苏平， 清华工程力学博士
仅从我个人的经历经验,仅从工程师的工作表现,仅从中国七八十年代自己亲历教育情况比较.不包括创新,科研,教育的情况.
来美后,在多个公司工作过,接触过相当多的工程技术人员.第一个突出的印象是,所碰到的每一个美国工程师都非常敬业,专业.本职工作的能力非常强.每个人都能很好的胜任自己的工作.没有混事的.确实很让人佩服.但是也发现了美国工程师普遍存在的一个极大的弱点,本专业虽然精通,但知识面窄,对专业之外的知识领域几乎一窍不通。缺乏基本的常识.这在工作中出的问题和笑话,确实不如中国培养的工程师.当然这里只是说我个人的比较.
是什么造成了这种差距.我想从学校的教育方式上谈点不同.美国大学里上课评分很大的一个因素是要给学生排队,不管教师认为你掌握没掌握他教的东西.排到前面的学生就会拿到A,B的好成绩.和前面的学生相比不太好的就只能拿次成绩.这样就造成了除了向老师学习的压力外,同学之间的竞争又是第二个压力.影响了同学之间无私的帮助.做作业基本上自己做自己的.因为如果帮助了别人,使别人的学习表现比自己强,就会无形中的降低自己的成绩.这种同学之间的竞争增加了得到好成绩的难度.耗费了更多的精力.这也造成学生选课时一般都选容易学的,对于难度大的虽然知识含量高,也避而远之.更不用说学和专业无关的课了.
而我们当年中国却和这个不一样.老师教课只要你能掌握了他教的内容,不管多少人,大家都可以得到好分数.期末考试同学们的成绩都是85分以上.取得好成绩的压力小.只要弄懂了老师讲的就够了.同学之间没有竞争,互相帮助.班里一个人听懂了,全班就都懂了.在老师的教学之外,还有一个同学之间的互教互学.记得有一次上课,老师关键的一点讲错了.下课后全班没有一个人能完成老师的作业题.我仔细阅读教科书,终于发觉了老师的错误.按照教课书所讲.顺利的解出了老师留的作业.一人会了全宿舍就会了.别的宿舍也就会了.最后女生宿舍也都会了.那时的学生没有自己不懂,就抄别人的.都是在讨论搞清楚了之后,自己完成.在这种学习的方法下,我们每个人不担心成绩只想着利用有限的学校时间多学点知识,多学点高深的知识,不但要掌握本专业的知识还想扩展到有关的领域.所谓技不压人.
记得有一学期我选了七门课.其中有非我专业的流体力学.大家都知道7门课是不可能排得开的.有两门课就在同一时间上.我和另一个同学组成了一个对子.这一堂课我上A课,他上B课.下课后互相抄笔记,互相介绍老师课上讲了什么.下一节课我上B课,他上A课.用这种方法每个人都有一半的时间亲自听老师讲课,另一半听同学讲课.期末仍然拿到了好成绩.所以我不仅本专业的知识学到了手.许多相邻专业的知识也都略知一二.才可能在工作中胜过美国工程师.
这就带来了另一个问题,美国的学生作业基本上都是靠自己独立完成的,是不是他们的独立解决实际问题的能力会强呢.我本来也是这样认为的.但事实却恰恰不是这样.各举一个例子说明.
关于美国工程师知识专而不广的向题.飞机发动机内壳外布满了各种流体液压管道.有200°C以上的润滑油和零下40度的冷却液和航空燃油.飞机发动机没有水质的冷却液,也没有散热器和风扇.直接用零下40度的航空燃油做冷却液.经常有一个管分成两个管或两个管并成一个管.这种管接头的技术要求就非常高.在十几个管道并行的情况下,一种常用的办法是设计一个液压集成块.内部有各种互相联通或不通的管道.完成了一分为二或合二为一的功能.一端接输入管,一边接输出管.所有的管路分配就安全可靠的完成了.又省地方.而这种金属液压集成块设计中,会碰到一个问题,不可避免的会有热管和冷管相邻的情况.管壁只有4到5个毫米.热端膨胀冷端收缩.很自然会想到,这会产生很高的热应力.而一直以来的力学分析计算的结果,显示热应力已经高于金属材料的许用应力.解决的办法是,在第一次热处理之后,对冷热相邻的管壁进行内部局部的二次热处理.成本很高.多年以来一直是这样计算,这样设计,这样制作的.
直到我来这个部门.参加了一个技术报告会.是怎么具体的做这个零件的计算.我一听就发现问题.计算中怎么会出现这样常识性的低级错误.用未知代替已知,去计算新的未知.结果当然不对.在计算中,工程师设定热管管壁表面的温度是热流的温度200°C以上.冷管的管壁温度是零下40度.这种设定违背了热力学的基本常识.大家都知道,热只有在不同温度的物体之间才会传递流动.相同温度的物体之间相当于绝热状态.这种设定下,热油流过金属块时,没有一卡路里的热量会流入金属.同样冷却液流过金属块时,也不会带走一卡路里的热量.完全是一个绝热过程.等到我发言时我委婉的提出了我的批评意见：“你的这个结果应当可以算的更准确些”.从我的角度,表达了我对他计算结果的不认同.从他的角度说,又有哪个人做出计算,以后能保证随着将来技术的发展不可以做得更准确些呢.所以他也没有反感.我没有说得更多,是因为正确的方法要比他们现在做的复杂的多.不是在这个报告会上一言两语能说清楚的.
实际上这个问题需要经过三步计算,才能有正确的结果.第一步,要做流体力学的计算,用各个管道里流体的压力,流量,粘度，管道的长短和形状，分析计算出完整的流体状态。从中得到热对流系数，也就是单位时间单位面积上，流体和固体的热交换量。这一点每个人都有亲身体会.站在冬天寒冷的室外，有风和没风的感觉是完全不一样.快速流动的空气会带走你更多的热量.
第二步计算是,在得到了所有管道的对流系数分布后,要进行热力学的计算.用得到的热对流系数和流体的温度做条件,计算热传导稳态下金属的温度分布,温度场.
第三步,才是用这个真正的温度分布,温度场,加上外部的载荷计算金属的应力.
我因为还没有实际做过.不知道他的结果错到什么程度。是否在工程上可以接受。我想有机会我一定要自己亲自做一下,然后给大家再做一个详细的技术报告.讲明正确的算法.
机会很快就来了,在研发新一代的飞机发动机时,不能简单的放大缩小复制老的零件.需要从头计算和设计.我参与了一个类似的项目.我老老实实的进行了流体力学的计算,热力学的计算和最后的固体力学的计算.得出了结果.我的热力学分析计算的结果显示,热冷管壁之间的温度差不是240°C.只有20°C左右.给一个凉玻璃杯或瓷杯里倒开水,温差也比这大.也没有见裂的.更何况金属零件.而固体力学计学的结果,当然没有任何所谓的高热应力.把我的工作报告,搞成一个PPT.在公司里做了一次技术报告.主会场在所在的公司园区.电视分会场连到本州另一个公司园区,佛罗里达和加拿大.
为了不让听的人分神.我第一页给大家出了一个选择题.两个论断选其一.第一个论断就是存在高热应力.这是工程师们长期以来公认的观点.第二论断是.假设在一个零下40度的空间,有一个生着火的四毫米厚的薄壁铁炉.按照生活的经验.没有人会敢用手去摸炉子的外壁.都知道外壁温度绝不是零下40度.因为铁的传热非常快.如此薄的炉子,外壁和内壁的温度几乎一样.用手去摸,一定会被烫伤.换句话说,炉壁上并没有热胀冷缩的高热应力.这两个完全矛盾的答案似乎都合理.哪个才是正确的？马上全场的注意力就集中了.因为我的报告颠覆了工程师们长期的概念,自然引起了热烈的讨论.和主会场内外的工程师们进行了充分的流.一个遗憾是,这个报告会忘了请制造工程师参加.以后不断有制造工程师在生产中和我联系,让我解释为什么改变了过去的工艺,取消了成本高昂的第二次内部局部热处理.我只好把两种计算的过程都显示给他们.让他们自己判断应当相信哪一个结果.都是专业人士.当然一点就通.为了这一个项目.年底得了公司的不寻常贡献奖和2000美元的奖金.
我们飞机发动机公司有全美国水平最高的流体力学工程师.也有水平最高的热力学工程师.更有高水平的固体力学工程师.但都是精通自己的专业,对专业以外的东西知之甚少.那么一个高尖精的公司,有那么多高级的技术人才,却长期犯这样一个低级的错误.直到一个中国教育培养出来的工程师才改变.确实可以发觉中美教育中的一些不同.
关于另一个问题.美国工程师独立解决问题的能力.从美国的学生主要是自己做作业看.毕业后的美国工程师应当独立解决问题的能力比较强.但却有一个相反的例子,让我有点疑惑.也可能是特例吧,不代表全部,分享一下. 飞机发动机的机壳必须能经受住断裂叶片高速旋转,甩飞时的冲击.不然碎片飞出,有可能击中飞机,造成空难.就像在飞机旁边爆炸的导弹一样,弹片会击毁飞机.但是对于单引擎飞机,并且装在机身内的,就没有这个要求.断裂的叶片可以打穿发动机壳,因为飞出去不可能返回来击中机身.这样可以减轻机壳的重量,增大发动机的推重比.但这带来了一个新问题,发动机壳被碎片打穿造成破洞后,在偏心的叶片轮的旋转载荷下,多长时间破洞会扩大,使发动机壳最终断成两截.这个过程能不能保持在一个必要的安全时间内.这个问题由公司的高速撞击计算部门负责,由部门的首席高级工程师承担.但她表示,断裂的叶片把发动机壳打穿,她可以做.但剩下的一半工作她不会做,做不了.以她的技术能力和地位,她不能做了,部门里的其他人自然没有人能做.问题摆在了高一级的工作会议上.
我们部门的头(中国人)知道了,就把这个问题承接下来,说这后部分问题可以由我们部门的工程师接力做.我不是专门做高速撞击力学的.手头有很多其它力学分析工作.他并没有征求过我的意见,但很自然的就觉得既然是工程力学博士.当然对具体的特殊问题没有问题.回来告诉我后,我也没觉得有什么不妥.虽然自己也从来没有做过.只不过当时正负责A320发动机外壳的力学分析（也包括断裂叶片高速撞击的计算）,没有多余的时间.部门的领导答应安排另一个人临时顶一下.我暂时拿出时间全力完成这个项目.我觉得没问题.去和那个首席高级工程师接洽.她要把她计算结果,打出洞的机壳力学模型交给我.我在她的基础上,安上偏心的叶片轮,让其高速旋转.计算出在这个高速旋转偏心载荷下.发动机壳能够撑多久.交接中,到是这位工程师提出了问题,问我到底有什么背景,能够承接她不能的工作.我当然没有什么背景.和她一样,也从来没做过这种工作.但有在学校里学习的理论和方法,自认为应当可以解决工程中特殊的实际问题.
我倒也产生了一个问题,你也是学力学的.为什么就能说不会.难道在学校中,教授在课堂上讲过的例题,你就会做.下课给你一道和课上讲的不同的作业题你就不能做.需要教授再讲一遍.不过由于这个顶尖的工程师不能做.让我捞到了好处.接受项目的那个月,工资单上多了2000美元.公司这是在给我鼓劲.不过其实不用给钱我也会全力以赴的把工作做好.当然从公司的角度.这一笔钱确实是好钢用在刀刃上.如果做完了再给.其实对项目的完成也没有什么用了.给了我这笔钱恐怕是防止我过两天,也打退堂鼓不做吧.经过研究分析,利用自己的理论知识当然找到大家都认可的方法,解决了这个问题.但是我头脑里却对美国工程师解决实际问题的能力有了问号.为什么两个在中国受教育的工程师,就觉得解决这种特殊的实际问题是理所当然的.而美国的工程师却不想试一试.换一个角度说.如果我们部门的领导和我都是美国工程师.在专门的部门不能做的情况下.我们会不会承担这个项目.这是不是也能看出中美教育的某些不同.
我公司同办公室里,有一个MIT的博士.如果问清华的博士和MIT的博士,在实际工作中的表现谁更好.仅从我们两个的个例中.我可以坦率的讲,在相同的工作环境中,中国清华的博士比美国MIT的博士强.这不是我自己的看法,是来找我们解决问题的工程师们的普遍看法.大家都愿意找我不愿意找他.每回找他解决问题.他会把问题解释的越来越复杂,把各种因素都包括进去.几个小时也没有一个明确的结论.而找我的,我都能从复杂到简单,直接抓住主要矛盾,几句话,十几分钟就能解决问题,满意的回去.他能够知道那些对问题有影响的因素,当然理论水平很高.但是只知其一不知其二.判断不出这些因素对结果影响有多大.如果只有1%或百分之零点几的影响,完全可以不必考虑.因为工程实际中的误差远远大于这些理论的误差.
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