为什么A-10攻击机是数字孪生装备典型案例？

导读：工业4.0研究院建立数字孪生国防体系，对数字孪生战场、数字孪生装备和数字孪生训练进行研究。围绕数字孪生装备应用，建立典型案例库，通过武器装备的数字工程分析，深入理解数字孪生装备的应用方法。

A-10雷电Ⅱ是美国Fairchild Repulic生产的一种单座双引擎攻击机，负责提供对地面部队的密接支援任务，包括攻击敌方战车、武装车辆、炮兵阵地及重要地面目标等，其名称来自于二战时密接支援上有出色表现的P-47雷电式战斗机。

近期乌克兰冲突受到关注，据报道称，美国计划将3支A-10攻击机中队的飞机转移给乌克兰空军，以支援乌克兰的作战，然而美国国防部对此并未确认。

更值得装备领域行业人士关注的是，在美国国防部2018年发布的《数字工程战略》中，提及了四个案例，其中一个就有A-10机翼更换项目（WRP，Wing Replacement Program），由此可见其数字工程获得了重大突破。

本文结合到工业4.0研究院对A-10数字工程案例研究，分析数字孪生装备工作开展的一些原则和方法。

伴随DoD 5000成长的A-10

为了研究数字孪生装备，工业4.0研究院选择了全球知名的武器装备，其中一款即为A-10攻击机。

工业4.0研究院选择A-10进入典型案例库，具有以下理由：

• A-10采用了DoD 5000相关原则，体现了现代武器装备的基本需求。所谓DoD 5000，即武器装备采办的条令，它在1971年正式发布，跟A-10产生的时间基本吻合，因此A-10受到DoD 5000的影响比较大。

• 传统军用飞机采取性能优先原则，A-10是根据成本来设计（Design-to-Cost）的项目。按照美国空军技术学院的评价，按照成本来设计是当时非常新潮的想法，但真正按照这种做法来做，A-10算是先行者。

• 跟其它军用飞机的设计模式不同，A-10围绕GAU-8/A机炮来设计，这使得它的项目管理比较独特。为了达到这个目的，A-10和GAU-8/A机炮以及其他模块都由一个几十人的团队管理。

在A-10设计之初，其使用时间为6000小时，后来美国空军企图利用“飞机结构完整性项目”（ASIP）的实施，达到延时一倍的目的，即达到12000小时。

为了解决飞机机构疲劳和损伤的问题，美国空军于1958年发起了ASIP计划，并逐步形成了规范，后来形成了MIL-HDBK-1530，并几经修订，通过吸纳第一个数字孪生装备项目ADT经验，修订形成了2016年版的MIL-STD-1530D。

1998年诺思罗普格鲁曼（简称“诺格”）接受任务，撰写了《A-10A飞机机翼中心板优化提升寿命》的报告，号称可以使得A-10达到16000小时服务寿命。该建议得到采纳，并形成了HOG UP计划（A-10的代号为Warthog），要求A-10可以服务到2028年。

据美国空军技术学院分析，诺格当时的建议是建设ASIP新的要求全面实施，但实际上相关规定在其后很多年都没有得到实施。

当然，HOG UP并未得到很好地实施，从而使得预期的16000小时服务寿命难以满足。

A-10成为数字工程典型案例

传统系统工程方法无法让A-10达到16000小时服务寿命，然而基于数字孪生体的数字工程可以。

2018年，美国国防部发布《数字工程战略》，在其中列了四个案例，分别为福特号航母、生命周期产品数据管理、A-10机翼更换计划和工程弹性系统，代表了美国海军、陆军、空军和联合作战的典型应用场景。

美国空军可以推荐给国防部的案例比较多，但它为什么选择A-10攻击机的升级计划为典型案例呢？

《数字工程战略》中指出，A-10机翼更换计划引入了数字孪生体，这是引入新型技术的典型代表（Incorporate Technological Innovation）。

由于原有厂商情况发生改变，同时由于A-10系统项目办公室（SPO，System Program Office）曾经从萨克拉门托迁移到HAFB，相关物理文件已经丢失，为此美国空军专门制作了1万个数字孪生模型。

美国空军A-10的ASIP管理部门对此做了详细分析，相关负责人表示，通过引入数字工程实现A-10战术优势的升级，实现定义、开发和增强下一代攻击机的目的。

管理A-10的ASIP成立于2003年，随着美国国防部引入数字孪生体，建立数字工程体系，它如获神助，迅速引入数字孪生体，分为12个部分建立数字孪生体，报给国防部的1万个数字孪生模型库正是其结果，通过它还建立了数字工程工具库，这些基础工作为随时响应维护提供了便利。

如上图所示，这是一次飞鸟撞击的事件，由于拥有完整的数字孪生体，通过数字孪生模型库，迅速形成了修复方案，并采用3D打印满足了要求，避免了该飞机停飞的状况。

除了飞鸟撞击案例，A-10的ASIP管理部门列举了大量的场景，包括机体部件脱落、机队管理和制造数据的融合等，特别是机体部件脱落问题，仅仅在48小时就找到了解决方案，这是在以前无法想象的，没有几个星期甚至几个月是无法给出答案的。

DARPA依托A-10验证未来技术

A-10攻击机是一款使用时间长达近50年的装备，即便按照延寿计划，可以服务到2028年，它终究要退出未来战场。当A-10退出之后，谁将接替其位子呢？

行业人士众说纷纭，有的说F-35战斗机将替代其位置，然而马上有人站出来反对，毕竟F-35这么贵的飞机，在武器装备研制资金紧张的情况下，应该选择更为经济的攻击机手段。

DARPA对此颇有想法。

不管A-10攻击机还是俄罗斯对应的苏-25等飞机，它们都是设计出来应对装甲部队，可以通俗的称“打坦克”。这也是为什么美国有部分人呼吁为乌克兰提供A-10的缘故，毕竟俄罗斯的坦克太厉害了，仅仅依靠地面部队对抗，效果不太好。

正如DARPA自己所讲，选择A-10攻击机改造验证PCAS项目，主要该攻击机的场景跟DARPA想推动的颠覆性项目类似，将来把在A-10平台上实现的功能，移植到一些无人机上，更容易实现未来无人攻击机的研制。

攻击机的目标是对地支援，那么跟地面火力对抗是基本需求，这本质上是一种战术行动，符合OODA循环。在现代战争中，改善OODA循环的方式是引入机器学习，因为它的决策远远超出人类，在这种战术场景下，采用无人机，部署满足OODA循环的新型武器，那么将大大改变未来战场的格局。

这也许就是美国国防部对2028年退役的A-10攻击机的解决方案。

总结

随着武器装备的复杂度越来越高，系统工程自身变得很复杂，这才促使DARPA提出数字孪生体概念，以期改变这样的困境。从过去10多年的发展来看，DARPA做到了这一点，它一点一滴建立数字孪生装备应用场景，实现了从ADT到A-10的改造，体现了稳打稳抓的做事方式。

数字孪生装备的应用工作具有风险，然而其回报非常可观，只要采取恰当的数字工程管理方式，能够控制绝大部分风险，工业4.0研究院抽象为：以成熟武器装备平台验证新型概念和技术，同时抽象出共性功能，应用到未来战场所需要的武器装备研制。

作者：胡权，工业4.0研究院院长，数字孪生战场实验室主任