我們生活在一個(gè)偉大的時(shí)代，當(dāng)今世界的生產(chǎn)力飛速發(fā)展，科技產(chǎn)品日新月異。從事CAE 行業(yè)，我們注定要見(jiàn)證有限單元法這一強(qiáng)大的數(shù)值計(jì)算方法從無(wú)到有、從弱到強(qiáng)、從不為人知到不可或缺的發(fā)展歷程。有限單元法自 20世紀(jì)50年代創(chuàng)立以來(lái)，首先在飛機(jī)的結(jié)構(gòu)分析等連續(xù)體力學(xué)領(lǐng)域中大展身手，隨后迅速地?cái)U(kuò)展到熱力學(xué)分析、電磁場(chǎng)分析、流體力學(xué)分析等各個(gè)領(lǐng)域，CAE（計(jì)算機(jī)輔助工程）在有限單元法的基礎(chǔ)上不斷地發(fā)展和壯大。

數(shù)值仿真在產(chǎn)品研發(fā)中的作用

在當(dāng)今歐美發(fā)達(dá)國(guó)家的工業(yè)企業(yè)中，有限元分析已成為產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程中-個(gè)必不可少的重要環(huán)節(jié)。CAE 工程師在校核設(shè)計(jì)方案、保證產(chǎn)品質(zhì)量、改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、降低產(chǎn)品成本提高產(chǎn)品強(qiáng)度和壽命等方面肩負(fù)重要的職責(zé)。對(duì)于一些復(fù)雜的關(guān)鍵部件，如果不經(jīng) CAE程師分析確認(rèn)設(shè)計(jì)方案，就不能投產(chǎn)，如果產(chǎn)品因設(shè)計(jì)不當(dāng)而出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，CAE 工程師也負(fù)有不可推卸的責(zé)任。

數(shù)值仿真在全球制造業(yè)的發(fā)展歷程可以分為 5個(gè)階段

1)只使用CAD進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)。

2)開(kāi)始使用少量 CAE技術(shù) 。

3)綜合應(yīng)用各種成完整的 CAE技術(shù)，并相互融合。

4)各種CAE數(shù)據(jù)的管理和重復(fù)利用。

5)制造業(yè)的完全電子化，建立完整的 PLM (Product Lifecyele Management) 系統(tǒng)和知識(shí)庫(kù)。

目前，我國(guó)的制造企業(yè)僅停留在前 4 個(gè)階段。有限元分析在我國(guó)的應(yīng)用領(lǐng)域多是航空航天、汽車(chē)、造船等大型企業(yè)的核心設(shè)計(jì)部門(mén)，而不像發(fā)達(dá)國(guó)家那樣廣泛應(yīng)用于普通的消費(fèi)類(lèi)產(chǎn)品設(shè)計(jì)。

在我國(guó)，雖然有些企業(yè)已經(jīng)應(yīng)用 CAE 術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品的研發(fā)， CAE 起的作用仍與發(fā)達(dá)國(guó)家存在較大的差距。在我國(guó)的一些企業(yè)中，CAE 的作用僅僅是為產(chǎn)品報(bào)告增加一些美觀的圖片，給出一些復(fù)雜的分析數(shù)據(jù)和曲線，讓客戶(hù)或上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)知道“這個(gè)東西我們算過(guò)了”，而在整個(gè)產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程中，并沒(méi)有真正把計(jì)算機(jī)仿真放在核心的地位。

造成這種現(xiàn)象的原因是多方面的，就筆者的了解，可以歸納為以下幾點(diǎn):

1) “不需要”總體來(lái)看，我國(guó)各行業(yè)的自主工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)還處于初級(jí)階段(例如上面提到的第一個(gè)階段)，很多產(chǎn)品的設(shè)計(jì)工作僅僅是略微修改一下老產(chǎn)品的圖樣，而有限元分析并不是必不可少的。

2) “不了解”:有些企業(yè)大致知道可以用有限件來(lái)作分析計(jì)算，對(duì)于有限元軟件具體能夠分析什么并不十分了解，沒(méi)有真正認(rèn)識(shí)到有限元分析對(duì)企業(yè)發(fā)展的重要性。

3) “不信任”有些企業(yè)誤以為有限元是萬(wàn)能的，希望它能給出任何所需要的分析結(jié)果，希望計(jì)算結(jié)果能夠與工程實(shí)際 100% 地吻合。當(dāng)這些過(guò)度的期望落空后，就走向了另個(gè)極端，認(rèn)為它百無(wú)一用，沒(méi)有必要為其花費(fèi)大量經(jīng)費(fèi)，干脆棄之不用，回到多年來(lái)已經(jīng)熟悉的傳統(tǒng)方法上，用機(jī)械手冊(cè)上的公式來(lái)大致估算，產(chǎn)品成功與否更多地依靠老工程師的經(jīng)。

在這些問(wèn)題的背后，國(guó)內(nèi) CAE 工程師整體水平的欠缺是一個(gè)無(wú)法否認(rèn)的事實(shí)。業(yè)界普遍認(rèn)為，中國(guó)目前仍然非常缺乏優(yōu)秀的 CAE 工程師。在高校教育過(guò)程中，缺少工程實(shí)踐環(huán)節(jié)，很多教師偏向于理論研究，欠缺工程應(yīng)用背景。機(jī)械、力學(xué)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生盡管掌握了一定的有限元知識(shí)，但在走出校門(mén)后，一遇到工程實(shí)際問(wèn)題就一籌莫展。他們面對(duì)復(fù)雜的模擬對(duì)象感到無(wú)從人手，所建的模型或者過(guò)于簡(jiǎn)單，沒(méi)有體現(xiàn)出所模擬問(wèn)題的重要特征，或者過(guò)于復(fù)雜，將大量精力和計(jì)算時(shí)間浪費(fèi)在不重要的細(xì)節(jié)上，即使能夠得到分析結(jié)果，也無(wú)從得知這個(gè)結(jié)果是否正確，準(zhǔn)確度有多高。