引言
縱觀大型工業軟體國際發展歷程，結構分析軟體多起源於軍工裝備的高端需求，在我國軍工裝備研製的早期階段，在各軍工單位也誕生了一批結構分析軟體和模塊，在型號研製中發揮了重要的作用。如航空工業研製的HAJIF系列軟體提供了線性靜力、非線性靜力、動力、氣彈等分析功能，曾六次獲國家獎，與航空裝備共同成長；航天系統研製的熱強度分析、可靠性分析軟體有力地支撐了太空飛行器的設計；船舶工業研製的水彈性分析軟體、噪聲分析軟體在多型船舶裝備研製中起到了重要的作用。
令人惋惜的是，上世紀90年代以來，大批國外CAE軟體湧入國內，採用靈活的市場戰略和出國培訓、免費試用等推廣策略逐步佔領了我國市場，國內自主研發CAE軟體的生存空間受到強烈擠壓，這些早期的結構分析軟體和模塊大多銷聲匿跡，能夠發展成為系統級軟體的少之又少。系列文章軍工篇中將以國內較有影響力的HAJIF系列軟體為代表，來介紹國產結構分析軟體發展軍工單位的發展歷程。
作為科學計算的重要分支，結構分析軟體在核心技術研究、重大裝備研製中發揮著越來越重要的作用。然而，目前國內的結構分析軟體市場大部分被幾大國外商軟巨頭瓜分，國產結構分析軟體只能在「夾縫中求生存」。面對如今落後於人的局面，老一輩科技工作者不會忘記，在幾十年前的航空界有這麼一款結構分析軟體，在當時幾乎可以做到與國外商軟同臺競技、分庭抗禮，屢次獲得國家科技進步獎勵，並完成了多個當時在研飛機型號的結構分析和優化任務。沒錯，它就是本期要介紹的航空結構分析系統HAJIF軟體。
起點
時間回到1971年，我國航空工業為解決新上馬「運十」飛機的結構強度問題，採用有限元自研程序，成功實現了中外翼、中央翼、中機身以及翼身對接組合結構的有限元應力分析，對「運十」飛機在結構設計、試驗與試飛環節的成功起到了積極的推動作用。
圖1：「運十」飛機
乘著有限元方法在「運十」飛機結構分析上成功應用的東風，1975年，在中國飛機強度研究所主持召開了航空結構強度計算軟體大會，決定由航空工業領導、中國飛機強度研究所牽頭組織業內相關單位進行自主開發「航空結構分析系統」，代號「HAJIF」（HANGKONG JIEGOU FENXI），成為中國人自主開發航空結構分析軟體的起點。
HAJIF-I
1976～1979年，以時任強度所副所長、國內著名計算力學專家馮鍾越為主任工程師，集合當年國內的一大批相關學科專家，開始研發我國自主的結構分析軟體系統。軟體早期的研發異常艱難，一度陷入困境。但是，研發人員心中深知，沒有中國人自己的結構分析軟體，我國航空裝備的研製就會始終受制於人。沒有硬體設備，大家就用紙筆一個公式一個公式推導；沒有研發經驗，大家就在不斷地摸爬滾打中豐富自己的經驗；沒有技術基礎，就通過各種渠道獲得國外軟體研發的資料進行學習和剖析。
圖2：馮鍾越先生
功夫不負有心人，1979年，HAJIF研發團隊成功發布了航空結構線性分析有限元程序系統HAJIF-I，這是我國航空領域第一個大型結構靜力分析系統。系統採用了多級子結構分析方法和大型稀疏矩陣的多級超元矩陣存貯處理技術，可以針對大規模的複雜飛機結構進行變形和應力分析，在功能和性能上達到了國外同類軟體水平。經過系統性的測試和驗證後，HAJIF-I應用到了當時在研的四個飛機型號中，為整機級和部件級飛機結構分析提供了有效的工具支撐，推動了有限元分析技術在航空領域的應用。
HAJIF-II
1980～1981年，在氣動彈性力學專家、工程院院士管德帶領下，由強度所牽頭成功研製了航空結構動力分析系統HAJIF-II，這是我國航空領域第一個大型結構動力分析系統。系統採用迭代法和多級子結構動力綜合技術，可以進行結構的固有動力特性（固有頻率、振型）計算，以及帶主動控制系統的顫振計算和突風響應計算，其功能與美國1977年公布的NASTRAN版本的動力部分大體相當。該系統固有動力特性計算方法先進、可靠，解決了殲8等一系列飛機型號的動力學分析問題。
圖3：殲8飛機
HAJIF-III
1982～1985年，為了解決航空工業和其他工業部門提出的日益增多的結構非線性分析問題，在航空部領導下，由強度所牽頭，629所、603所和631所四個研究所組成聯合課題組，以強度所計算結構力學專家李喜明為主任工程師，成功研製了航空結構非線性分析系統HAJIF-III，這是我國自行研製的第一個大型通用結構非線性分析系統。該系統適用於航空等多個工程應用場景，可以進行線性靜力、熱應力、彈塑性、屈曲、大位移和大變形以及大變形與彈塑性組合分析，包含多種非線性方程解法，具有過極點分析和載荷步長自動選取的功能。同時，HAJIF-III採用了軟體工程的開發方法，運用結構化、模塊化、積木式的程序設計技巧，便於軟體的修改、維護和發展。HAJIF-III的非線性求解策略先進，解決了殲轟7機翼彈塑性、穩定性分析問題，為型號設計提供了依據，軟體達到了當時世界同類產品的先進水平。
圖4：「殲轟7」飛機
HAJIF（X）
1990～1995年，為了儘快發展我國自己的集成化航空結構綜合分析系統，滿足我國軍機、民機型號的研製需求，進而替代租用的國外結構分析軟體，在航空工業部的領導下，以強度所專家李軍傑、陳煥星為主要技術負責人，成功研製了大型通用有限元結構分析程序系統HAJIF（X）。
圖5：HAJIF(X)團隊合影
HAJIF（X）系統包含40條主分析流程，可對結構進行靜力線性與非線性分析、固有特性分析、動力響應分析、熱傳導分析、氣動彈性分析、多級超單元分析、聲響分析、流固耦合分析以及複合材料分析等。系統基於先進的軟體架構，集成了當時國內的多個先進算法，在分析規模和效率上有很大提升，從分析功能、材料庫、單元庫等層面上達到了與當時的NASTRAN、ANSYS、ADINA等國外軟體接近或相當的水平。除了在航空型號應用外，HAJIF（X）系統還應用於機械等工業領域。
圖6：HAJIF(X)系統功能結構示意圖
碩果纍纍
經過幾十年的發展，HAJIF形成了具有自主智慧財產權的航空結構分析軟體系列產品。其中的數據管理方法和求解算法，如流程和數據組織方法、固有動力特性計算方法、顫振分析、非線性求解策略等，至今仍是自主結構分析軟體研發的基礎源泉和寶貴財富。由於HAJIF系列軟體在當時的先進性和多種型號的成功應用，先後多次獲得國家級和省部級獎勵，代表了當時國內最高的創新水平。
HAJIF-I，獲得國防科工委科技進步一等獎；
HAJIF-II，獲得國家科技進步二等獎；
HAJIF-Ⅲ，獲得國家科技進步一等獎；
HAJIF（X），獲得航空部科技進步二等獎；
圖7：HAJIF-Ⅲ獲國家科技進步一等獎
結束語
回顧歷史，HAJIF系列軟體的成功研製，與我國航空工業早期的發展是緊密相關的，HAJIF系統的發展與成長完全來自工業部門的緊迫需求，而HAJIF系統在型號中的應用又提高了航空裝備研製的水平。總體來說，HAJIF系列軟體有兩個突出的歷史貢獻：
強度計算從手工到數值
HAJIF系列軟體促進了我國航空結構強度分析從手工計算到數值模擬的轉變，通過在型號研製中的大量應用，極大地提高了型號研製的效率，縮短了結構分析與優化設計周期。
國外軟體從租賃到售賣
在HAJIF系列軟體之前，國外的軟體對中國只租不賣，甚至按條按小時收費。HAJIF系列軟體的成功研發，促使當時國外商軟銷售模式由軟體租用到授權售賣的轉變，也從另一個方面印證了HAJIF系列軟體在當時具備了與國外商軟競爭的實力。
正如HAJIF研發團隊一直堅持的理念「因為堅持，所以卓越」，工業級的大型結構分析軟體不是一朝一夕就能研發成功的，其成功必然要經歷長時間的工業驗證和升級迭代，藉助於良好的軟體架構技術和長期軟體研發積累的歷史積澱，相信國產的結構分析軟體的未來一定可期！