2018年7月5日，美國(guó)國(guó)防部正式對(duì)外發(fā)布“國(guó)防部數(shù)字工程戰(zhàn)略”并提出五大戰(zhàn)略目標(biāo)。數(shù)字工程戰(zhàn)略旨在推進(jìn)建立數(shù)字工程生態(tài)系統(tǒng)，將國(guó)防部以往線性、以文檔為中心的采辦流程轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)態(tài)、以數(shù)字模型為中，完成以模型和數(shù)據(jù)為核心謀事做事的范式轉(zhuǎn)移。

自（上）篇成文后，由于目前美軍并未發(fā)布更多信息，筆者等待并思考許久后，決定將原定的（下）拆成（中）和（下），并單獨(dú)成篇一個(gè)特輯，以便能從更加完整的視角來(lái)分析這一戰(zhàn)略。下篇將結(jié)合文化轉(zhuǎn)型，并引述美國(guó)空軍的一項(xiàng)研究來(lái)談一談數(shù)字工程戰(zhàn)略實(shí)施；中篇?jiǎng)t從美軍兩大相關(guān)計(jì)劃入手看看他們是如何融入數(shù)字工程技術(shù)創(chuàng)新并構(gòu)建數(shù)字工程基礎(chǔ)設(shè)施來(lái)支撐采辦工程實(shí)踐的，這是美軍能夠不斷創(chuàng)新和保持強(qiáng)大的重要基礎(chǔ)之一。要了解這個(gè)，我們先從一幅“草圖”看起。

美軍對(duì)ERS和CREATE應(yīng)用的初步愿景（中國(guó)航空工業(yè)發(fā)展研究中心漢化）

從圖中可以看到，當(dāng)前和未來(lái)，國(guó)防部新型能力與原型部門(mén)（EC＆P）和研制試驗(yàn)與鑒定部門(mén)（DT＆E）都要使用CREATE和ERS等工具環(huán)境支撐國(guó)防采辦壽命周期，至少在這張圖上，兩者是比數(shù)字系統(tǒng)模型、數(shù)字線索、數(shù)字孿生這三個(gè)數(shù)字工程生態(tài)系統(tǒng)核心紐帶覆蓋壽命周期更廣的事物，那么中篇，我們就來(lái)看看CREATE和ERS這兩個(gè)工具環(huán)境，怎么提升工程實(shí)踐，如何支撐跨利益攸關(guān)方實(shí)施各項(xiàng)活動(dòng)、協(xié)作和溝通。

2．3融入技術(shù)創(chuàng)新以提升工程實(shí)踐

目標(biāo)是超越傳統(tǒng)的基于模型的方法，在技術(shù)和實(shí)踐中融入創(chuàng)新成果，并且支撐在一個(gè)數(shù)字化連接的端到端復(fù)雜組織體內(nèi)快速實(shí)施創(chuàng)新。

（1）建立一個(gè)數(shù)字化的端到端工程復(fù)雜組織體。工程復(fù)雜組織體將連接數(shù)字與物理世界，融入基于模型的方法以執(zhí)行全生命周期活動(dòng)。在生命周期前期，美國(guó)國(guó)防部主要使用興趣系統(tǒng)的數(shù)字化表達(dá)來(lái)支撐概念評(píng)價(jià)、用戶(hù)參與以及權(quán)衡確認(rèn)；后期主要關(guān)注最終系統(tǒng)的生產(chǎn)、交付和維護(hù)，重點(diǎn)是持續(xù)更新其數(shù)字化表達(dá)，不斷獲取來(lái)自使用環(huán)境的知識(shí)并且加深對(duì)系統(tǒng)的認(rèn)知。

（2）利用技術(shù)創(chuàng)新提升數(shù)字工程實(shí)踐。美國(guó)國(guó)防部將利用數(shù)據(jù)分析學(xué)，通過(guò)模型和數(shù)據(jù)加深對(duì)系統(tǒng)的認(rèn)知，幫助利益攸關(guān)方提升決策水平、系統(tǒng)能力以及計(jì)算密集型工程活動(dòng)的成效；還將利用人機(jī)交互轉(zhuǎn)變機(jī)器與其它機(jī)器和人類(lèi)進(jìn)行交流和協(xié)作的方式，從而同時(shí)利用人類(lèi)和機(jī)器的力量提升工程實(shí)踐。

利用前沿技術(shù)、新方法、人機(jī)協(xié)作實(shí)現(xiàn)端到端的復(fù)雜組織體（美國(guó)防部圖片）

【作者獨(dú)家解讀】：上圖列出了一些技術(shù)，大數(shù)據(jù)與分析、虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、數(shù)字孿生、數(shù)字制造、3D打印、數(shù)據(jù)可視化、人工智能、人機(jī)接口、計(jì)算云、認(rèn)知技術(shù)、計(jì)算技術(shù)都是耳熟能詳?shù)募夹g(shù)，有一些筆者也專(zhuān)門(mén)寫(xiě)過(guò)文章分析。下面將著重展示基于物理特性的模型，美軍高性能計(jì)算現(xiàn)代化計(jì)劃（HPCMP）中的“計(jì)算研究和工程采辦工具與環(huán)境”（CREATE）項(xiàng)目就是在開(kāi)發(fā)利用該技術(shù)，該項(xiàng)目已實(shí)施10多年，并將持續(xù)維護(hù)、改進(jìn)到至少2040年，然后更新?lián)Q代。

為刺激重大國(guó)防系統(tǒng)的采辦并降低成本、周期和風(fēng)險(xiǎn)，美軍于2006年啟動(dòng)了CREATE項(xiàng)目，目標(biāo)是開(kāi)發(fā)和部署基于物理特性的高性能計(jì)算軟件產(chǎn)品，通過(guò)高逼真度數(shù)字模型（虛擬樣機(jī)）的構(gòu)建和改進(jìn)，以支撐國(guó)防部平臺(tái)（飛行器、艦船、地面車(chē)輛和射頻天線系統(tǒng)）的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。項(xiàng)目每年投入3600萬(wàn)美元，2016年，該產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)商用，截止到2017年10月，美軍各軍種、國(guó)防機(jī)構(gòu)、國(guó)防工業(yè)部門(mén)以及大學(xué)等有超過(guò)180個(gè)組織正在使用它。未來(lái)，CREATE還將面向高超聲速、新型潛艇開(kāi)發(fā)、聯(lián)合多任務(wù)旋翼機(jī)技術(shù)演示（JMR－TD）、空間技術(shù)、改進(jìn)型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)項(xiàng)目（ITEP）、電子戰(zhàn)／雷達(dá)／天線建模、直接能量、服務(wù)壽命預(yù)測(cè)等，繼續(xù)開(kāi)發(fā)和改進(jìn)。

美軍高性能計(jì)算現(xiàn)代化計(jì)劃生態(tài)系統(tǒng)（中國(guó)航空工業(yè)發(fā)展研究中心漢化）

CREATE項(xiàng)目共分為5個(gè)子項(xiàng)目，開(kāi)發(fā)了11個(gè)多物理軟件工具，分別是：飛行器——CREATE－AV，艦船——CREATE－Ships，射頻天線——CREATE－RF，地面車(chē)輛——CREATE－GV，網(wǎng)格和幾何——CREATE－MG，以及高性能計(jì)算門(mén)戶(hù)。具體如下：

飛行器CREATE－AV

Genesis（原名DaVinci）

用于學(xué)術(shù)研究的快速概念設(shè)計(jì)

Kestrel

固定翼飛行器高逼真度、全尺度、多物理分析工具

Helios

旋翼飛行器高逼真度、全尺度、多物理分析工具

Firebolt

集成到Kestrel和Helios中的推進(jìn)模塊（非獨(dú)立工具）

艦船CREATE－Ships

艦船快速設(shè)計(jì)環(huán)境（RSDE）

快速設(shè)計(jì)和綜合能力

海軍增強(qiáng)山嶺機(jī)制（NESM）

艦船沖擊和沖擊損傷評(píng)價(jià)

NAVYFOAM

艦船水動(dòng)力，預(yù)測(cè)水動(dòng)力性能

集成水力設(shè)計(jì)環(huán)境（IHDE）

促進(jìn)海軍設(shè)計(jì)工具訪問(wèn)

射頻天線CREATE－RF

SENTRi

與平臺(tái)集成的電磁天線設(shè)計(jì)

地面車(chē)輛CREATE－GV

水銀

車(chē)輛系統(tǒng)和組件高逼真度、多物理仿真工具

移動(dòng)性分析工具（MAT）

評(píng)估地面車(chē)輛性能指標(biāo)的分析工具

網(wǎng)格和幾何CREATE－MG

Capstone

生成分析所需幾何外形和網(wǎng)格的組件

使用CREATE工具，工程人員可以在采辦流程的任何階段，利用高逼真度虛擬樣機(jī)分析產(chǎn)品性能，作為真實(shí)試驗(yàn)、使用等數(shù)據(jù)的補(bǔ)充。對(duì)新系統(tǒng)的概念設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，現(xiàn)有設(shè)計(jì)的“經(jīng)驗(yàn)法則”外推方法可以為基于物理特性的設(shè)計(jì)方案生成方法所替代，從而能夠快速探索設(shè)計(jì)權(quán)衡空間，并且利用基于物理特性的分析工具評(píng)估設(shè)計(jì)方案的可行性。他們可以考慮數(shù)千種設(shè)計(jì)方案而不是少量幾種。對(duì)詳細(xì)設(shè)計(jì)研制來(lái)說(shuō)，虛擬樣機(jī)的高逼真度分析可以通過(guò)“虛擬樣機(jī)性能的基于物理特性的分析”，代替“真實(shí)試驗(yàn)的故障數(shù)據(jù)”。這種方法向工程人員適時(shí)提供決策數(shù)據(jù)，使他們?cè)谠缙诰妥R(shí)別設(shè)計(jì)缺陷和性能不足，讓問(wèn)題在物理制造前得到修正，盡量減少費(fèi)時(shí)費(fèi)力的返工。

CREATE工具還可以助力試驗(yàn)過(guò)程，使其更具成效、更有效和高效。該工具可以用來(lái)識(shí)別最敏感和不確定的使用條件，以便試驗(yàn)程序集中于這些領(lǐng)域，從而使總的試驗(yàn)數(shù)據(jù)需求減少5倍以上，也就減少了所需的試驗(yàn)時(shí)間。此外，它還讓試驗(yàn)團(tuán)隊(duì)能夠?qū)Ｐ奶幚泶_定武器系統(tǒng)性能的基礎(chǔ)問(wèn)題。美國(guó)空軍針對(duì)高性能飛行器靜態(tài)和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性和控制特性的確定，利用該工具開(kāi)發(fā)了通過(guò)試驗(yàn)設(shè)計(jì)設(shè)置最少的數(shù)據(jù)點(diǎn)從而縮短整個(gè)風(fēng)洞試驗(yàn)周期的方法，并使用F－22戰(zhàn)斗機(jī)的數(shù)據(jù)完成了驗(yàn)證。這一過(guò)程將在（下）篇中進(jìn)行詳細(xì)闡述。

CREATE工具影響了許多國(guó)防部項(xiàng)目（中國(guó)航空工業(yè)發(fā)展研究中心漢化）

CREATE項(xiàng)目將同時(shí)支撐數(shù)字工程戰(zhàn)略的五大目標(biāo)。

第一，CREATE項(xiàng)目開(kāi)發(fā)、部署和支撐基于物理特性的軟件程序，讓國(guó)防部工程人員快速開(kāi)發(fā)數(shù)字產(chǎn)品模型，分析系統(tǒng)性能，識(shí)別并修正系統(tǒng)設(shè)計(jì)缺陷和性能不足，在采辦流程所有階段提升性能。第二，項(xiàng)目開(kāi)發(fā)和部署經(jīng)驗(yàn)證與確認(rèn)（V＆V）的基于物理特性高性能計(jì)算工具，包括所有重要的效應(yīng)、精確的解決方案算法，為完整系統(tǒng)即所需的任何事物建模，以足夠短的計(jì)算時(shí)間為參數(shù)研究而精確預(yù)測(cè)性能。第三，HPCMP生態(tài)系統(tǒng)采用創(chuàng)新的技術(shù)（高性能計(jì)算、高速網(wǎng)絡(luò)和先進(jìn)軟件），可讓國(guó)防部工程人員生成許多設(shè)計(jì)方案，由于不可行的方案在很早期就快速失敗，所以只承擔(dān)很少風(fēng)險(xiǎn)就識(shí)別成功的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，從而快速和高效開(kāi)發(fā)創(chuàng)新的系統(tǒng)。第四，生態(tài)系統(tǒng)從相關(guān)利益攸關(guān)方連接領(lǐng)域?qū)＜遥�提供�?jīng)驗(yàn)證和確認(rèn)的數(shù)據(jù)用于工程和采辦活動(dòng)，利用高性能計(jì)算分布式資源中心、高寬帶網(wǎng)絡(luò)以及CREATE軟件程序。第五，HPCMP與軍種工程組織通力合作，CREATE開(kāi)發(fā)并使用構(gòu)建了精通計(jì)算的國(guó)防部人力資源，培訓(xùn)與支持超過(guò)180個(gè)國(guó)防部組織和1400個(gè)用戶(hù)；CREATE軟件正在融入軍種學(xué)術(shù)研究和其它大學(xué)課程中，并且定期發(fā)布軟件能力更新。