結(jié)構(gòu)工程師對(duì)計(jì)算機(jī)的濫用

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摘要：計(jì)算機(jī)的濫用日益威脅著公眾的安全，有意改變這種現(xiàn)狀的人只是極少數(shù)，有能力改變這種現(xiàn)狀的人也只是極少數(shù).在工程界不少人迷信：計(jì)算機(jī)是知識(shí)的源泉，計(jì)算機(jī)是解決工程問題的源泉，計(jì)算機(jī)具有令人信賴的“智慧”。這些迷信都大大背離了事實(shí)，不可以簡(jiǎn)單地信賴計(jì)算機(jī)。有些人自稱是結(jié)構(gòu)工程師，但他們把計(jì)算機(jī)作為知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)、思維的替代品，而把自己對(duì)結(jié)構(gòu)工程的無知隱藏在計(jì)算機(jī)的黑匣子里。有責(zé)任感的工程師必須保護(hù)公眾免受這些人濫用計(jì)算機(jī)所帶來后果的影響。他們必須認(rèn)真地想一想，有沒有什么辦法，使人們免受這些迷信的影響。

  關(guān)鍵詞：計(jì)算力學(xué)結(jié)構(gòu)工程人工智能計(jì)算機(jī)是知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)和思維的替代品?？v觀當(dāng)今世界，這種非常令人不安的觀點(diǎn)正在結(jié)構(gòu)工程師中逐漸蔓延。人們似乎越來越愿意相信計(jì)算機(jī)使他們能對(duì)工程作出正確的判斷，而根本不去想一想，如果沒有計(jì)算機(jī)同樣的工作需要哪些必要的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。按百分比計(jì)迅速增加的工程師相信，解決工程問題的專業(yè)知識(shí)就是怎樣使用計(jì)算機(jī)以及計(jì)算機(jī)本身的專業(yè)知識(shí)。在結(jié)構(gòu)工程界，把使用計(jì)算機(jī)的能力當(dāng)成能勝任工作的證明，作為一種觀點(diǎn)正在象傳染病一樣到處蔓延。大量的結(jié)構(gòu)工程師確實(shí)相信，他們僅僅簡(jiǎn)單地依靠計(jì)算機(jī)就可以“解決”工程問題了，而沒有認(rèn)識(shí)到高質(zhì)量的工程只能是淵博的工程理論知識(shí)，大量的經(jīng)驗(yàn)，以及艱辛的腦力勞動(dòng)相結(jié)合的產(chǎn)物。問題是過分強(qiáng)調(diào)自動(dòng)化技術(shù)是以削弱實(shí)際知識(shí)為代價(jià)的，過分強(qiáng)調(diào)也演變成了不學(xué)習(xí)實(shí)際知識(shí)的借口。從教育和實(shí)踐兩方面來看，如此過分強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)帶給朝氣蓬勃的年輕工程師們一個(gè)錯(cuò)誤的信息，工程學(xué)習(xí)和工程實(shí)踐就是輕松地使用菜單和用計(jì)算機(jī)生成五顏六色的圖畫。在工程設(shè)計(jì)環(huán)境中利用信息自動(dòng)化技術(shù)有很嚴(yán)重的負(fù)面影響，信息自動(dòng)化技術(shù)象毒品一樣能輕易地誘使大腦相信其虛幻的安全性，知識(shí)性和能力。在這些自動(dòng)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)其真正的價(jià)值以前，設(shè)計(jì)工程師必須不依賴計(jì)算機(jī)，而用學(xué)識(shí)和經(jīng)驗(yàn)去解決工程問題。非常不幸，我們變得如此依賴于計(jì)算機(jī)，以至于正在迅速喪失不依賴計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算工作的技能。與那些只有依賴計(jì)算機(jī)才能“解決”工程問題的人討論問題時(shí)，一個(gè)稱職的結(jié)構(gòu)工程師什么樣的痛苦和挫折沒有經(jīng)歷過？這些人（不要把他們跟真正的工程師混為一談）已不再有能力，或者從來沒學(xué)過，不依賴計(jì)算機(jī)解決工程問題。從根上他們不懂得，計(jì)算機(jī)不可能記錄有關(guān)模型、分析和設(shè)計(jì)的一些技巧?？梢赃@樣認(rèn)為，除了具有快捷的計(jì)算速度以外，計(jì)算機(jī)程序只是一些離散的知識(shí)。這些人沒有認(rèn)識(shí)到，知識(shí)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了有限的計(jì)算機(jī)指令所能編程的界限。真正的工程知識(shí)是經(jīng)驗(yàn)，直覺，靈感，領(lǐng)悟力，創(chuàng)造力，想象力和“認(rèn)知”的巨大綜合體，它超越了任何計(jì)算機(jī)程序和程序員對(duì)結(jié)構(gòu)工程的“理解”。恰恰相反，這些人認(rèn)定世界是一個(gè)巨大的有限元模型，而計(jì)算機(jī)能夠并且也應(yīng)該自動(dòng)地建立模型，進(jìn)行分析，完成設(shè)計(jì)，打印出最終結(jié)果。“工程師”能做的，僅僅是區(qū)分規(guī)格和需求，給顧客開發(fā)票，牟取利潤(rùn)，并且迅速找到新項(xiàng)目。今后，只有越來越少的工程師能獨(dú)立地（即不依賴計(jì)算機(jī)）找出結(jié)構(gòu)工程問題的正確解答，這種對(duì)計(jì)算機(jī)的依賴性將會(huì)帶來巨大的麻煩。隨著對(duì)計(jì)算機(jī)的依賴程度的不斷上升，誰來解決工程問題？是那些沒有或只有很少的結(jié)構(gòu)工程知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的程序員，或是有其他專業(yè)學(xué)位而不是結(jié)構(gòu)工程學(xué)位的程序員來做？計(jì)算機(jī)現(xiàn)在不是，也永遠(yuǎn)不會(huì)是解決工程問題的源泉。只有合格的工程師才能正確地解決工程問題。如果結(jié)構(gòu)工程師們繼續(xù)制造這樣的氛圍，在結(jié)構(gòu)工程實(shí)踐中，首先靠計(jì)算機(jī)，而不是靠有學(xué)識(shí)、有創(chuàng)新和有豐富經(jīng)驗(yàn)的結(jié)構(gòu)工程師本身，就能夠解決大部分結(jié)構(gòu)工程問題，那他們就是自欺欺人，也欺騙了他們的服務(wù)對(duì)象。在今天的現(xiàn)實(shí)生活中，結(jié)構(gòu)工程師發(fā)現(xiàn)了一種既非常有效又方便的方式去為顧客服務(wù)，它不需要花費(fèi)大量的時(shí)間和金錢去學(xué)習(xí)或理解結(jié)構(gòu)工程模型，分析和設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)。這種“方式”就是計(jì)算機(jī)。工程師們現(xiàn)在的行為方式符合宇宙的自然規(guī)律，即用最低的能量消耗前進(jìn)?，F(xiàn)在，越來越多的結(jié)構(gòu)工程師對(duì)自動(dòng)化技術(shù)的響應(yīng)就是讓計(jì)算機(jī)工作，同時(shí)讓自己不再去*心細(xì)節(jié)了。現(xiàn)代工程具有復(fù)雜的理論細(xì)節(jié)，依靠計(jì)算機(jī)的工程不能，根本不能，讓人們學(xué)習(xí)有意義的經(jīng)驗(yàn)?，F(xiàn)代計(jì)算機(jī)的運(yùn)算范圍和速度，太容易使工程設(shè)計(jì)變得毫無生氣。試問，有誰能抵抗激動(dòng)和解脫的感覺——不用太多的艱辛就能求解成千上萬個(gè)方程？又有誰能抵抗誘惑——讓自動(dòng)化技術(shù)來“解決”工程問題？真正的結(jié)構(gòu)工程師，不用計(jì)算機(jī)就工作的真正的結(jié)構(gòu)工程師就有這樣的抵抗力。這些真正的工程師看到了實(shí)質(zhì)，計(jì)算機(jī)是一種很不完善的工具，它只能處理大量信息。以光速執(zhí)行的指令大多是沒有經(jīng)驗(yàn)的程序員編制的，它們的可靠性值得懷疑。在計(jì)算中，對(duì)于受動(dòng)力載荷的作用的曲殼結(jié)構(gòu)發(fā)生非彈性變形時(shí)，不正確的結(jié)果一樣可以在屏幕顯示，它們的等應(yīng)力圖看上去也是如此這般地賞心悅目。這樣下去，只要手上有計(jì)算機(jī)軟件的使用說明，就可以用計(jì)算機(jī)得到結(jié)果了?；蛘吒奖?，只需在圖形用戶界面上選擇合適的菜單，就得到結(jié)果了。事實(shí)上，如果“靠相互交談來探討怎樣分析梁和柱，靠雙手找出閉合解”會(huì)更有利。也許有人推測(cè)，以上論調(diào)只能證明本文作者從根本上是反計(jì)算機(jī)的，或是他沒有認(rèn)識(shí)到現(xiàn)代信息技術(shù)美好的未來，或是他對(duì)那些在神奇的創(chuàng)意中利用這種技術(shù)的專家不屑一顧。然而，并不僅僅是這樣。即使認(rèn)識(shí)到計(jì)算機(jī)的潛力，工程師也對(duì)危險(xiǎn)熟視無睹。結(jié)構(gòu)工程是對(duì)安全性吹毛求疵的職業(yè)。在世界各地，結(jié)構(gòu)的特性是由結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)的質(zhì)量決定的。由于在實(shí)踐中采用了計(jì)算機(jī)，越來越多的結(jié)構(gòu)工程師正在制造以幻想為基礎(chǔ)的信仰系統(tǒng)，正在發(fā)展難以置信的危險(xiǎn)期望。隨著這一趨勢(shì)的延續(xù)，工程失效的威脅也會(huì)按指數(shù)形式增長(zhǎng)。一個(gè)簡(jiǎn)單的例子就是世界各地越來越多的工程公司都期盼CAE/CAD軟件能將結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)程序完全自動(dòng)化?，F(xiàn)在，越來越多的結(jié)構(gòu)工程師希望在解決問題時(shí)他們只需區(qū)分類型和條件，讓CAE/CAD程序自動(dòng)生成必要的數(shù)學(xué)模型，完成復(fù)雜而重復(fù)的分析和設(shè)計(jì)過程。最后，由制圖工具完成生產(chǎn)圖和施工圖。在這種環(huán)境中，結(jié)構(gòu)工程師唯一的責(zé)任就是明確所要解決的問題，然后評(píng)價(jià)最后的設(shè)計(jì)“結(jié)果”。這種設(shè)計(jì)方式注定是災(zāi)難性的。數(shù)不清的軟件開發(fā)商為滿足市場(chǎng)的需求，不斷開發(fā)和推銷注明有各種用途的軟件。于是，不那么稱職的工程師就相信了廣告，即使用這種軟件只要投入很少的人力就能進(jìn)行工程設(shè)計(jì)。軟件開發(fā)商經(jīng)常被要求改進(jìn)結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)軟件，以使用戶在不詳細(xì)了解技術(shù)細(xì)節(jié)的情況下就能夠使用軟件。例如，這些用戶要求開發(fā)商創(chuàng)造出不用閱讀使用手冊(cè)的環(huán)境。因?yàn)楦哔|(zhì)量的結(jié)構(gòu)工程軟件的用戶參考手冊(cè)包括軟件的技術(shù)細(xì)節(jié)，限制范圍，以及計(jì)算所依據(jù)的理論和假設(shè)，結(jié)構(gòu)工程師們不愿意使用這樣的高質(zhì)量軟件?，F(xiàn)實(shí)是，結(jié)構(gòu)工程師們不希望了解細(xì)節(jié)。他們所希望又愿意購(gòu)買的是窗口界面，這種界面能讓他們處理信息見得到，然后把結(jié)果以彩色圖表形式展示。最好還有動(dòng)畫功能，還可以用漂亮的圖表打印數(shù)值結(jié)果。而對(duì)于是否能可靠地檢測(cè)重特征值；或在用反映譜進(jìn)行分析時(shí)是否用了足夠的模態(tài)；或非線性索單元的理論是否正確；或分析結(jié)果對(duì)網(wǎng)格的形狀和單元的選擇是否敏感；或部分固定端剛度是否確切等等方面，如今使用計(jì)算機(jī)的工程師表示，他們幾乎不考慮這些細(xì)節(jié)問題。不少人認(rèn)為他們沒有時(shí)間，或沒人付給他們費(fèi)用去關(guān)心細(xì)節(jié)。越來越多的結(jié)構(gòu)工程師都持這樣的看法。但是，他們確實(shí)相信，依靠計(jì)算機(jī)他們的設(shè)計(jì)能夠達(dá)到顧客要求。為什么不能如此簡(jiǎn)單地相信輸入數(shù)據(jù)，然后擊鍵，就有了結(jié)果。而且，這種方式幾乎沒有人力消耗。當(dāng)然，計(jì)算機(jī)技術(shù)本身并不壞。然而，問題的核心是結(jié)構(gòu)工程計(jì)算中計(jì)算機(jī)的使用方法，以及濫用計(jì)算機(jī)不斷增加的趨勢(shì)。在道義上資深工程師和工程管理人員有義務(wù)特別強(qiáng)調(diào)工程實(shí)踐中知識(shí)，專業(yè)技能，以及經(jīng)驗(yàn)的重要性，而非計(jì)算機(jī)使用者的“性別”。在結(jié)構(gòu)工程實(shí)踐中，僅僅關(guān)心“怎樣”使用計(jì)算機(jī)是不夠的，了解“為什么”這樣設(shè)計(jì)才是關(guān)鍵。專業(yè)的結(jié)構(gòu)工程師必須重視手工求解的原理，基本原則和提煉模型，識(shí)別計(jì)算結(jié)果中的錯(cuò)誤，解決問題的其他方法，判斷計(jì)算結(jié)果的有效性。對(duì)計(jì)算機(jī)要又敬又畏，對(duì)計(jì)算結(jié)果應(yīng)持批評(píng)態(tài)度，尊重工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，通過工程實(shí)踐（而不是通過“世界的有限元分析”，或是靠過分的簡(jiǎn)化去滿足那些不合格的結(jié)構(gòu)工程軟件的限制條件）學(xué)習(xí)工程。強(qiáng)調(diào)從那些資深的或更有經(jīng)驗(yàn)的結(jié)構(gòu)工程師（即數(shù)量急劇減少，但仍記得不依賴計(jì)算機(jī)，怎樣解決工程問題的真正的工程師）那里學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)工程。只有通過訓(xùn)練專業(yè)工程師，而不是通過訓(xùn)練技術(shù)員（即計(jì)算機(jī)*作員），結(jié)構(gòu)工程界將完全能擔(dān)負(fù)起服務(wù)大眾的責(zé)任和義務(wù)。到底該不該如此擔(dān)心計(jì)算機(jī)的不當(dāng)使用？擔(dān)心那種怠惰？擔(dān)心工程界默許這種危險(xiǎn)作法？雖然計(jì)算機(jī)對(duì)人類有很大的應(yīng)用價(jià)值，但如果結(jié)構(gòu)工程師們繼續(xù)象現(xiàn)在這樣破壞性地使用計(jì)算機(jī)，這些價(jià)值就得不到實(shí)現(xiàn)。有什么辦法才能使結(jié)構(gòu)工程界改變過分依賴計(jì)算機(jī)的情況？不再濫用計(jì)算機(jī)？這些都沒有簡(jiǎn)單的答案。然而，所有稱職的，經(jīng)驗(yàn)豐富的資深工程師都有機(jī)會(huì)用危險(xiǎn)的計(jì)算機(jī)這一思想去影響年輕人。一個(gè)真正的工程師所需要的是不依賴計(jì)算機(jī)解決工程問題的能力。經(jīng)常懷疑計(jì)算機(jī)；在沒有深入的論證以前決不使用計(jì)算機(jī)的結(jié)果。在被工程師證實(shí)正確之前，假設(shè)計(jì)算機(jī)提供的結(jié)果是錯(cuò)誤的。在用計(jì)算機(jī)求解之前，必須先“知道”答案。不崇拜計(jì)算機(jī)，而崇尚知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)；提倡全面了解工程理論和實(shí)踐中的所有細(xì)節(jié)；避免為那樣的雇主工作，他們僅有的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)是通過計(jì)算機(jī)學(xué)，而不是通過有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的真正工程師的深入訓(xùn)練。計(jì)算機(jī)不可能，而且永遠(yuǎn)不可能，成為人類知識(shí)，經(jīng)驗(yàn)，遠(yuǎn)見，靈感，創(chuàng)造力，獨(dú)立思維，以及自古以來的勤奮的替代品。雖然在結(jié)構(gòu)工程實(shí)踐中計(jì)算機(jī)是非常有價(jià)值的工具，但是結(jié)構(gòu)工程師必須認(rèn)識(shí)到對(duì)工程學(xué)的細(xì)節(jié)（即原理，方法，標(biāo)準(zhǔn)，道德等等）的全面了解，比懂得怎樣在計(jì)算機(jī)屏幕上游逛不知道要重要多少。警告實(shí)際工程師，如果沒有計(jì)算機(jī)他們的結(jié)構(gòu)工程知識(shí)不足以勝任工作，他們也沒有資格使用計(jì)算機(jī)（如若不然，那不僅是不道德，而是犯罪）。所有稱職的，經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師都意識(shí)到，好的計(jì)算機(jī)程序造就不出稱職的結(jié)構(gòu)工程師，而只有稱職的工程師才能使用好的計(jì)算機(jī)程序?？杀氖?，雖然上面的結(jié)論似乎是不言而喻的，但它并不是今天計(jì)算機(jī)應(yīng)用的現(xiàn)實(shí)。因此需要讓危險(xiǎn)曝光，并實(shí)現(xiàn)和完善保護(hù)措施。不幸的是，計(jì)算機(jī)時(shí)代的現(xiàn)實(shí)是，所有（即無一例外）商業(yè)應(yīng)用的計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)軟件都受制于許多因素，這些因素在不同程度上影響了工程軟件作出結(jié)構(gòu)工程問題的正確解答的能力。更值得注意的是，當(dāng)不正確的結(jié)果產(chǎn)生時(shí)，它們通常并沒有“錯(cuò)”到立即被識(shí)別出來的地步。更進(jìn)一步，有時(shí)結(jié)果有重大錯(cuò)誤，但如果工程師對(duì)“正確”的結(jié)果是什么直覺也沒有（無論是因?yàn)闊o知，還是缺乏經(jīng)驗(yàn)），也就不可能意識(shí)到結(jié)果的錯(cuò)誤。計(jì)算機(jī)的危險(xiǎn)在于，很多工程師假設(shè)（并且?guī)缀跛械墓こ處煷_實(shí)希望）計(jì)算機(jī)總是產(chǎn)生“正確”的結(jié)果。這樣的假設(shè)和希望常常會(huì)使工程師對(duì)潛在的和經(jīng)常的錯(cuò)誤放松警惕性和敏感性！雖然對(duì)軟件的質(zhì)量和可靠性存在著嚴(yán)重的憂慮，但你會(huì)吃驚地發(fā)現(xiàn)很多結(jié)構(gòu)工程師對(duì)這些憂慮表現(xiàn)得多么天真、無知或不負(fù)責(zé)任。這些天真、無知或不負(fù)責(zé)任在許多結(jié)構(gòu)工程師購(gòu)買和使用軟件時(shí)表現(xiàn)得最突出。例如，選擇結(jié)構(gòu)工程軟件的最基本標(biāo)準(zhǔn)包括：軟件廣告出現(xiàn)的頻率；肆意宣揚(yáng)超凡技術(shù)能力的大幅精美廣告；低售價(jià)；用引人注目的可視性窗口菜單和生動(dòng)的界面形式來衡量的易用性；用結(jié)構(gòu)系統(tǒng)自動(dòng)建模的簡(jiǎn)單性來衡量的易用性；只需很少或根本不用學(xué)習(xí)；簡(jiǎn)單的使用說明和手冊(cè)（一兩本使用說明就夠了，而9本10本使用說明簡(jiǎn)直是糟糕透頂?。?；五彩繽紛的包裝。而下面的標(biāo)準(zhǔn)卻鮮見。例如，軟件開發(fā)者和其技術(shù)支持者的技術(shù)資質(zhì)證明；軟件質(zhì)量的保證；軟件開發(fā)商的質(zhì)量保證（QA），質(zhì)量控制（QC）QA/QC過程的嚴(yán)格評(píng)價(jià)；軟件中所用技術(shù)的理論依據(jù)的嚴(yán)格評(píng)價(jià)；簡(jiǎn)單和復(fù)雜例題測(cè)試結(jié)果的嚴(yán)格評(píng)價(jià)及其與其他獨(dú)立求解結(jié)果的比較；通過專職技術(shù)核查員和經(jīng)驗(yàn)豐富的結(jié)構(gòu)工程師的一系列獨(dú)立和規(guī)范性核查制訂工程軟件國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，并按一個(gè)或多個(gè)工程軟件國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)定期地對(duì)軟件進(jìn)行校核。在軟件的實(shí)際應(yīng)用方面，那些只有極少經(jīng)驗(yàn)，極少學(xué)識(shí)，最年輕的結(jié)構(gòu)工程師被賦予依靠計(jì)算機(jī)軟件來解決極度復(fù)雜的結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)問題的主要責(zé)任。而那些經(jīng)驗(yàn)豐富的資深工程師正忙于經(jīng)營(yíng)和管理自己的公司。經(jīng)?？梢钥吹?，缺乏經(jīng)驗(yàn)的年輕工程師在使用計(jì)算機(jī)時(shí)對(duì)所用的結(jié)構(gòu)力學(xué)基本原理和設(shè)計(jì)規(guī)范的背景知識(shí)了解甚少。這些工程師最困難的地方在于判斷程序的算法所蘊(yùn)含的假設(shè)和步驟；接下來判斷計(jì)算機(jī)運(yùn)算結(jié)果的質(zhì)量和其他方方面面。他們的困難還在于懷疑計(jì)算機(jī)作出的所有結(jié)果，以及用獨(dú)立的例題校驗(yàn)結(jié)果。由于受到挫折或一知半解，缺乏經(jīng)驗(yàn)的的工程師寧愿相信計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)生的任何結(jié)果都是正確的。我們令人難堪地觀察到，結(jié)構(gòu)工程師多么頻繁多么容易，有意識(shí)或下意識(shí)地把自己的無知藏進(jìn)計(jì)算機(jī)的黑匣子里。