观点

一款走了40多年的国产CAE软件——HAJIF

当智能制造和工业4.0的目标越来越聚焦在数字化设计、数字化工厂和数字运营服务的时候,“数字建模和仿真”再次成为一切数字化工业背后最为闪耀的明星。最为重要的研发设计领域的两个软件工具,CAD和CAE,成为中国信息化最熟悉、然而现在看上去却是最为瘸腿的领域。

上世纪80年代后期,清华大学、浙江大学、华中科技、大连理工等一批高校和中科院、航空航天等一批院所先后开展CAD/CAE软件自主研发,取得了一些研究成果,包括中科院的飞箭、郑州机械所的紫瑞、大连理工的JIFEX、中航的APOLANS、HAJIF等商业化和大企业自用软件。

在经历了“工业软件失落的30年”后,这些CAE软件并没有如期进入大众视野,可能被遗忘了,也可能在缓慢地跟着时间前行。

HAJIF是缓慢前行中的一个。

01

先讲个故事-《紫藤萝瀑布》

小学教材里面有一篇文章《紫藤萝瀑布》,是当代作家宗璞的一篇散文,先后被收入人教版、苏教版等初中语文课本,作为一篇美文在中学生中间广为流传。

作者悲痛之时徘徊于庭院中,见一树盛开的紫藤萝花,睹物释怀,由花儿自衰到盛,转悲为喜,感悟到人生的美好和生命的永恒,于是写有此文。

《紫藤萝瀑布》的文中有两句话:紫藤萝,“它带走了这些时一直压在我心上的焦虑和悲痛,那是关于生死谜、手足情的”。这两句,是解读全文思想内容的一个“提示”。

此文写于1982年5月6日,那时作者的弟弟冯钟越正患胃癌住院,命存一悬。所谓“生死谜、手足情”,即指此事。作者从紫藤萝死而复生、再次爆发勃勃生机的情景上,在潜意识里感受到一个祥瑞的征兆,盼望着借着紫藤萝的好彩头,在“小弟身上”应了花瑞而发生生命的奇迹。

但时间很残忍,花瑞并没应,数月之后其弟离世,作者柔肠寸断,作《哭小弟》以悼念。

作者的弟弟,冯钟越,是飞机结构强度专家,长期从事飞机结构设计与强度研究工作。在新型歼击机结构强度计算与试验,航空结构分析系统(HAJIF)的开发研制和航空结构静、动、热强度试验现代化等方面作出了重要贡献,最终积劳成疾,不幸离世。

后排左起第四个:强度组组长冯钟越

HAJIF,即是航空结构分析系统,冯钟越前辈是该系统的研发者之一,到如今,该系统已经有了40年的开发历程,先后经历了四代航空航天人的努力,实属“历史悠久”。

02

HAJIF系统有什么

航空结构强度分析与优化设计软件系统(HAJIF2013)是中航工业强度所研制推出的国内航空届最为全面的大型CAE软件系统,以强度试验数据库为支撑,提供飞行器结构静强度、动强度、热强度、气动弹性、结构优化设计等基本求解功能,以及飞机结构细节强度校核、耐久性等特色分析功能。系统还提供可满足用户特殊需求的开放式定制环境,并设计有与多种主流CAE软件的接口,具备独立的图形前后置处理功能。

软件支持33种结构单元和非结构单元,满足航天航空结构常用分析的需求,可解决1000万自由度结构的静力分析、动力固有特性分析、瞬态动力分析、屈曲模态分析及屈曲临界载荷分析等问题。

支持1000万节点模型导入导出、参数化建模、物理建模,支持复杂流程的定制开发。

60万行代码;

8000个子程序;

550个功能模块;

40条固定流程。

03

HAJIF的历史

第一阶段:自力更生(1975-1995)

1975年,由中国飞机强度研究所主持召开了航空结构强度计算软件大会,决定开发“航空结构分析系统”,代号为HAJIF,开始了中国人自己开发结构分析软件的历程。

1979年,航空结构分析系统HAJIF-I,获得国防科工委科技进步一等奖。

1981年,航空结构分析系统HAJIF-II,获得国家科技进步二等奖。

1983年,飞机结构多约束优化系统YIDOYU,获得国家科技进步二等奖。

1985年,大型航空结构非线性分析系统HAJIF-III, 获得国家科技进步一等奖。

1989年,飞机结构振动环境预计系统VEP,获得国家科技进步二等奖。

1995年,大型通用型有限元结构分析程序系统HAJIF(X),或航空部科技进步二等奖。

HAJIF-I的静力分析功能完成了多个在研型号的全机/部件应力分析;

HAJIF-II的固有动力特性计算方法先进、可靠,解决了X-8等型号的颤震分析问题,至今仍为一些主机厂所应用;

HAJIF-III的非线性求解策略先进,解决了某型轰炸机机翼弹塑性、稳定性分析问题,为设计提供依据;

HAJIF-I(X)的分析功能强大,具备飞机设计过程中多个专业的分析能力;

YIDOYU飞机结构多约束优化系统,具备在有限元基础上对金属结构的优化设计能力;

VEP飞机结构振动环境预计系统,解决了多个型号的动强度设计问题。

第二阶段:面向设计,突出专用(1995-2010)

“面向设计”,专注于优化设计,在COMPASS软件的基础上逐步完善,服务于型号设计。增加翼面结构快速建模功能,形成快捷建模设计能力;增加多层次优化能力,解决不同设计阶段的工程需求;增加多学科设计、气动载荷计算和气动弹性剪裁等功能。

注:COMPASS是复合材料结构分析与优化设计系统,自主开发,共8.2万Fortran语句,22条固定流程,用于飞机结构初步设计与初步详细设计阶段

“突出专用”,针对飞机设计过程提供系列专用软件,得到广泛应用。

静:飞机结构细节分析与强度校核软件;

动:起落架着陆滑跑载荷分析软件;

热:飞机结构三维温度场分析软件;

疲:耐久性/损伤容限分析软件。

第三阶段:创新开放,跨越发展(2010~)

2013年11月,HAJIF2013版本于阎良强度论坛正式发布,增加了优化设计、气弹分析等功能,形成航空届功能最为全面的综合分析与优化系统。

2015年,HAJIF2013R2版本发布。

前后置处理:开发了独立的基于图形内核的前后置处理,采用OpenGL大规模图形引擎设计技术,可实现1000万节点模型的高效存取与交互;

求解效率:实现了大规模矩阵求解算法级并行技术,求解效率提升达8-10倍,高于同类商业软件,稳健性大幅提高。

2016年10月,中国飞机强度研究所与酷伴科技(北京)有限责任公司就HAJIF系列CAE仿真软件的合作签订战略合作协议。

HAJIF成为酷伴工业云部署的第一款国产CAE仿真软件,中国飞机强度研究所将为酷伴工业云平台建设提供智力与产品支持,并协助酷伴科技将其打造为“国产CAE服务平台”。

04

HAJIF现状与未来

四十年的开发,60多万行代码,大量的文档、功能模块,国内极少数成建制的计算结构力学团队。

很遗憾的是,这些并没有使得HAJIF在今天成为工业软件领域的一个巨头,除了航空航天体制内,再没多少人使用这款号称大型通用型CAE软件,甚至是听说过这个软件系统。

HAJIF最初出现是作为解决飞机方面的结构分析问题的工具,但历经这么多年,软件并没有很好地将领域从飞机转到其他民用领域,没有早早作为一个通用型的CAE软件进入市场占据一席之地。

挺可惜。

为什么HAJIF没有像ANSYS、Nastran之类,早期针对航空航天的计算而开发,之后逐渐拓展领域,进入各类行业?

也许很长时间内HAJIF都没有准备好,无法作为成熟、可靠的商业CAE软件进入市场;

也许HAJIF傲娇着,并不愿意从航空航天领域进入普通民用领域;

又或许是专供给军工口的分析工具涉及核心技术,难以直接推向普罗大众。

这些都不得而知,只知道HAJIF错过了最好的时候,只知道现在进入CAE软件市场愈发艰难,竞争愈发激烈了。

不过,好在虽然看起来很艰难,HAJIF却在往前走。

2016年5月, HAJIF成功入围第五届中国创新创业大赛军转民大赛半决赛。

实现军转民,实现商业化,让HAJIF经过市场尤其是民用市场的洗礼,才更可能让HAJIF有自己的位置。

HAJIF的未来就交给时间和HAJIF的工程师们吧。

总要对国产抱一些期待。

参考资料:

《工业软件黎明静悄悄 | “失落的三十年”工业软件史》

《结构强度分析与优化软件HAJIF-系统简介(公开)_20151105

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