结构工程师对计算机的滥用.doc

结构工程师对计算机的滥用 摘要公众的安全日益受到滥用计算机的威胁，但只有极少的人愿意，而且也只有极少的人有能力来改变这种现状。在这种情况下，有责任感的工程师必须勇敢地站出来。结构工程师们定会严肃的对这种不负责任及无能的做法进行反击，必须认真地反思，必须创造出免受所谓：计算机是一种知识的源泉，计算机是解决工程问题的源泉，计算机具有令人信赖的“人工智能”，这些迷信影响的办法。这些迷信都大大背离了事实。一句话，世界上没有什么能比真理走得更远。人们不能简单地信赖计算机。有些人自称是结构工程师，但他们把计算机作为知识，经验，思维的替代品，而把自己对结构工程的无知隐藏在计算机的黑匣子里。有责任感的工程师必须保护公众免受这些人滥用计算机所带来后果的影响。绪言 有一种类似童话般的浮夸，即所谓的电子信息革命是处理结构工程信息的灵丹妙药。这种浮夸让那些受尊敬的结构工程计算机专家，计算机科学家，管理权威，结构工程服务的用户，以及受计算机导向的政客们沉醉和痴迷。甚至有些人格高尚的专业人士宣称：在解决结构工程问题的细节计算中，比起用高水平工程师来密切和集中地参与计算，人与电子技术的相互作用显得更可靠和更有效。这种说法实在是过于简单，太不负责任，也有极大的破坏性和反生产性。高质量的结构工程只能运用知识，智慧，激情和创造性，并用有大量实践设计经验的结构工程师来完成，而不是靠一边看着计算机操作说明，一边击打键盘和移动鼠标的计算机技术员来完成。 一个明显存在的危险      纵观当今世界，在从事实际工作的结构工程师中，有一种非常令人不安的观点正在逐渐蔓延，那就是把计算机看成是知识，经验和思维的替代品。这些工程师似乎相信计算机能使他们对工程作出正确的判断，而根本不管，在没有计算机的时代，做这样的工作需要什么必要的知识和经验。现在，有一些工程师认为：他们解决工程问题的专业知识也就是使用计算机以及了解计算机的专业知识。这样的工程师越来越多。在结构工程中，把会使用计算机当成能胜任工作的证明，这种观点正象传染病一样蔓延。大量的结构工程师确实相信，他们仅仅依靠计算机就可以“解决”工程问题，而没有认识到高质量的工程只能是渊博的工程理论，大量经验以及艰辛脑力劳动相结合的产物。    问题在于我们以削弱实际知识为代价而过于强调自动化技术，这种过分的强调变成了不学习实际知识的借口。就教育和实践两方面来说，对计算机如此过分地强调给朝气蓬勃的年轻工程师一个错误的信息，那就是：工程学习和工程实践就是轻松地使用菜单和用计算机生成五颜六色的画面。    在工程设计环境中利用信息自动化工艺有很严重的负面影响，这样，信息自动化工艺就变成了一门能轻易诱使大脑相信其虚幻的安全性，知识性和能力的工艺。在这些自动化工艺对设计工程师真正有用之前，工程师必须不用计算机，而用学识和经验去解决工程问题。不幸的是，我们变得太依赖计算机，以至于结构工程师们不依赖计算机进行任何计算工作的技能正在迅速失去。    与某些只有依赖计算机才能“解决”工程问题的人讨论问题时，一个称职的结构工程师什么样的痛苦和挫折没有经历过？这些人(不要跟真正的工程师混淆)已不再或者从来没有学习过不依赖计算机解决工程问题。他们根本不懂得，计算机不能记录下一些与模型、分析和设计相关的技巧。他们应记住这样的观点：除了快捷的计算速度，计算机程序只是一些分散的知识。这些人似乎没有认识到，知识已经远远超过了有限的计算机指令所能编程的界限。他们似乎没有想到，真正的工程知识是经验，直觉，灵感，领悟力，创造力，想象力，以及比计算机程序和程序员所“理解”的工程，含义更深的一个大系统。相反，他们认定世界是一个巨大的有限元模型，而计算机能够并且也应该自动建模，分析，设计，打印出最后结果。而“工程师”仅仅应该区分规格和需求，给顾客开发票，计算利润，还应该快速开发新项目。    今后，越来越少的工程师能独立地（即不依赖计算机）正确解决结构工程问题，这种对计算机的依赖性将会带来巨大的问题。随着对计算机的依赖不断增加，谁将来解决工程问题？是那些没有或只有很少结构工程知识和实践经验，或是有其他专业学位而不是结构工程学位的程序员来做？计算机不是，也永远不会是解决工程问题的源泉。只有合格的工程师才能正确地解决工程问题。如果结构工程师们继续制造这样的氛围，认为在结构工程实践中，靠计算机，而不是靠有学识、有创新和有丰富经验的结构工程师本身，就能够解决结构工程问题，那他们就是自欺欺人，也欺骗了他们的服务对象。    如果假设计算机被严格限制使用（通过立法上适当的民事和刑事的惩罚），只能由那些在工程计算的理论和细节上能胜任并有经验的人使用，人们就会常常惊奇地听到来自各位能轻易按计算机键的人，对限制使用计算机做出的荒谬反映。这种防御性和荒谬反映的最好诠释出自最近的一所著名工业大学的一个航空工程教授的例子。   “你的观点容易接受。但是为什么只停留于此呢？让计算者也失去法律保护吧。我们大家都知道: 所有工程师在被称为工程师前都能在头脑中进行加，减，乘法和大数字的开方运算。那样的话，我们最好把书本也抛掉，因为它们也会减损人们的相互作用和面对面地探讨。最好让我们都围着桌子坐下来，靠相互交谈来探讨怎样分析分子，原子，靠双手做出解决的方法。”    然而，事实上，计算机与计算器，与书本，与其他非程序化的装置有很大区别，也就是说，没有人能够想象或预料，在计算机出现之前，工程师一直在做由书本和计算器执行的复杂计算并得出结果。不幸的是，自从计算机的引入，特别是广泛使用PC机，如今的工程师不仅能想象，而且他们绝对希望和要求计算机来执行所有的这些过程。    工程学今天的现实是：结构工程师找到了为顾客服务既非常有效又方便的方法，它不需要花费大量的精力去学习或理解结构工程模式，分析，设计的复杂细节。而“通道”就是计算机。工程师现在的行为方式符合宇宙的自然规律，即用最低的能量消耗前进。越来越多的结构工程师现在对自动化技术的回报就是让计算机工作，而他们自己解除了操心细节的责任。    一个同样无理的大学教授做了这样的评论：“我猜想一个真正的工程不需要有限元程序，扩展程序，CAD软件以及其他应用软件。当然，这个工程师也永远找不到工作，所以我认为这没关系。”    这个教授快接近真相了。真正的结构工程师并不需要应用软件。相反，真正的结构工程师能做出复杂结构系统的简化模式，并在此基础上执行相应的分析，做出设计。人们对这些简化模式的安全性，节省和实用性相当信任。任何没有计算机就不能完成这些的结构工程师都不是真正的结构工程师。必须禁止他们用计算机进行工程分析和设计。虽然计算机在真正的结构工程师手中是相当有用的工具，但是在缺乏计算机就不能解决问题的人手中，它们比大规模的破坏性武器更危险。最近，日本神户地震造成的死亡和破坏，是对此最好的说明。与那些将来会发生的潜在灾难相比，这些整体建筑物的部分倒塌不算什么。那些潜在的灾难将由不合格的工程引发，而这些不合格的工程又是那些只有尽可能借助计算机才能完成程序结构模式，分析和设计的工程师做出的。       依靠计算机的工程学并不能给人们提供有关现代工程学中复杂理论细节方面有价值的学习经验。靠现代计算机运算的范围和速度，太容易使工程学变得死沉。有谁能抵抗这样激动和解脱的感觉不用人们太多的辛苦劳动就能解开成千上万个方程式？又有谁能抵抗那些用自动化技术来取代自己在“解决”工程问题中所负责任的事情？只有不用计算机工作的真正的结构工程师能有这样的抵抗力。这些真正的工程师看到了计算机的实质，它仅仅是能进行大量信息排列运算的很不完善的工具，这些运算是以光速进行的，是根据大多没有经验的程序员靠大量猜测定义下的程序规则执行的。在光速运行中，受动力负荷的影响，无弹性次序会变形，不正确的结果能在屏幕上带着彩色分界线以最赏心悦目的形式展示。如此这般，人们用计算机得到这样的结果       ，只需看计算机程序的使用说明，或更方便，只需有一本简易使用手册选择合适的菜单就行了。事实上，这些人如果是“坐下来靠互相交谈来研究怎样分析简单的原子，分子，并徒手做出相应的结果”，这样会很有利。    已经有人推测，以上评论只能证明这个作者一定是计算机的根本反对者，或是他并没有意识到现代计算机信息工业潜在的美好未来，也许是他对那些用神奇的创意利用这种工业的专家不屑一顾。然而，并不仅仅是这样。即使认识到计算机的潜力，工程师也不能不看到危险。结构工程是对安全性吹毛求疵的职业。世界上物体整体各部分的完整性是由结构工程设计的质量决定的。在实际操作中，产生了越来越多的结构工程师，他们已经建立了以大量想象力为基础的系统，并对计算机给他们带来东西产生了难以置信的也是有害的期盼。随着这一趋势的延续，工程失败的威胁也会成倍增长。 一个简单的例子就是世界各地多数的工程公司对CAE/CAD 软件都有越来越多的需求和期盼，希望它能把结构工程设计程序完全自动化。现在，越来越多的结构工程师希望他们只在解决问题时区分规格和情况，而CAE/CAD计算机程序能自动生成必须的数理模型，能完成复杂而重复的分析和设计程序，然后，经过结果设计到能产生建造和施工制图功能的草案。在这种环境中，结构工程师唯一的责任就是明确所要解决的问题，然后评价最后的设计“结果”。这些注定是个大灾难。然而，大量的软件开发商为满足市场的需求，不断开发和传递被注明有如此这些用处的软件，于是，不那么称职的工程师就接受了市场的兜售：即他们确实相信这种软件用很少的人力投入就能做出工程。    软件开发商经常收到这样的要求，提高结构工程的分析和设计软件水平，使软件使用者不需要了解许多技术知识细节就使用。例如，软件使用者要求开发者能创制出不用阅读使用手册的环境。因为，高质量的结构工程软件包括使用者参考手册，其中又有多卷页的关于软件的内容细节，限制范围，以及它计算所依据的理论和假设。结构工程师是不愿意使用这样的软件的。现在的现实是，许多结构工程师不想受细节的困扰。他们希望又愿意支付的是一种窗口界面，这种界面能让他们把信息进行排列，然后把结果以彩色图表形式展示，要尽可能生动，要把众多信息用漂亮的图表形式打印出来。对于是否能查明复制结果的正确性；在获得系列分析结果时是否用了充分的模型；用来代表行为人非线性元素的理论是否正确；或者是对几何学的有限元组织和软件中元素公式的组合形式这些的分析结果是否敏锐；或者这种理论对部分分析结果的瞬间稳定性是否确切，等等方面的考虑是很少的。如此这些，都是当今工程师如何使用计算机的表现。    越来越多的这些工程师的这种态度是因为他们仅仅是没有时间，或是不愿付出，或是不关心那些细节。但是，靠计算机，他们确实相信他们能达到顾客对他们的设计要求。为什么不会有这种简单化的想法?/!每次当你输入数据，按键，就能得到结果。而且，几乎没有人力消耗。    当然，计算机技术本身并不是天生就坏。然而，那种结构工程计算中的计算机使用方法，以及不断增加的对计算机滥用的趋势，是个问题。在高级工程师和工程管理者中，强调知识，专业技能，以及工程实践经验的重要性，而非计算机使用者的“性别”,这是一个重要得道德责任问题。在结构工程实践中，了解设计“为什么”是关键，而不是仅仅知道“怎样”使用计算机。专业的结构工程师必须重视手工操作的原理，基础和模型技术，强调怎样认识计算中的错误，重视解决结构工程问题时选择的方法，强调计算结果的有效性，对计算机又敬又畏，强调对计算结果持有怀疑，强调珍重工程实践中的经验，重视通过做工程来学习工程学的需求，（而不是通过“世界的有限元分析”,或是靠过于简化现实去适应那些不合格的结构工程软件的限制条件），强调从那些更高级更有经验的结构工程师那里学习结构工程学的重要性，（也就是那些，数量越来越少，但仍记得不靠计算机，怎样解决工程问题的真正的工程师）。只要通过训练专业工程师，而不是通过训练工程技术员（即计算机操作员），结构工程学专业将完全能担负起它所服务的大众所需的责任和义务。     为什么对计算机的不当使用不该担心呢？纵观整个过程，工程学专业对待计算机的态度正暗藏着危险，难道对这些还存在疑问吗？虽然计算机对人类有很大得潜力，但如果结构工程师继续按照当前这样破坏性的趋势使用计算机，那么这些潜力就得不到实现。    做什么才能使结构工程学专业改变当前的这种过分依赖计算机，大量滥用计算机的趋势？这些没有现成的答案。然而，所有称职的，经验丰富的高级工程师都有机会去影响年轻的后辈，告诫他们明白这些道理：计算机的危害；一个真正的工程师绝对需要的不用计算机解决工程问题的能力；对计算机常有的怀疑；没有广泛的论证从不使用计算机的结果；在被工程证实是正确之前，对计算机提供的结果总怀疑它是错误的；“了解”答案，仅仅用计算机对结果做细微调整；看低计算机，而崇尚知识和经验；提倡全面了解工程理论和实践中的所有细节；避免为那些只了解用计算机，而不了解用受过训练的经验丰富的优秀工程师来完成工程的客户服务。