軟件定義制造業(yè)

寂靜天花板

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

是的，這是一個十六年前的故事。在當(dāng)下數(shù)字化設(shè)計與制造正在成為業(yè)界熱點的時候，這個傳奇的全數(shù)字化樣機(jī)的故事，超前的意識令人瞠目結(jié)舌。

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傳奇產(chǎn)品：在原有的設(shè)計研制基礎(chǔ)上，新飛豹從2000年開始設(shè)計，到2002年7月1日完成首飛，僅僅用了兩年半的時間。

這是一個關(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)計院與制造廠之間的組織墻壁，從而實現(xiàn)了設(shè)計與制造一體化。

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

實際上，當(dāng)時能夠?qū)崿F(xiàn)全機(jī)翼的全數(shù)字設(shè)計在中國已經(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，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。因為，如果機(jī)翼采用三維設(shè)計，而機(jī)身采用二維設(shè)計，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”計劃期間的“7760 CAD/CAM系統(tǒng)”、“CIEM”、飛機(jī)異地?zé)o紙設(shè)計、“航空CIMS”等項目的多年預(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。

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飛機(jī)設(shè)計過程中有兩個重要的問題要解決，第一個是氣動布局，也就是外形；第二個是總體布置。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)時國內(nèi)還沒有完整的外形整個數(shù)字化建模的經(jīng)驗，然而工作團(tuán)隊還是僅僅花了三個月的時間，就完成飛豹飛機(jī)外形的全部設(shè)計。

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)行仿真驗證實驗，從而大大減少耗資巨大的模型風(fēng)洞實驗。

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，兩年半的時間，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)計一個產(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，那么這個開發(fā)過程就是有問題的。

設(shè)計做完，進(jìn)行驗證，與此同時拿出標(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多個結(jié)構(gòu)件，43萬個標(biāo)準(zhǔn)件。作一個對比的是，最新列裝的大型運輸機(jī)運20（胖妞）有近千萬個零部件。如此復(fù)雜的產(chǎn)品，沒有全數(shù)字化設(shè)計，幾乎是不可想象的。重要的是，這就意味著全數(shù)字化設(shè)計開發(fā)進(jìn)入PC機(jī)時代。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。

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返工修改，是制造業(yè)最大的浪費。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多個結(jié)構(gòu)件，如用傳統(tǒng)手工設(shè)計，在實際工藝與制造過程中，按常規(guī)考量估計也要有近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)計手段進(jìn)化到數(shù)字化設(shè)計，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，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)年的項目設(shè)計周期，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，數(shù)字化的設(shè)計帶來“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)計人員乘勝追擊，在四年之內(nèi)，一口氣設(shè)計出三款飛機(jī)。

而傳統(tǒng)研制方法，至少十年才能設(shè)計制造一架飛機(jī)。不能重用既有的知識，是設(shè)計研發(fā)中最大的浪費。而通過軟件固化的模型、知識和前人的經(jīng)驗，讓數(shù)字化充分展現(xiàn)神奇的組合與創(chuàng)新。
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“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)涞膶崙?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)計標(biāo)準(zhǔn)的部分規(guī)范和部分材料庫。這些實踐，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)計制造人才。當(dāng)年的總設(shè)計師唐長紅，已經(jīng)成為運-20的總設(shè)計師。

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。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)計的效率影響的確巨大。

成歌2047

市場上的國產(chǎn)三維設(shè)計軟件，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)計軟件的競爭力。