数字工程不能建立在“数字样机”基础上

作为推进装备数字化的计划，美军于2018年6月正式发布了《数字工程战略》，确定了数字孪生体的基础地位，提高了模型和数据共享的水平，大幅缩短了新型装备研制的时间，并降低了相关的成本。

我国不少行业在跟进学习美国数字工程，一些行业人士用“数字样机”（DMU，Digital Mock-Up）替代了数字孪生体，给我国数字工程发展带来了意想不到的挑战。

本文围绕“数字样机”的渊源和发展史，分析其与数字孪生体、数字原型等概念的差异，帮助数字孪生体联盟成员走在数字工程正确道路上。

原型的本质和角色

1992年，兰德智库为美国国防部副部长准备了一份报告，题目为《武器系统开发中原型的本质和角色》，对原型的本质和角色做了演进式的介绍，提升了美军在武器装备采办中应用原型的理解，为确定原型战略提供了条件。

在武器装备研制中，技术、目标、内部和流程都拥有不少不确定性，为了降低这种不确定性，引入原型就很有必要，它可以为风险管理提供信息。

兰德智库认为，美军早在1940年前就开始采用原型，到了20世纪50年就比较普遍了，然而因为“统一系统概念”的影响，曾经有一段时间陷入低潮，但很快在60年代晚期又开始反转了。

到1986年帕克德委员会的报告，强调在全速生产之前必须设计原型。不仅如此，美国国会开始鼓励开展原型工作，1987年原型正式进入美国国防部指令5000.2中的要求。

因此，兰德智库撰写这份报告的时候，美军已经就原型建立了共识。

需要指出的是，美军各种文件或报告中的原型，并不特定指某种标准，它指的就是为了便于测试的硬件或软件系统。

数字样机的渊源

21世纪初，数字样机是一个热门词汇。

各位读者如果去搜索“数字样机”，并不能找到丰富的信息，即便在维基百科上，其结果只有英文内容，没有中文对应的词汇。即便是英文页面，也仅有寥寥几段话，并无丰富内容。

出现这样的现象，是因为数字样机概念主要是欧洲企业在推广，以西门子和达索为主要代表。

20年前，有专家介绍了“虚拟样机”（Virtual Prototype）概念，包含数字样机（DMU）、功能虚拟样机（FVP，Functional Virtual Prototype）和虚拟工厂仿真（VFS，Virtual Factory Simulation）。

数字样机对应产品的装配过程，用于快速评估组成产品的三维实体模型装配件的形态特征和装备性能。

据工业4.0研究院观察，欧洲不少企业还在延续数字样机的提法。在2022年德国出版的《工业虚拟产品创造》一书中，专门列了一章介绍“数字样机”。

2010年，中机生产力促进中心、北京数码大方科技有限公司和中国电子科技集团公司第38研究所等多家单位联合起草了《机械产品数字样机通用要求》，这似乎是行业内首份（也是唯一）数字样机标准文件。

数字样机能支撑数字工程吗？

似乎这不应该成为一个问题，在美军各种战略、报告和文件中，从来不会出现“数字样机”。

早在兰德智库编写的多份原型报告中，就分析过为什么不用CAD模型来做原型，更不会采用欧洲几个厂商主推的数字样机了。

第一，数字样机是一个高度结构化和完整的体系，跟数字工程的模型化开放系统方法是冲突的。

数字工程以贯穿武器装备全生命周期为目标，如果定义了大而全的各种细节，就会限制参与方的积极性，也会遏制创新的出现。

第二，数字工程是一种新理论方法，它不能跟特定的软件产品关联。

数字样机跟西门子、达索等软件公司的产品高度相关，如果采用数字样机来建设数字工程，将陷入“供应商锁定”的困境，这是美军一直想避免的情况。

第三，为了实现高度灵活的数字工程，模型必须跟数据分离。

当模型跟数据分离后，就可以采用人工智能和机器学习了，这是数字工程追求的最高目标。

更详细的分析，请参考《数字工程白皮书》（Digital Engineering Whitepaper）。

结论

对于国内行业人士熟悉的数字样机，探究它的本质和渊源，是正确认识美军所提数字工程的基础。虽然数字样机在某些特定领域获得了成功，但对于未来的需求，它恐怕是有心无力，数字孪生体经过10多年的发展，已经具备承载数字工程梦想的能力。