国防工业如何造就了工业软件

•   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。

  工业软件，正是美国国防部一手扶持起来的。

  军方吃到了死螃蟹。

  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。

  这次萌芽，与军火生意密切相关。

  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。

  工业软件，正是美国国防部一手扶持起来的。

•   史上最昂贵的软件来自军方

  美国在日本投下两颗原子弹之后的同一个月份，苏联也引爆了自己的原子弹。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。为了抗衡苏联的原子弹，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。

• 工业设计软件CAD的诞生

  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。

  CAD像一只即将要出壳的小鸡，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。

•   没有军方，就没有CAD产业

  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；而仿真软件在1988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。

•   军工和软件，始终在一起

  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。

  这就是工业软件的价值。

  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真经验的结晶。而在2002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。

•   工业软件是最秘密的军火生意

  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。

  军工，才是工业软件之母。