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《中國經濟週刊》特約撰稿人 林雪萍
（本文刊發於《中國經濟週刊》2018年第43期）
隨著“軍民融合”成為國家意志，近年來軍民攜手攻關重大創新項目，“軍轉民”、“民參軍”熱潮湧動，軍民融合發展呈現整體推進、加速發展的良好勢頭。堅定實施軍民融合發展戰略，形成軍民融合深度發展格局，必將為實現中國夢、強軍夢提供動力和支撐。
《中國經濟週刊》從本期起，特開設軍民融合專欄，為更好地實現軍民深度融合、協同發展，提供專業觀點，報道經典案例，展示未來趨勢。
大型工業軟件是數字設計與製造的根基，智能製造中不可或缺的工具，也是目前中國智能製造領域的最大短板之一。
回顧計算機硬件和軟件發展歷史，軍工行業對大型工業軟件的孵育和推進無疑起到了決定性的作用。以美國為例，美國國防部幾十年如一日地持續推進軟件工程，並且不遺餘力將這些軟件推向民用市場，成就瞭如今美國在大型工業軟件上的霸主地位。
工業軟件，正是美國國防部一手扶持起來的。
軍方吃到了死螃蟹
二戰前後，模擬計算機是當時戰場中的計算主力，它控制了幾乎所有炮彈的方向。這些計算機就像哪吒一樣，駕馭著那些呼嘯的火球，在地球上的海陸空全方位實施爆炸。
計算力，主宰了從火炮控制到魚雷瞄準，再到諜報的密碼分析，這是軍事引領計算和軟件發展的時代。
1946年研製成功的電子計算機ENIAC（（Electronic Numerical Integrator and Calculator，“電子數值積分和計算機”）享盡美譽，這是第一臺以數值運算為目的的計算機，這是一個計算機史上的傳奇，記錄了太多商業上的成功。然而，它的第一個主顧卻正是軍火承包商。
1949年，美國著名軍火商諾斯羅普?格魯曼委託ENIAC之父所創建的科學家公司（後來被大名鼎鼎的蘭德公司所收購），建立了一臺二進制自動化計算機，用於彈道計算。由於是受客戶委託定製，可以認為是第一臺商用計算機。這是一臺基於合同的計算機，可惜只生產了一臺。
這是一次失敗的商業化，因為它並不能投入使用。雙方扯皮之後，最後不了了之。軍方吃到了一隻死螃蟹，然而軍方沒有為失敗所動。
這個時候並無大型程序的概念，因為存儲空間完全不足。這臺計算機的測試程序也不過50行代碼，然而這卻是工業軟件最早的萌芽。
這次萌芽，與軍火生意密切相關。
實際上，在整個四十年代，根據《軟件工程通史》作者Jones的統計，軍事和國防的軟件應用數量，佔據了整個市場的50% ；剩下的38%則都是為科學服務的。當然，那個時候，科學也是為國防服務的。
工業軟件，正是美國國防部一手扶持起來的。
史上最昂貴的軟件來自軍方
美國在日本投下兩顆原子彈之後的同一個月份，蘇聯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於盡的概念。這次引爆，對計算機和軟件的發展，意外地產生了極其重要的影響。為了抗衡蘇聯的原子彈，美國決定引入一個大型防空系統SAGE（Semi-Automatic Ground Environment），保護美國本土不受敵方遠程轟炸機攜帶核彈的突然侵襲。這是最早的網絡戰的思路，通過美國各地的雷達站，將監測到的敵機動向，傳送到空軍總部。空軍指揮員則從總部的顯示器上來跟蹤敵機的行蹤，命令就近軍分區進行攔截。
SAGE整個技術方案由麻省林肯實驗室負責制定，於1957年投入試運行。在一系列的競標中，IBM戰勝了雷神等競爭對手 ，被委託開發SAGE系統。IBM重新搭建新班子、租用新場地完成開發。
最初的SAGE，採用低級語言（彙編語言）編寫，達到50萬行代碼，使其成為最大的軟件應用。實際上，這個系統吸引了很多公司參與開發。SAGE軟件開發計劃成了軟件工程開發中最“崇高”的事業之一。當時美國程序員的數目為大約1200名，有700人為SAGE項目工作。著名的智囊公司蘭德也加入其中，成立了獨立的系統開發公司，以進一步開發這個估計需要100萬行代碼的軟件。
從50年代開始，SAGE是當時最大的計算機和軍用軟件的應用程序，是軍事預算的飢餓巨獸。到了60年代，這個項目達到了驚人的120億美元（相當於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防空系統作為當時世界上最大的計算機及軍用軟件應用，集成了計算機、工業軟件、通信和網絡的成就，一時也是獨霸一方。它正在預示著全新的現代信息戰爭的曙光。
然而SAGE系統高昂的費用，讓這些系統無法持續太久。SAGE計劃並未完全實施，到了60年代中期就下馬了。此時，軍民合用的概念也開始出現。後來出現的聯合監視系統，就是為了減輕SAGE系統造成的沉重經濟負擔。軍用、民用雷達儘可能兼用，以減少雷達運行費用，並用13個空軍和聯邦防空局的聯合控制中心替代了SAGE系統的控制中心。此舉據說減少了6000名工作人員，大大節省了開支。
SAGE系統一直使用到1983年才得以退役。這是一個里程碑式的變化，真正改變了美國政府對國防部的預算態度，從此以後，武器的軟件開支，也成為國家預算中最為重要的支出。
這是一個典型的軍民融合的故事。然而最精彩的地方，依然是SAGE帶來的工業軟件技術的孵化。它的研究成果在民用工業中發揚光大，致使傳統的工程設計繪圖方法發生了革命性變化。
工業設計軟件CAD的誕生
1950年，美國麻省理工學院首次在計算機顯示器上生成了簡單圖形之後，又主持了美國國防部防空系統SAGE的方案研製。當時一種全新的人機交互工具——光筆，開始誕生。光筆可以對屏幕上的字符串進行控制，這種交互操作方式，就像是使用鼠標器來選擇菜單。
將SAGE計劃中的光筆交互圖形技術應用到工程繪圖中來，要歸功於麻省的Sutherland博士。他在1963年完成了博士論文，並完成了使用光筆在計算機屏幕上選取、定位圖形要素的系統，實現了人機對話式的交互作業。同時提出將圖形分解為子圖和圖元的層次數據結構，為60年代中至70年代末計算機輔助繪圖CAD（此時還停留在“繪圖”而非“設計”的意義上）技術的大發展，奠定了原型示範基礎。
與此同時，1964年秋IBM公司著手開發交互圖形終端的第一代產品IBM2250，最早採用光筆作為交互輸入手段，以便執行畫直線、圓弧等命令。
CAD像一隻即將要出殼的小雞，啄食著最後要穿破的蛋殼。
而此時，美國工業正處於突飛猛進的時期，最具象徵性的兩大行業迅速做出反應。
首先是汽車工業，美國通用汽車公司與IBM合作，開發了最早的CAD系統。
與此同時，美國洛克希德飛機公司和麥克唐納飛機公司也各自獨立在IBM2250上開發了自己的二維繪圖系統，並逐漸形成了最早的計算機輔助設計與製造系統。隨後，這些軍火商本來僅用於內部使用的專有系統，開始作為商品對外出售，成為70年代至80年代中期IBM主機上應用最廣的第一代工業設計軟件。
歐洲也做出了反應。以生產幻影2000和陣風戰鬥機聞名的法國達索航空 的工業軟件部門開發了知名的CATIA軟件，隨後軟件部門分離出來並形成獨立的達索系統公司。達索航空首先是CATIA的開發者，隨後是堅定的用戶和支持者。達索同時還積極引進洛克希德馬丁公司的軟件進行學習。時運輪流轉，1989年洛克希德飛機公司缺少資金開發新型戰鬥機，決定出售旗下的工業軟件子公司，幾番輾轉，最後全部被達索系統收購。
這種跨國之間的工程知識融合，帶有強烈的軍方色彩，造就了來日輝煌的三大高端工業軟件之一的CATIA。它繼承了法國達索和美國洛克希德兩家頂級軍機制造商的傳統，因此也成為當前航空工業軟件中必不可少的佼佼者。
沒有軍方，就沒有CAD產業
80年代初，CAD系統價格依然令一般企業望而卻步，這使得CAD技術無法擁有更廣闊的市場。曾幾何時，在國內租用一套CATIA的年租金即需15萬～20萬美元；而仿真軟件在1988年第一次進入中國時，使用IBM大型機版本，3年租金就達到19萬美元。
另外，由於工業軟件最開始的開發者本身也是軍工用戶，彼此之間技術保密。軟件商品化程度一般都很低。因此，只有少數幾家受到國家財政支持的軍火商，在70年代冷戰時期才有條件獨立開發或依託某廠商發展CAD技術，美國洛克希德公司、波音、麥道、美國宇航局、法國達索航空、通用電氣等這些當時最為響噹噹的國防和軍火巨頭，都為CAD軟件的發展起到了助推作用。
除了軍工行業之外，CAD技術同樣吸引瞭如日中天的民用汽車製造巨頭。汽車製造商紛紛開始摸索開發一些曲面系統為自己服務，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了自己的CAD系統。然而，由於無軍方支持，開發經費及經驗不足，其開發出來的軟件商品化程度都較軍方支持的系統要低，功能覆蓋面和軟件水平亦相差較大 。
這些喧鬧的公司，經過幾十年的發展和上百次的併購，最後被合併同類項之後，形成了今天的工業軟件寡頭壟斷的局面。如果為了簡化複雜的歷史輪廓，拋開曲折的併購商業史，可以得出一句乾脆的結論：沒有軍方支持的CAD軟件，最後不可能活下來。
同樣在中國，某型號軍機也是CATIA V5在全球的第一個用戶。來自中國軍機用戶者的大量建議使得V5得以快速完善，其商業化之路，更加穩健。
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烈印記。
除了軟件產品本身，美國軍方在制定工業軟件的標準上，從未有過遲鈍的時候。隨著各種軟件的使用，相互交換產品信息成為一種必須。許多國家紛紛開始制定數字化產品的格式標準。這其中最有影響力的，當數美國提出的原始圖形交換規範。它是美國空軍提出集成計算機輔助製造ICAM計劃，由美國國家標準局組織波音公司、通用電氣等共同商議制定。1980年初公佈第一版，已經成為事實上的國際標準，幾乎所有的CAD系統都配置該標準接口。它也極大地促進了其他格式的發展。1982年美國空軍再次以麥道軍機部為主，形成了產品數據交換規範，併成為國際標準組織制定數字化設計的重要支撐 。
美國空軍的ICAM計劃，一方面對分析設計方法影響深遠；更重要的是，它帶動了另外一個宏大的柔性製造計劃，那就是計算機集成製造系統CIMS。這個概念隨後被納入到“863計劃”，成為中國製造業走向信息化的啟蒙課本，對中國當前的從業人員影響深遠。
從某種意義上來看可以說中國的CAD行業，還帶有一點點遙遠的美國軍部的氣息。
軍工和軟件，始終在一起
隨後30年，我們可以按下快進鍵一閃而過。這些被國防軍工所孵化、養大、送上馬的工業軟件商們，都已經樂滋滋地走上了市場化的道路。有了國防軍工大把經費的多年滋養，通過併購、國際化的路線，它們已經是完全走向成熟的企業。然而，軍方依然像一個不離不棄的大奶媽，繼續毫不動搖地支持工業軟件的發展。
今年7月份，美國國防部推動的“電子復興計劃ERI”所公開的5年項目中，電子設計軟件意外地獲得了同級項目中金額最多的扶持。像在電子設計自動化軟件工具領域穩坐的領頭羊CADENCE公司，一年研發投入近60億元人民幣，依然得到軍方的重點呵護，額外掏錢支持工業軟件做面向未來的創新設計。這就是美國軍方的思路：要讓芯片產業更強，電子設計軟件必須先行。
這就是工業軟件的價值。
工業軟件的成功，固然離不開工業巨頭的撫養，而更重要的知識產權的轉換機制，需要精心設計、無縫銜接。誕生於波音公司的一個工業軟件模塊，最早其實是為軍方開發使用，隨後由波音公司完成了商業化。經過近30年的不斷積累和大量工程問題的檢驗，可謂波音公司工程仿真經驗的結晶。而在2002年，一家商業化的仿真軟件公司從波音手中收購它，隨後升級為Windows版本，得到市場上廣泛的好評。這就是無縫集成，從軍方到主機廠，再到獨立軟件公司，產權轉換輕鬆自如。
反觀國內，也有很多好的產品，例如中國空氣動力研究與發展中心的風雷軟件PHengLei、航空623所的大型結構分析軟件HAJIF。早在1985年，623所主導的HAJIF有限元分析軟件獲國家科技進步一等獎。數十年的工程師心血，造就了鋒利的寶劍，而它們的命運多就是趴窩守家而已，待在原地不動。就像嵌在牆壁上的魔法棒，閃閃發光，卻無人敢於從體制高牆摘下來揮舞。
然而，沒有新的動力源引入，魔法棒也會失效。沒有商業化的環境，這些體系內的封閉專業軟件只能在奄奄一息中勉強續命，餓得皮包骨頭，勉強為少得可憐的用戶進行服務。
一方面地裡缺種少苗，另一方面讓僅存的莊稼苗餓著。這也是中國工業軟件的尷尬。
工業軟件是最秘密的軍火生意
可能讓所有人都會驚訝的是，美國國防部其實是全世界最大的軟件擁有者。
在美國，軍事軟件一直是可以獨立成章的單獨類別。在最近幾十年的商業史中，密密麻麻寫滿了軟件的傳奇故事：無論是Windows 95開創的個人PC機的巔峰時代，還是輝煌一時的互聯網，或者是打爆天下的移動互聯網、雲計算、人工智能、工業APP軟件時代。然而，從1990年開始到現在的近30年間，即使應用軟件數量經歷了大爆炸般的爆發，美國軍事和國防應用軟件的數量，依然牢牢地佔據了16%的比例。大小軟件多如牛毛，然而，任你遊戲榮耀、任你娛樂至死、任你雨後春筍APP，美國國防軍工的應用軟件的數量比例，巋然不動。
如此來看，從代碼的數量而言，全球頭號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“網絡中心戰NCW”轉移，各類武器統一上網，指揮中心將一統天下。軟件大鱷自然也成為最大贏家。一個單兵就是全系統，這才是未來的武器之王！而這背後需要多少軟件的支持？
落雨知時節，潤物細無聲，美國軍工行業一直高調而持久地推動著民用工業軟件的發展。工業軟件其實就是一筆看不見的軍火生意。
軍工，才是工業軟件之母。
（作者系南山工業書院創始人、北京聯訊動力諮詢公司總經理）
注：部分內容參考自《軟件工程通史》，Capers Jones，清華大學出版社，2017年7月
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