大飞机能带工业软件一起飞吗 | 工业软件发展史

本文由知识自动化（zhishipai）授权转载，作者林雪萍

上周六（10月27日），商飞制造的C919大型客机第二架机从山东东营到江西南昌，圆满完成转场飞行任务。大飞机之梦越来越近了。而在工业研发设计CAD软件的发展史上，航空公司起到了巨大的作用。无论是美国的波音、洛克希德、麦道，还是法国达索、德国MBB军机分部，最早都在自己的企业内部，大力推动了CAD和数控编程的发展。

这些复杂的高端装备，也因此成为成就工业软件的重要奠基性行业。

1964年IBM推出2250光笔交互图形终端，洛克希德公司就开始研制用于飞机结构设计的绘图软件。它的工程部门率先开发了CAD的早期应用程序CADAM。在洛克希德的商用宽体客机L-1011的设计上，CADAM大放光彩，从机身表面的设计，到 75000个电气端子的连接，甚至到飞机地板上所铺的地毯。

随着宽体客机L-1011的惨败，1972年的洛克希德处于一个危险的局面。为了化解恶化的经济状况，管理层决定将CADAM投入商业使用，对外开放挣点美元，尽管遭到了工程部门的坚决抵制——这本来是工程部门的杀手锏。抵制无效，企业内部开发的软件，开始走向外部化的商业应用。洛克希德甚至成立了一个单独的部门，来推广和营销。为了让CADAM更有吸引力，洛克希德会同时提供源代码，以便用户可以对软件进行修改。与大多数商业CAD系统的做法不同，这其实是一种非常少见的商业行为。到了1982年洛克希德干脆组建了CADAM公司，再一次走向市场。

在当时硬件资源极其缺乏的情况下，到处都是计算机硬件的天下。那是一个硬件、软件捆绑销售、双剑合璧纵横四海的时代，更准确地说，所有的软件必须向硬件制造商靠拢。而IBM作为卓越的计算机制造商和显示终端制造商，无疑成为CAD最好的伴侣。从1978年开始，IBM作为CADMA代理，进行捆绑销售。实际上，IBM早已经发现，软件可以推动硬件计算机的销售。在当时，一台配备两个3251显示器的IBM 4331电脑的硬件价格达到26.5万美元，而软件的价格为十分之一：2.6万美元，外加3200元每月的使用费用。这种捆绑战术很成功，IBM一度成为最大的CAD供应商。

然而洛克希德在宽体商用客机上L-110C的开发，遭遇了致命的市场冷淡。再加上军方项目的不顺利，一时间洛克希德处于破产边缘。一些恶意的竞购者，已经像老鹰捉兔一样在上空盘旋，随时等着下手。而如今2018年，洛克希德马丁，已经成为全球最大的军火商。三十年河东、三十年河西。从昔日落魄到今日之辉煌，正好三十年。命运多吊诡。

彼时，快速精简成本结构，是洛克希德唯一的出路，而CADAM所在的公司，员工人数已经达到600人。出售CADAM，自然而然地被提到日程上来。抛售CADAM！这在1989年可是超级大新闻。因为当时CADAM是最红火的主流CAD市场。1985年IBM代理的两种软件CADAM和CATIA，销售额为7.5亿美元，稳居老大位置。在这其中，几乎全部是CADAM形成的；IBM同时代理的CATIA，则只有几千万美元。

一时间，当时的竞购对象，都是计算机的王者。IBM、DEC、甚至在日本对IBM造成巨大威胁的兼容机制造商富士通，都有并购意向。

历史证明，最熟悉的朋友也是最糟糕的合作伙伴。成为并购赢家的IBM始乱终弃，导致CADAM最后也是香陨颜散。1978年IBM公司只允许CADAM在IBM机型上发展，大大影响了它的兼容性发展；而在1990年1月，IBM并购CADAM之后，并无积极发展措施。1992年再次甩给达索系统进行托管的时候，随着CATIA的如日中天，和AutoCAD的猛烈攻击，CADAM眼见得已经上不来气了。可惜了，一代骄子，在辣手摧花的IBM手中，成为一地碎鸡毛。

很早，麦道飞机就注意到了设计软件的重要性。早在1960，麦道飞机就成立了自动化公司McAuto，它对于后来整个CAD产业的发展，起到了关键性的作用。1970s年代，正是各大飞机公司逐鹿美国国防部订单的时代。结合战斗机F15的开发，麦道成功地发展了曲面造型和三维线框设计的工业设计软件CADD，这比法国的CATIA还要早不少时间。与此同时，同时开发小型数控加工编程系统，用于F15的零部件制造。

CADD采用了孔斯曲面系统，对加工能力做了充分的接口，加工编程能力非常强。当时的口号是“曲面能设计，开机能加工”，这开创了“面向设计的制造”的萌芽，也是非常典型的设计软件CAD与计算机制造CAM软件二者天然结合的系统。同时可以跟主流的仿真软件如Nastran、ANSYS、MoldFlow留有接口，具有良好的多面手特征。尤其在模具行业应用十分广泛。

相对于洛克希德的CADAM系统的开发性，麦道表现的则要小气得多，它所开发的CADD软件，并不对外开放，尤其是竞争对手。对外方面，它只提供给协作单位军火承包商Northgrup公司使用。精于制造的麦道公司，在1975年收购了一家以数控编程软件见长的公司。后者拥有后来大名鼎鼎的工业软件UG。麦道将二者做了结合，移植了CADD功能，进一步加强了UG的力量。

与挣扎的洛克希德一样，麦道同样在宽体客机上DC-10栽了跟头。三引擎飞机巨大的耗油量，在随后的石油危机之下，成为一个明晃晃的愚蠢错误。不得已，麦道也要卖儿卖女求生存了。1991年5月，UG被麦道公司出售给通用汽车公司旗下的EDS咨询公司，作为航空的主营方向难免受到牵连，使得它在飞机制造行业的发展势头，有所减缓；而在1996年12月，再遭一棒，波音公司决定以133亿美元并购麦道公司。而波音又是CATIA的忠实粉丝，UG逐渐被踢出供应商体系。失去了直接呵护的麦道护身符，在航空之路，UG也受到了严重的阻隔，只能加大民品行业的发展。在如日中天的汽车产业中，准确地说是美国通用汽车公司的呵护下，UG软件继续得到快速发展。

经过复杂的并购转手，2006年UG被再次出售给西门子。辗转反侧，它终于找到了最为稳定、“最务正业”的工业东家。并且在数字化时代，大放异彩。

法国航空业和美国航空，都把充足的光线，留给了达索系统的CATIA。

达索航空公司在1960-1965年就开始使用BIM计算机公司，并在1967年开始采用贝塞尔Berzier曲线，建立飞机外形的数学模型。最为著名的幻影战斗机，是在1970年就开始展开数字化设计。后来这个工业软件命名为CATIA。虽然在起点上落后于美国工业软件的发展，但后发优势在于，CATIA的诞生，一开始就避开二维而将重点放在三维，甚至其产品命名也就直接成为“计算机辅助三维交互应用”，一举覆盖曲面、线框、实体、加工、机构分析等。

与此同时，它采用齐头并进的原则。一方面继续发展自己的软件。1975年引入洛克希德的CADAM系统，花费100万美元购买了源代码，消化技术。并在随后开始启动交互式的三维CAD软件CATIA。近学雷诺、远学洛克希德，又与蓝色巨人IBM结盟，CATIA发展势头很快。

一开始，CATIA就是为幻影战斗机而生，而随后尽管与达索航空分开独立运营，但后者一直是CATIA最稳定的支持者。与洛克希德公司开发的CADAM软件，则是先学习后并入的关系，也使得它深得美国飞机的制造精髓。而由于联盟得当，CATIA与IBM的关系亲密，这也使得波音公司也是CATIA的坚定用户。波音在1985年访问达索之后，决定采用清一色的CATIA，替代多样化的系统。而在欧洲成立的空客公司，也是CATIA的重要用户。可以说，这四个强大的航空制造巨头，联手打造了航空工业广泛应用的CATIA。

几乎，达索没有走过弯路。

CAD软件本是一朵娇嫩的花，像蝴蝶兰一样难养。虽然颜值高，但对环境的要求也很苛刻，动不动就会烂根。不离不弃的航空工业，正是最好的呵护之地。改革开放后的中国航空工业，也曾经对国产CAD软件的孵化，有过一段沃土时间。

中国的航空业跟美国曾经有过一段甜蜜的合作期。在1979年邓小平同志访美之后，中美航空工业的相互交流，非常积极。据产业前辈唐荣锡的回顾，当年航空工业部带领高级代表团，访问麦道和洛克希德飞机公司长达一个多月。而以麦道CADD和洛克希德CADAM为代表的两家工业软件，给中国飞机公司的总设计师、总工艺师、气动结构等专家们，留下了非常深刻的印象。当时的美国，真是一个基于卖货的商家。航空公司和软件，都瞄准了中国市场。而且，麦道公司表现更为积极，麦道飞机在中国的生产，也提到日程上了。南昌飞机公司1987年就开始引进麦道旗下的UG，并用该软件进行设计和生产了P5农用机和K8教练机。1988到1996年，应该是中国航空工业最热心工业软件的时刻，计算机仿真与制造CAD/CAM得到大力推进。与此同时，还有国家863计划前后推进的CIMS建设。但那个时候由于数控制造装备的稀缺和计算机技术的限制，工业软件的开发与应用实际上并没有多大的成就，而在90年代初期麦道干线项目的引入，在几大主机企业和一些辅机企业，带来了大量UG软件的使用，无论是工装设计、制造以及零件加工编程，还是三坐标测量等。

这种一开始就是直接引进的“拿来主义”套路，几乎主宰了中国航空的设计市场。时间不等人，大干快上，成为中国所有工业发展的主旋律。与此同时，中国航空制造业也为国外软件的成长，贡献了巨大的力量。

1998年，达索系统做了一个大胆的举动，那就是将CATIA向Windows系统迁移，并推出了影响深远的CATIA V5，99%的用户界面都采用微软Windows界面。当时全球航空工业正是小型机位于霸主地位，没有飞机制造商愿意尝鲜。而中国新飞豹战斗机的开发团队，出于成本上的考虑，“大胆”地使用了这个CATIA V5的全新系统。当年，就提出了500多个问题建议，大大丰富了V5的使用成熟程度，而且积累了很多经验。这件事情都惊动了波音飞机，组织人员专门赶到中国进行取经。这种来自中国航空工业的沃土，也为国外CAD软件的提供了巨大的养分。

只是，中国航空业在工业软件方面所创立的一些战果，似乎已经被浮尘所遮阳。只有一直执着的CAD前辈唐老的文章中，还有一些零星的记忆：没有星光，只有灰烬。

早在1983年航空制造专家李声远就完成的CAM251辅助制造集成系统中，综合了外形数学造型、数控绘图和数控加工，成功地在19种飞机上应用。有的机种试制周期缩短1/3，有的标准装备减少1/2。

中国航空工业和欧洲合作始于1979年，和后来的德国宇航公司MBB（原来的MBB军机分部）合作，当时的第三机械工业部组织了国家队包括601，603，611所，623所，625所，631所以及高校、工厂的技术人员参与，开发了航空集成制造系统CADEMAS（Application Support）。该系统可以跟数控软件、仿真软件Nastran、Oracle数据库等进行接口。辉煌的时候曾经向30多个部门推广。一时间，中国工业软件也是火星四溅。

当时的北京航空工艺研究所（625所），在工业软件领域大放异彩的历史时刻，它参与完成了复杂曲面设计系统LOGICA，在1991年开发的数控加工编程系统CAMS，以140万人民币的研制费用，替换掉需要140万美元的国外引进代码。在外汇紧缺的那个时代，这都是令人惊叹的贡献。同样数学建模CADS系统也在1994年通过鉴定，以80万人民币的代价，可以与国外价值200万美元的源程序，直接对阵媲美。

只是，这些结果最后都不知去向。无人继承。无可继承。

其实美国也有执行不下去的项目。在1980-1985年，波音打算开发自己的CAD/CAM集成系统模块，也就是TIGER计划，前后投入250人/年，3000万美元。最后，还是因为工程太大，只能下马。这是波音公司一次代价沉重的尝试。然而，它有一个非常彪悍的成果，就是发展出来一套全新的NURBS曲面系统，后来这套技术影响深远。它也被应用于CAD软件内核的一个重要分支ACIS内核之中，一大批工业软件商从中受益。

尽管一个项目会失败，但是仍然会有工程师的知识结晶在传递，使得知识不断被重用。这本来是高端装备工业得以持续发展的一种重要特征。

国外的航空制造业，一直是CAD产业奶水充足的大奶妈。五十年不变，这也使得这些软件商取得了巨大的成就。然而，中国工业软件因为航空制造的发展而所取得的些许成就，几乎完全都要翻篇了。有许多甚至被扔进烂纸堆。留下来依然活跃在当今航空工业舞台上的，只有裘马鲜亮的国外工业软件，这一刻，似乎只有别家的历史值得回顾了。不仅仅是航空工业，很多装备制造也早已完全离不开这些软件了。

翻开国外航空工业所孵化工业软件的历史，都是二者一起飞同步跑的时刻。世界航空工业有美国波音Boeing和欧洲空客Airbus两极，正处在黄金起跑线上的中国航空，正在努力实现成为ABC（Airbus、Boeing、Comac）中的第三极；而大型工业软件在世界上现在也是美欧两极，那么中国工业软件有可能成为第三极吗？刚刚开始起飞的中国大飞机，有时间带着工业软件的幼苗，一起成长吗？

作者简介

林雪萍：南山工业书院发起人，北京联讯动力咨询公司总经理

特别鸣谢：航空工业信息中心原首席顾问宁振波先生提供的许多建议，也感谢中航国际转包生产部原总经理杨春生、中国航空制造技术研究院王湘念副总工的支持。