Уже не первый год я делюсь со своими подписчиками мыслями об автоматизированных расчётах и решениях задач методом «просто нажми кнопку». Для некоторых пользователей МКЭ-программ (МКЭ – метод конечных элементов) эта тема покажется довольно щекотливой, а многие люди, работающие над созданием и распространением МКЭ-программ, и вовсе предпочли бы, чтобы вы не знали той информации, которой я собираюсь поделиться в этой статье.

Но такова моя принципиальная позиция! Я пообещал, что буду рассказывать всю правду об МКЭ, и в том числе, конечно же, о скрытых ловушках МКЭ программ, от которых хочу вас уберечь. Одной из таких ловушек являются автоматизированные расчёты и сведение решения задач к нажатию кнопки.

Если вы больше любите аудиоформат, ниже представлена аудиозапись (на английском языке). Я старался говорить медленно и чётко, но вам всё же придётся простить мне мой французский акцент… ;-)

Автоматизация МКЭ расчётов очень заманчива

Всегда хочется автоматизировать как можно больше процессов. Признаюсь, я и сам очень люблю автоматизацию! Если вам необходимо выполнить ряд повторяющихся задач, и существует способ их автоматизировать, то, конечно же, лучше найти его и использовать.

Основная проблема автоматизированных расчётов заключается в том, что они должны учитывать все особенности вашей задачи, чтобы решить её правильно. Но для каждой задачи процесс компьютерного моделирования, зависит от особенностей модели, отрасли инженерии, для которой прозводятся расчёты, и многих других факторов. Каждый проект включает в себя множество нюансов, которые необходимо учитывать в процессе расчёта, и которые значительно усложняют его автоматизацию!

Но когда вы многократно решаете одни и те же задачи на протяжении многих лет, то, конечно, можете найти способ автоматизировать этот процесс, сократив некоторые затратные по времени этапы. И в таком подходе, естественно, нет ничего плохого.

Так почему же я решил поднять вопрос автоматизации?

Существует несколько значений слова «автоматизация» применительно к МКЭ-расчётам

Автоматизация, о которой идёт речь в этой статье – это не совсем та автоматизация, которая обычно приходит на ум грамотному инженеру, когда он слышит это слово… Грубо говоря, бывает плохая автоматизация и хорошая автоматизация… (а также бывает их сочетание ;-))

Позвольте я поясню! Слово «автоматизация» может использоваться не только инженерами, но и, например, маркетологами – с целью увеличить продажи программного продукта.

МКЭ программы – это очень сложные инженерные инструменты с пугающим количеством функций

Основная проблема программных продуктов для инженерных расчётов заключается в их многофункциональности, которая существенно усложняет их использование. Именно поэтому работа инженера-расчётчика является непростой. С одной стороны, он должен знать множество вещей, касающихся физики процесса, а с другой – владеть всеми инструментами программного обеспечения, которые необходимы для моделирования конкретного процесса на компьютере. В результате, тем, кто только начинает использовать такое программное обеспечение, всё это может показаться чрезвычайно сложным и непонятным!

Открыв такую программу впервые, вполне естественно растеряться при виде всего множества кнопок и инструментов, и не знать, с чего начать. Потом вы проходите несколько уроков, но вскоре понимаете, что на самом деле всё намного сложнее, чем вы изначально думали, и для того, чтобы правильно решить задачу и хоть в чём-то до конца разобраться, нужно затратить очень большие усилия и проявить недюжинную настойчивость.

Но сложность в освоении является проблемой не только для вас – это также большая проблема и для маркетологов, которые пытаются повысить продажи программного обеспечения и заитересованы в его популяризации. И, конечно же, они хотели бы продавать гораздо больше лицензий на своё программное обеспечение.

Как маркетологи «решают» проблему сложных МКЭ программ при помощи автоматизации… и насколько эффективно такое «решение»?

Одной из проблем, с которыми сталкиваются маркетологи, является необычайная сложность этих инженерных программ, так что при общении с клиентами нередко приходится слышать фразу: «Извините, но в нашей команде нет никого, кто умеет работать с этой программой, поэтому мы не можем её купить».

И вот для того, чтобы уговорить таких потенциальных клиентов приобрести их программное обеспечение, они обычно внушают им следующее: «Не волнуйтесь, все процессы автоматизированы, так что вам вовсе не обязательно знать, как работают те или иные функции, ведь для выполнения большинства из них достаточно просто нажать на кнопку».

Как реализована автоматизация «просто нажми кнопку»?

По сути, программисты разрабатывают функции, которые позволяют автоматизировать сложный для пользователя процесс. Проблема заключается в том, что сложность процесса не устраняется, она всего лишь скрывается от пользователя за автоматизированным алгоритмом, и многие решения, от которых зависит точность вашего расчёта, выполняются этим алгоритмом за вас внутри «чёрного ящика».

Для маркетолов это удобно, поскольку вы не видите, КАК на самом деле работает алгоритм. Но вы должны понимать, что алгоритм может без вашего ведома выполнять неправильные или нерациональные для данной задачи операции.

Ловушка скрытых проблем

Существует два типа проблем. Есть проблемы, которые связаны с физикой инженерной задачи и многочисленными решениями, которые вам необходимо принять для создания расчётной модели… но кроме этого, существуют также «скрытые» проблемы, о которых вы не догадываетесь, если ради ощущения кажущейся простоты сложные этапы были убраны с глаз пользователя.

Ведь если бы расчёты было проводить так легко, как об этом рассказывают в рекламных материалах, то почему тогда далеко не всегда удаётся выполнить расчёт успешно, часто выдаются сообщения об ошибке, либо мы вовсе получаем неправильные результаты?

Я считаю, что если программа хотя бы даёт вам возможность при необходимости задавать расширенные настройки вручную, то у вас действительно есть некоторый контроль над своей моделью и результатами. Настоящая проблема возникает тогда, когда у вас таких возможностей нет, а вместо этого автоматизированное решение нажатием кнопки бесконтрольно выполняет все операции и выдаёт какие-то результаты, которые могут оказаться неправильными, а сообщения об ошибке может и не быть.

Теперь вы понимаете, что я имею ввиду?

Слово «автоматизация» слишком часто используется маркетологами, чтобы сделать программный продукт более привлекательным, скрывая при этом многочисленные сложные проблемы.

Вот почему так важно не попасть в эту ловушку и не подумать, что всё действительно так легко!

Автоматизация «просто нажми кнопку» может не подойти для вашей задачи

На первый взгляд вам действительно может показаться, что решать задачи стало значительно проще, ведь теоретически вы теперь можете выполнить ряд очень сложных операций, нажав всего одну кнопку. Однако когда вы столкнётесь с реальной задачей и проектом, то можете с удивлением обнаружить, что многие из этих автоматизированных функций не подходят или просто не работают для вашего проекта.

Ведь только представьте себе автоматизированную функцию, которая должна хорошо работать в рамках любого проекта. С одной стороны, она должна учитывать все особенности вашего проекта и отрасли. С другой – она должна быть универсальной, чтобы подходить практически для любого типа проекта. Это явное противоречие, поэтому, если вы рассматриваете нестандартную задачу, то велика вероятность того, что стандартный автоматизированный инструмент вам не подойдёт.

А вам ведь внушили, что при помощи этой автоматизации вы сможете выполнить расчёт любой модели, просто нажав на кнопку. К сожалению, многие люди не осознают, что это, мягко говоря, не совсем так.

Наивным новичкам часто внушают, что для решения задачи достаточно выполнить следующие действия:

Для импорта геометрической модели… нажмите кнопку.

Для построения сетки… нажмите кнопку.

Для задания граничных условий и свойств материалов … придётся нажать ещё несколько кнопок.

Всё – получаем результаты, которые выглядят вполне правдоподобно, и множество разных данных, в которых легко утонуть. Так в чем же проблема такого подхода?

Проблема точности результатов

Проблема заключается в том, что полученные таким образом результаты могут быть совершенно неверными…

И когда у вас нет возможности сравнить эти результаты с реальными экспериментальными данными, или если у вас нет опыта в выполнении подобного рода расчётов и представления о том, какими эти результаты должны быть, то очень сложно оценить правильность выполненных расчётов!

Когда вы участвуете в проекте, сроки сдачи которого поджимают, и вам задают вопрос: «Ты можешь выполнить расчёт?», то ведь очень хочется ответить: «Да, конечно, могу! Без проблем!». Затем вы нажимаете пару кнопок и получаете конечноэлементную модель, задаёте исходные данные, нажимаете ещё одну кнопку, получаете красивые цветные картинки с результатами и оформляете отчёт…

Всё это можно проделать очень быстро! … но так поступают только безответственные люди. По этому поводу я рекомендую вам также прочесть статью The dangers of bad accuracy in FEA (на английском языке).

Компьютерное моделирование – это, в первую очередь, инженерная задача!

Для выполнения правильного расчёта компьютерной модели необходимо разобраться, какие физические процессы В ДЕЙСТВИТЕЛЬНОСТИ происходят в объекте, модель которого вы хотите создать! Не верьте маркетологам, которые пытаются вам внушить, что в их МКЭ-программе всё автоматизировано.

Вы должны понимать, что скрывается за этими красивыми словами, и докопаться до сути инженерной задачи и всех её нюансов, чтобы правильно её решить и получить точные результаты!

ДА, инженеры обязаны знать основы теоретической механики, сопротивления материалов, материаловедения, и, конечно же, метода конечных элементов…

И если кто-то вам попытается внушить, что вам всё это вовсе не обязательно знать, не верьте! В лучшем случае, этот человек не инженер (не все ими становятся ;-))… в худшем – он просто пытается продать вам своё программное обеспечение…

Рекомендую также прочесть статью Решаем МКЭ-задачи как профи: 4 основных шага.

Ну что ж, на сегодня это всё. Ох, и статья получилась ;-) Искренне надеюсь, что она вам понравилась!

Если этот материал показался вам хоть сколько-нибудь полезным, напишите об этом, пожалуйста, в комментариях к исходной статье. Мне всегда приятно слышать, что мои работы кому-то помогли лучше разобраться в возможностях МКЭ-расчётов. Миру нужны настоящие инженеры, именно поэтому я пишу эти статьи.

Если вам понравилась эта статья, вы также можете помочь мне, поделившись ею со своей командой или коллегами на Linkedin. Искренне благодарю всех, кто помогает мне распространять знания об эффективных методах инженерных расчётов и проектирования!

Источник: www.ansys.soften.com.ua