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大飞机能带工业软件一起飞吗 | 工业软件发展史
作者: 作者单位:知识自动化 所属类别: 2018-11-07 10:06:58 浏览:59
  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。
  洛克希德,起飞!
  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。
  麦道飞机,展翅!
  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。
  法美的幸运儿,翱翔!
  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。
  中国航空工业,萌芽中!
  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。
  小记:大飞机带工业软件一起玩儿吗
  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?

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