可持续改进是数字孪生船舶的关键特征

为了描述船舶领域的数字孪生体应用，工业4.0研究院提出了“数字孪生船舶”（DTS，Digital Twin Ships）的概念，计划在2021年深入研究相关机制和模式，搭建“数字孪生船舶知识库”，为2022年研制相关产品服务。

在跟船舶领域专家沟通的时候，我们都有一个共识：数字孪生船舶的关键特征是“可持续改进”。

跟传统动辄10年研制周期不同，数字孪生船舶充分利用基于模型的系统工程，可以并行开展多个型号的船只研制，可以应对市场或作战的需要。之所以产生这样的改变，是因为数字孪生船舶提供了持续改进的机制，不需要在项目计划初期就明确所有的技术和工程细节，这在船舶研制中是一个很大的优势。

美国海军集成作战系统项目执行办公室（IWSPEO，Integrated Warfare Systems Program Executive Office）的Nilo Maniquis对此做了精彩的分析。

传统的船舶研制从技术概念需求（RFP，Request For Proposal）开始，随着相关工作的开展，其能力逐步提升，最终形成交付的产品和系统。Nilo Maniquis认为，这样的模式通常会带来供应商锁定（Supplier Lock-In），如果要研制新的产品，则需要新的RFP提出之后才可以开始。

这不是船舶领域独有的问题，工业领域大都有类似的问题。按照笔者在《数字孪生体》一书的提法，这实际上是“后向兼容”思路带来的负面影响，虽然可以通过兼容已有的硬件和软件投资，保证前期投入的规模性，但这会影响新技术引入的速度。

新一代数字技术的应用给传统研制方法带来了新的思路。

Nilo Maniquis指出，采用基于模型的研制方法，特别是数字孪生体技术的引入，给传统舰艇研制带来了难以想象的便利。首先需求方可以“随时”（指更便利）提出RFP，由于数字孪生体技术使得舰艇各个子系统较为独立，因此可以随时开展相关技术研制，这实际上给作战模式带来了新的创新空间。

由于可以根据研制情况提出新的需求，这使得业主方在项目完成过程中发现初期的设计或预算的问题，并适当的进行调整。

这样做的好处是显而易见的：一是不用初期就预算大笔经费，至少不用预先确定供应商，这给项目管理带来了灵活性，能降低研制成本；二是基于数字孪生船舶模式，能够有效解决数据交换、流动和分享的问题。

在数字孪生船舶基础上，Newport News Shipbuilding造船厂提出了“智能造船厂”（SmartYard）的概念和计划，其核心就是利用数字孪生体开放架构，引入了数据科学和人工智能，可以实现多种多样的大数据分析，提升造船厂的智能化水平。

Newport News Shipbuilding跟美国国家标准和技术研究院（NIST，National Institute of Standards and Technology）合作，建立了数字孪生船舶的数据标准，主要引入了STEP数据交换和分享体系。

当然，Newport News Shipbuilding不是只说不做，它投入百亿级美元，加快数字孪生船舶模式的验证和落地，目前已经搭建了数据机制，选择了示范试点项目，积累了船舶领域的数字化转型经验。

毫无疑问，数字孪生船舶“可持续改进”特点给船舶研制和应用带来了灵活性，其核心是数字孪生体开放架构，它可以较为容易引入新型技术，而不用等待几年甚至于十年时间，这给海军作战或新型船舶产品投入市场提供了更大的想象空间。

作者：胡权，工业4.0研究院院长，数字孪生体联盟理事长