人类文明的演进，始终围绕两个维度展开：空间与时间。农业社会，我们以天、以周来计量事务；工业社会，生产线以分、以小时来计量节拍；到了航空航天时代，则是“米秒必争”，一枚零件、一次对接，差之毫厘便谬以千里；而今天的数字化社会、未来的智能社会，控制逻辑的传递时间已经以毫纳秒计。

正因如此，工业文明的本质，是对时间与空间的精确掌控。中国工业企业今天进行数字化转型之所以难，深层原因往往在于工业文明基因的薄弱，不少企业经营者缺乏对时间与空间的精确概念，便很难真正理解数字化、智能化的底层逻辑。

宁振波 中国航空工业集团信息技术中心原首席顾问

航空工业研制方法的进步

中国航空工业的3D设计，起步于1986年的北京航空制造工程研究所（625所）的3D应用。从那时起，我们历经数字样机阶段、并行工程阶段，一路发展到今天的MBD（基于模型的定义）与MBSE（基于模型的系统工程）。把研制方法的进步落到具体机型上，可以看得很清楚。歼5、歼6、歼7和歼8，均采用手工绘图，设计效率极低，更改成本随研制阶段呈指数级上升；到了歼10，首次抛弃苏联标准并采用欧美标准，但仍是手工画图加2D设计；歼11开始采用3D设计；而歼20，则是成都飞机设计研究所（611所）与成都飞机工业（集团）有限责任公司（132厂）基于MBD/MBSE完成的全新设计。

数字化的威力有多大？歼10从国家立项到首飞，整整用了12年（1986—1998），风洞实验做了3940次，每一次试验都意味着数月的高精度缩比模型加工和巨额成本。而歼20从立项到首飞，只用3年零3个月。靠的是什么？全3D数字化建模，使风洞实验减少了60%以上，相当于少做了约2400次；精准结构模型驱动的装配仿真，几乎100%解决了装配问题，一次设计、一次制造成功，几乎没有返工；基于结构力学的仿真减少了近一半的物理试验。歼20约有40000多个结构件、230000个标准件，这样复杂的系统能做到这一步，正是数字化的功劳。

更大的突破在数字化异地协同研制。ARJ21（后增加商业名称 C909 ）第一次在中国奠定了异地协同设计的基础：机头由成飞负责、尾段由沈飞、总装在上飞、机身与机翼在西飞。从C909开始，C919、运20到鲲龙600，乃至未来更多大飞机，异地协同格局就此确立。

图1 机加物理仿真现状

金属切削物理仿真的现状

现代机械加工，是设备、刀具、夹具和润滑等共同作用的结果。理想的做法是“虚拟加工”：先建3D模型，做零件的静力、动力、强度和疲劳分析，再做工艺路线仿真，仿真通过后才真正动手。这样一条“先数字模型、后实物加工”的路径，折叠起来，不就是数字孪生吗？

但现实挑战不小。刀具与工件之间的迭代关系复杂；缺乏系统的切削物理知识；工艺设计依赖多次反复试验迭代；刀具过度磨损与破损频发；表面质量差，需二次加工；工件变形导致性能不达标。问题更大的是，我们产品设计、产品仿真的水平已经很高，真正的短板在工艺设计与工艺仿真。工艺仿真软件边界条件的定义需要深厚的工艺积累，工艺参数的探索需要长期的数据沉淀。结果就是许多企业花大价钱买来的工艺仿真软件被闲置。

航空航天件尤其难在薄壁。飞行器多为柔性薄壳结构，加工中工件与刀具动力学耦合复杂，材料去除过程中工件刚度不断变化，极易变形、振颤。残余应力、切削力和夹具转向力，都会造成扭曲。这类零件对质量、可靠性和安全度敏感，对重量更是极为敏感。航空界有句话：“为减轻每一克而奋斗。”太重飞不起来，太薄不安全，在安全和重量之间找平衡，非常难。

航空工业对金属切削的贡献S形试件

2021年的国家科学技术奖励大会上，成都飞机工业（集团）有限责任公司牵头完成的“五轴联动数控机床S形试件检测方法及加工精度提升技术”荣获国家科学技术进步奖二等奖。这一成果的核心，是一个看似不起眼的“S形试件”。

图2  S形试件

五轴联动数控机床是工业母机中的制高点，但其精度检测长期缺乏有效手段。外国人说合格，我们却无法独立验证。成飞研制的S形试件，为全球五轴数控机床提供了统一的精度测评标准。加工这一试件，可以全面检验机床各轴联动精度、插补精度和动态响应等关键指标，哪里参数不对，一试便知。

更重要的是，这一成果被国际标准化组织（ISO）采纳，成为中国第一个机械加工行业的国际标准，打破了西方国家在该领域国际标准的长期垄断。S形试件不仅指导了我国工业母机的自主研制，引领了国产五轴联动机床的发展，更实现了“要不来、买不来、讨不来”的关键技术自主可控，显著提升了中国在机床领域的国际话语权。

中国制造2025与智能化未来

中国工程院发布的《中国制造业重点领域技术创新绿皮书——技术路线图（2025）》清晰指出：中国制造业目前多数企业仍处于“传统研发流程”阶段，少数领军企业走到了“数字化工程流程”阶段，而未来发展的方向一定是"仿真驱动设计流程"。

图3  仿真驱动设计流程

仿真驱动的核心逻辑是：在设计流程早期进行更多的验证和优化，将问题消灭在数字空间，从而大幅减少后期的设计更改。在概念设计阶段修改一个参数几乎零成本，而在量产阶段修改模具则代价高昂。仿真驱动设计通过将问题解决曲线前移，从根本上压缩了总研制成本和周期。

人工智能正在重塑这一切。AI+CAD，提升设计效率；AI+CAE，重塑传统仿真的边界；智能数控系统把AI芯片与大模型直接嵌入机床，甚至嵌入刀具和模具，催生全新的刀具与模具形态。薄壁件成形仿真、智能数控加工以及切削参数优化，智能仿真已经从概念验证走向规模落地，成为提升精度、效率与可持续性的核心抓手。

在AI大模型与五轴机床的双重突破下，国产工业软件已经逐步具备替代进口的现实能力。但还要强调的是：核心是人，人才是第一位的。我们有全世界大国中较为完整的工业数据标准体系，这是别国没有的优势。通过我们大家的共同努力，相信到2049年，一定能够实现我们中华民族的伟大复兴。