軟件定義制造業(yè)

寂靜天花板

這是中國航空史上一個(gè)奇跡：一架殲擊轟炸機(jī)，從設(shè)計(jì)開始,，到完成首飛,，僅僅用了兩年半的時(shí)間,。而且,，這是2000年開始,。

是的,，這是一個(gè)十六年前的故事,。在當(dāng)下數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造正在成為業(yè)界熱點(diǎn)的時(shí)候，這個(gè)傳奇的全數(shù)字化樣機(jī)的故事,，超前的意識令人瞠目結(jié)舌,。

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新飛豹（殲轟-7）是中國自主研制的中重型、超音速、全天候殲擊轟炸機(jī),，是中國目前進(jìn)攻性主戰(zhàn)機(jī)種,，被稱為是中國唯一一款真正的殲擊轟炸機(jī)。作為中國目前的主戰(zhàn)機(jī)種,，新飛豹就是這樣一個(gè)傳奇產(chǎn)品：在原有的設(shè)計(jì)研制基礎(chǔ)上,，新飛豹從2000年開始設(shè)計(jì)，到2002年7月1日完成首飛,，僅僅用了兩年半的時(shí)間,。

這是一個(gè)關(guān)于數(shù)字化的萌芽發(fā)展成參天大樹的故事。在技術(shù)上采用了全數(shù)字樣機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù),，這是中國第一次大規(guī)模應(yīng)用,，而且應(yīng)用在最為復(fù)雜的產(chǎn)品開發(fā)上；而在管理上,，則徹底打通了設(shè)計(jì)院與制造廠之間的組織墻壁,，從而實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)與制造一體化。

更重要的是決策：在當(dāng)時(shí)數(shù)字化設(shè)計(jì)在國內(nèi)幾乎是空白的時(shí)候,，數(shù)字化思維是一種石破天驚的力量,。

實(shí)際上，當(dāng)時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)全機(jī)翼的全數(shù)字設(shè)計(jì)在中國已經(jīng)很了不起了,。因此,，有的專家保守地提出：機(jī)翼采取三維的設(shè)計(jì)，機(jī)身仍采用二維的圖紙,。最后,，決策組還是力排眾議，采用了整機(jī)全數(shù)字化的設(shè)計(jì),。因?yàn)�,，如果機(jī)翼采用三維設(shè)計(jì)，而機(jī)身采用二維設(shè)計(jì),，則界面關(guān)系搞不清楚,，數(shù)據(jù)的傳遞將成為阻礙開發(fā)進(jìn)程的重大絆腳石。沒有全數(shù)字化的軟件支撐,，任何一點(diǎn)細(xì)微的誤差,，都可能成為制造業(yè)的夢魘。

痛定思痛,，全數(shù)字化樣機(jī),，成為一代航空人的夢想。

實(shí)際上,，這些成就的取得也源于國內(nèi)數(shù)字化技術(shù)的多年積累,。航空工業(yè)的數(shù)字化技術(shù),，源于上世紀(jì)70 年代末、80 年代初,，通過國家“六五”～“九五”計(jì)劃期間的“7760 CAD/CAM系統(tǒng)”,、“CIEM”、飛機(jī)異地?zé)o紙?jiān)O(shè)計(jì),、“航空CIMS”等項(xiàng)目的多年預(yù)研,，軟件對工業(yè)的啟蒙，正在成為航空人士的一股覺醒的原動(dòng)力,。

而新飛豹,，則讓數(shù)字化思維得到了大規(guī)模的工程應(yīng)用。

飛機(jī)設(shè)計(jì)過程中有兩個(gè)重要的問題要解決,，第一個(gè)是氣動(dòng)布局,，也就是外形；第二個(gè)是總體布置,。只有外形和總體布置確定下來，飛機(jī)所有的研發(fā),，才能向下推進(jìn),。盡管當(dāng)時(shí)國內(nèi)還沒有完整的外形整個(gè)數(shù)字化建模的經(jīng)驗(yàn)，然而工作團(tuán)隊(duì)還是僅僅花了三個(gè)月的時(shí)間,，就完成飛豹飛機(jī)外形的全部設(shè)計(jì),。

到了2000年底，全數(shù)字化飛機(jī)樣機(jī)的建模工作基本結(jié)束,，結(jié)構(gòu)98.2%模型全部交付,。接下來的工作就是數(shù)字仿真、工藝研制,、樣機(jī)開發(fā),。由于飛豹具有外形數(shù)字樣機(jī)，整機(jī)可以進(jìn)行仿真驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),，從而大大減少耗資巨大的模型風(fēng)洞實(shí)驗(yàn),。

這就是軟件的魅力。如果用傳統(tǒng)方法,，基于圖紙的二維設(shè)計(jì),，兩年半的時(shí)間，或許僅僅能畫完工程圖,。

更為重要的是：在數(shù)字化建模過程中,，數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)也同步制訂出來。要設(shè)計(jì)一個(gè)產(chǎn)品,，如果沒有標(biāo)準(zhǔn),，那幾乎就是仿制,。新型產(chǎn)品一定是產(chǎn)品設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)共同成長的。智能制造的核心是軟件,，而標(biāo)準(zhǔn)一定要同步生成,。如果編程完成之后，再回頭去補(bǔ)文檔,，那么這個(gè)開發(fā)過程就是有問題的,。

設(shè)計(jì)做完，進(jìn)行驗(yàn)證,，與此同時(shí)拿出標(biāo)準(zhǔn),，這就是同步成長。

創(chuàng)新體系,，標(biāo)準(zhǔn)為核心,。新型產(chǎn)品應(yīng)該和新型體系共同成長，這才是可用的研發(fā)體系,。有了產(chǎn)品,，同時(shí)有了標(biāo)準(zhǔn)，這才是真正的研制,。

十六年過去了,，制造業(yè)發(fā)生了翻天覆地的變化。然而,，令人痛心的是,，2000年就開始啟動(dòng)并成功的數(shù)字化應(yīng)用，依然沒有在中國扎根,、發(fā)芽和壯大,。中國99%的工廠和研制單位，至今仍然沒有建立全數(shù)字化制造體系,。

這是當(dāng)下中國制造業(yè)最大的痛,。也是我們在面臨工業(yè)4.0大潮的時(shí)候，為何心生崇敬,，卻又對落地（執(zhí)行）百般疑惑,。

飛豹最后形成的數(shù)字樣機(jī)有54000多個(gè)結(jié)構(gòu)件，43萬個(gè)標(biāo)準(zhǔn)件,。作一個(gè)對比的是,，最新列裝的大型運(yùn)輸機(jī)運(yùn)20（胖妞）有近千萬個(gè)零部件。如此復(fù)雜的產(chǎn)品,，沒有全數(shù)字化設(shè)計(jì),，幾乎是不可想象的。重要的是,，這就意味著全數(shù)字化設(shè)計(jì)開發(fā)進(jìn)入PC機(jī)時(shí)代,。這意味著,，大型復(fù)雜產(chǎn)品CAD工程應(yīng)用，終于來到尋常工程師的辦公桌上,。

這技術(shù)水平極高的第一次,，真真切切地發(fā)生在中國。

返工修改,，是制造業(yè)最大的浪費(fèi),。不幸的是，這是傳統(tǒng)制造業(yè)最常見的通病,。飛豹飛機(jī)有54000多個(gè)結(jié)構(gòu)件,，如用傳統(tǒng)手工設(shè)計(jì)，在實(shí)際工藝與制造過程中,，按常規(guī)考量估計(jì)也要有近6000張工程更改單,。這意味著海量的修改工程，而第一次采用數(shù)字化設(shè)計(jì)的工程更改單,，僅僅有1041張,。

也就是說，工程返工的數(shù)量,，從六千張劇減到一千多張,。工程量減少80%左右。這就是傳統(tǒng)設(shè)計(jì)手段進(jìn)化到數(shù)字化設(shè)計(jì),，所產(chǎn)生的令人瞠目結(jié)舌的效果。

顯然,，全數(shù)字化設(shè)計(jì),，減少了制造業(yè)最為頭疼的：工程更改單——這往往是交貨延期最主要的問題。

數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)的推廣應(yīng)用,，已為中航第一飛機(jī)研究院（含現(xiàn)在的上飛院）和制造廠商西飛公司帶來了巨大的效益：當(dāng)年的項(xiàng)目設(shè)計(jì)周期,，由常規(guī)的2.5年縮短到1年，而工裝準(zhǔn)備周期則可以作到與設(shè)計(jì)同步,，大大縮短了制造周期,；保證了飛機(jī)的研制進(jìn)度。

與此同時(shí),，數(shù)字化的設(shè)計(jì)帶來“摟草打兔子”的效果——數(shù)字化產(chǎn)品帶來的知識可重用,，軟件帶來的知識復(fù)用，充分體現(xiàn)在飛機(jī)的數(shù)字化研制上,。

一飛院的設(shè)計(jì)人員乘勝追擊,，在四年之內(nèi)，一口氣設(shè)計(jì)出三款飛機(jī),。

而傳統(tǒng)研制方法,，至少十年才能設(shè)計(jì)制造一架飛機(jī),。不能重用既有的知識，是設(shè)計(jì)研發(fā)中最大的浪費(fèi),。而通過軟件固化的模型,、知識和前人的經(jīng)驗(yàn)，讓數(shù)字化充分展現(xiàn)神奇的組合與創(chuàng)新,。

“新飛豹”不僅僅具備對海,、對地的全天候精確攻擊能力，是攻防兼?zhèn)涞膶?shí)戰(zhàn)武器,、裝備體系的骨干力量之一,。而更具有意義的是，新飛豹全機(jī)數(shù)字樣機(jī)研制對中國航空業(yè)的發(fā)展,，帶來了巨大的拉動(dòng)作用,。隨后，成都飛機(jī)研究所在超七“梟龍”飛機(jī)研制中,，也全面應(yīng)用了數(shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù),。包括采用全機(jī)外形的三維數(shù)字化定義，建立了全機(jī)結(jié)構(gòu)的數(shù)字樣機(jī),，并以三維模型（全部數(shù)控零件）和二維工程圖樣的方式向工廠發(fā)放數(shù)據(jù),。初步穩(wěn)固地建立了數(shù)字化的技術(shù)體系，包括數(shù)字化設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的部分規(guī)范和部分材料庫,。這些實(shí)踐,，正在向民用行業(yè)不斷滲透擴(kuò)散。而“新飛豹”(殲轟－7A)飛機(jī)也培養(yǎng)了大量的數(shù)字化設(shè)計(jì)制造人才,。當(dāng)年的總設(shè)計(jì)師唐長紅,，已經(jīng)成為運(yùn)-20的總設(shè)計(jì)師。

軟件以原力覺醒般的驚艷力量,，定義和支撐了制造業(yè)最為復(fù)雜產(chǎn)品的研發(fā)制造：新飛豹的身世有著太多的值得挖掘的亮點(diǎn),。與它眾多馳騁在藍(lán)天的兄弟飛機(jī)不同，巨大的新飛豹數(shù)字樣機(jī)原型投影掛在小湯山中國航空博物館的山洞里面,。除非親歷者會流著眼淚靠近它,，幾乎沒有人注意到它的與眾不同。那銜著“全數(shù)字化”金鑰匙而誕生的非凡經(jīng)歷,，對于普通的制造業(yè)而言,，似乎也被掩沒在山洞之中。不過,，在當(dāng)下的數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造大潮中,，它已經(jīng)感受到了來自航空業(yè)之外的呼喚。

這終究是中國工業(yè)史上一個(gè)不可磨滅的軟件印跡：數(shù)字化的思維和軟件的支撐,，甫一亮相制造業(yè),，便勢不可擋,。

未來第一站

軟件對產(chǎn)品設(shè)計(jì)的效率影響的確巨大,。

成歌2047

市場上的國產(chǎn)三維設(shè)計(jì)軟件，與國外先進(jìn)的三維軟件相比,，差距巨大,；不知軍方的三維機(jī)械設(shè)計(jì)軟件性能如何，如果很厲害,，應(yīng)該應(yīng)用到民用行業(yè),，增強(qiáng)國產(chǎn)三維設(shè)計(jì)軟件的競爭力。