我們生活在一個偉大的時代，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)，我們注定要見證有限單元法這一強大的數(shù)值計算方法從無到有、從弱到強、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，首先在飛機的結(jié)構(gòu)分析等連續(xù)體力學(xué)領(lǐng)域中大展身手，隨后迅速地擴展到熱力學(xué)分析、電磁場分析、流體力學(xué)分析等各個領(lǐng)域，CAE（計算機輔助工程）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)國家的工業(yè)企業(yè)中，有限元分析已成為產(chǎn)品研發(fā)過程中-個必不可少的重要環(huán)節(jié)。CAE 工程師在校核設(shè)計方案、保證產(chǎn)品質(zhì)量、改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計、降低產(chǎn)品成本提高產(chǎn)品強度和壽命等方面肩負(fù)重要的職責(zé)。對于一些復(fù)雜的關(guān)鍵部件，如果不經(jīng) CAE程師分析確認(rèn)設(shè)計方案，就不能投產(chǎn)，如果產(chǎn)品因設(shè)計不當(dāng)而出現(xiàn)質(zhì)量問題，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個階段

1)只使用CAD進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計。

2)開始使用少量 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)和知識庫。

目前，我國的制造企業(yè)僅停留在前 4 個階段。有限元分析在我國的應(yīng)用領(lǐng)域多是航空航天、汽車、造船等大型企業(yè)的核心設(shè)計部門，而不像發(fā)達(dá)國家那樣廣泛應(yīng)用于普通的消費類產(chǎn)品設(shè)計。

在我國，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)國家存在較大的差距。在我國的一些企業(yè)中，CAE 的作用僅僅是為產(chǎn)品報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，讓客戶或上級領(lǐng)導(dǎo)知道“這個東西我們算過了”，而在整個產(chǎn)品研發(fā)過程中，并沒有真正把計算機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:

1) “不需要”總體來看，我國各行業(yè)的自主工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計還處于初級階段(例如上面提到的第一個階段)，很多產(chǎn)品的設(shè)計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作分析計算，對于有限元軟件具體能夠分析什么并不十分了解，沒有真正認(rèn)識到有限元分析對企業(yè)發(fā)展的重要性。

3) “不信任”有些企業(yè)誤以為有限元是萬能的，希望它能給出任何所需要的分析結(jié)果，希望計算結(jié)果能夠與工程實際 100% 地吻合。當(dāng)這些過度的期望落空后，就走向了另個極端，認(rèn)為它百無一用，沒有必要為其花費大量經(jīng)費，干脆棄之不用，回到多年來已經(jīng)熟悉的傳統(tǒng)方法上，用機械手冊上的公式來大致估算，產(chǎn)品成功與否更多地依靠老工程師的經(jīng)。

在這些問題的背后，國內(nèi) CAE 工程師整體水平的欠缺是一個無法否認(rèn)的事實。業(yè)界普遍認(rèn)為，中國目前仍然非常缺乏優(yōu)秀的 CAE 工程師。在高校教育過程中，缺少工程實踐環(huán)節(jié)，很多教師偏向于理論研究，欠缺工程應(yīng)用背景。機械、力學(xué)專業(yè)的學(xué)生盡管掌握了一定的有限元知識，但在走出校門后，一遇到工程實際問題就一籌莫展。他們面對復(fù)雜的模擬對象感到無從人手，所建的模型或者過于簡單，沒有體現(xiàn)出所模擬問題的重要特征，或者過于復(fù)雜，將大量精力和計算時間浪費在不重要的細(xì)節(jié)上，即使能夠得到分析結(jié)果，也無從得知這個結(jié)果是否正確，準(zhǔn)確度有多高。