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  原标题:军民融合 国防工业如何造就了工业软件 中国经济周刊微信号:ChinaEconomicWe

  随着“军民融合”成为国家意志,近年来军民携手攻关重大创新项目,“军转民”、“民参军”热潮涌动,军民融合发展呈现整体推进、加速发展的良好势头。坚定实施军民融合发展战略,形成军民融合深度发展格局,必将为实现中国梦、强军梦提供动力和支撑。 《中国经济周刊》从本期起,特开设军民融合专栏,为更好地实现军民深度融合、协同发展,提供专业观点,报道经典案例,展示未来趋势。

  大型工业软件是数字设计与制造的根基,智能制造中不可或缺的工具,也是目前中国智能制造领域的最大短板之一。

  回顾计算机硬件和软件发展历史,军工行业对大型工业软件的孵育和推进无疑起到了决定性的作用。以美国为例,美国国防部几十年如一日地持续推进软件工程,并且不遗余力将这些软件推向民用市场,成就了如今美国在大型工业软件上的霸主地位。

  二战前后,模拟计算机是当时战场中的计算主力,它控制了几乎所有炮弹的方向。这些计算机就像哪吒一样,驾驭着那些呼啸的火球,在地球上的海陆空全方位实施爆炸。

  计算力,主宰了从火炮控制到鱼雷瞄准,再到谍报的密码分析,这是军事引领计算和软件发展的时代。

  1946年研制成功的电子计算机ENIAC((Electronic Numerical Integrator and Calculator,“电子数值积分和计算机”)享尽美誉,这是第一台以数值运算为目的的计算机,这是一个计算机史上的传奇,记录了太多商业上的成功。然而,它的第一个主顾却正是军火承包商。

  1949年,美国著名军火商诺斯罗普?格鲁曼委托ENIAC之父所创建的科学家公司(后来被大名鼎鼎的兰德公司所收购),建立了一台二进制自动化计算机,用于弹道计算。由于是受客户委托定制,可以认为是第一台商用计算机。这是一台基于合同的计算机,可惜只生产了一台。

  这是一次失败的商业化,因为它并不能投入使用。双方扯皮之后,最后不了了之。军方吃到了一只死螃蟹,然而军方没有为失败所动。

  这个时候并无大型程序的概念,因为存储空间完全不足。这台计算机的测试程序也不过50行代码,然而这却是工业软件最早的萌芽。

  实际上,在整个四十年代,根据《软件工程通史》作者Jones的统计,军事和国防的软件应用数量,占据了整个市场的50% ;剩下的38%则都是为科学服务的。当然,那个时候,科学也是为国防服务的。

  美国在日本投下两颗之后的同一个月份,苏联也引爆了自己的。这在世界军事历史上,第一次引入了敌我同归于尽的概念。这次引爆,对计算机和软件的发展,意外地产生了极其重要的影响。为了抗衡苏联的,美国决定引入一个大型防空系统SAGE(Semi-Automatic Ground Environment),保护美国本土不受敌方远程轰炸机携带核弹的突然侵袭。这是最早的网络战的思路,通过美国各地的雷达站,将监测到的敌机动向,传送到空军总部。空军指挥员则从总部的显示器上来跟踪敌机的行踪,命令就近军分区进行拦截。

  SAGE整个技术方案由麻省林肯实验室负责制定,于1957年投入试运行。在一系列的竞标中,IBM战胜了雷神等竞争对手 ,被委托开发SAGE系统。IBM重新搭建新班子、租用新场地完成开发。

  最初的SAGE,采用低级语言(汇编语言)编写,达到50万行代码,使其成为最大的软件应用。实际上,这个系统吸引了很多公司参与开发。SAGE软件开发计划成了软件工程开发中最“崇高”的事业之一。当时美国程序员的数目为大约1200名,有700人为SAGE项目工作。著名的智囊公司兰德也加入其中,成立了独立的系统开发公司,以进一步开发这个估计需要100万行代码的软件。

  从50年代开始,SAGE是当时最大的计算机和军用软件的应用程序,是军事预算的饥饿巨兽。到了60年代,这个项目达到了惊人的120亿美元(相当于2014年的1000亿美元)。这种巨量投入,使得SAGE成为彻底颠覆三观的软件野蛮人。

  SAGE防空系统作为当时世界上最大的计算机及军用软件应用,集成了计算机、工业软件、通信和网络的成就,一时也是独霸一方。它正在预示着全新的现代信息战争的曙光。

  然而SAGE系统高昂的费用,让这些系统无法持续太久。SAGE计划并未完全实施,到了60年代中期就下马了。此时,军民合用的概念也开始出现。后来出现的联合监视系统,就是为了减轻SAGE系统造成的沉重经济负担。军用、民用雷达尽可能兼用,以减少雷达运行费用,并用13个空军和联邦防空局的联合控制中心替代了SAGE系统的控制中心。此举据说减少了6000名工作人员,大大节省了开支。

  SAGE系统一直使用到1983年才得以退役。这是一个里程碑式的变化,真正改变了美国政府对国防部的预算态度,从此以后,武器的软件开支,也成为国家预算中最为重要的支出。

  这是一个典型的军民融合的故事。然而最精彩的地方,依然是SAGE带来的工业软件技术的孵化。它的研究成果在民用工业中发扬光大,致使传统的工程设计绘图方法发生了革命性变化。

  1950年,美国麻省理工学院首次在计算机显示器上生成了简单图形之后,又主持了美国国防部防空系统SAGE的方案研制。当时一种全新的人机交互工具——光笔,开始诞生。光笔可以对屏幕上的字符串进行控制,这种交互操作方式,就像是使用鼠标器来选择菜单。

  将SAGE计划中的光笔交互图形技术应用到工程绘图中来,要归功于麻省的Sutherland博士。他在1963年完成了博士论文,并完成了使用光笔在计算机屏幕上选取、定位图形要素的系统,实现了人机对话式的交互作业。同时提出将图形分解为子图和图元的层次数据结构,为60年代中至70年代末计算机辅助绘图CAD(此时还停留在“绘图”而非“设计”的意义上)技术的大发展,奠定了原型示范基础。

  与此同时,1964年秋IBM公司着手开发交互图形终端的第一代产品IBM2250,最早采用光笔作为交互输入手段,以便执行画直线、圆弧等命令。

  而此时,美国工业正处于突飞猛进的时期,最具象征性的两大行业迅速做出反应。

  首先是汽车工业,美国通用汽车公司与IBM合作,开发了最早的CAD系统。

  与此同时,美国洛克希德飞机公司和麦克唐纳飞机公司也各自独立在IBM2250上开发了自己的二维绘图系统,并逐渐形成了最早的计算机辅助设计与制造系统。随后,这些军火商本来仅用于内部使用的专有系统,开始作为商品对外出售,成为70年代至80年代中期IBM主机上应用最广的第一代工业设计软件。

  欧洲也做出了反应。以生产幻影2000和阵风战斗机闻名的法国达索航空 的工业软件部门开发了知名的CATIA软件,随后软件部门分离出来并形成独立的达索系统公司。达索航空首先是CATIA的开发者,随后是坚定的用户和支持者。达索同时还积极引进洛克希德马丁公司的软件进行学习。时运轮流转,1989年洛克希德飞机公司缺少资金开发新型战斗机,决定出售旗下的工业软件子公司,几番辗转,最后全部被达索系统收购。

  这种跨国之间的工程知识融合,带有强烈的军方色彩,造就了来日辉煌的三大高端工业软件之一的CATIA。它继承了法国达索和美国洛克希德两家顶级军机制造商的传统,因此也成为当前航空工业软件中必不可少的佼佼者。

  80年代初,CAD系统价格依然令一般企业望而却步,这使得CAD技术无法拥有更广阔的市场。曾几何时,在国内租用一套CATIA的年租金即需15万~20万美元;而仿线年第一次进入中国时,使用IBM大型机版本,3年租金就达到19万美元。

  另外,由于工业软件最开始的开发者本身也是军工用户,彼此之间技术保密。软件商品化程度一般都很低。因此,只有少数几家受到国家财政支持的军火商,在70年代冷战时期才有条件独立开发或依托某厂商发展CAD技术,美国洛克希德公司、波音、麦道、美国宇航局、法国达索航空、通用电气等这些当时最为响当当的国防和军火巨头,都为CAD软件的发展起到了助推作用。

  除了军工行业之外,CAD技术同样吸引了如日中天的民用汽车制造巨头。汽车制造商纷纷开始摸索开发一些曲面系统为自己服务,如大众汽车公司、福特汽车公司、雷诺汽车公司。还有丰田、通用汽车公司等都开发了自己的CAD系统。然而,由于无军方支持,开发经费及经验不足,其开发出来的软件商品化程度都较军方支持的系统要低,功能覆盖面和软件水平亦相差较大 。

  这些喧闹的公司,经过几十年的发展和上百次的并购,最后被合并同类项之后,形成了今天的工业软件寡头垄断的局面。如果为了简化复杂的历史轮廓,抛开曲折的并购商业史,可以得出一句干脆的结论:没有军方支持的CAD软件,最后不可能活下来。

  同样在中国,某型号军机也是CATIA V5在全球的第一个用户。来自中国军机用户者的大量建议使得V5得以快速完善,其商业化之路,更加稳健。

  同样,如果去翻看仿真软件CAE的历史,也同样写满了军方和航空航天的强烈印记。

  除了软件产品本身,美国军方在制定工业软件的标准上,从未有过迟钝的时候。随着各种软件的使用,相互交换产品信息成为一种必须。许多国家纷纷开始制定数字化产品的格式标准。这其中最有影响力的,当数美国提出的原始图形交换规范。它是美国空军提出集成计算机辅助制造ICAM计划,由美国国家标准局组织波音公司、通用电气等共同商议制定。1980年初公布第一版,已经成为事实上的国际标准,几乎所有的CAD系统都配置该标准接口。它也极大地促进了其他格式的发展。1982年美国空军再次以麦道军机部为主,形成了产品数据交换规范,并成为国际标准组织制定数字化设计的重要支撑 。

  美国空军的ICAM计划,一方面对分析设计方法影响深远;更重要的是,它带动了另外一个宏大的柔性制造计划,那就是计算机集成制造系统CIMS。这个概念随后被纳入到“863计划”,成为中国制造业走向信息化的启蒙课本,对中国当前的从业人员影响深远。

  从某种意义上来看可以说中国的CAD行业,还带有一点点遥远的美国军部的气息。

  随后30年,我们可以按下快进键一闪而过。这些被国防军工所孵化、养大、送上马的工业软件商们,都已经乐滋滋地走上了市场化的道路。有了国防军工大把经费的多年滋养,通过并购、国际化的路线,它们已经是完全走向成熟的企业。然而,军方依然像一个不离不弃的大奶妈,继续毫不动摇地支持工业软件的发展。

  今年7月份,美国国防部推动的“电子复兴计划ERI”所公开的5年项目中,电子设计软件意外地获得了同级项目中金额最多的扶持。像在电子设计自动化软件工具领域稳坐的领头羊CADENCE公司,一年研发投入近60亿元人民币,依然得到军方的重点呵护,额外掏钱支持工业软件做面向未来的创新设计。这就是美国军方的思路:要让芯片产业更强,电子设计软件必须先行。

  工业软件的成功,固然离不开工业巨头的抚养,而更重要的知识产权的转换机制,需要精心设计、无缝衔接。诞生于波音公司的一个工业软件模块,最早其实是为军方开发使用,随后由波音公司完成了商业化。经过近30年的不断积累和大量工程问题的检验,可谓波音公司工程仿线年,一家商业化的仿真软件公司从波音手中收购它,随后升级为Windows版本,得到市场上广泛的好评。这就是无缝集成,从军方到主机厂,再到独立软件公司,产权转换轻松自如。

  反观国内,也有很多好的产品,例如中国空气动力研究与发展中心的风雷软件PHengLei、航空623所的大型结构分析软件HAJIF。早在1985年,623所主导的HAJIF有限元分析软件获国家科技进步一等奖。数十年的工程师心血,造就了锋利的宝剑,而它们的命运多就是趴窝守家而已,待在原地不动。就像嵌在墙壁上的魔法棒,闪闪发光,却无人敢于从体制高墙摘下来挥舞。

  然而,没有新的动力源引入,魔法棒也会失效。没有商业化的环境,这些体系内的封闭专业软件只能在奄奄一息中勉强续命,饿得皮包骨头,勉强为少得可怜的用户进行服务。

  一方面地里缺种少苗,另一方面让仅存的庄稼苗饿着。这也是中国工业软件的尴尬。

  可能让所有人都会惊讶的是,美国国防部其实是全世界最大的软件拥有者。

  在美国,军事软件一直是可以独立成章的单独类别。在最近几十年的商业史中,密密麻麻写满了软件的传奇故事:无论是Windows 95开创的个人PC机的巅峰时代,还是辉煌一时的互联网,或者是打爆天下的移动互联网、云计算、人工智能、工业APP软件时代。然而,从1990年开始到现在的近30年间,即使应用软件数量经历了大爆炸般的爆发,美国军事和国防应用软件的数量,依然牢牢地占据了16%的比例。大小软件多如牛毛,然而,任你游戏荣耀、任你娱乐至死、任你雨后春笋APP,美国国防军工的应用软件的数量比例,岿然不动。

  如此来看,从代码的数量而言,全球头号军火商洛克希德马丁很早就超越微软,成为最大的软件商,也就毫不奇怪了。随着美军向“网络中心战NCW”转移,各类武器统一上网,指挥中心将一统天下。软件大鳄自然也成为最大赢家。一个单兵就是全系统,这才是未来的武器之王!而这背后需要多少软件的支持?

  落雨知时节,润物细无声,美国军工行业一直高调而持久地推动着民用工业软件的发展。工业软件其实就是一笔看不见的军火生意。

  注:部分内容参考自《软件工程通史》,Capers Jones,清华大学出版社,2017年7月

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