD-system. Although the document immediately expressed the benefits of cost savings through control of design and manufacture, reduced manpower, faster turn-around,and improved communication among engineers and draftsmen (now called designers), the document did not anticipate the magnitude of benefits reaped by the eventual proliferation of CAD in the design and manufacturing processes. Engineers, especially mechanical engineers who would be relieved from much of their experimental work, would make sophisticated uses of CAD systems in situations where workers, such as draftsmen, lacked the knowledge, skills and training. For instance, CAD-systems enabled mechanical engineers to use finite element analysis (FEA) on an unprecedented large scale.
The details of this proposed CAD-system essentially described CAD-systems in use during the 1990s. Details reflected a curious blend of pushing available technology with requirements yet unattainable at that time, provided a sound business case, described improved work flow and itemized some detailed mathematics for CAD. Incredibly, some technologies did not meet specifications until nearly thirty years later! The initial paragraph of this historical document clearly laid the foundation of a CAD-system dependent on mathematics. And, as engineers in a manufacturing industry, the authors also stressed the development of technical tools, product design and, especially manufacturing tools and machines, based on what is now called CAD-technology. Emphasis on styling and numerically controlled machines dominated discus- sions. Yet common themes, saving time, creating geometry, maintenance of data, accuracy and control, provided an excellent initial list for assessing the quality of CAD- systems.
Continuous improvements and technological break-throughs have powered CAD into the central role it enjoys in today’s automotive industry. The most obvious examples of continuous improvement occurred in the speed, capacity and through put of computers. Computational power enabled analyses of more significant engineering problems and absorbed the increasing computationally intensive computer graphics environments. During the mid-1980s computer graphics hardware and software finally enabled real time visualizations that stylists envisioned in the 1950s. Advances in software came in all sorts of flavors. Mathematics played a crucial role by providing new mathematical constructs and algorithms. Mathematics that had been known for centuries underwent new development and fed fruitful research. Software received significant improvements in speed, robustness, accuracy and adapta- bility from underlying mathematics. Subject matter experts, in hardware and software, can point to breakthroughs that commercial CAD-systems, sometimes with tremendous inertia or reluctance, eventually absorbed. On the other hand, standards for prosaic but equally important tasks such as databases, mathematical representations of surfaces and solids, and robust computational algorithms have made tremendous improvements in processing geometric in for- mation upon which mathematical models and manufactur- ing processes depend.
Since work directly related to product design and manufacturing has very high visual content, CAD-systems have become central to processes from the earliest design phase to final production. Yet, to accomplish their tasks, the vast majority of current engineers need not have any knowledge of the sophisticated mathematics and computer science upon which CAD-models and CAD-systems depend. Ranging from design specifications, to product analyses, to production tooling, etc. CAD-systems integrate these tasks by providing links to appropriate geometric data, visualizations, and interfaces with a myriad of software packages. CAD enables creation and control of product information. It allows virtually instant visual and, most important, accurate communication for design, develop- ment, analysis and manufacturing.
This paper will partition the world of CAD-users into groups that require various levels of CAD-expertise. The following sections address the CAD-related needs of these groups in order of their increasing need for knowing the mathematics and computer science of CAD. The paper concludes with a call for all CAD-users to obtain a higher developed sense of spatial reasoning.
CAD for the majority
The United States has more than one million practicing engineers. Even though computers have impacted all their jobs,their useof CAD varies from notat all tobeing highly dependent on CAD. Manufacturing industries have been exceptionally heavy users of CAD from the very inception of CAD, initially called Design Augmented by Computers at General Motors to emphasize design by humans and computation by computers. Emphasis on creating designs would be relieved from much of their experimental work, would make sophisticated uses of CAD systems in situations where workers, such as draftsmen, lacked the knowledge, skills and training. For instance, CAD-systems enabled mechanical engineers to use finite element analysis (FEA) on an unprecedented large scale.
Cars and trucks disassemble into thousands of parts. Even into the mid-1980s draftsmen recorded on blueprints geometries of the separt sand the tooling to manufacture and assemble the parts into automotive vehicles. Once computer graphics became interactive and reliable, throngs of drafts- men and the tons of paper they generated became designers and electronic records, respectively. Unlike the aerospace industry where designers have historically been engineers as well, these draftsmen had little if any engineering education.
In the automobile industry designers generally use CAD- systems to create and store geometric data. These tasks contrast with the work of engineers who typically use CAD to retrieve and manipulate geometric data for input into engineering analyses software. At the extremes engineers manipulate nodes in finite element meshes generated from models created by a designer who, in addition to producing the basic data for automatic mesh generation, creates special technical views having photographic realism. This dicho- tomy separating automotive engineers and designers who use CAD in different ways is slowly changing. Putting in abeyance the problems that this dichotomy produces and reflecting on the current and historical roles of CAD will provide a perspective to deal with this dichotomy. Recommended changes in the education and training of engineers and of designers will emerge from this perspective.
During the late 1960s and early 1970s when primitiv CAD systems left in-house research and developmen environments, small cohorts of draftsmen and engineer used CAD to create geometry. Engineers saw CAD as a tool to be further developed for downstream applications such as structural analyses, computer controlled machining etc Draftsmen still received specifications from engineers an used CAD as a tool for drafting. As with any implementation of a major new technology, the initial implementations of CAD required training of small groups of draftsmen and engineers. Continual improvements in CAD, however, had major consequences. New releases of software and an increasing number of CAD-related applications software required commitments to continued training. The ensuing organizational structure for training enabled introductions to CAD not only for draftsmen, now called designers, and the engineers they interacted with but also for a very broad cross section of engineers; see training for CAD in Section 5. This broad new audience included product, manufacturing, release and powertrain engineers, just to name a few. Out of this ubiquitous contact with CAD, additional small cohorts of engineers, along with mainly mathematicians and computer scientists, contributed expertise that converged to make CAD happen. Their needs differed substantially from the vast new majority of CAD-users. Section 3 will address their new role and needs. Meanwhile, a much larger group of engineers in the design and development of products emerged with an urgency to use CAD-systems as enablers for commercial software packages that evolved from those small communities of computer scientists, engineers, mathematicians and scientists.
This convergence fueled by CAD helps resolve the ichotomy mentioned earlier. By simplifying and removing edious work for designer sand engineers ,CAD makes clear that the resolution require sad ditional training and education beyond basic curricula. Already burdened curricula at educational institutions make new requirements difficult to implement.
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