一行人上了二楼,在招待所安顿下来。
“赵研究员,刘同学,你们先休息一下,洗把脸。”韩维义看了看手表,“四点,咱们在楼下小会议室碰个头,沈教授和项目组的几位同志都在,先把情况通个气,您看怎么样?”
“行。”赵远航言简意赅。
下午四点,小会议室。
除了沈一鸣、韩维义,方教授、何教授以及周伟、赵毅诚、唐简几位研究生也在。
陆怀民坐在靠门的位置。
赵远航和刘明准时进来,在韩维义的示意下坐下。
刘明把那包东西放在了脚边。
“赵研究员,情况是这样的。”沈一鸣作为技术总负责人,先开口。
他没有寒暄,直接切入正题,把“六一”项目的来龙去脉,目前夹具设计遇到的二维三维转换困境、手工试制周期过长的压力,以及尝试引入计算机辅助设计思路的缘由,条理清晰地介绍了一遍。
“所以,我们向上级打报告,请求技术支援。省国防工办高度重视,把您请来了。”沈一鸣语气诚恳:
“我们在机械和加工上有些心得,但在计算机图形处理这方面,完全是门外汉。后续的攻关,特别是如何将设计意图更好地转化为计算机能处理,能显示,并能进行初步分析验证的模型,就全指望您了。
赵远航一直安静地听着,等沈一鸣说完,他才推了推眼镜,开口道:
“沈教授,韩工,情况我大致明白了。用计算机辅助复杂机械设计,这个想法本身,很有价值。我在计算所搞了十几年图形学,也接触过类似的项目,对国内这方面的尝试,也一直保持关注。”
他身体微微前倾,继续说道:
“咱们国家在CAD应用上,有过突破,也卡在瓶颈。我举个最典型的例子,1975年,科学院沈阳机床研究所,搞出了咱们中国第一个真正意义上完整的CAD系统,专门用于设计组合机床的多轴箱。
会议室里的人都竖起了耳朵,连沈一鸣也露出了专注的神情。
这是他们未曾详细了解的领域。
“那个系统,了不得。”赵远航语气里带着由衷的赞赏:
“它实现了从设计计算、到自动绘图、再到输出生产用的工程图纸,整个设计流程的闭环。这是一个里程碑,证明了计算机辅助设计在实际生产中确实能用,而且能提高效率。”
他话锋一转,屈指在办公桌上敲了敲:
“但是,它有个根本的局限就是极度专用。它的所有逻辑,数据库,都是为‘组合机床多轴箱’这一个特定部件量身定制的。离了多轴箱,系统就几乎没法用。”
“而且他是一个完全的二维系统,计算机绘图的优势根本没有发挥出来。所以这个系统用处很有限,宣传的也不多。但他确实是我们国家第一个比较完整的 CAD系统,我们图形学领域和一部分有识之士认为,下一步的目标,
必须是从‘专用”走向“通用”,从二维走向三维。”
“通用的关键,在于底层。要建立一个通用几何造型引擎。就像盖房子,不管你是盖厂房还是盖宿舍,砖块、水泥、梁柱这些基本元素和处理它们的方法是通用的。在这个通用引擎上,才能生长出各种专业的设计工具。”
“而通用的高级形态,就是从二维走向三维实体。”赵远航说的很通俗:
“不再仅仅是处理平面上的点和线,而是要定义有体积、有质量的‘实体”。让计算机真正理解一个零件占据的空间,能对它进行拼接、切割,能自动计算它的重量、干涉情况。这才是现代CAD的核心思想:从“画图纸’升级
为‘建造并操纵数字模型。”
他看向沈一鸣和韩维义:
“你们现在想做的,正是触碰这个‘通用三维实体”的核心难题。虽然是从一个具体的夹具入手,但解决的问题包括三维描述、干涉检查、参数驱动都是构建通用CAD根基必须面对的。
“这也是我接到任务后非常感兴趣的原因。这个项目确实很有意义。”
赵远航顿了顿:“我听说,厂里已经有一位同志,在这条路上先走了一步。不知道你们现在的进展如何?”
所有人的目光,齐刷刷地转向陆怀民。
陆怀民站起身,把面前摊开的笔记本合上:
“赵研究员,沈老师,我做的程序还很简陋,只能算是个雏形,叫‘GD-P1'。晚上机房有空的话,如果您方便,可以过去指导一下。”
“方便。”赵远航回答得很快,几乎是脱口而出,“就今晚。我带了点资料,正好可以对照着看。”
晚上九点,三号楼地下机房。
日光灯管发出稳定的嗡鸣,将房间照得一片冷白。
DJS-183庞大的机身在房间中央低吼,不断散发热量,但所幸房间里有恒温系统,使得机房反而比外面更加凉爽。
徐海科长已经在了,见到赵远航,态度明显比对陆怀民更恭敬些,毕竟这是上面专门请来的专家。
他详细介绍了机器的使用规范和注意事项。
赵远航听得认真,不时点头。
他进入机房后,先是背着手,慢慢绕着机器走了一圈,随后坐到控制台旁边的椅子上。
“183,好东西。”
他低声说了一句,听不出是感慨还是单纯陈述。
陆怀民已经熟练地开机,进入系统,调出了他的程序。绿色的字符在黑色的屏幕上跳动,最终稳定在输入界面。
“赵老师,这是我写的‘GD-P1’,现在主要做了两块。”陆怀民没有废话,直接开始操作。
他先演示了二维参数化设计部分。
屏幕上出现一个法兰盘的简化轮廓,旁边是几个参数输入项:外径、内径、孔数、孔分布圆直径。
“这是我们夹具里一个连接盘,变种很多。”陆怀民解释着,快速输入了一组数字。
屏幕闪烁了几下,线条开始移动、增减,几秒后,一个新的、符合尺寸的法兰图形显示出来。
他又换了一组参数,图形再次快速响应。
“参数驱动图形重建,基础,但很扎实。”赵远航微微点头,评论简短。
这在他的预期之内,一个聪明的本科生做到这一步,值得表扬,但不算惊喜。
陆怀民“嗯”了一声,手下不停,退出了二维演示模块。
“第二部分,是三维空间占位和初步干涉检查,很粗糙,只是线框。”他说着,敲入另一条命令。
屏幕上,线条开始勾勒,先是几个简单的立方体,代表夹具的基座、支撑块,然后是一些圆柱体,代表定位销、压紧螺杆。
它们以一种笨拙但逻辑清晰的方式组合在一起,形成了一个简易的夹具线框模型。
陆怀民又输入旋转命令。
模型开始缓慢地绕轴旋转,所有线条,包括应该被遮挡在后面的,都一览无余。
在某个角度,两个立方体的线条复杂地交错在一起。
“这里,”陆怀民指着那团“乱麻”:
“实际结构中,这个压紧臂和这个加强筋在空间上是会干涉的。但靠人工看二维图,或者靠这个线框,很难直观判断,尤其在复杂角度。”
陆怀民停顿了一下,然后他停止了旋转,将模型恢复到一个特定视角,然后调出了另一段程序。
“我试过设计算法,”陆怀民继续介绍,“线框看不出遮挡,我就想,能不能让计算机自己判断,哪些部分在‘前面’,应该被看到,哪些在‘后面,应该被遮住?"
赵远航原本半靠在椅子上的身体,不知不觉坐直了。他推了推眼镜,没说话。
陆怀民运行了那段新程序。
屏幕上的线框模型再次出现,但这一次,在缓慢旋转到某个角度时,一些位于“后方”的线段,突然消失了!
虽然消失得不太稳定,时有时无,而且模型旋转变得异常卡顿,但确确实实,在某些瞬间,显示出来的图形,更像是真实的物体,有了前后层次,而不再是一堆穿透的线条!
“这个算法我叫它‘深度过滤”,”陆怀民解释,眉头微微皱着,显然对效果很不满意:
“算法的大致原理是计算每个点到假想观察点的距离,只显示距离最近的那部分线。但问题太多了,计算量巨大,183算得很慢,而且只对凸体有效,遇到凹进去的结构或者复杂相交,判断就出错,线会闪,会丢。”
他敲了暂停,屏幕上留下一个有些怪异,部分线条缺失的旋转体。
“而且,这只是在线框层面隐藏了后面的线,并不是真正的实体遮挡。所以这个算法需要继续改进,要想真正判断两个零件是不是碰在一起,光看线框不够,得知道它们的‘表面'和'体积’。”
赵远航此时已经站起身,上半身凑了过来。
他死死盯着显示器上的图形和陆怀民写的程序,眼中的惊讶之色越来越浓,甚至带着些难以置信。
他问道:“你......自己琢磨出隐藏线消除”的思路?还试了基于深度的判断?你从哪儿看到的相关资料?”
陆怀民对赵远航的反应有些惊讶,但他还是如实答道:
“在八二七厂的一些文献中见过相关概念,然后自己设计了相关算法。不过这算法笨,问题很多。”
“不,这不是笨。”赵远航打断他,向前跨了一步,几乎要凑到屏幕前:
“思路!关键是这个思路!你直接抓住了‘如何在二维屏幕表达三维空间关系’这个核心思路!并想到了用深度信息作为判断依据!”
他来回踱了两步:
“没错,计算量大,对机器要求高,算法不完善......这些都是问题!但方向是对的!隐藏线消除,实体建模的基石之一!你现在缺的是更高效的算法,比如光线投射的思路,或者更根本的,需要改变物体的表示方式,从线框
上升到边界表示或构造实体几何......”
他说到一半,突然意识到自己有些失态,说了太多图形学领域的专业概念,连忙顿住了。
但他看向陆怀民时,眼神里的惊喜是掩盖不住的。
“你……………没系统学过计算机图形学?”赵远航有些难以置信。
“没有。只自学过数据结构、算法基础,还有FORTRAN和汇编语言,都是为了用它。”陆怀民指了指DJS-183。
赵远航不说话了。他摘下眼镜,用力捏了捏自己的鼻梁,然后说道:
“怀民同志,你知道吗,你所困住的,卡住的这个问题,以及你尝试解决的思路,正是目前国际计算机图形学界,从二维绘图转向三维实体建模,最前沿、也最核心的攻关方向之一。”
“剑桥大学、MIT、还有IBM的研究所,他们发表的最新论文,就在讨论你刚才提到的‘深度缓冲’算法的各种优化,以及如何构建有效的实体模型数据结构。"
陆怀民愣了一下,这个他确实不知道。
赵远航看着他脸上那一闪而过的讶然,忽然笑了起来,那笑容里有感慨,更多的是发现了宝藏般的兴奋。
“我原先想着,来帮你优化一下程序,解决厂里的具体问题,为国内的CAD发展积累经验,就算完成任务。”赵远航摇摇头,眼中充满热切:
“现在看,格局小了。你这个框架,你遇到的这些问题,本身就是通用三维CAD研发中最典型的‘拦路虎”。你已经在无人指引的情况下,摸到了老虎的屁股。”
他看着屏幕上尚未关闭的程序界面,那简陋的线条仿佛有了不同的意义。
“或许我们可以重新规划。”赵远航说:
“我建议,分两步走。第一步,接下来一个月,我们集中全力,就用这台DJS-183,在'GD-P1'的基础上,不追求通用的完美,而是专门针对八二七厂这套夹具的结构特点,进行专用化’改进。通用的CAD目前短时间内攻克
很难,但专用化的系统我们国内是有相关经验的。实现起来难度小很多。”
“这一个月,是实战,也是淬炼。我们解决实际问题,积累代码,更关键的是,”他看向陆怀民,“验证这条技术路线的实战价值。’
陆怀民认真点头,这正是他最初的目标。
“第二步,”赵远航的语调升高了一些:
“六○一’项目任务完成,不是终点,而是起点。我提议,等项目主体任务一结束,就以我们这次合作探索为基础,由科学技术大学精密机械系和我们科学院计算所,联合向相关部委,正式申报一个高官的重点科技攻关项
目!”
“项目名称我都想好了,就叫‘高精度复杂机械结构三维计算机辅助设计与分析系统研制。目标,就是瞄准国际前沿,攻克通用三维实体几何造型引擎、高效图形处理算法、工程数据库等核心难题,研发一套真正属于我们中
国人自己的、有通用潜力的CAD系统原型!”
“这是为了让我们国家的工程师,将来在设计飞机发动机叶片、导弹制导舱、精密机床主轴时,手里能有一件更先进、更可靠的武器!是把计算机从高级算盘,变成‘设计伙伴”的关键一跃!这件事的意义,不比我们眼前加工
几个微米的零件小!”
陆怀民看着赵远航,感到他有一股热血在胸腔涌动。
这位图形学专家,似乎在计算所坐了太久冷板凳后,终于在八二七厂找到了自己未来的研究方向。
“所以,”赵远航重新坐下,稍微冷静了一些:
“怀民,接下来这一个月,我们要打一场‘前哨战”。你用你的机械天赋和理解定义需求,我用图形学的知识攻坚算法。我们一起,为这个长远的攻关项目,蹚出一条路,攒下第一桶金!”
“明白!”怀民重重地点头。
“好!”赵远航看了看表,已近深夜。
“徐工,我明天想借用厂里的保密电话线路,给我们所里汇报一下这里的情况,再争取一些支持,不知道是什么程序。”
徐海立刻点头:“没问题,赵研究员。我这就带您去机要通讯室领个路,如果是对公电话,你明天直接去就行了,登记一下就可以了。”
第二天上午,赵远航去了机要通讯室那扇,申请借用了那部红色话机。
经过转接和核对,电话终于接通了计算所的所长办公室。
“所长,是我,远航。对,刚到八二七厂。情况......比我们预想的要有价值得多!”
“所长,我找到症结所在了!我们过去搞图形学、搞CAD研究,为什么总感觉隔着一层,难以真正切入工程核心?缺的就是既懂机械设计内在逻辑,又懂计算机实现的人!而这样的人,我今天碰到了!”
他稍微平复了一下呼吸,但语速依然很快:
“科大精密机械系的一个本科生,叫陆怀民。他在没人指导的情况下,为了解决厂里的夹具干涉问题,自己用FORTRAN和汇编,在DJS-183上硬是写出了一套东西。”
“不光是二维参数化,他已经在尝试搞三维线框建模,甚至自己摸索着实现了一套基于深度判断的隐藏线消除算法!虽然粗糙,算法需要进一步优化,但方向完全正确,直指三维实体建模的核心!”
电话那头传来所长的询问。
“对,就是那个‘隐藏线问题,国际上的热点。”赵远航肯定道,随即加重了语气:
“但关键不在于他重复了前沿方向,而在于他解决问题的起点和路径......”
“所长,我们一直在说,CAD的魂是设计,而不仅仅是图形。这个学生,他身上的机械素养,让他能抓住这个魂;他的编程能力,又让他有能力去实现这个魂。”
“这种复合背景的人才,正是我们攻克通用三维CAD系统最急需的!他比我们许多单纯钻研算法的同事,更清楚战场在哪里,高地是什么。
所长似乎提出了关于项目和人选的实质性问题。
赵远航的回答清晰而果断:
“是的,所长,我的想法是两步走,立足当下,着眼未来。”
“第一步,我立即和这个陆怀民同志组成攻关小组,目标明确:在一个月内,专用化地优化他现有程序,务必解决八二七厂当前夹具设计的具体验证难题,拿出可用的工具。这是我们的‘诺曼底登陆’,必须打好。”
“第二步,我建议,就以这次成功的,解决实际工程问题的合作为范本和起点,在六○一”项目结束后,立即由我们计算所和科大联合,正式申报一个高官重点攻关项目。”
“我们要把这次实践中暴露的核心问题以及陆怀民这种‘机械-计算机’复合型人才的培养模式,都作为重要课题纳入进去。这不是锦上添花,这是为我们国家未来高端制造研发自己的‘设计大脑”,打基础,建梯队!”
“陆怀民必须作为核心成员深度参与。他的价值,不仅仅是一个有天分的学生,他更代表了一种正确的研发路径:从工程实践的真问题出发,牵引理论研究和技术攻关。”
“我们需要他,这个项目也需要他这样的背景的人作为桥梁。请所里尽快启动前期接洽和论证,我会在这里,一边打好前哨战,一边完善联合申报的思路。”
电话那头是一段沉默。然后所长说:
“远航,你的判断,我信。你能这么兴奋,这么笃定,我很久没见过了。这说明,那边的事情,确实戳到你的心窝子了,也戳到我们图形学发展的关键点上了。”
他顿了顿,继续说:
“既然你觉得有价值,那就放手去做。所里这边你原来的工作,我安排人先帮你顶着,不用担心。需要什么资料,有什么困难,随时打电话回来。”
“所里资料室的权限,我会打招呼,你需要调阅哪些前沿的外文文献、技术报告,只要不违反保密规定,优先给你解决。”
所长的语气变得郑重起来:
“但是,远航,有几条原则你必须记住。第一,安全保密纪律是铁律,一丝一毫都不能松。八二七厂是军工单位,你们的任何工作,必须在规定的框架内进行,所有程序、资料,必须按最高要求管理。这是红线,也是底线。”
“第二,‘六〇一”项目的主体任务,必须确保完成。这是你们当前的首要责任,也是赢得厂方和合作方进一步信任的基础。你提出的长远构想,必须建立在扎实完成眼前任务的前提之上。”
“第三,”所长的语气放缓了一些,带上了长辈的叮嘱意味:
“注意身体。我知道你搞起研究来不要命,但现在不是单打独斗的时候。要带好你的学生,也要和科大的沈教授他们,还有那位陆怀民同学,搞好团结协作。该闯的路,我们得有人去闯,但也要讲究方法,注意策略。”
“我明白,所长!”赵远航保证道:
“您放心,纪律我懂,任务我保证完成,身体也会注意。这边有沈教授学总,有韩工支持,现在又......又有这么好的苗子和契机,我有信心!”
“好。”王所长的声音里透出一丝笑意和期待:
“那就好好干。我等着你们的好消息。记住,所里是你的后盾。如果这次能做出有工程应用价值的成果,你明年申请正高的事,我也能帮你说上话。”