赛迪问道数字转型（之八）| 管中窥豹：美武器装备的数字工程分析与启示

张新征工业互联网世界 2022-07-03

导读

“Digital Transformation”是一个泊来语，无论是翻译成“数字转型”还是“数字化转型”，其本质上都代表了社会发展和产业变革的一种新趋势。

当今，我们正处在百年未有的大变革之中，互联网、大数据、人工智能等新一代信息技术正在引领新一轮科技革命，数字转型成为产业变革的主旋律，一大批企业为了顺应新形势，主动加快组织变革、业务创新和流程再造，推动研发、生产、管理、服务等关键环节的数字转型，实现研发体系开放化、生产方式智能化、产品服务个性化、组织边界弹性化、价值网络生态化，形成以数字技术为核心要素、以开放平台为基础支撑、以数据驱动为典型特征的新型企业形态。

“赛迪智库数字转型课题组”围绕产业数字转型的战略性、前瞻性、基础性问题开展深入研究，并寄希望通过“赛迪问道数字转型”这样一个平台与社会各界朋友共话数字转型大计。

美国防部把在装备项目寿命周期中推进数字工程作为迎接数字时代、完成数字转型的关键。

2018年6月，美国防部改组后的新任研究与工程副部长迈克尔·格里芬签发了《国防部数字工程战略》，积极推进数字工程在装备全寿命周期管理中的应用，改变线性、以文档为中心的采办流程，向动态、以数字模型为中心的数字工程生态系统转变，使美军实现以模型为中心谋事做事的方式。

过程数字化是数字化武器系统全寿期管理的必然要求

产品数字化。20世纪90年代以来，美国陆军提出“21世纪部队”数字化建设计划，依据国防部C4ISRAF、DoDAF等开放式体系结构标准，构建多业务、多路由、自组织、自恢复、自适应的战术信息网络，打造一体化的陆军作战指挥系统，推动战斗单元实现从依赖地理连接向依赖信息连接的转变，较好地解决了“我们在哪里”“友邻在哪里”“敌军在哪里”等掌握战场主导权的基本问题，推动了基本作战单位小型化，实现了体系作战能力的指数级跃升。

过程数字化。数字化武器系统技术保障的复杂性、升级改造的可持续性，都要求实现研制、生产和维护过程的数字化。2015年以来，美国国防部成立跨机构的数字工程工作组，利用数字环境、数字处理、数字方法、数字工具和数字工件，实现对计划、需求、设计、分析、核实、验证、使用、维护等装备全寿命周期活动的支持，把数字工程作为完成数字转型的关键。将技术创新融入工程实践的改进，利用大数据与分析、认知技术、先进计算技术、数字与物理融合技术创新提升数字工程实践，利用数据提高认识、洞察力和决策能力，提升人机交互，推动向端到端的数字企业转型。

构建权威基础数据与模型是国防采办转型的基础

全球新一轮产业变革主要表现为新一代信息技术与传统产业加速融合发展，制造业数字化、网络化、智能化步伐不断加快，数据和信息技术像水电气一样成为企业、产业和经济社会发展的基础支撑和重要驱动。美国防部数字工程战略的本质就是通过集成高级计算、大数据分析、人工智能、自主系统和机器人技术等前沿科技，将端到端的数字化组织体制的人员、办事流程、数据和功能等安全有效地对接起来，使用装备系统的可信数据源和模型作为跨学科的连续统一体，支撑装备全寿命周期内从概念提出到报废处理的所有活动，进而推动国防系统工程实践敏捷性、质量和效率的提高，实现国防采办生态的整体转型。

“恰当的信息、恰当的人、恰当的使用、恰当的时间”

数字工程的目标是在装备方案分析、技术成熟与风险降低、工程与制造研发、生产与部署、作战与支援等装备寿命周期的不同阶段，为审计、商务、合同、工程、项目管理等各利益相关方提供权威基础数据与模型，将其用作技术基线，用于制造数字工件、支持评价、合作交流和辅助决策。

权威事实源：数据和模型

数字工程生态系统为国防采办提供全新支撑架构

有别于传统工业化发展时期的竞争模式，数字经济时代企业核心竞争力从过去传统的“制造能力”变成了“服务能力+数字化能力+制造能力”，工业生产向智能化、柔性化和服务化的转变加速。

基于新一代信息技术形成由数据闭环和业务闭环相互映射的数字生态系统，驱动企业实现核心竞争力提升，产业和行业实现整体运行效率提高。数字工程生态系统主要由技术数据管理、工程知识管理和技术评估三个相互嵌套的群落构成。

技术数据管理位于最底层，包括对工程标准、需求数据、设计与制造数据、测试数据、供应数据、作战数据、维护数据、工程能力数据库的管理。

工程知识管理位于中间地带，包括对多域、多机理、多层级真实与虚拟组件的集成，对各种系统分析工具的集成，它们利用工程数据对系统采办与维持提供支撑，完成对利润、不确定性和风险的概率分析，以及对系统全寿命周期总成本的均衡分析。

系统工程技术评估位于顶部，开展成本分析、需求论证、费用进度与性能（C/S/P）的综合平衡，提供对各阶段采办里程碑的决策支持。

数字工程环境：信息技术基础设施+方法论

数字孪生是贯穿装备系统全寿命周期的核心

在集成电路技术逼近物理极限的“后摩尔定律时代”，数字孪生（Digital Twin）代表了信息技术和业务技术深度融合的“内涵式”发展模式。数字系统模型、数字线索和数字孪生体是纵向贯穿数字工程生态系统的纽带，提供了端到端集成、权威性、系统全寿命周期的数字表示，实现了从产品设计、生产计划到制造执行的全过程数字化，将产品创新、制造效率和有效性水平提升至一个新的高度。

数字系统模型由所有利益相关者共同提供，集成了权威的技术数据和相关的工件，定义了系统寿命周期中各个方面的具体活动。数字线索（Digital Thread）是一种可扩展、可配置和组件化的企业级分析框架，无缝地加速了企业数据信息知识系统中的权威技术数据、软件、信息和知识的受控相互作用。在整个系统寿命周期中，数字线索基于数字系统模型的模板，向决策者提供访问与集成数据，以及将分散数据转换为可操作信息的能力。数字孪生体是在数字线索支撑下，对实际制造系统多机理、多尺度概率模拟的集成，使用最佳的可用模型、传感器信息和输入数据，能够预测装备全寿命周期的效能，并加以迭代改进。

文化与团队观念转型将促进国防采办数字工程制度化

数字企业需要自上到下，从领导层到每个员工，打造成具有高灵活性、高弹性、高效率、高参与度和强大数字技能的团队，建立起能更快适应变化、更高协同合作水平、更强风险接受意愿的数字企业文化，以吸引、留住和开发数字时代的人才与技能。美国防部数字工程战略面向对全寿命周期数字工程的适应与支撑，提出改造文化和团队，实现整个采办部门数字工程的制度化，重点任务有三个：

增强数字工程的知识基础，强化数字工程的政策、指导、规格和标准，简化合同、采购、法律和商业惯例，形成和推广最佳实践。

领导和支持数字工程转型工作，沟通和执行数字工程的愿景、战略和实施，建立跨政府、行业和学术界的联盟、同盟和伙伴关系，建立问责制，用以衡量、培育、示范和改善跨项目跨企业的实际成效。

建立和准备工作团队，培养成员的知识、能力和技能，确保全体成员积极参与和从事数字转型的计划和实施。

数字工程的支撑：文化与团队

统筹推进智能制造与装备采办数字化改革

当前，工业互联网、大数据以及人工智能实现群体突破，新一代信息通信技术与先进制造技术的深度融合，正引发制造业制造模式、制造流程、制造手段、生态系统等重大变革。而工业互联网“鼻祖”美国GE公司出售Predix等工业数字资产，收缩工业互联网业务，也反映出全球工业互联网生态还比较薄弱。军队作为武器装备单一采购方，具有通过全寿命周期管理，强力推进智能制造的独特优势，不但有利于提高武器装备科研生产体系质量，同时也能够为国家推进智能制造工程提供重要牵引。

顺应先进制造发展趋势，统筹推进智能制造重点工程建设与装备采办数字化改革，以军工集团智慧院所建设和武器系统总体单位数字转型为牵引，逐步开展配套企业和分包商的数字转型。

利用大数据分析、先进计算、数字与物理融合等技术提升采办管理的信息化水平，加强装备系统从设计到制造到使用的全寿命周期的数据积累，规范装备系统工程模型的开发、集成与使用，推进标准化数据在不同部门和企业之间的无缝流通与交互，提高装备采办效率和安全。

完善装备质量管理的标准，“智能制造，标准先行”，在装备方案分析、技术成熟与风险降低、工程与制造开发、生产与部署、作战与保障等系统全寿命周期各阶段，实现实体制造与数字孪生的并行，形成质量问题全寿命周期可追溯体系，逐步摆脱对固定承包商的依赖。

文中插图来源：DEPARTMENT OF DEFENSE, USA, DIGITAL ENGINEERING STRATEGY, JUNE 2018

当前，我们正处在数字转型的大潮中，赛迪智库数字转型课题组将长期围绕该领域的基础理论、产业政策、技术路线、企业实践等方面与社会各界深入探讨，敬请关注和反馈！

“赛迪问道数字转型”已发布文章链接：

赛迪问道数字转型(首篇) | 数字转型：从工业经济迈向数字经济

赛迪问道数字转型（之二）| 数字转型的内涵、动因及作用

赛迪问道数字转型（之三）| 数字转型国际态势如何？10张ppt说清楚

赛迪问道数字转型（之四）| 我国中小企业数字转型的典型模式分析

赛迪问道数字转型（之五）|详解中国大型企业数字转型的六大模式

赛迪问道数字转型（之六）|他山之石：美国大型ICT企业数字转型的经验启示