如何成為卓越的機械工程師？

2017-02-12 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

機械工程師進階

首先,千萬不要以為機械只是搞結(jié)構(gòu),更不要以為結(jié)構(gòu)只是使用PROE、solidworks或者其他什么軟件……

其實搞機械機構(gòu)的有個先天優(yōu)勢,那就是什么產(chǎn)品都是以結(jié)構(gòu)為平臺的,你往哪里發(fā)展都有可能。搞結(jié)構(gòu)能讓你對產(chǎn)品有更直觀的理解,讓你更嚴謹,更切實。

另一方面,搞結(jié)構(gòu)的是個漫長痛苦的鍛煉過程,但是一旦練就本領(lǐng),多老都不怕,甚至越老越吃香。

根據(jù)我自己的從業(yè)經(jīng)歷,我隨便列幾條我認為搞結(jié)構(gòu)的人的發(fā)展路徑(個人看法,),依次為:

菜鳥1級:

會使用AUTOCAD畫一些簡單的二維圖,根據(jù)這個圖,你能想象產(chǎn)品的三維形態(tài)。

菜鳥2級:

你的二維圖上能夠看到公差,材料,表面處理,工藝技術(shù)要求等信息了。而且這些信息是你自己標上去的,你知道他們意味著什么。

菜鳥3級:

你會畫二維圖了,并且你畫的圖看上去真的能加工出實物來了,盡管有時候會犯一些錯誤,例如精度要求高的的連德國人都做不出來,更何況你們車間的張師傅。應(yīng)領(lǐng)導(dǎo)的要求你能用一些三維軟件出個效果圖看看,雖然沒什么實用價值,至少很有成就感。

入門1級:你已經(jīng)很清楚你的產(chǎn)品是怎么加工出來的了,而且了解每一道工藝工序的意義何在。如果需要改進,你也大體上能夠判斷從那里入手,對改進后可能產(chǎn)生的影響,你也能猜到一二。這個時候,你已經(jīng)對深刻的認識到二維工程圖遠比三維模型有意義的多。你開始鄙視那些只會用三維軟件建一些三維模型的所謂機械工程師。

入門2級:你開始了解什么叫企業(yè)信息化。知道了三維設(shè)計其實很有用,并且可以把你熱愛的工藝信息融入到三維設(shè)計中來。這個時候你應(yīng)該已經(jīng)能夠熟練地應(yīng)用三維軟件設(shè)計一些常用的零部件,并且生成足以指導(dǎo)生產(chǎn)的二維工程圖,或者直接拿到數(shù)控設(shè)備上加工出來。

專家1級:你已經(jīng)能夠使用相關(guān)設(shè)計軟件管理生產(chǎn)了,包括設(shè)計出圖,零部件清單管理(BOM);你對生產(chǎn)流程已經(jīng)很清楚,能夠識別技術(shù)關(guān)鍵點并著力解決;甚至已經(jīng)開始嘗試利用有限元分析進行強度、疲勞等的分析,并且可以輕易的寫篇洋洋灑灑的設(shè)計文檔出來,忽悠菜鳥是不成問題了。而且如果你還沒有當上設(shè)計主管的話,可能是人際關(guān)系上需要再努把力了。【金屬加工微信,內(nèi)容不錯,值得關(guān)注】

專家2級:你已經(jīng)隱隱約約的感受到簡單而重復(fù)的設(shè)計出圖是在浪費你的時間,因為這些東西你已經(jīng)爛熟于胸。你更希望有更多的時間去致力于提升產(chǎn)品的整機競爭力,比如如何降成本,如何改進工藝流程,如何提升設(shè)計效率。你能夠看到你的產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)、材料、功能上還有不足,你能夠意識到這不是你一個人能改變的,你開始利用周邊的技術(shù)資源進行系統(tǒng)的考量,制定產(chǎn)品競爭力提升的計劃,并列出技術(shù)節(jié)點去一一攻破。

專家3級:這個時候你已經(jīng)超越“結(jié)構(gòu)設(shè)計”的范疇了。你應(yīng)該很清楚,你的產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)上已經(jīng)沒什么潛力可以挖掘了。但是圍繞著結(jié)構(gòu),你能夠關(guān)注到整機產(chǎn)品的各個特性需求,在EMC、散熱、噪聲、安規(guī)、環(huán)境、人機工程、DFX(DFM可制造性、DFI可安裝性、DFA可裝配性、DFT可測試性)等等一系列領(lǐng)域都能夠靈活滲透應(yīng)用,全面提升產(chǎn)品的核心競爭力;

大師級:對整個產(chǎn)品的核心競爭力負責(zé),是你的基礎(chǔ)工作了。同時,你要了解國內(nèi)外制造業(yè)相關(guān)標準規(guī)范,知道你的產(chǎn)品要在歐洲或北美銷售會面臨什么樣的門檻,需要提供什么樣的認證,你怎樣提升你的產(chǎn)品來滿足這些需求。你還必須對競爭對手的產(chǎn)品了如指掌,能夠一針見血的指出對方的短木板,和你自己產(chǎn)品的優(yōu)勢所在。你了解行業(yè)動態(tài),能夠預(yù)見將來5年甚至十年該產(chǎn)品的發(fā)展趨勢,并制定長期的發(fā)展戰(zhàn)略,指導(dǎo)你的手下進行相關(guān)的技術(shù)積累。

如何成為一個合格的分析工程師

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。【金屬加工微信,內(nèi)容不錯,值得關(guān)注】

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?【金屬加工微信,內(nèi)容不錯,值得關(guān)注】

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。【金屬加工微信,內(nèi)容不錯,值得關(guān)注】

下面我將談?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,FEA成為CAE的重要組成部分,同時也帶給大家一個感覺,CAE嘛,當然是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ANSYS5.4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專或本科的教育背景,可能需要做更多努力才能勝任這樣的職位。

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。【金屬加工微信,內(nèi)容不錯,值得關(guān)注】

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。

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