刘笑天：10年+仿真应用工程师知识体系是什么样子？

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作者优秀: 优秀教师/意见领袖/博士学历/特邀专家/独家讲师
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导读：“一位10年以上相关经验的高水平的仿真工程师40%的时间与精力，应被投入于理论知识的学习与融汇，30%为仿真与实验数据的交叉验证及积累，20%为对产品研发设计制造质量成本等相关工程实践知识的学习，最后10%为软件操作技能。”本文节选自仿真秀专栏作者刘笑天编著新书《强度仿真课-手把手教你精通ansysworkbench》前言，稍有调整，预计在2023年春夏上市，推荐大家关注并订阅。

一、11年+仿真职业生涯

首先，介绍一下笔者的职业经历。2005年以高考380分成绩，专科入学黑龙江建筑职业技术学院的热能工程系，攻读供热通风与空调工程专科学历。自2010年笔者以北方某重装备制造业上市国企的核电站用空调机械设计师身份，开始自学仿真技术。第一次学习ANSYS 软件为2011年7月，至2017年转行新能源汽车行业，入职某中原地区汽车主机厂的零部件全资子公司，至今从事强度性能开发工作之前，主要精力与技术提升方向，为熟悉仿真软件使用、积累操作技巧、学习仿真相关的各理论知识等内容。

效力重装备制造企业期间，几乎没有强度类的试验验证能力与数据积累，使笔者编著第一部书（2012~2014年）时的仿真技术水平，仅限于对软件操作层面及对相关理论的懵懂之中。以至于笔者在2011年前后，已快速自学并熟练掌握软件各常规使用功能，并完成近半本匿名出版的ANSYS Workbench 14.0仿真书籍后（其中一本销量超2万册），虽在一定程度上获悉了，有限元技术的强大与仿真软件的高水平，但也深深的体会到了一种，沉浸骨髓的空虚与无力之中。

以上两图的电脑都是笔者私人的，放在某国企做公事

此时的笔者常常思考，每天在电脑面前，边画着机械图纸，边对着虚拟的三维模型与计算文件，分析计算得到的数据，其是否可靠、是否符合实际、是否有更好的优化方案？

作为设计师出身，已熟知车间每台设备基本能力与性能的笔者，同时进行以强度为主少量流体的仿真分析工作，并提出简约、低成本、可设计、可制造的设计方案不成难度。但限制于无试验数据托底的仿真精度与各数据可靠性存疑，如单纯参考仿真结果进行指导设计，总显无根之水。比如材料的力学性能从未实际测量过，比如仿真均使用固定位移约束等。

至2017年笔者进入汽车行业至今，一切大为改观。大量的试验验证、频繁的项目评审、三倍以上于老国企的工作强度、数倍于以往的研发项目压力、众多国籍各异的高水平同事、较为完善的研发流程、近万部企业规范的积累、技术专家的身份等，让笔者重燃信心。

考虑到汽车行业的保密协议、劳动合同、敬业条款、廉洁协议、合规条款等各文件的限制，笔者不会在本书及其他公开渠道，详细分享我司具体的模型、数据、经验、流程、方法，这就是笔者常说的“真正的核心技术，一定是被保密协议层层防护的”。但很多问题可以通过，对基本思路及原理的介绍及横向对比以管窥其豹。

此笔者开始有机会与平台，将幽浮空冷的仿真数据，真正落地并与各种实验数据进行标定，从而得到有价值的结果。那种幸福感与成就感，是以往从未体会的乐趣。同时，工资待遇与职级的倍倍翻翻，也让笔者的生活水平更为舒畅。

笔者从事8年机械设计之间，绘制的所有图纸不超过200张，各种文件编制及翻译的技术规格书，总计仅数百页。入职汽车行业后，5年间各种仿真报告、试验规规范、企业规范、A3报告、D-FMEA、专利申请、对内及对外培训PPT等完成近2000页，摞起来的总高度约20厘米。

从前对仿真结果的精度毫无把握与信心，现在经多次试验标定仿真数据后，部分结果仿真与实验差异，已缩小至10%左右。笔者对仿真技术的认知，逐渐从理论知识最关键，演化为在合理学习适当理论知识，具备对基本规律与现象的判断力与独立思考能力，从而形成了体系化知识架构后，依托大量实验数据及仿真校准经验，进行的产品功能、结构、成本、性能优化等，为影响及限制CAE工程师，能力与水平提升的最大门槛。

二、正在撰稿的3本仿真图书

《强度仿真课-手把手教你精通ansysworkbench》为笔者2015年出版《ANSYS Workbench 结构工程高级应用》及2017年出版《ANSYS Workbench 有限元分析工程应用实例详解》之后，是笔者第三本以第一作者身份发行的仿真类书籍。其主要定位强度仿真方向，从业5年内的入门或初级学员。本书写作风格接近将前两本书的架构，进行杂糅混合的产物，但更多借助笔者近些年的新思考、新经验、新方法进行总结，而全新重写。

为降低阅读难度，本书不再采用《高级应用》中，全书近50处不同章节与段落间频繁交叉引用的方式行文，而尽量采用各章较为独立分配，从而有利于读者从任意章节开始阅读，亦不影响总体逻辑与观感。

笔者编著ANSYS新书，预计2023年春夏季上市

正在筹备的第四本仿真类书籍，为强度仿真用的材料物理及力学性能数据汇总。其1/4内容为各常用仿真计算中，如何及为什么设置相关材料属性的案例操作；另3/4为不同金属、非金属单质及化合物等，不同温度下的相关属性：如弹性模量、泊松比、密度、比热、线膨胀系数、屈服与抗拉强度、应力-应变曲线、S-N曲线等。

其主要参考了笔者从事机械设计岗位（2008年~2017年）期间，搜集与积累的两百多个材料性能相关PDF手册，如xx手册、xx大典、xx性能等书名，而后对关注部分截图汇总于总计约3000页的原始Word，而后手工编排相关数据表格及曲线数据。属于工作量极为庞大繁杂又编写技术含量不高的内容。

第五本预计为笔者第一部著作《ANSYS Workbench 结构工程高级应用》的第二版。该书试图将本书及近年来各产品设计、优化、质量控制、失效分析总结与积累的相关经验，搭配仿真操作技术与理论背景知识，进行大纵深集团化的融汇与串联。以期更坚实的落地笔者总结的“4321理论”。

三、我眼中的企业仿真工程师

笔者对自己的定位是企业工程师。工程师的第一工作法则，是项目招标书、技术规格书、设计规范、试验检验标准、企业规范、友商产品对标、试验数据、设计制造手册等信息；科学家普遍依赖论文、试验观测数据、理论推导等。其又与工程师的知识架构与体系完全不同。也许这是为什么，多年工作经验的企业工程师，几乎不能良好驾驭，各种来自在校学生网络代做需求的重要原因。

其与高校从中培养的科学家定位完全不同。笔者发现高校论文中，往往对某个细小方向上深耕细作，并试图突破人类认知边界。其对仿真的需求一般为简单模型、简单工况、高级且复杂的具体技术方法、深厚的理论功底、面对大量未知现象与知识，可能缺乏成熟全面的工作方法、技术方法及软件升级，可能非常缓慢等。即长板特别长，短板特别短的异类；

工程师与之几乎相反，在研发成本（钱and 时间）的巨大压力下，往往计算用模型极度复杂、工况较为丰富、拥有较为完善的实验能力与数据、设计标准、企业规范、试验规范及研发体系支撑（如本书最后章节，介绍的用于质量控制的FMEA及A3等）、具体的仿真技术与方法，往往仅限于中低等水平、对理论知识的细节需求不高，一般只需对方向性、规律性、趋势性等关键内容可灵活把握即可、采用的软件版本，使用的具体技术路线，可能是较为前沿的。

工程师与科学家的单点突破不同，工程师的工作重点，是对所有可能方向的需求，进行全方位的预判、计算、优化、妥协、权衡利弊，并深入现场一线，解决松脱及断裂等质量问题，还要提出切实可行、成本低廉、结构简单的设计与优化方案，并证明有效。以最近流行的网络语言描述就是，六边形战士。

即笔者常说的“懂仿真的前提是懂设计，懂设计的前提是懂工艺，懂工艺的前提是懂质量与成本”。考虑到工程师设计的产品的多样性及参考设计规范的复杂性，本书尽量不对具体产品设计方法与流程进行介绍。其依赖读者在自身工作环境中，对各经验、方法、基础知识的学习。

以此为基础在本书中笔者大量分享了，如何成为合格的入门级CAE工程师的经验与学习方法。同时为了照顾尽可能广泛的潜在读者，本书在仿真软件操作层面的内容，设计的尽可能浅显易懂，同时分析案例用模型，尽量采用，极致简陋的“带孔矩形板”或者”L形板“这类，毫无建模门槛的模型。从而尽可能扫除初学者的准入门槛，通过快速频繁的信心赋能，让读者有走下去的决心。

面对刚毕业即进入企业，从事仿真方向岗位的应届生，笔者的学习建议是，抛弃论文优先原则，对于工程师而言，绝大多数论文只需吸取其，被压缩至不超过100字的思路、结论、方法即可。重点搜集并学习以原理、手册、规范为关键词的各种资料。

另外，大部分跟几何模型有关的内容，不建议学习仿真软件自带的建模平台，宜转身学习机械设计相关建模软件，如SW及UG等（本书部分案例，已采用SW软件辅助建模）。其无论用户人群、教材数量、帮助与参考资料的中文化、可能帮助读者的概率与数量等，均对CAE软件呈碾压趋势。反之则是“将校无能，累死三军”。

四、写在最后

仿真技术有入门特别简单，但精通却需十万小时的努力从而百里挑一的特点。也许知名人士的**演讲，可以给人力量。下段援引自1962年9月12日，于美国赖斯大学的体育场，时任美国总统，约翰•费茨杰拉德•肯尼迪的讲话。

“We choose to go to the moon.We choose to go to the moon.

We choose to go to the moon ,in this decade and do the other things, not because they are easy, but because they are hard, because that goal will serve to organize and measure the best of our energies and skills, because that challenge is one that we are willing to accept, one we are unwilling to postpone, and one which we intend to win, and the others, too.”

翻译：”我们决定登月。我们决定登月。我们决定在这十年间，登上月球并实现更多梦想，并非它们轻而易举，而正是因为它们困难重重。因为这个目标，将促进我们实现最佳的组织，并测试我们顶尖的技术和力量，因为这个挑战我们乐于接受，因为这个挑战我们不愿推迟，因为这个挑战我们志在必得，其他的挑战也是如此。”

由于笔者能力与眼界有限，可能部分认知与技能存在偏差甚至错误，敬请读者谅解。——推荐大家收藏并订阅CAE仿真入门学习包。