借助《数字工程白皮书》讲好其来龙去脉

导读：按照数字孪生战场实验室计划，近期发布了《数字工程白皮书》，对美国国防部正在推进的数字工程战略做了系统、深入的剖析。本文摘自《数字工程白皮书》引言，供行业人士阅读参考。

作为美军第三次抵消战略（Third Offset Strategy）的技术基础，数字工程经历了长达10年的发展，从早期的系统工程研究中心（SERC，Systems Engineering Research Center）的设立，系统工程2020战略计划的制定，到2018年正式发布《数字工程战略》，一直到目前正在大力推进任务工程，展现了美军技术驱动的军事哲学和实践。

工业4.0研究院在2015年启动了数字工程的系统研究，从美军设立专门组织机构系统工程研究中心，到启动系统工程2020战略计划，以及到《数字工程战略》的确立，做了深入分析。

特别对人们比较关注的数字孪生体，工业4.0研究院投入资源最多，研究最深入，因为数字孪生体作为贯穿武器装备整个生命周期的模型和数据基础，体现了美军在复杂系统上获得的成果。

从概念体系的孵化、应用和创新整个过程来看，可以把数字工程分为三个阶段：

* 数字工程的孵化期。系统工程研究中心在美国国防部采办部系统工程部门支持下，启动了系统工程2020战略计划，开展了数百个研究项目，最终形成了数字工程概念体系。

* 数字工程的应用期。美国国防部系统工程部门在2016年频繁提到数字工程，在2017年的公开演讲中，开始以《数字工程战略》为题，可见美军在2016年之后就开始数字工程的试点应用了。

* 数字工程的创新期。以F-35战斗机和B-21轰炸机等为代表，数字工程的价值毋庸置疑，但一向对先进技术有偏好的美国国防部并未停下来，它加强了任务工程的探索和实践。

表 1 数字工程的孵化、应用和创新

在系统工程研究中心推进系统工程转型的时候，它当时面临多个选择：

一是直接应用国际系统工程学会（INCOSE，International Council on Systems Engineering）的成果，即基于模型的系统工程（MBSE，Model-Based Systems Engineering）。

二是美国科学基金会和DARPA关注的信息物理系统（CPS，Cyber-Physical Systems），DARPA在META项目中力图构建面向未来的系统工程。

三是美国国防部系统工程部门一直在采用建模仿真（M&S，Modeling and Simulation），这在《国防采办指南》以及各军种的实践中体现非常明显，推动起来较为容易。

当时负责推进系统工程2020战略计划的巴利·玻姆（Barry Boehm）曾经在DARPA、美国国防部以及军工企业等工作过，一直负责军事信息技术的研发工作，对以上三种选择做了定性和定量的分析，最终选择了一条困难的道路：提出新概念体系。

从实施落地的角度来看，玻姆应选择第三项，即把美国国防部传统的建模仿真包装一下即可，这样不管是研究过程，还是落实效果，都无懈可击。然而传统的建模仿真过于孤立，通常以各自为政的仿真项目开展的，如果继续推进建模仿真概念，恐怕无法在各个利益群体中建立共识。

对于第一项国际系统工程学会主推的基于模型的系统工程，它比较学术化，能在专家群体中建立共识，但其应用难度非常大，对人才的要求比较高，直观性不够，更关键的是，基于模型的系统工程对当时要解决的采办问题效果不明显，不能快速在武器装备的各个环节快速推行起来，特别是美国国防部希望实现的“不断改进”的目标，国际系统工程学会无法给出满意的答案。

至于信息物理系统，它也比较学术化，通常是高校教授或希望发表复杂论文的研究生选择。按照常规做法，美国国防部拨备了一些资金开展信息物理系统研究，但最终还是放弃了该努力。

按照美国国防部当时的处境，如何降低成本和提高武器装备的灵活性，是需要解决的两大难题。前者是因为美国刚刚经历了金融危机，国防预算缩减得比较厉害，但需要做的事情还是那么多，只好从降本增效上做文章；后者是因为美军希望应对来自世界各地的多种威胁，需要武器装备具有灵活性，同时还需要满足当时的“网络中心战”（Net-Centric Warfare）的要求，这促使美军选择具有更好灵活性的技术概念。

在排除所有已有方案之后，系统工程研究中心经过5年左右时间的努力，看到了数字孪生体、人工智能、数据科学和物联网等新一代数字技术的潜力。它认为，随着计算能力更强、云计算更普及和敏捷开发更常见，数字技术将渗透到系统工程的方方面面，因此开始提出“数字工程”概念体系，并通过来自美国各高校、研究机构和军工企业等数百家单位的共同努力，形成了一套数字工程战略计划。

由于美国政府换届等影响，《数字工程战略》直到2018年才正式对外发布，它的发布，迅速对各军种和军工企业产生了冲击，甚至对其他国家开展系统工程产生了影响，大家纷纷阅读从各个途径找到的数字工程资料，部分专家根据自己的理解，消化吸收为各具特点的数字工程概念体系。

直到2022年3月4日，美国空军新一代隐身战略轰炸机B-21的首架原型机开始地面测试，以及2022年12月3日，美国空军公开发布了B-21轰炸机，再次激发大家开始关注数字工程的价值。

按照诺格公司的说法，B-21轰炸机从研制之初就采用数字孪生体和数字工程来建造，这是它能够在短短5年时间就完成概念到交付过程的根本原因，而且据称B-21轰炸机具有开放架构，能够跟其他武器装备有效连接，进行数据交换和分享，构成所谓第六代战斗机体系。如果美军确实能实现所公开的能力，那么B-21轰炸机所用的数字工程技术确实超出了传统系统工程的边界，展现了数字工程的巨大潜力。

美国国防部为了应对大国带来的“威胁”，加强备战工作的开展，这从美国国防部不到4年时间，研究工程部门就进行了两次改组可以看到其中的急迫心态：

第一次是2018年《数字工程战略》发布之后，它把系统工程部门取消了，把相关职能移到了研究技术子部门中去，这意味着美国国防部不再强调传统的系统工程概念，而希望推动数字工程的发展。

第二次是2022年再次重组，把2018年设立的三级部门任务工程调整为二级部门，直接向美国国防部研究工程部门领导汇报，而且测试资源管理中心（TRMC，Test Resource Management Center）也成为二级部门，以更好协调各军种的工程部门。

至此，数字工程已经融入到美国国防部研究工程各个部门，成为其工程基因所在，同时，新推出的任务能力部门聚焦多域联合作战、任务集成、原型及实验工作，支撑美军联合作战的开展，以尽早形成应对未来战争的任务工程能力。

永远不变的是变化，这一点用在美国国防部过去10多年推进数字工程的经历中，的确是实至名归。

对于高度对抗为主的未来战争，墨守成规是赢得战争的最大敌人。美军希望通过快速引入新型技术（特别是颠覆性技术），建立新的联合作战能力，形成新的分布式作战样式，从而改变战场的力量对比，突破大国对手的反介入区域拒止（A2/AD）。

美国国防部通过创造数字工程新概念，接着再提出任务工程体系，分别推动武器装备现代化和作战能力现代化，可谓一箭双雕。读者应重点关注了解，并结合到自己的实际情况，突破传统的思考模式，提出适合自身需求的解决方案。

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联系人：王明芬，数字孪生战场实验室战略经理，微信号：wangmfbj

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