航空軟件困窘,國(guó)產(chǎn)飛機(jī)設(shè)計(jì)戴上“緊箍咒”

“30多年前,我讀研究生時(shí)就在編寫飛機(jī)設(shè)計(jì)和分析軟件,當(dāng)時(shí)我國(guó)的航空設(shè)計(jì)軟件跟國(guó)外同時(shí)起步,但是現(xiàn)在市場(chǎng)已經(jīng)完全被國(guó)外掌控。”說(shuō)起飛機(jī)設(shè)計(jì)軟件發(fā)展歷程,南京航空航天大學(xué)教授、NH40飛機(jī)總設(shè)計(jì)師姚衛(wèi)星覺(jué)得不可思議。

自上世紀(jì)80年代后,世界航空業(yè)就邁入數(shù)字化設(shè)計(jì)的新階段,現(xiàn)在已經(jīng)達(dá)到離開(kāi)軟件就無(wú)法設(shè)計(jì)的高度依賴。設(shè)計(jì)一架飛機(jī)至少需要十幾種專業(yè)軟件,全是歐美國(guó)家產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)單位不僅要投入巨資購(gòu)買軟件,而且頭戴鋼圈,一旦被念“緊箍咒”,整個(gè)航空產(chǎn)業(yè)將陷入癱瘓。

數(shù)字化“造”飛機(jī)更靠譜

飛機(jī)設(shè)計(jì)涉及到30多個(gè)學(xué)科專業(yè),每個(gè)專業(yè)都有自己的設(shè)計(jì)軟件,它們是飛機(jī)設(shè)計(jì)及性能評(píng)估不可缺少的工具。

姚衛(wèi)星告訴記者,設(shè)計(jì)飛機(jī)全過(guò)程在CATIA為基礎(chǔ)的平臺(tái)上開(kāi)展。首先要從氣動(dòng)外形開(kāi)始,主要用到的軟件有Fluent、AAA等;然后是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),主要用到的軟件有MSC NASTRAN、Abques、Fatigue、Analsis等;同時(shí)開(kāi)展系統(tǒng)設(shè)計(jì),包括操作系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和人機(jī)環(huán)境等,主要用到的軟件有ADMS、Simulink等;最后,還要把設(shè)計(jì)好的部件在計(jì)算機(jī)中“組裝”成飛機(jī),并輸入各種參數(shù)模擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境進(jìn)行測(cè)試。

飛機(jī)設(shè)計(jì)不僅流程繁瑣,而且零部件數(shù)量龐大,加工制造容不得絲毫誤差。在手工設(shè)計(jì)時(shí)期,返工修改是飛機(jī)制造業(yè)最常見(jiàn)的通病。以我國(guó)飛豹飛機(jī)為例,如用傳統(tǒng)手工設(shè)計(jì),按常規(guī)考量估計(jì)有近6000張工程更改單。采用數(shù)字化設(shè)計(jì)的飛豹,工程更改單僅有1041張,工程量減少80%左右。

據(jù)媒體報(bào)道,設(shè)計(jì)殲-10飛機(jī)時(shí),主起落架主承力結(jié)構(gòu)的整個(gè)金屬部件是委托國(guó)外制造。但造完之后,起落架的收放出現(xiàn)問(wèn)題,有5毫米的誤差,只好重新訂貨制造。僅僅是這一點(diǎn)點(diǎn)的誤差,影響了殲-10首飛推遲了八九個(gè)月。沒(méi)有全數(shù)字化的軟件支撐,任何一點(diǎn)細(xì)微的誤差,都可能成為制造業(yè)的夢(mèng)魘。

記者查詢公開(kāi)報(bào)道得知,飛豹有54000多個(gè)結(jié)構(gòu)件,43萬(wàn)個(gè)標(biāo)準(zhǔn)件;最新列裝的運(yùn)-20有近千萬(wàn)個(gè)零部件。如此復(fù)雜的產(chǎn)品,沒(méi)有全數(shù)字化設(shè)計(jì),幾乎是不可想象的。

發(fā)令槍響了30年還在原地走

上世紀(jì)80年代,得益于計(jì)算機(jī)技術(shù)的興起,我國(guó)的航空設(shè)計(jì)軟件與國(guó)外同時(shí)起步。

“現(xiàn)在這些名氣很大的軟件,起初都是航空公司或大學(xué)科研人員開(kāi)發(fā)的,比如CATIA軟件,功能很強(qiáng)大,現(xiàn)在全球的飛機(jī)公司基本都用這個(gè)軟件在設(shè)計(jì),就是法國(guó)達(dá)索公司一個(gè)設(shè)計(jì)室研發(fā)的;還有AAA軟件,是美國(guó)一個(gè)大學(xué)教授開(kāi)發(fā)的。”姚衛(wèi)星說(shuō),我國(guó)的航空設(shè)計(jì)軟件起步階段與國(guó)外差不多,也是科研人員根據(jù)工作需要琢磨著編寫出來(lái)的。

例如,中航集團(tuán)623所上世紀(jì)80年代就開(kāi)發(fā)出一款“航空結(jié)構(gòu)分析軟件(HIJF)”,主要功能與大名鼎鼎的美國(guó)NASTRAN軟件相近,但是現(xiàn)在鮮有人用。

其差別就在于,國(guó)外軟件開(kāi)發(fā)出來(lái)后,會(huì)根據(jù)設(shè)計(jì)需要,一步步升級(jí)改進(jìn),目的是使軟件好用易用、讓更多的人使用;而國(guó)內(nèi)的軟件開(kāi)發(fā)出來(lái)后,只要計(jì)算結(jié)果正確,誰(shuí)也不會(huì)花精力去美化界面、增添功能,軟件的使用者也僅局限于本單位或本科室甚至是某幾個(gè)人,除此以外,別人既看不懂也不會(huì)用。

久而久之,大家也就更樂(lè)于使用成熟、美觀且好用的國(guó)外軟件。

但是,使用國(guó)外軟件的代價(jià)也是相當(dāng)大的。“比如達(dá)索的CATIA,國(guó)內(nèi)任何一個(gè)航空設(shè)計(jì)單位在這一個(gè)軟件上花的錢都要上千萬(wàn)。”姚衛(wèi)星說(shuō),航空設(shè)計(jì)軟件少則幾十萬(wàn)元,多則近千萬(wàn)元,每增加一個(gè)賬號(hào)還要另付一筆費(fèi)用,過(guò)幾年升級(jí)版本還要付費(fèi)。如果要完整地設(shè)計(jì)一架飛機(jī),需要十幾甚至幾十個(gè)軟件,花費(fèi)可想而知。

航空設(shè)計(jì)軟件自給還需補(bǔ)足市場(chǎng)課

航空設(shè)計(jì)軟件起早趕晚集,是缺人還是缺錢?都不是。

我國(guó)信息產(chǎn)業(yè)已涌現(xiàn)出華為等知名企業(yè),在某些應(yīng)用領(lǐng)域甚至領(lǐng)先于發(fā)達(dá)國(guó)家。

“航空設(shè)計(jì)軟件的程序代碼與普通軟件并沒(méi)有什么不同,但是背后需要強(qiáng)大的理論支撐。比如用來(lái)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的有限元軟件,基本原理就來(lái)自我國(guó)馮康院士提出的‘有限元’理論。”

姚衛(wèi)星說(shuō),他根據(jù)自己的研究理論開(kāi)發(fā)的結(jié)構(gòu)疲勞分析軟件,也是業(yè)內(nèi)公認(rèn)的“獨(dú)門秘籍”,國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)飛機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)都請(qǐng)他去計(jì)算過(guò)結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度,國(guó)外公司為了獲取“秘籍”邀請(qǐng)他當(dāng)顧問(wèn)、高薪聘用他的學(xué)生,但是都沒(méi)有開(kāi)發(fā)出相似的軟件。

在我國(guó)航空設(shè)計(jì)單位中,類似的現(xiàn)象還有不少。可以說(shuō),我國(guó)并不缺少相應(yīng)的人才和理論基礎(chǔ)。近年來(lái),有關(guān)部門也組織科研單位集中力量開(kāi)發(fā)相應(yīng)軟件,但時(shí)至今日,市場(chǎng)上也看不到哪個(gè)國(guó)產(chǎn)軟件在流通使用。

“國(guó)有科研單位以型號(hào)為管理目標(biāo),導(dǎo)致軟件后續(xù)開(kāi)發(fā)難以持續(xù),而民營(yíng)企業(yè)又沒(méi)有航空專業(yè)人才。”姚衛(wèi)星說(shuō),航空設(shè)計(jì)軟件想要與國(guó)外媲美,必須有市場(chǎng)化思維。且這類軟件開(kāi)發(fā)周期較長(zhǎng)、基礎(chǔ)理論要求高,需要國(guó)有科研單位與民營(yíng)軟件公司配合,理順上下游產(chǎn)業(yè)鏈。

“沒(méi)有哪個(gè)軟件是完美的,國(guó)家應(yīng)多研究出臺(tái)政策,鼓勵(lì)國(guó)產(chǎn)軟件的開(kāi)發(fā)和使用。”姚衛(wèi)星說(shuō),高校院所也應(yīng)改進(jìn)考核機(jī)制,讓科研人員愿意投入幾年甚至更長(zhǎng)時(shí)間開(kāi)發(fā)一款航空設(shè)計(jì)軟件且不受評(píng)價(jià)機(jī)制的影響成為可能。(記者 張 曄)