同为顶尖重型五代机，歼-20比F-22强在哪儿？——全数字化制造，大大加快研发进度

歼-20是中国自主研发的重型双发第五代多用途隐身战斗机，由于它研制时间比世界上第一种五代机F-22晚得多，采用了许多新技术、新方案，被认为具有很强的后发优势，在技术上有自己的特点。歼-20相比F-22的后发优势究竟体现在哪儿？

歼-20全数字化设计和制造，比F-22快！

飞机的数字化设计，始于上世纪70、80年代的欧洲和美国，在第四代战斗机譬如“狂风”和第五代战斗机上，得到最初的应用。

传统的飞机设计制造过程是：设计文件、二维图纸-模线样板-标准样件-各类成型模具、装配夹具，最后制造出飞机产品。这种传统的工作方式是把飞机的设计数据和信息，通过数十万件的标准工艺装备和生产工艺装备最终以模拟量的形式传递到飞机产品上。这就造成飞机工艺装备数量极大，设计、生产准备周期和制造周期长，互换协调困难，质量难以保证，生产成本高等一系列难题。为了解决这一难题，在计算机出现后，发明了计算机辅助设计和数控加工技术，即我们熟知的CAD/CAM技术。随着计算机和数字化技术的不断发展，硬件平台能力越来越强，还出现了工业互联网技术。飞机设计和制造业界开始通过在计算机上完全虚拟设计出飞机的三维图纸，而后进行数字化出图、数字化零部件生产和数字化装配，从而根本上实现飞机设计制造的“革命性飞跃”。这一时期，涌现出了CATIA等重要的飞机设计软件。

    然而飞机设计和制造数字化技术的发展也不是一蹴而就的，分为四个发展阶段。早期的计算机辅助设计飞机，虽然已经不再需要手工绘制图纸，但还是要在计算机上进行二维的数字图形绘制，程序编写和数据交换，到了第二阶段才实现了复杂部件的三维建模和数字化局部优化设计/加工。F-22的出现，恰恰处于飞机数字化设计的早期阶段，其设计限于当时技术的局限，显然距离真正意义的全数字化设计和制造相差甚远。

 

     歼-20总设计师杨伟院士与成飞所的技术人员们在歼-20飞机设计现场技术攻关，解决问题

而在歼-20的设计上，航空工业集团公司经过多年的技术探索，从“飞豹”战机最早引入计算机数字化设计开始，已经实现了从第一个发展阶段到第三个发展阶段的跨越——即实现了完全的三维数字化样机的设计，能够实施并行工程。

根据成飞所的公开报道：歼-20研制初期，为了提高研制质量、缩短研制周期、提升项目管理水平，总师系统决定在新机研制中，采用全三维数字化设计/制造/管理技术。全数字化三维发图模式相比二维发图来说，设计平台截然不同，存在很多预想不到的困难。除了设计建模规范和指南、系统平台开发定制、专业工具集成等前期研究及准备工作需要经历实战检验及优化之外，多专业协同设计及设计制造并行协同也带来了工作模式的碰撞与磨合。但是，三维发图模式的继承性强，技术状态清晰，设计制造协同顺畅，一旦走通，可以为整个研制节省大量时间。但这个蝶变的过程对设计发图来说，痛苦又艰难，发图工作之初一度进展缓慢，举步维艰。

“技术台阶陡峭、发图时间紧迫、不确定因素众多，这必将是横亘在我们面前的一个个难关。也正是这些难关，才提供了体现我们存在价值的平台。我坚信，我们这支栉风沐雨的团队，拥有‘明知山有虎，偏向虎山行’的气魄，拥有攻艰克难的智慧，我们一定会、也应该好好珍惜这来之不易的机遇，经受住时代的考验。”设计发图伊始，总设计师杨伟的文章《梅花香自苦寒来》迅速点燃了设计人员的激情。大家凭着拼了、拿下的那股子干劲，咬定青山不放松，再一次集智倾力。在强大的精神合力下，短短数月，完成歼20验证机全部机体结构全数字化数模设计，并正式发图。

为了加快试制进度，工艺设计与产品设计并行展开（这就是所谓的并行工程），数模发出后仅7天研制团队开始了第一个零件制造，随后验证机机体结构全面转入试制阶段。但大比例的新型材料、大尺寸的结构零件、隐身特性的加工要求给歼20飞机的研制带来了一个又一个挑战。针对歼-20验证机全数字化设计的特点，航空人不断创新进取、历练本领，研制全线先后突破了一系列关键技术。关键零件试制一次成功，大部件对合一次成功，发动机启封开车一次成功。

很显然，数字化设计使得歼-20的设计制造时间大大缩短，根据资料显示，洛马公司的YF-22技术验证机在对比试飞中获胜后，于1991年正式拿到了F-22原型机的制造合同，而第一架F-22原型机首飞是在1997年，也就是说，从原型机开始设计制造到首飞，洛马公司花费了整整六年时间。而根据成飞所公开消息，从09年歼-20验证机项目紧张设计到2011年首飞，歼-20花费的时间可能仅有F-22的一半。这就是数字化设计和制造技术的威力！

展望未来，中国还将继续向飞机数字化设计制造的更高阶段——全虚拟化设计和集成制造技术——进军。

师说：

歼20的设计过程在很大程度上激发了同学们对CAD建模技术的兴趣，引出接下来的新课讲解，充分体现了三维建模设计的优点，同时也能增强学习动机，激发民族自豪感。另外，通过了解歼20的制造过程，同学们可以体会到“梅花香自苦寒来”的艰苦奋斗精神，树立为中华民族伟大复兴做贡献的人生理想。