《数字孪生国防白皮书》之四：定义与范围

导读：作为翼络数字国防工作小组2021年重大项目，《数字孪生国防白皮书》预计2021年10月16日发布，计划在数字孪生战场公众号发布系列分析文章，展望数字孪生国防发展之前景。本文为第四篇文章，介绍数字孪生国防的概念。

行业人士对数字孪生体给出了很多定义，工业4.0研究院认为它是第四次工业革命的通用目的技术（GPT，General-Purpose Technologies），给出来较为宽泛的定义，即“数字孪生体是物理世界和数字空间交互的概念体系”。

在此基础上，工业4.0研究院提出了“数字孪生+”战略，计划在未来10年加快推进关键核心技术的研发，利用数字孪生体联盟加速数字孪生创新生态的形成。

由于数字孪生体来自于国防领域，过去10年的主要贡献者主要为军事相关的单位和企业，迄今最为引人瞩目的成果主要跟国防、航空航天和汽车等相关。

为此，工业4.0研究院针对国防领域的应用，提出了“数字孪生国防”（DTD，Digital Twin Defense）概念，并围绕“数字孪生战场”（DTB，Digital Twin Battlefield）、数字孪生装备（DTE，Digital Twin Equipment）和数字孪生训练（DTT，Digital Twin Training）开展研发工作。

基于工业4.0研究院2020年发布的“数字孪生+”战略框架，数字孪生国防可以定义如下：

数字孪生国防是基于数字孪生基础设施的战场环境和装备工程体系，包括数字孪生战场、数字孪生装备和数字孪生训练等应用场景，它具有成本和灵活性两大核心优势。

图表 2 数字孪生国防概念图示

从颠覆性技术发展的历史来看，国防需求是重要的推动力。随着复杂武器装备的数字化程度越来越高，其研制成本高居不下，更让人难以忍受的还有周期不断延长，影响了国防战略的落实和作战需要，这迫使人们不再满足在传统概念体系上修修补补，提出新的概念体系是大势所趋。

第一，数字孪生国防是基于数字孪生基础设施来构建的。基于《数字孪生体》一书的观点，为了发挥数字孪生体的单一数据源价值，必须把数字孪生模型跟平台解耦，让它“基础设施化”，这样才能适应未来战场需要。

目前国防装备领域的数据管理方式，大都实行数据跟平台和项目走，也就是每个项目或平台都有一个数字孪生模型库，这样做的好处显而易见，它能够直接满足项目需要，但对于进一步应用或建立多个项目或平台之间的数据共享，则需要开展新的集成项目。

第二，数字孪生国防研究范围为战场环境和作战装备。跟行业人士所关注的装备系统不同，根据工业4.0研究院需要，数字孪生国防包含战场环境，支撑作战模式的实现，例如分布式作战、马赛克作战等。之所以这样做，是因为国防技术的目标之一就是备战和作战。

任何理论体系，不能在实际场景结合，价值通常不容易体现，数字孪生国防理论体系也是如此。从实际应用上来看，由于引入了数字孪生装备等概念，这些装备在战场上的应用，已经不是简单的装备自身的维护问题了，开始涉及到跟战略战术结合的体系了。

事实上，“数字孪生+”跟战场环境的融合，在数字孪生国防体系中为“数字孪生战场”，“数字孪生+”跟作战装备的结合，体现为“数字孪生装备”，如果在非作战的训练环节，“数字孪生训练”则很好体现了其含义。

第三，数字孪生国防理论是围绕成本和灵活性构建的。传统的国防理论体系，重点解决的问题是命令执行结果，数字孪生国防研究的目标是为了体现未来作战所关心的成本和灵活性挑战。

正如本白皮书前面指出的一样，随着软硬件二八原理倒置的趋势到来，软件在数字孪生装备中的占比将从20%向80%转变，这使得传统的软件工程无法适应需要，利用数字孪生国防提出的数字孪生基础设施和数字孪生开发方法，能够建立可持续改进的体系，这可以解决成本和灵活性这两个看似矛盾的挑战。

作者：吴海军，翼络数字国防工作小组分析员