國(guó)防工業(yè)如何造就了工業(yè)軟件

林雪萍

編者按：隨著“軍民融合”成為國(guó)家意志，近年來(lái)軍民攜手攻關(guān)重大創(chuàng)新項(xiàng)目，“軍轉(zhuǎn)民”、“民參軍”熱潮涌動(dòng)，軍民融合發(fā)展呈現(xiàn)整體推進(jìn)、加速發(fā)展的良好勢(shì)頭。堅(jiān)定實(shí)施軍民融合發(fā)展戰(zhàn)略，形成軍民融合深度發(fā)展格局，必將為實(shí)現(xiàn)中國(guó)夢(mèng)、強(qiáng)軍夢(mèng)提供動(dòng)力和支撐。

《中國(guó)經(jīng)濟(jì)周刊》從本期起，特開設(shè)軍民融合專欄，為更好地實(shí)現(xiàn)軍民深度融合、協(xié)同發(fā)展，提供專業(yè)觀點(diǎn)，報(bào)道經(jīng)典案例，展示未來(lái)趨勢(shì)。

大型工業(yè)軟件是數(shù)字設(shè)計(jì)與制造的根基，智能制造中不可或缺的工具，也是目前中國(guó)智能制造領(lǐng)域的最大短板之一。

回顧計(jì)算機(jī)硬件和軟件發(fā)展歷史，軍工行業(yè)對(duì)大型工業(yè)軟件的孵育和推進(jìn)無(wú)疑起到了決定性的作用。以美國(guó)為例，美國(guó)國(guó)防部幾十年如一日地持續(xù)推進(jìn)軟件工程，并且不遺余力將這些軟件推向民用市場(chǎng)，成就了如今美國(guó)在大型工業(yè)軟件上的霸主地位。

工業(yè)軟件，正是美國(guó)國(guó)防部一手扶持起來(lái)的。

軍方吃到了死螃蟹

二戰(zhàn)前后，模擬計(jì)算機(jī)是當(dāng)時(shí)戰(zhàn)場(chǎng)中的計(jì)算主力，它控制了幾乎所有炮彈的方向。這些計(jì)算機(jī)就像哪吒一樣，駕馭著那些呼嘯的火球，在地球上的海陸空全方位實(shí)施爆炸。

計(jì)算力，主宰了從火炮控制到魚雷瞄準(zhǔn)，再到諜報(bào)的密碼分析，這是軍事引領(lǐng)計(jì)算和軟件發(fā)展的時(shí)代。

1946年研制成功的電子計(jì)算機(jī)ENIAC（（Electronic Numerical Integrator and Calculator，“電子數(shù)值積分和計(jì)算機(jī)”）享盡美譽(yù)，這是第一臺(tái)以數(shù)值運(yùn)算為目的的計(jì)算機(jī)，這是一個(gè)計(jì)算機(jī)史上的傳奇，記錄了太多商業(yè)上的成功。然而，它的第一個(gè)主顧卻正是軍火承包商。

1949年，美國(guó)著名軍火商諾斯羅普？格魯曼委托ENIAC之父所創(chuàng)建的科學(xué)家公司（后來(lái)被大名鼎鼎的蘭德公司所收購(gòu)），建立了一臺(tái)二進(jìn)制自動(dòng)化計(jì)算機(jī)，用于彈道計(jì)算。由于是受客戶委托定制，可以認(rèn)為是第一臺(tái)商用計(jì)算機(jī)。這是一臺(tái)基于合同的計(jì)算機(jī)，可惜只生產(chǎn)了一臺(tái)。

這是一次失敗的商業(yè)化，因?yàn)樗⒉荒芡度胧褂?。雙方扯皮之后，最后不了了之。軍方吃到了一只死螃蟹，然而軍方?jīng)]有為失敗所動(dòng)。

這個(gè)時(shí)候并無(wú)大型程序的概念，因?yàn)榇鎯?chǔ)空間完全不足。這臺(tái)計(jì)算機(jī)的測(cè)試程序也不過(guò)50行代碼，然而這卻是工業(yè)軟件最早的萌芽。

這次萌芽，與軍火生意密切相關(guān)。

實(shí)際上，在整個(gè)四十年代，根據(jù)《軟件工程通史》作者Jones的統(tǒng)計(jì)，軍事和國(guó)防的軟件應(yīng)用數(shù)量，占據(jù)了整個(gè)市場(chǎng)的50% ；剩下的38%則都是為科學(xué)服務(wù)的。當(dāng)然，那個(gè)時(shí)候，科學(xué)也是為國(guó)防服務(wù)的。

工業(yè)軟件，正是美國(guó)國(guó)防部一手扶持起來(lái)的。

史上最昂貴的軟件來(lái)自軍方

美國(guó)在日本投下兩顆原子彈之后的同一個(gè)月份，蘇聯(lián)也引爆了自己的原子彈。這在世界軍事歷史上，第一次引入了敵我同歸于盡的概念。這次引爆，對(duì)計(jì)算機(jī)和軟件的發(fā)展，意外地產(chǎn)生了極其重要的影響。為了抗衡蘇聯(lián)的原子彈，美國(guó)決定引入一個(gè)大型防空系統(tǒng)SAGE（Semi-Automatic Ground Environment），保護(hù)美國(guó)本土不受敵方遠(yuǎn)程轟炸機(jī)攜帶核彈的突然侵襲。這是最早的網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)的思路，通過(guò)美國(guó)各地的雷達(dá)站，將監(jiān)測(cè)到的敵機(jī)動(dòng)向，傳送到空軍總部?？哲娭笓]員則從總部的顯示器上來(lái)跟蹤敵機(jī)的行蹤，命令就近軍分區(qū)進(jìn)行攔截。

SAGE整個(gè)技術(shù)方案由麻省林肯實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)制定，于1957年投入試運(yùn)行。在一系列的競(jìng)標(biāo)中，IBM戰(zhàn)勝了雷神等競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手 ，被委托開發(fā)SAGE系統(tǒng)。IBM重新搭建新班子、租用新場(chǎng)地完成開發(fā)。

最初的SAGE，采用低級(jí)語(yǔ)言（匯編語(yǔ)言）編寫，達(dá)到50萬(wàn)行代碼，使其成為最大的軟件應(yīng)用。實(shí)際上，這個(gè)系統(tǒng)吸引了很多公司參與開發(fā)。SAGE軟件開發(fā)計(jì)劃成了軟件工程開發(fā)中最“崇高”的事業(yè)之一。當(dāng)時(shí)美國(guó)程序員的數(shù)目為大約1200名，有700人為SAGE項(xiàng)目工作。著名的智囊公司蘭德也加入其中，成立了獨(dú)立的系統(tǒng)開發(fā)公司，以進(jìn)一步開發(fā)這個(gè)估計(jì)需要100萬(wàn)行代碼的軟件。

從50年代開始，SAGE是當(dāng)時(shí)最大的計(jì)算機(jī)和軍用軟件的應(yīng)用程序，是軍事預(yù)算的饑餓巨獸。到了60年代，這個(gè)項(xiàng)目達(dá)到了驚人的120億美元（相當(dāng)于2014年的1000億美元）。這種巨量投入，使得SAGE成為徹底顛覆三觀的軟件野蠻人。

SAGE防空系統(tǒng)作為當(dāng)時(shí)世界上最大的計(jì)算機(jī)及軍用軟件應(yīng)用，集成了計(jì)算機(jī)、工業(yè)軟件、通信和網(wǎng)絡(luò)的成就，一時(shí)也是獨(dú)霸一方。它正在預(yù)示著全新的現(xiàn)代信息戰(zhàn)爭(zhēng)的曙光。

然而SAGE系統(tǒng)高昂的費(fèi)用，讓這些系統(tǒng)無(wú)法持續(xù)太久。SAGE計(jì)劃并未完全實(shí)施，到了60年代中期就下馬了。此時(shí)，軍民合用的概念也開始出現(xiàn)。后來(lái)出現(xiàn)的聯(lián)合監(jiān)視系統(tǒng)，就是為了減輕SAGE系統(tǒng)造成的沉重經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。軍用、民用雷達(dá)盡可能兼用，以減少雷達(dá)運(yùn)行費(fèi)用，并用13個(gè)空軍和聯(lián)邦防空局的聯(lián)合控制中心替代了SAGE系統(tǒng)的控制中心。此舉據(jù)說(shuō)減少了6000名工作人員，大大節(jié)省了開支。

SAGE系統(tǒng)一直使用到1983年才得以退役。這是一個(gè)里程碑式的變化，真正改變了美國(guó)政府對(duì)國(guó)防部的預(yù)算態(tài)度，從此以后，武器的軟件開支，也成為國(guó)家預(yù)算中最為重要的支出。

這是一個(gè)典型的軍民融合的故事。然而最精彩的地方，依然是SAGE帶來(lái)的工業(yè)軟件技術(shù)的孵化。它的研究成果在民用工業(yè)中發(fā)揚(yáng)光大，致使傳統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)繪圖方法發(fā)生了革命性變化。

工業(yè)設(shè)計(jì)軟件CAD的誕生

1950年，美國(guó)麻省理工學(xué)院首次在計(jì)算機(jī)顯示器上生成了簡(jiǎn)單圖形之后，又主持了美國(guó)國(guó)防部防空系統(tǒng)SAGE的方案研制。當(dāng)時(shí)一種全新的人機(jī)交互工具——光筆，開始誕生。光筆可以對(duì)屏幕上的字符串進(jìn)行控制，這種交互操作方式，就像是使用鼠標(biāo)器來(lái)選擇菜單。

將SAGE計(jì)劃中的光筆交互圖形技術(shù)應(yīng)用到工程繪圖中來(lái)，要?dú)w功于麻省的Sutherland博士。他在1963年完成了博士論文，并完成了使用光筆在計(jì)算機(jī)屏幕上選取、定位圖形要素的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)對(duì)話式的交互作業(yè)。同時(shí)提出將圖形分解為子圖和圖元的層次數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，為60年代中至70年代末計(jì)算機(jī)輔助繪圖CAD（此時(shí)還停留在“繪圖”而非“設(shè)計(jì)”的意義上）技術(shù)的大發(fā)展，奠定了原型示范基礎(chǔ)。

與此同時(shí)，1964年秋IBM公司著手開發(fā)交互圖形終端的第一代產(chǎn)品IBM2250，最早采用光筆作為交互輸入手段，以便執(zhí)行畫直線、圓弧等命令。

CAD像一只即將要出殼的小雞，啄食著最后要穿破的蛋殼。

而此時(shí)，美國(guó)工業(yè)正處于突飛猛進(jìn)的時(shí)期，最具象征性的兩大行業(yè)迅速做出反應(yīng)。

首先是汽車工業(yè)，美國(guó)通用汽車公司與IBM合作，開發(fā)了最早的CAD系統(tǒng)。

與此同時(shí)，美國(guó)洛克希德飛機(jī)公司和麥克唐納飛機(jī)公司也各自獨(dú)立在IBM2250上開發(fā)了自己的二維繪圖系統(tǒng)，并逐漸形成了最早的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造系統(tǒng)。隨后，這些軍火商本來(lái)僅用于內(nèi)部使用的專有系統(tǒng)，開始作為商品對(duì)外出售，成為70年代至80年代中期IBM主機(jī)上應(yīng)用最廣的第一代工業(yè)設(shè)計(jì)軟件。

歐洲也做出了反應(yīng)。以生產(chǎn)幻影2000和陣風(fēng)戰(zhàn)斗機(jī)聞名的法國(guó)達(dá)索航空 的工業(yè)軟件部門開發(fā)了知名的CATIA軟件，隨后軟件部門分離出來(lái)并形成獨(dú)立的達(dá)索系統(tǒng)公司。達(dá)索航空首先是CATIA的開發(fā)者，隨后是堅(jiān)定的用戶和支持者。達(dá)索同時(shí)還積極引進(jìn)洛克希德馬丁公司的軟件進(jìn)行學(xué)習(xí)。時(shí)運(yùn)輪流轉(zhuǎn)，1989年洛克希德飛機(jī)公司缺少資金開發(fā)新型戰(zhàn)斗機(jī)，決定出售旗下的工業(yè)軟件子公司，幾番輾轉(zhuǎn)，最后全部被達(dá)索系統(tǒng)收購(gòu)。

這種跨國(guó)之間的工程知識(shí)融合，帶有強(qiáng)烈的軍方色彩，造就了來(lái)日輝煌的三大高端工業(yè)軟件之一的CATIA。它繼承了法國(guó)達(dá)索和美國(guó)洛克希德兩家頂級(jí)軍機(jī)制造商的傳統(tǒng)，因此也成為當(dāng)前航空工業(yè)軟件中必不可少的佼佼者。

沒(méi)有軍方，就沒(méi)有CAD產(chǎn)業(yè)

80年代初，CAD系統(tǒng)價(jià)格依然令一般企業(yè)望而卻步，這使得CAD技術(shù)無(wú)法擁有更廣闊的市場(chǎng)。曾幾何時(shí)，在國(guó)內(nèi)租用一套CATIA的年租金即需15萬(wàn)～20萬(wàn)美元；而仿真軟件在1988年第一次進(jìn)入中國(guó)時(shí)，使用IBM大型機(jī)版本，3年租金就達(dá)到19萬(wàn)美元。

另外，由于工業(yè)軟件最開始的開發(fā)者本身也是軍工用戶，彼此之間技術(shù)保密。軟件商品化程度一般都很低。因此，只有少數(shù)幾家受到國(guó)家財(cái)政支持的軍火商，在70年代冷戰(zhàn)時(shí)期才有條件獨(dú)立開發(fā)或依托某廠商發(fā)展CAD技術(shù)，美國(guó)洛克希德公司、波音、麥道、美國(guó)宇航局、法國(guó)達(dá)索航空、通用電氣等這些當(dāng)時(shí)最為響當(dāng)當(dāng)?shù)膰?guó)防和軍火巨頭，都為CAD軟件的發(fā)展起到了助推作用。

除了軍工行業(yè)之外，CAD技術(shù)同樣吸引了如日中天的民用汽車制造巨頭。汽車制造商紛紛開始摸索開發(fā)一些曲面系統(tǒng)為自己服務(wù)，如大眾汽車公司、福特汽車公司、雷諾汽車公司。還有豐田、通用汽車公司等都開發(fā)了自己的CAD系統(tǒng)。然而，由于無(wú)軍方支持，開發(fā)經(jīng)費(fèi)及經(jīng)驗(yàn)不足，其開發(fā)出來(lái)的軟件商品化程度都較軍方支持的系統(tǒng)要低，功能覆蓋面和軟件水平亦相差較大 。

這些喧鬧的公司，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展和上百次的并購(gòu)，最后被合并同類項(xiàng)之后，形成了今天的工業(yè)軟件寡頭壟斷的局面。如果為了簡(jiǎn)化復(fù)雜的歷史輪廓，拋開曲折的并購(gòu)商業(yè)史，可以得出一句干脆的結(jié)論：沒(méi)有軍方支持的CAD軟件，最后不可能活下來(lái)。

同樣在中國(guó)，某型號(hào)軍機(jī)也是CATIA V5在全球的第一個(gè)用戶。來(lái)自中國(guó)軍機(jī)用戶者的大量建議使得V5得以快速完善，其商業(yè)化之路，更加穩(wěn)健。

同樣，如果去翻看仿真軟件CAE的歷史，也同樣寫滿了軍方和航空航天的強(qiáng)烈印記。

除了軟件產(chǎn)品本身，美國(guó)軍方在制定工業(yè)軟件的標(biāo)準(zhǔn)上，從未有過(guò)遲鈍的時(shí)候。隨著各種軟件的使用，相互交換產(chǎn)品信息成為一種必須。許多國(guó)家紛紛開始制定數(shù)字化產(chǎn)品的格式標(biāo)準(zhǔn)。這其中最有影響力的，當(dāng)數(shù)美國(guó)提出的原始圖形交換規(guī)范。它是美國(guó)空軍提出集成計(jì)算機(jī)輔助制造ICAM計(jì)劃，由美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局組織波音公司、通用電氣等共同商議制定。1980年初公布第一版，已經(jīng)成為事實(shí)上的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，幾乎所有的CAD系統(tǒng)都配置該標(biāo)準(zhǔn)接口。它也極大地促進(jìn)了其他格式的發(fā)展。1982年美國(guó)空軍再次以麥道軍機(jī)部為主，形成了產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換規(guī)范，并成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織制定數(shù)字化設(shè)計(jì)的重要支撐 。

美國(guó)空軍的ICAM計(jì)劃，一方面對(duì)分析設(shè)計(jì)方法影響深遠(yuǎn)；更重要的是，它帶動(dòng)了另外一個(gè)宏大的柔性制造計(jì)劃，那就是計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS。這個(gè)概念隨后被納入到“863計(jì)劃”，成為中國(guó)制造業(yè)走向信息化的啟蒙課本，對(duì)中國(guó)當(dāng)前的從業(yè)人員影響深遠(yuǎn)。

從某種意義上來(lái)看可以說(shuō)中國(guó)的CAD行業(yè)，還帶有一點(diǎn)點(diǎn)遙遠(yuǎn)的美國(guó)軍部的氣息。

軍工和軟件，始終在一起

隨后30年，我們可以按下快進(jìn)鍵一閃而過(guò)。這些被國(guó)防軍工所孵化、養(yǎng)大、送上馬的工業(yè)軟件商們，都已經(jīng)樂(lè)滋滋地走上了市場(chǎng)化的道路。有了國(guó)防軍工大把經(jīng)費(fèi)的多年滋養(yǎng)，通過(guò)并購(gòu)、國(guó)際化的路線，它們已經(jīng)是完全走向成熟的企業(yè)。然而，軍方依然像一個(gè)不離不棄的大奶媽，繼續(xù)毫不動(dòng)搖地支持工業(yè)軟件的發(fā)展。

今年7月份，美國(guó)國(guó)防部推動(dòng)的“電子復(fù)興計(jì)劃ERI”所公開的5年項(xiàng)目中，電子設(shè)計(jì)軟件意外地獲得了同級(jí)項(xiàng)目中金額最多的扶持。像在電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件工具領(lǐng)域穩(wěn)坐的領(lǐng)頭羊CADENCE公司，一年研發(fā)投入近60億元人民幣，依然得到軍方的重點(diǎn)呵護(hù)，額外掏錢支持工業(yè)軟件做面向未來(lái)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。這就是美國(guó)軍方的思路：要讓芯片產(chǎn)業(yè)更強(qiáng)，電子設(shè)計(jì)軟件必須先行。

這就是工業(yè)軟件的價(jià)值。

工業(yè)軟件的成功，固然離不開工業(yè)巨頭的撫養(yǎng)，而更重要的知識(shí)產(chǎn)權(quán)的轉(zhuǎn)換機(jī)制，需要精心設(shè)計(jì)、無(wú)縫銜接。誕生于波音公司的一個(gè)工業(yè)軟件模塊，最早其實(shí)是為軍方開發(fā)使用，隨后由波音公司完成了商業(yè)化。經(jīng)過(guò)近30年的不斷積累和大量工程問(wèn)題的檢驗(yàn)，可謂波音公司工程仿真經(jīng)驗(yàn)的結(jié)晶。而在2002年，一家商業(yè)化的仿真軟件公司從波音手中收購(gòu)它，隨后升級(jí)為Windows版本，得到市場(chǎng)上廣泛的好評(píng)。這就是無(wú)縫集成，從軍方到主機(jī)廠，再到獨(dú)立軟件公司，產(chǎn)權(quán)轉(zhuǎn)換輕松自如。

反觀國(guó)內(nèi)，也有很多好的產(chǎn)品，例如中國(guó)空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心的風(fēng)雷軟件PHengLei、航空623所的大型結(jié)構(gòu)分析軟件HAJIF。早在1985年，623所主導(dǎo)的HAJIF有限元分析軟件獲國(guó)家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。數(shù)十年的工程師心血，造就了鋒利的寶劍，而它們的命運(yùn)多就是趴窩守家而已，待在原地不動(dòng)。就像嵌在墻壁上的魔法棒，閃閃發(fā)光，卻無(wú)人敢于從體制高墻摘下來(lái)?yè)]舞。

然而，沒(méi)有新的動(dòng)力源引入，魔法棒也會(huì)失效。沒(méi)有商業(yè)化的環(huán)境，這些體系內(nèi)的封閉專業(yè)軟件只能在奄奄一息中勉強(qiáng)續(xù)命，餓得皮包骨頭，勉強(qiáng)為少得可憐的用戶進(jìn)行服務(wù)。

一方面地里缺種少苗，另一方面讓僅存的莊稼苗餓著。這也是中國(guó)工業(yè)軟件的尷尬。

工業(yè)軟件是最秘密的軍火生意

可能讓所有人都會(huì)驚訝的是，美國(guó)國(guó)防部其實(shí)是全世界最大的軟件擁有者。

在美國(guó)，軍事軟件一直是可以獨(dú)立成章的單獨(dú)類別。在最近幾十年的商業(yè)史中，密密麻麻寫滿了軟件的傳奇故事：無(wú)論是Windows 95開創(chuàng)的個(gè)人PC機(jī)的巔峰時(shí)代，還是輝煌一時(shí)的互聯(lián)網(wǎng)，或者是打爆天下的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、人工智能、工業(yè)APP軟件時(shí)代。然而，從1990年開始到現(xiàn)在的近30年間，即使應(yīng)用軟件數(shù)量經(jīng)歷了大爆炸般的爆發(fā)，美國(guó)軍事和國(guó)防應(yīng)用軟件的數(shù)量，依然牢牢地占據(jù)了16%的比例。大小軟件多如牛毛，然而，任你游戲榮耀、任你娛樂(lè)至死、任你雨后春筍APP，美國(guó)國(guó)防軍工的應(yīng)用軟件的數(shù)量比例，巋然不動(dòng)。

如此來(lái)看，從代碼的數(shù)量而言，全球頭號(hào)軍火商洛克希德馬丁很早就超越微軟，成為最大的軟件商，也就毫不奇怪了。隨著美軍向“網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)NCW”轉(zhuǎn)移，各類武器統(tǒng)一上網(wǎng)，指揮中心將一統(tǒng)天下。軟件大鱷自然也成為最大贏家。一個(gè)單兵就是全系統(tǒng)，這才是未來(lái)的武器之王！而這背后需要多少軟件的支持？

落雨知時(shí)節(jié)，潤(rùn)物細(xì)無(wú)聲，美國(guó)軍工行業(yè)一直高調(diào)而持久地推動(dòng)著民用工業(yè)軟件的發(fā)展。工業(yè)軟件其實(shí)就是一筆看不見的軍火生意。

軍工，才是工業(yè)軟件之母。

（作者系南山工業(yè)書院創(chuàng)始人、北京聯(lián)訊動(dòng)力咨詢公司總經(jīng)理）