数字孪生制造【六】| NASA JPL的系统工程

导读：NASA是最早提出数字孪生体的机构之一，它下属JPL实验室潜心研究基于系统工程的开源CAE，并建立了开源系统工程环境，为数字孪生体的应用奠定了坚实的基础。

1936年，美国加州理工学院几位研究生和兴趣爱好者聚集在一起，尝试发射一枚火箭，但实际上花费了四次才发射成功。这个尝试成为了JPL（Jet Propulsion Laboratory）扬名天下的开端，并让加州理工学院跻身一流大学之列。

作为数字孪生制造系列之六，我们结合到马斯克的SpaceX发射成功的背景，来挖掘NASA顶级实验室的数字孪生体研究和应用秘诀。

由于加州理工学院在火箭技术上起步早，进展也不错，很快得到美国陆军的青睐，资助了不少资金研发火箭和导弹技术。据JPL历史记载，现在的名称是在1943年11月20日开始使用的。

大家知道，1957年10月，苏联发射了Sputnik，这大大刺激了骄傲的美国，JPL花费了3个月时间，开发了Explorer 1，并在1958年1月发射成功。

为了进一步应对苏联带来的挑战，1958年10月，NASA组建成立，JPL从美国陆军转移到NASA管理，其工作内容也开始转移到宇宙飞船研发上来。

JPL是美国NASA唯一的FFRDC（Ferally Funded Research and Development Center），这意味着美国联邦政府将为之拨款。不过有趣的是，JPL虽然名义上属于NASA下属机构，但管理权在加州理工学院，因此，JPL员工是加州理工学院的人员。

随着航天事业数字化程度越来越高，美国政府也吃不消自己来研发现代宇宙飞船，开始筹划建立航天数字生态，当然，它采集用了开源驱动的方式。

在2018年一次国际会议上，JPL的Eric W Brower介绍了其开源CAE（OpenCAE）项目，其中的关键就是建立基于模型的工程环境（MBEE，Model-Based Engineering Environment），而且把这个工程环境开源出来，让所有利益相关者都可以参与。

这是一种大胆的做法。

波音公司对此做了评价。在2016年的时候，波音公司 John Herrold 就对JPL推出的OpenMBEE做了分析，他指出，波音公司跟JPL面临数字工程越来越复杂的挑战，但JPL做得很好，直接采用了开源数字基础设施的做法。

他解释了波音公司为什么会采用开源系统，一共列举了五个方面，其中成本和获得别人开发成果是最为重要的两条。有趣的是，波音公司很想从NASA、FAA和大学获得研究成果，那么参加JPL发起的OpenMBEE就成为有利可图的选择。

工业4.0研究院对国内开源应用做了深入分析，大部分不愿意接受开源解决方案的企业都对安全性存疑，或者他们大都找不到恰当的商业模式。

这些问题对于践行20年的美国企事业单位不是问题，如果担心安全，就建立一套安全的机制和研发要求就好了。JPL设计了安全要求高的软件环境，这使得参与各方人员都可以利用这套基于模型的系统工程环境。

安全要求高（Safety-Critical）的软件环境

从系统设计、开发、测试到运行整个流程，都可以满足各个方面的要求。

国内对于开源软件的“恐惧”实则对于现代软件工程不熟悉，美国国防部要求20%以上的系统必须开源，这显然考虑了各方面的因素。为了所谓安全，导致各个数字系统之间不能兼容，或者不能共享各种数据，由此带来的效率低下和浪费才是最大的风险。

为了让所有参与NASA和美国国防部的机构都可以用好OpenMBEE，它还专门部署了一个网站。

不仅如此，JPL把所有可能开源的代码都放到了GitHub上，开源工业互联网平台也导入了相关项目，数字孪生体联盟成员如果有兴趣，可以到openii.cn上面下载源代码。

https://openii.cn/open-mbee