如何成為一個合格的分析工程師（以下內(nèi)容為引用別人言論）在產(chǎn)品設(shè)計過程中能夠充分考慮到多種因素，可以使設(shè)計出的產(chǎn)品更加可靠和具有市場競爭力。但是在傳統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計中，工程師所依靠的常常是設(shè)計規(guī)范和設(shè)計經(jīng)驗。對于常見結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的設(shè)計可以保證結(jié)構(gòu)的安全性，不能保證設(shè)計的最優(yōu)性，不利于結(jié)構(gòu)設(shè)計的經(jīng)濟性。對于復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，這樣的設(shè)計甚至連使用的可靠性都無法合理的考慮。在這樣的背景下，計算機輔助分析開始在機械結(jié)構(gòu)設(shè)計中發(fā)揮出越來越重要的作用。作為現(xiàn)代數(shù)值模擬方法在工程領(lǐng)域的應(yīng)用，計算機輔助分析可以在設(shè)計階段對結(jié)構(gòu)進行校核、優(yōu)化，使工程師在產(chǎn)品未生產(chǎn)之前就對設(shè)計的經(jīng)濟性、安全性有所認(rèn)識。在各種CAE的工具中，有限元方法是相對較為成熟的，也是在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用最廣的。在有限元天地中，將介紹有限元分析的相關(guān)理論和學(xué)習(xí)有限元程序的經(jīng)驗。由于本人專業(yè)所限，有限元分析天地中所指分析將特指結(jié)構(gòu)分析。在本文中我將談?wù)勅绾纬蔀橐粋€合格的有限元分析工程師。作為一個合格的有限元分析工程師，至少應(yīng)該具備以下三個方面的技能和經(jīng)驗：堅實的理論基礎(chǔ)，包括力學(xué)理論（對于結(jié)構(gòu)有限元分析工程師）和有限元理論 必要的程序使用經(jīng)驗，對常用的商業(yè)有限元分析程序能夠熟練應(yīng)用 工程實踐的經(jīng)驗，對于不同的工程問題能夠準(zhǔn)確的做出判斷和確定分析方案在這三個方面中，比較容易解決的是程序使用，通常盜版軟件和程序教程是很容易獲得的，一般通過一些練習(xí)題就可以很快掌握程序的使用。所以，有很多初學(xué)者在用幾個練習(xí)題熟悉了一個或幾個程序以后就以為自己可以做一個分析工程師了，這是極端錯誤的。 練習(xí)題與工程分析的差別在于，在做練習(xí)題的時候，拿到手邊的已經(jīng)是簡化好的模型了，結(jié)構(gòu)已經(jīng)簡化好了，分析類型已經(jīng)設(shè)定，邊界條件和載荷條件已經(jīng)確定，計算完成后，能夠看到和教材上一致的結(jié)果就算是完成了。在這個過程中，學(xué)習(xí)者只學(xué)到了程序如何使用，這個過程，不用說大學(xué)生，高中生都可以完成。在做工程分析的時候，情況就完全不同了，沒有人給你指定模型的簡化、分析類型，邊界條件，在計算完成后，還需要對結(jié)果進行分析和評價。在這個過程中，程序的使用變成了整個分析過程中的技術(shù)性最低的一個環(huán)節(jié)。一個完整的工程分析的流程是怎樣的呢？首先是問題的提出，在工業(yè)實踐中，提出問題的部門通常是設(shè)計部門或生產(chǎn)部門，設(shè)計部門會提出要求對某一設(shè)計進行某一方面的驗證或優(yōu)化，生產(chǎn)部門會提出對在產(chǎn)品生產(chǎn)或使用過程中出現(xiàn)的缺陷或問題進行分析和解決。通常情況下，由于分工的不同，設(shè)計或生產(chǎn)的工程師對于有限元分析是沒有經(jīng)驗的，他們提出的問題是模糊的，例如說，設(shè)計工程師會問，在某種情況下，我的設(shè)計安全嗎？生產(chǎn)工程師會問，為什么這個產(chǎn)品會壞呢？然后是問題的分析，這個過程是需要結(jié)構(gòu)分析工程師與設(shè)計工程師或生產(chǎn)工程師共同完成的。接到設(shè)計工程師和生產(chǎn)工程師提出的問題時，先對問題做一個初步的判斷，是什么樣類型的問題，然后對問題進行調(diào)查，作出是否需要進行下一步的有限元分析。接下來，如果決定要進行有限元分析，就需要更仔細的分析了，需要決定以下幾個問題：分析目的和分析規(guī)模，結(jié)構(gòu)簡化與計算規(guī)模，邊界條件和載荷條件，建立模型的方式，計算結(jié)果的分析方法。等這幾個問題決定后，就可以開始計算了。在計算結(jié)束以后，就需要對結(jié)果進行可信度的評價，即要確定計算結(jié)果是所設(shè)定問題的正確模擬，獲得了和實際問題足夠近似的結(jié)果。在此基礎(chǔ)上，才能按照預(yù)先定好的結(jié)果分析方法對結(jié)果進行分析。根據(jù)分析的結(jié)論，才最終向設(shè)計和生產(chǎn)部門提供可靠的建議和意見。上面是粗略的介紹了工程有限元結(jié)構(gòu)分析的一個基本的流程。從這個流程中，利用程序處理一個設(shè)定好的問題只是其中的一個步驟。那么在這個流程對前面提到的三個方面的技能和經(jīng)驗是如何體現(xiàn)出來的？在整個流程中應(yīng)該注意一些什么關(guān)鍵問題呢？工程有限元（結(jié)構(gòu)）分析的基本流程：對問題進行初步分析（決定是否進行有限元分析）->詳細分析（對分析進行計劃）-> 進行有限元分析-> 結(jié)果分析->問題解決在接到設(shè)計部門和生產(chǎn)部門提出的問題時，工程判斷（engineering judgment）非常重要，要了解問題的狀況，提出問題的目的，根據(jù)工程經(jīng)驗做出初步判斷。并非所有接到的問題都是需要進一步分析的，有限元分析也不一定是解決問題的最佳手段。在工程中，能夠用最少成本和最短時間解決問題的手段才是最佳的。要做出正確的初步判斷，需要有通過解決大量工程問題積累的經(jīng)驗，需要對常見問題的理論有清晰的解決思路，需要對有限元方法的能力和局限有清楚的認(rèn)識，同時對于可能進行的有限元分析需要的時間和人力有準(zhǔn)確的判斷。這個過程中要充分和設(shè)計工程師及生產(chǎn)工程師進行溝通，盡量獲取更多的資料和數(shù)據(jù)，避免模糊的直覺判斷，無論是否要進行下一步分析，都要提出有理有據(jù)的建議。在決定需要進行有限元分析后，對即將要進行的分析的理論和本質(zhì)要有深刻的認(rèn)識，對自己所可能使用的程序的能力也要心中有數(shù)，避免不合理和不切實際的分析計劃。運用理論和經(jīng)驗上的判斷，決定計算的模型、規(guī)模和類型。能夠用盡可能簡單的模型，盡可能短的時間得到解決問題所需要的分析結(jié)果是在制定分析計劃中的基本原則。熟練的運用商業(yè)有限元程序進行有限元分析，需要對程序有深刻的認(rèn)識，做到每輸入一個參數(shù)都清楚知道這個參數(shù)的意義和作用，這其實也需要理解有限元和力學(xué)的理論，僅僅熟悉程序的界面是不夠的。獲得分析結(jié)果后，問題并沒有解決，設(shè)計和生產(chǎn)部門需要的是簡單有效的結(jié)論和方案。能夠從紛繁復(fù)雜的數(shù)據(jù)中尋找問題的解決方案，需要的仍然是理論和經(jīng)驗。下面我將分三章更詳細的談?wù)勛鳛橐粋€合格的分析工程師在應(yīng)該具備那些理論知識、如何和怎樣使用那些程序，同時介紹一些通用的工程經(jīng)驗。隨著有限元在工業(yè)領(lǐng)域的普及，F(xiàn)EA成為CAE的重要組成部分，同時也帶給大家一個感覺，CAE嘛，當(dāng)然是COMPUTER重要。說到這里，我想到一個人，就是我碩士時的導(dǎo)師，作為北大數(shù)學(xué)力學(xué)系的畢業(yè)生，在60年代分配去做反應(yīng)堆工程，作了一輩子的核設(shè)備力學(xué)分析。他到這個研究院后，開始主要是手算解決力學(xué)問題，然后是從打孔計算機開始編程計算，然后從SAP4，ADINA用到了SAP84。在我入學(xué)時，計算工具已經(jīng)是和MARC7了，操作系統(tǒng)也變成了UNIX，他已經(jīng)不會這些工具了，但是在日常的分析工作中，遇到問題時，無一不是他解決的。他給我說的一句話，至今讓我受益。"無論用什么程序，要清楚你輸入的每一個參數(shù)的來龍去脈"。正是這樣，他得以幫助我們解決分析中遇到的問題。透徹的了解所分析問題的理論基礎(chǔ)是做一個分析工程師所必須的條件。 大多數(shù)公司對有限元分析工程師的基本學(xué)歷要求都是工學(xué)碩士。拋開目前國內(nèi)人才市場學(xué)歷貶值的因素不談，我覺得這個要求是非常合理和必要的。因為進近些年，在大多數(shù)的工科院校里，除了工程力學(xué)專業(yè)外，很少在本科階段開設(shè)有限元理論的課程，另一些做有限元分析的必要理論課程，如彈性力學(xué)，塑性力學(xué)，變分理論也多在碩士階段才開設(shè)。因此有時看到一些公司在招聘有限元分析工程師時，學(xué)歷要求僅僅要求大專或本科，便覺得有些懷疑。并非學(xué)歷歧視，只是覺得如果要以大?；虮究频慕逃尘埃赡苄枰龈嗯Σ拍軇偃芜@樣的職位。 作為一個分析工程師到底需要什么樣的理論基礎(chǔ)呢，也許有人覺得過分強調(diào)理論的重要性有些吹毛求疵了。在這一部分中，將系統(tǒng)介紹一下分析工程師必須具備的理論知識，限于本文的寫作目的，本章不會涉及細節(jié)的理論。在未來的寫作中，我計劃將分別來對本章提到的學(xué)科和課程進行詳細的講解，對自己所學(xué)也系統(tǒng)梳理一遍。 在大學(xué)中，我們首先學(xué)到的是數(shù)學(xué)，對于有限元分析，數(shù)學(xué)同樣是最基礎(chǔ)的了。除了對微積分有深刻認(rèn)識外，由于在力學(xué)領(lǐng)域會涉及到較多的偏微分方程，應(yīng)此對數(shù)理方程應(yīng)該了解，同時，由于有限元分析是數(shù)值計算方法，矩陣論和計算方法作為數(shù)值計算的基礎(chǔ)，是必須要掌握的。另外的便是變分方法和復(fù)變函數(shù)了，對于有限元分析工程師，個人認(rèn)為這兩門課程不是必須的，因為對于大多數(shù)工程力學(xué)分析問題，已經(jīng)有現(xiàn)成的變分過程可查了，有一點變分的知識就好了。