軟件定義制造業

寂靜天花板

這是中國航空史上一個奇跡：一架殲擊轟炸機，從設計開始，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。在當下數字化設計與制造正在成為業界熱點的時候，這個傳奇的全數字化樣機的故事，超前的意識令人瞠目結舌。

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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，是中國目前進攻性主戰機種，被稱為是中國唯一一款真正的殲擊轟炸機。作為中國目前的主戰機種，新飛豹就是這樣一個傳奇產品：在原有的設計研制基礎上，新飛豹從2000年開始設計，到2002年7月1日完成首飛，僅僅用了兩年半的時間。

這是一個關于數字化的萌芽發展成參天大樹的故事。在技術上采用了全數字樣機的設計制造技術，這是中國第一次大規模應用，而且應用在最為復雜的產品開發上；而在管理上，則徹底打通了設計院與制造廠之間的組織墻壁，從而實現了設計與制造一體化。

更重要的是決策：在當時數字化設計在國內幾乎是空白的時候，數字化思維是一種石破天驚的力量。

實際上，當時能夠實現全機翼的全數字設計在中國已經很了不起了。因此，有的專家保守地提出：機翼采取三維的設計，機身仍采用二維的圖紙。最后，決策組還是力排眾議，采用了整機全數字化的設計。因為，如果機翼采用三維設計，而機身采用二維設計，則界面關系搞不清楚，數據的傳遞將成為阻礙開發進程的重大絆腳石。沒有全數字化的軟件支撐，任何一點細微的誤差，都可能成為制造業的夢魘。

痛定思痛，全數字化樣機，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數字化技術的多年積累。航空工業的數字化技術，源于上世紀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”、“CIEM”、飛機異地無紙設計、“航空CIMS”等項目的多年預研，軟件對工業的啟蒙，正在成為航空人士的一股覺醒的原動力。

而新飛豹，則讓數字化思維得到了大規模的工程應用。

飛機設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，飛機所有的研發，才能向下推進。盡管當時國內還沒有完整的外形整個數字化建模的經驗，然而工作團隊還是僅僅花了三個月的時間，就完成飛豹飛機外形的全部設計。
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到了2000年底，全數字化飛機樣機的建模工作基本結束，結構98.2%模型全部交付。接下來的工作就是數字仿真、工藝研制、樣機開發。由于飛豹具有外形數字樣機，整機可以進行仿真驗證實驗，從而大大減少耗資巨大的模型風洞實驗。

這就是軟件的魅力。如果用傳統方法，基于圖紙的二維設計，兩年半的時間，或許僅僅能畫完工程圖。

更為重要的是：在數字化建模過程中，數字化標準也同步制訂出來。要設計一個產品，如果沒有標準，那幾乎就是仿制。新型產品一定是產品設計和標準共同成長的。智能制造的核心是軟件，而標準一定要同步生成。如果編程完成之后，再回頭去補文檔，那么這個開發過程就是有問題的。

設計做完，進行驗證，與此同時拿出標準，這就是同步成長。

創新體系，標準為核心。新型產品應該和新型體系共同成長，這才是可用的研發體系。有了產品，同時有了標準，這才是真正的研制。

十六年過去了，制造業發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字化應用，依然沒有在中國扎根、發芽和壯大。中國99%的工廠和研制單位，至今仍然沒有建立全數字化制造體系。

這是當下中國制造業最大的痛。也是我們在面臨工業4.0大潮的時候，為何心生崇敬，卻又對落地（執行）百般疑惑。

飛豹最后形成的數字樣機有54000多個結構件，43萬個標準件。作一個對比的是，最新列裝的大型運輸機運20（胖妞）有近千萬個零部件。如此復雜的產品，沒有全數字化設計，幾乎是不可想象的。重要的是，這就意味著全數字化設計開發進入PC機時代。這意味著，大型復雜產品CAD工程應用，終于來到尋常工程師的辦公桌上。

這技術水平極高的第一次，真真切切地發生在中國。

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返工修改，是制造業最大的浪費。不幸的是，這是傳統制造業最常見的通病。飛豹飛機有54000多個結構件，如用傳統手工設計，在實際工藝與制造過程中，按常規考量估計也要有近6000張工程更改單。這意味著海量的修改工程，而第一次采用數字化設計的工程更改單，僅僅有1041張。

也就是說，工程返工的數量，從六千張劇減到一千多張。工程量減少80%左右。這就是傳統設計手段進化到數字化設計，所產生的令人瞠目結舌的效果。

顯然，全數字化設計，減少了制造業最為頭疼的：工程更改單——這往往是交貨延期最主要的問題。

數字化設計技術的推廣應用，已為中航第一飛機研究院（含現在的上飛院）和制造廠商西飛公司帶來了巨大的效益：當年的項目設計周期，由常規的2.5年縮短到1年，而工裝準備周期則可以作到與設計同步，大大縮短了制造周期；保證了飛機的研制進度。

與此同時，數字化的設計帶來“摟草打兔子”的效果——數字化產品帶來的知識可重用，軟件帶來的知識復用，充分體現在飛機的數字化研制上。

一飛院的設計人員乘勝追擊，在四年之內，一口氣設計出三款飛機。

而傳統研制方法，至少十年才能設計制造一架飛機。不能重用既有的知識，是設計研發中最大的浪費。而通過軟件固化的模型、知識和前人的經驗，讓數字化充分展現神奇的組合與創新。
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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，是攻防兼備的實戰武器、裝備體系的骨干力量之一。而更具有意義的是，新飛豹全機數字樣機研制對中國航空業的發展，帶來了巨大的拉動作用。隨后，成都飛機研究所在超七“梟龍”飛機研制中，也全面應用了數字化設計制造技術。包括采用全機外形的三維數字化定義，建立了全機結構的數字樣機，并以三維模型（全部數控零件）和二維工程圖樣的方式向工廠發放數據。初步穩固地建立了數字化的技術體系，包括數字化設計標準的部分規范和部分材料庫。這些實踐，正在向民用行業不斷滲透擴散。而“新飛豹”(殲轟－7A)飛機也培養了大量的數字化設計制造人才。當年的總設計師唐長紅，已經成為運-20的總設計師。

軟件以原力覺醒般的驚艷力量，定義和支撐了制造業最為復雜產品的研發制造：新飛豹的身世有著太多的值得挖掘的亮點。與它眾多馳騁在藍天的兄弟飛機不同，巨大的新飛豹數字樣機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“全數字化”金鑰匙而誕生的非凡經歷，對于普通的制造業而言，似乎也被掩沒在山洞之中。不過，在當下的數字化設計與制造大潮中，它已經感受到了來自航空業之外的呼喚。

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

未來第一站

軟件對產品設計的效率影響的確巨大。

成歌2047

市場上的國產三維設計軟件，與國外先進的三維軟件相比，差距巨大；不知軍方的三維機械設計軟件性能如何，如果很厲害，應該應用到民用行業，增強國產三維設計軟件的競爭力。