军工是工业软件之母|国防工业如何打造工业软件

日期:2021-09-22 03:27:02 | 人气: 24879

本文摘要:军队吃死螃蟹。

军队吃死螃蟹。二战前后模拟器是二战中计算的主力,控制着几乎所有炮弹的偏差。这些计算机,就像它们是什么一样,驱动咆哮的火球,在陆地、海洋和空中向四面八方爆炸。

从火炮控制到鱼雷瞄准再到间谍活动,计算能力主导着军方的密码分析。这就是军事引领计算和软件成长的时代。乐城1946年开发的电子计算机ENIAC,口碑很好(虽然另一台没有编程的ABC电脑也在争夺这个荣誉)。

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这是第一台以数值计算为目的的计算机,是计算机史上的传奇,周围有太多商业狗血故事。然而,它欢迎的第一个客户是军事承包商。

图1先锋1949年,美国著名军事制造商诺斯罗普-格鲁曼公司委托ENIAC之父建立的科学家公司(被泰富著名的兰德公司收购)建造二进制自动计算机(BINAC)。因为是客户定制的,可以认为是第一台商用电脑。

这是基于条约的电脑,可惜只生产了一台。这是一个失败的商业化,因为它不能投入使用。双方扯皮之后,终于走了。

此时没有大的法式视图,因为存储空间完全不足。这台电脑的测试方法是不超过50行代码。但是,这可以算是工业软件最早的萌芽。

这种萌芽与军事装备业务密切相关。军队吃了一只死螃蟹。然而,军方对失败无动于衷。

事实上,在整个四十年里,根据《软件工程通史》作者琼斯的统计,军事和国防软件应用的数量占整个市场的50%;剩下的38%是为科学服务的。当然,科学在任何时候也是为国防服务的。

工业软件由美国国防部支持。历史上最昂贵的软件来自二战后的军方,围绕枪炮导弹的工业软件似乎都可以停下来。然而,在美国向日本投下两颗原子弹的同一个月,苏联也引爆了自己的原子弹。

这是一种相互毁灭的观点。整个世界,连忙变得哇凉哇凉。这次爆炸对计算机和软件的发展产生了极其重要的影响。

为了对抗苏联的原子弹,美国决定引进大型防空系统SAGE(半自动地面环境),以防御携带核弹的敌方远程轰炸机的突然袭击。这是网络战最早的想法。通过遍布美国的雷达站,被监视的敌人被灵活地传送到空军总部。空军指挥官通过总部的显示器追踪敌人的行踪,然后命令在最近的军事师进行拦截。

SAGE的整个技术方案由麻省理工学院林肯实验室制定,并于1957年投入试运行。在一系列竞标中,IBM击败雷神等竞争对手,受委托开发SAGE系统。

IBM重建了一个新团队,租了一个新校区完成开发。最初的SAGE接受了低级语言(汇编语言),达到50万行代码,成为最大的软件应用。其实这个系统吸引了很多公司来开发。

SAGE软件开发计划已经成为软件工程开发中最崇高的事业之一。当时,美国大约有1200名法国职员,其中700人为SAGE项目工作。著名智库兰德于1959年加入,成立了独立公司——系统开发公司(SDC),进一步开发这款预计需要100万行代码的软件。5月以来,SAGE是当时计算机和军事软件最大的应用手段,是军事预算的饿兽。

20世纪60年代,该项目投资达到惊人的120亿美元(按可比价格计算,2014年投资规模相当于1000亿美元)。这笔巨额投资让SAGE成为了彻底颠覆三观的软件狂热者。

SAGE防空系统作为当时世界上最大的计算机和军事软件应用,融合了计算机、工业软件、通信和网络的成果,一度占据主导地位。它预示着一个新的现代信息时代的到来 但是SAGE系统成本高,无法持续太久。

SAGE计划没有完全实施,60年代中期拆除。这时,军民两用的观点开始出现。

爵后出现的统一监察制度,就是为了减轻SAGE制度带来的沉重经济负担。军用和民用雷达都可以尽量使用,以消除雷达的运行成本,SAGE系统的控制中心已经被空军和联邦防空局的13个联合控制中心取代。据说淘汰了6000人,大大节省了开支。

SAGE系统一直使用到1983年。这个庞大的软件系统推动了一个里程碑式的变革,真正改变了美国对国防部的预算态度。

未来武器软件的支出也将成为国家预算中最重要的支出。这是一个典型的国防和民用技术相结合的故事。不过最让人兴奋的地方还是SAGE带来的工业软件技术的孵化。

其研究成果在民用工业中得以发扬光大,导致传统工程设计制图方法的革命性变革。CAD诞生了!从SAGE到Interaction 1950年,麻省理工学院的MIT在Cyclone I电脑的显示器上制作了简单的图形。然后麻省理工主持开发了SAGE,美国国防部的防空系统。

这时候,一个全新的人机交互工具,——光笔,开始诞生了。光笔可以控制屏幕上的字符串。

这种交互操作就像用鼠标选择菜单一样。马萨诸塞州伊万e萨瑟兰(Ivan E. Sutherland)负责将SAGE项目中的光笔交互图形技术应用于工程制图。

1963年完成博士论文,用光笔完成了在电脑屏幕上选择定位图形元素的Sketch-Pad系统,实现了人机对话的交互操作。同时提出将图形分析成子图和图元的连贯数据结构,为60年代中期到70年代末计算机辅助绘图技术的大发展奠定原型演示基础(此时CAD还处于“绘图”而非“设计”的意义上)。同时,在1964年秋,IBM开始开发交互式图形终端的第一代产品IBM2250,它首先接受光笔作为交互式输入手段,并配备了一组32个功能键,以执行绘制直线、圆弧、虚线、标注尺寸、提取子图形等宏命令。CAD就像一只需要出体的鸡,啄食着最后要穿破的蛋壳。

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映。首先是汽车工业,美国通用汽车公司与IBM互助,开发了DAC-1盘算机设计增强系统(Design Augmented by Computer)。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上开发二维绘图系统,前者称为CADAM,后者则称为CADD。

从60年月末起,逐渐在这些系统中增加曲线和曲面功效、数控加工编程功效等,形成了最早的盘算机辅助设计、制造(简称CAD/CAM)系统。从1974年起CADAM正式作为商品对外出售,成为70年月至80年月中期IBM主机上应用最广的第一代CAD/CAM软件产物。

欧洲也做出了反映。以幻影2000和阵风战斗机而闻名的法国达索航空的CAD/CAM部门开发了知名的CATIA软件,随后软件部门分散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。达索同时还努力引进洛克希德马丁公司的CADAM软件举行学习。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,决议出售CADAM子公司。作为老互助方,IBM在1990年1月用2.7亿美元收购CADAM,并于1992年起托付达索治理。

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CAD软件之一的CATIA。它继续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中必不行少的软件。没有军方,就没有CAD工业80年月初,CAD系统价钱依然令一般企业望而却步,这使得CAD技术无法拥有更辽阔的市场。

其时CAD、CAE技术价钱极其昂贵(也许另有人记得,曾几何时,在海内租用一套CATIA的年租金即需15~20万美元;而MSC NASTRAN仿真软件在1988年第一次进入中国时, IBM4381大型机版本,三年租期就是19万美元)。另外,软件商品化水平一般都很低。由于开发者自己也是CAD大用户,因此相互之间技术保密。

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只有少数几家受到国家财政支持的军器商,在70年月冷战时期才有条件独立开发或依托某厂商生长CAD技术。例如CADAM 由美国洛克希德公司支持,CALMA 由美国通用电气公司开发,CV 获得了波音、麦道、GE和罗罗发念头等的支持。I-DEAS 由美国国家航空及宇航局支持,UG 由美国麦道公司开发,CATIA则由法国达索航空开发。

此一刻,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探索开发一些曲面系统为自己服务,如公共汽车公司 SURF、福特汽车公司 PDGS、雷诺汽车公司EUCLID。另有丰田、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,开发经费及履历不足,其开发出来的软件商品化水平都较军方支持的系统要低,功效笼罩面和软件水平亦相差较大。这些喧闹的公司,经由几十年的生长和上百次的并购,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势。一个简明简要的印象是,在高端CAD的三家企业中,与波音来往麋集的 CV公司所出走的治理层建立了独树一帜的PTC公司,达索飞机直接降生了CATIA,麦道公司一手成就了UG(现在的西门子PLM部门)。

如果为了简化庞大的历史轮廓,抛开曲折的并购商业史,可以得出一句爽性的结论:没有军方支持的CAD软件,最后不行能活下来。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。

商业化之路,越发稳健。同样,如果去翻看仿真软件CAE的历史,也写满了军方和航空航天的强烈印记。

除了软件产物自己,美国军方在制定工业软件的尺度上,从未有过缓慢的时候。随着种种盘算软件的使用,相互交流产物信息成为一种必须。

许多国家纷纷开始制定数字化产物的花样尺度。这其中最有影响力的,当属于美国提出的原始图形交流规范IGES(Initial Graphics Exchange Specification)。它是由美国空军提出集成盘算机辅助制造ICAM计划,由美国国家尺度局NBS组织波音公司、通用电气等配合商议制定。

1980年头宣布第一版,它已经成为事实上的国际尺度,险些所有的CAD系统都设置IGES接口。它也极大地促进了其他花样的生长。1982年美国空军再次以麦道军机部为主,形成了产物数据交流规范,并成为ISO制定的STEP尺度的重要支撑。

顺便提一句,美国空军的这个ICAM计划,一方面临分析设计方法影响深远,IDEF方法论风靡一时;更重要的是,它动员了另外一个弘大的柔性制造的计划,那就是CIMS工程。它被纳入到863计划,成为中国制造业走向信息化的重要契机,甩图板成为信息化的启蒙课本,对中国当前的从业人员影响深远。不妨可以说,中国的CAD行业,还带有一点点遥远的美国军部的气息。快进!STOP!情节都一样 随后三十年,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门路。有了国防军工大把经费的多年滋养,通过并购、国际化的门路,他们已经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,继续绝不动摇地支持工业软件的生长。

在2018年7月份,国防部推动的“电子再起计划ERI”所公然的五年项目中,电子设计软件EDA绝不意外地获得了同级项目中金额最多的扶持。像在EDA领域稳坐头把交椅的CADENCE公司,一年研发投入近60亿人民币,依然享受军方的呵护有加,分外掏钱支持工业软件做面向未来的创新设计。

这奶妈当的,自然也是天下无敌。这就是美国军方的思路:要让电子工业更强,电子设计软件先行。

工业软件的乐成,虽然离不开工业巨头的抚育,而更重要的是知识产权的转换机制,需要经心设计、无缝衔接。降生于波音公司的EASY5,最早其实是为军方开发使用的,随后由波音公司完成了商业化,包罗了飞机设计历程中实战而来的种种数据,快要500多个数据库模块。

经由近30年的不停积累和大量工程问题的磨练,可谓是波音公司工程仿真履历的结晶。而在2002年,其时还是独立的仿真软件公司 MSC,从波音手中收购EASY5,随后升级为Windows版本,并推向市场。

一时间,从军方的项目扶持,到主机厂的接手富厚,再到独立软件公司的彻底商业化,产权转换轻松自如。反观中国,也有许多好的产物,例如中国空气动力研究与生长中心的风雷软件PHengLei、航空623所的大型结构分析软件HAJIF。早在1985年,623主导的HAJIF有限元分析软件获国家科技进步一等奖。

工程师们花费数十年的心血,造就了尖锐的宝剑。而它们的运气却多是趴窝守家而已,呆在原地不动。就像嵌在墙壁上的邪术棒,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,邪术棒也会失效。没有商业化的情况,这些体系内的关闭专业软件(In-house)只能在奄奄一息中委曲续命,饿得皮包骨头,委曲为少得可怜的用户举行服务。一方面地里缺种少苗,一方面让仅存的庄稼苗饿着。

一时间也是中国工业软件的无边尴尬。小记:工业软件就是一笔最秘密的军器生意可能会让所有人都感应惊讶的是,美国国防部(DoD)其实是全世界最大的软件拥有者。在美国,军事软件一直就是可以独立成章的单独种别。

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开创的小我私家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、云盘算、人工智能、APP软件时代。然而,从1990年开始到现在的三十年间,纵然应用软件数量履历了大爆炸般地发作,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。然而,任你游戏荣耀、任你娱乐致死、任你雨后春笋APP,巨细软件多如牛毛,美国国防军工的应用软件的生长势头,从不减速。

表1 工业软件就是一笔军器生意(作图:林雪萍;数据泉源:《软件工程通史》)如此来看,从代码的数量而言,全球头号军器商洛克希德马丁很早就逾越微软成为最大的软件商,也就绝不奇怪了。随着美军向“网络中心战NCW”转移,各种武器统一上网,指挥中心将一统天下。

软件大鳄洛马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!而这背后需要几多软件的支持?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生长。

工业软件其实就是一笔看不见的军器生意。军工,才是工业软件之母。

作者:林雪萍(南山工业书院提倡人,北京联讯动力咨询公司总司理)鸣谢:中智浩云总裁戚国焕、杭州新迪数字总司理彭维、航空工业信息中心原首席照料宁振波给予的指导。更多精彩原创分析文章,敬请关注“微信民众号:知识自动化”。


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