【专题交流】有限元企业应用问题交流

Vic_Ding 2015-12-21

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嘉宾简介

张晔，浙江工业大学机电一体化硕士毕业，研究生期间跟随导师研究电子封装产品的数值仿真和实验验证，研究计算力学相关内容，目前是一名自由人，对数值仿真有浓厚的兴趣，帮助有需要的企业整合实验仿真研发体系，优化产品结构，培训企业工程师的有限元工程应用技巧。目前接触的企业多数是江浙沪为主的南方企业，兼任一家钢结构公司的分析技术顾问，一家赛车研发团队的仿真和实验负责人以及几家Solidworks一级代理商的外

援工作。

PART 1 如何注意到这个方向

我刚研究生毕业的时候，对有限元分析有浓厚的兴趣，因此非常坚定了自己的职业方向，做一名分析工程师。所以当时就进了一家汽车零部件的上市企业，出入社会的雄心壮志很多人都懂，我那时也一样，想让自己所学的分析技术来为企业产品做出贡献。但在企业中待了一年，我发现了一些很典型的问题：

第一，分析结果非常不准，但是企业领导根本不在意；
第二，分析工程师专业性极度欠缺，多数都是软件操作工而已；
第三，分析周期过长影响到产品进度；
第四，其实分析并没有给产品或者企业带来任何价值，仅仅因为汽车行业都需要这么个部门或者流程，所以企业才养着这么一个部门。

简单一句话，企业根本就没有把有限元分析真正应用起来。后来我渐渐了解到，其实不仅仅是我们一家企业，很多企业都面临着同样类似的问题！所以我觉得，有限元企业应用方向才是我们分析工程师们应该去实际关注的。

早期作品

PART 2 目前的有限元社会现状

目前有限元已经被越来越多的人所了解，所以很多人都有类似的想法，就是作为工程师，在未来这是一个比较好的技能，所以学习这个技能成为很多工程师的未来计划之一。这导致目前很多分析人员看上了这个市场，把目标集中到了培训或者以培训为主的这个环节，而不再真正去交流企业技术问题，于是代写各种论文，各种软件操作培训，各种高端理论学习，甚至有些仅仅了解了些软件操作的人员开始浑水摸鱼，还有些不是这个方向的老师们也开始宣传自己懂这个方向。于是各种培训还有项目研究都围绕有限元展开，最终的结果就是被培训的人员最后没法将技术用于实际，项目合作因为最后的成果不符合企业预期而难产，这个现实让很多的人和企业渐渐地失去了对有限元分析的信任。作为行业内从业人员，我确实心里很是难受，在我看来，这不是工程师的有限元分析技术，他是研究者和学生的有限元分析基础，而这个现状确实更加坚定了我要做有限元分析企业应用的立场，就是一定要将有限元分析和实际产品结合起来。在目前市面上类似的教材很多不论是市场商业化培训，或者教材写作，其实题目都应该改成《有限元分析软件ANSYS操作从入门到精通》。

关于责任的推卸，有限元分析大家对这个方向多数人并不了解，当分析结果不尽如人意的时候，网格精度、电脑内存、各种参数都会被人提起，总之一句话，责任和分析工程师没关系。这种现象确实在目前的圈内盛传，多数分析人员会用这个作为挡箭牌，而且效果很好。但是事实上误差的处理，精度的处理应该是我们分析工程师分内的事情，大家作为工程师都有克服各种困难处理问题的经验，有限元也是一样的。有限元分析并不像多数人所想的那样需要一台几万的工作站，按照现在的电脑性能的发展，几千块的台式足够处理目前多数企业产品。

有限元分析应用的体系

PART 3 到底什么才是真正的有限元分析

1、有限元分析可以为两个方向的人服务：
第一，科学研究人员，帮助他们促进研究，有限元最初就是由这类人研究并且引入到工程应用当中，但是在中国目前为止，这群人仍是运用的主流人群；
第二，就是工程应用人员，帮助他们解决实际的产品结构问题。但是不管是哪一类，有限元分析应用的体系是不会变的。

大家可以从百度上搜索到很多关于有限元分析的定义，但是我这张图是自己总结的关于有限元应用的流程定义。很多人把有限元分析等同于软件计算，少部分人会把软件计算，实验理论计算和数据处理包含进来，但是多数人基本都会忽略第一步的可行性方案制定。所以有限元分析应用其实就是这么一个体系化流程，并不是我们所理解的点点电脑鼠标就可以做的事。

2、体系当中的问题
首先可行性方案制定，这件事必然会涉及到工程师和科学研究者的问题。在开始讲之前我必须强队，我尊重研究者团队，我尊重一心为技术付出努力的研究人员们，如果下面的很多言语有冒犯的地方，愿意当场接受批评指正。

研究者和工程师在思考问题的角度肯定存在很大的差异，这时候对待企业的问题，所形成的方案也是不一样的。

我先举个例子：有一家客户生产了一个产品出来，但是发生断裂，于是企业的工程师们希望用仿真模拟断裂，于是很多研究院愿意和他们一起合作解决断裂问题。这一切看上去顺理成章，但是其实从一开始就错了，而企业到最后才会发现自己搞错了自己的需求。这个错误不是由于谁有问题产生的，而是解决问题的思路存在差异。

3、目前企业提出的分析需求往往有以下两个特点：
1.需求超越当前分析技术的实际应用发展，比如磨损、腐蚀包括断裂问题
2.高成本高投入的需求，包括时间成本和资金成本

第一点恰好符合研究者的需求，而符合第一点的多数自然符合，但是这个需求却不符合工程师的工作方式和企业运作的方式。我以这个例子来说，断裂力学发展到现在确实已经体系化，但是从研究角度，可以突破的口实在太多，所以相对于静力学或者弹性力学来说，远没有弹性力学的体系来的完善。这时候企业选择这个比较超前的技术去实现突破，最终的价值其实是在为断裂力学的研究做贡献，而不是为了企业自身的需求做贡献。那这个问题该怎么做，其实分解企业的实际需求可以知道，企业的产品断了，但是他们只是希望通过分析了解这个产品什么时候不断，安全系数多少，分析出来就可以，以后咱们的产品就按照这个安全系数做就可以了。这时候企业只需要花一周左右的时间做一个强度分析，然后结合当前的一些实验数据进行对比即可解决问题。很多企业在前期提出分析需求，其实就已经错了。如果没有人来扭转这个错误，就会一路错下去。

对于这个问题我用一个不太恰当的比喻去说：如果直走前方都是刀山火海，当然可以硬闯，但是代价很高，如果绕路走也许代价反而很低，问题是这个要绕开的路怎么去寻找，这应该是分析工程师能够带给企业的事。

这就是可行性方案问题，类似的问题非常多。以后有机会可以具体去针对一个小问题交流，很多时候企业提出的分析需求不是真实分析需求或者是可以分解简化的分析需求。

对于这个问题我用一个不太恰当的比喻去说：如果直走前方都是刀山火海，当然可以硬闯，但是代价很高，如果绕路走也许代价反而很低，问题是这个要绕开的路怎么去寻找，这应该是分析工程师能够带给企业的事。

PART 4 有限元分析目前的困境

有限元分析在企业要推广必须要有两个条件：
第一， 第二过硬的技术人员
第二， 上层领导的支持
所以下面我针对两个方向讲解：

第一部分是给要学习有限元分析的技术人员：
目前我们这一辈年轻人普遍存在一个问题：崇尚快餐文化。在目前的机械行业，很多人把这个文化彻彻底底地融合到血液里了。软件上的三维、有限元、动画制作，加工上的焊接、铸造等等都希望速成，这就是我说的机械行业的快餐文化。以至于现在多数人从骨子里就认为技术就是应该几个月学会的。

但是有限元分析这门技术恰恰无法满足目前当下多数工程师的学习轨迹，在我的感觉里，一年内能找到门，两年内入门，三年内略有小成已经是很快了，所以以当前工程师学习技术的态度多数是完全无法学会有限元分析。所以要学分析无他，唯有努力，把基础知识打扎实，包括材料理论力学，线性代数，高等数学和概率论统计，这些基础学科很多大学都开课，可惜的是很少有人学好，其实这些基础学科学好不仅仅对有限元有帮助，对机械所有方向的工作都会有所帮助。还有两个习惯是在快餐文化基础之上衍生出来的，就是选简单的学和心理舒适区，选简单的学即需要时间和有难度的问题都绕过，这时候大家要明白一个道理，快餐文化是无法提升工程师自身价值的；心理舒适区，简单来说不主动寻求技术突破。比如高等数学，大家认为重要，但是确实有难度，这个难度超出了我们目前很多人的承受范围，这个范围就是舒适区，当超出这个舒适区那很多人就默认放弃。

但是最终总有一部分人会从中脱颖而出，这时候这部分人会注意到知识的学习和实际应用存在很大的不同，像有限元分析这种技术目前大多数企业都没有成功实施的经验，所以如果你作为分析工程师进入企业，你一定要清楚，企业不会有人指导你，多数情况下都要靠自己摸索，积累工程经验。所以从另一个角度说工程应用方法和有限元工程师的缺失也是目前企业发展有限元分析的困境之一。

第二部分是给要发展有限元的企业和领导：
我们知道整个应用流程非常复杂，所以如果按照这个目前的流程思路，多数企业可能无法等到有限元分析给企业产生价值这个时刻，就已经放弃这个技术在企业中的应用了。所以我们要重新从企业的实际需求出发，将方案进行重新的整理，争取在每个小阶段都给企业带来实际的价值，这样企业的投入也会源源不断。企业的需求往往是由客户需求所产生，比如客户需要企业的产品有限元分析报告，这时候，对于企业来说分析工程师首要的目标就是要按照客户的实际需求对产品进行分析，但是这个时候注意，分析的结果仅仅作为一个趋势研究，因为企业初次接触有限元分析，企业可能都没有足够的数据去进行分析验证，这一阶段的主要目标是分析趋势正确，不出现违反常识的错误，能够应付客户。

这时候有限元分析在帮助销售买卖产品的过程中产生了实际价值，这部分价值也是企业很容易产生的。即使这部分工作客户没有要求，我们同样可以在前期竞争中主动展示我们的分析成果，这部分工作仅仅是为了以后企业能够投入发展有限元做的前期工作，对于有技术追求的人来说，可能不屑于做这个工作，但是我认为如果你要追求技术，我们就应该用类似的思路去做。

接下来就是技术发展的开始，这时候其实有限元技术产生的价值还是有限，企业最多只会支持你发展分析，但是实际投入未必会很多，这要看情况，但是这个阶段是最重要的。企业负责人必须制定一套有效的分析解决方案，比如以前企业很多产品都做过相关的实验，我们只需要通过这些产品来进行分析验证完善模型即可，这个工作几乎不需要任何资金投入，只需要工程师的劳动成本。这一阶段如果顺利完成，那之后的新产品验证那都是反复工作而已。所以我的思路是先付出让有限元技术得到企业的认可，然后再要求企业投入更多的资金研发。我强调的始终是：有限元要和企业实际的产品结合，真正给企业带来价值，而不是浮于表面！

研发失败的产品_立体车库静强度问题到最后还是不行虽然强度够了但是刚度远远达不到要求。