2．4建立支撐的基礎(chǔ)設(shè)施和環(huán)境以跨利益攸關(guān)方實(shí)施各項(xiàng)活動(dòng)、協(xié)作和溝通

目標(biāo)是建立耐久可靠的基礎(chǔ)設(shè)施和環(huán)境，包括對IT基礎(chǔ)設(shè)施以及先進(jìn)方法、流程和工具進(jìn)行綜合，以及保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)、網(wǎng)絡(luò)安全和安全分級。

（1）開發(fā)、完善并使用數(shù)字工程IT基礎(chǔ)設(shè)施。數(shù)字工程IT基礎(chǔ)設(shè)施是分布式的軟硬件、網(wǎng)絡(luò)和相關(guān)設(shè)備的集合，美國國防部必須保證其滿足安防要求。

（2）開發(fā)、完善并使用數(shù)字工程方法論�；�于模型的復(fù)雜組織體的有效使用需要從基于文檔的方法轉(zhuǎn)型為數(shù)字化方法，國防部必須改進(jìn)工程人員工作和管理、設(shè)計(jì)和交付解決方案的方式，以更好地開發(fā)和使用先進(jìn)技術(shù)能力。

（3）確保IT基礎(chǔ)設(shè)施安全并保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)。數(shù)字工程轉(zhuǎn)型依賴對模型和數(shù)據(jù)分級、可用性以及完整性的保護(hù)，模型中存儲(chǔ)了大量信息，美國國防部必須降低網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)并針對內(nèi)外部威脅以確保數(shù)字工程環(huán)境的安全，將在促進(jìn)工業(yè)界和政府間合作的同時(shí)，加強(qiáng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)和敏感信息保護(hù)。

數(shù)字工程環(huán)境支撐基礎(chǔ)（美國防部圖片）

【作者獨(dú)家解讀】：美軍數(shù)字工程戰(zhàn)略報(bào)告中，一個(gè)引人注目的小貼士就是ERS，說海軍利用ERS工具開發(fā)了超過1900萬種艦船設(shè)計(jì)，使用成本與能力權(quán)衡分析以確定未來水面戰(zhàn)斗艦的經(jīng)濟(jì)可承受能力空間。工程強(qiáng)韌系統(tǒng)（ERS）計(jì)劃是美軍7個(gè)科技優(yōu)先計(jì)劃之一，由各軍種、國防高級研究計(jì)劃局負(fù)責(zé)，各軍種系統(tǒng)司令部、中心和研究實(shí)驗(yàn)室組成了技術(shù)團(tuán)隊(duì)。ERS計(jì)劃的目的是在一個(gè)與采辦和使用業(yè)務(wù)流程相一致的框架內(nèi)，開發(fā)一個(gè)現(xiàn)代計(jì)算工程工具的集成套件，套件包括模型、仿真和相關(guān)能力，以及權(quán)衡空間評估與可視化工具。

工程強(qiáng)韌系統(tǒng)是一個(gè)不斷發(fā)展的框架，是支持采辦所有階段的、可信的集成計(jì)算環(huán)境，致力于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的決策，主要由需求生成、備選方案分析、虛擬樣機(jī)與評估這幾個(gè)部分組成。強(qiáng)韌系統(tǒng)的4個(gè)關(guān)鍵屬性是：擊退／抵抗／吸收、恢復(fù)、適應(yīng)、廣泛的功用。美軍對強(qiáng)韌系統(tǒng)的要求是：在各種任務(wù)背景環(huán)境中是可靠的和有效的，通過重新配置和／或替換而很容易適用其它任務(wù)環(huán)境，可預(yù)測功能降低并且可緩解。目前，美軍和國防工業(yè)部門正在使用高性能計(jì)算資源，用驗(yàn)證模型和仿真復(fù)現(xiàn)基于物理特性的交互并預(yù)測裝備系統(tǒng)功能，從而預(yù)測可能影響任務(wù)執(zhí)行的背景環(huán)境，對這些模型和仿真生成的數(shù)據(jù)評估并形成裝備方案權(quán)衡，以確定一個(gè)系統(tǒng)提供所需能力的風(fēng)險(xiǎn)，以及確定系統(tǒng)是否可以保留并表現(xiàn)出足夠的強(qiáng)韌性來保證系統(tǒng)的采辦和部署。工程強(qiáng)韌系統(tǒng)能夠加強(qiáng)需求生成和備選方案分析流程，并且在權(quán)衡過程中提供壽命周期“情報(bào)”，通過權(quán)衡分析實(shí)現(xiàn)有充分依據(jù)的決策，在更少時(shí)間內(nèi)“可視化”更多設(shè)計(jì)的權(quán)衡，從而達(dá)到量化并降低采辦風(fēng)險(xiǎn)的目標(biāo)。

工程強(qiáng)韌系統(tǒng)支撐數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的決策（中國航空工業(yè)發(fā)展研究中心漢化）

利用ERS平臺(tái)，可以全面探索并識(shí)別關(guān)鍵性能參數(shù)（KPP），快速分析許多備選方案，提供虛擬作戰(zhàn)能力，減少原型制造時(shí)間和成本。目前，美軍正在ERS的早期概念權(quán)衡空間探索中引入壽命周期成本（LCC）分析能力，將成本模型與性能模型連接，實(shí)現(xiàn)效能、適用性和經(jīng)濟(jì)可承受性的三方權(quán)衡。在國防部采辦背景環(huán)境中，ERS提供工程分析環(huán)境，支撐概念設(shè)計(jì)、備選方案分析、價(jià)值工程；提供高逼真度計(jì)算環(huán)境，支撐原型構(gòu)建、試驗(yàn)與鑒定、作戰(zhàn)分析；提供平臺(tái)控制，從而利用跨國防部的領(lǐng)域?qū)�業(yè)能力；提供復(fù)雜組織體數(shù)據(jù)和知識(shí)環(huán)境。

因此，ERS平臺(tái)中的六個(gè)主要方向能夠支撐國防部當(dāng)前的采辦改革與創(chuàng)新目標(biāo)。（1）非線性工程，推動(dòng)基于模型的工程，在大規(guī)模分析中最大化地使用數(shù)據(jù)和模型；（2）基于物理特性的建模，為采辦流程早期的性能和生存力評估提供說服力，實(shí)現(xiàn)高設(shè)計(jì)精度；（3）工作流解決方案，打破使用高性能計(jì)算的障礙；（4）數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的分析和機(jī)器學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)分析，對決策有更深層次的理解；（5）大數(shù)據(jù)可視化，面向人類思維構(gòu)建精確的表達(dá)，增強(qiáng)決策過程中的溝通與理解；（6）政府－工業(yè)界協(xié)作，通過共同的理解和目標(biāo)加強(qiáng)溝通，包括通用工具、工作流、共享試驗(yàn)指標(biāo)、訪問分析數(shù)據(jù)、共享模型、學(xué)習(xí)等等。

ERS打造特定領(lǐng)域的設(shè)計(jì)環(huán)境（中國航空工業(yè)發(fā)展研究中心漢化）

ERS為特性領(lǐng)域的設(shè)計(jì)和工程提供支撐，比如能力生成、使命任務(wù)工程、成本分析、權(quán)衡空間分析、工程分析、工作流效率，并且以計(jì)算化方式生成原型等等。按照路線圖，當(dāng)前，ERS正在將能力集成到試驗(yàn)與部署環(huán)節(jié)，包括用戶配置的分析、風(fēng)險(xiǎn)表達(dá)與應(yīng)對、地球任何地點(diǎn)的環(huán)境仿真、制造、可生產(chǎn)性和壽命成本工具、任務(wù)背景環(huán)境工具。從2020年開始，ERS將全面轉(zhuǎn)移到采辦流程，包括建模整個(gè)采辦周期、確認(rèn)的成本表達(dá)、所有裝備備選方案的虛擬樣機(jī)構(gòu)建、認(rèn)知計(jì)算等。

目前，波音、洛克希德·馬丁、雷神、BAE系統(tǒng)公司等都采納了ERS。波音采用ERS進(jìn)行陸軍CH－47－F的改進(jìn)設(shè)計(jì)，通過自適應(yīng)設(shè)計(jì)／快速?zèng)Q策，使新設(shè)計(jì)概念到低速初始生產(chǎn)的周期縮短到1年半以內(nèi)，未來從概念設(shè)計(jì)到使用試驗(yàn)將縮短到2年內(nèi)。對于空軍低成本可消耗飛行器技術(shù)（LCAAT）項(xiàng)目，波音利用ERS快速交付了一個(gè)樣機(jī)，能夠重新配置到各種未料到的使命任務(wù)中。陸軍利用ERS，為“灰鷹”無人機(jī)建立了飛行性能模型，他們開發(fā)了一個(gè)經(jīng)確認(rèn)的計(jì)算模型和流程，以預(yù)測飛行性能，未來還將利用ERS研究側(cè)風(fēng)對起降性能的影響。海軍下一代空中主宰（NGAD）項(xiàng)目中，利用ERS探索了重新調(diào)整當(dāng)前由F／A－18E／F和EA－18G平臺(tái)提供的能力的需要。

ERS向采辦團(tuán)體轉(zhuǎn)移（中國航空工業(yè)發(fā)展研究中心漢化）

ERS計(jì)劃將同時(shí)支撐數(shù)字工程戰(zhàn)略的五大目標(biāo)。第一，使用模型替代連續(xù)的、固定的需求生成方法；使用模型實(shí)現(xiàn)在物理樣機(jī)和全尺度系統(tǒng)可用前，虛擬地生成樣機(jī)、實(shí)驗(yàn)和試驗(yàn)解決方案；使用不斷演進(jìn)的模型，允許設(shè)計(jì)方案分析在壽命周期中提前；理解如何通過逆向建模擊敗一個(gè)概念。第二，模型天生就更能適應(yīng)使命任務(wù)集和各種環(huán)境；權(quán)威真相源意味著“真正的事實(shí)”；ERS能夠以大型、復(fù)雜和集成的數(shù)據(jù)集，足夠快速和精確地理解并緩解風(fēng)險(xiǎn)。第三，探索集成的先進(jìn)工程模型的新概念；將密集的人工流程替代為集合了數(shù)據(jù)和技術(shù)文件的自動(dòng)化工作流；探索數(shù)字工程使用增加的需求下新的決策分析方法，使之可生成反映整個(gè)壽命周期的真實(shí)備選方案；利用機(jī)器學(xué)習(xí)分析海量和復(fù)雜的數(shù)據(jù)集，包含來自大量源的各種數(shù)據(jù)類型；從架構(gòu)上與知識(shí)管理集成。第四，在高性能計(jì)算中構(gòu)建整個(gè)數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)架構(gòu)；構(gòu)建通用化且可重用的工作流引擎；構(gòu)建復(fù)雜組織體層級的網(wǎng)絡(luò)門戶；圍繞數(shù)據(jù)組織軟件工具；創(chuàng)建支持決策過程的可視化技術(shù)。第五，理解采用數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)不會(huì)消除用戶選擇、管理、控制和使用相應(yīng)工具的責(zé)任；對于在一個(gè)協(xié)同、集成、基于數(shù)字模型的環(huán)境中執(zhí)行活動(dòng)獲得信心；學(xué)習(xí)向第三方清晰地表達(dá)問題、工作流和模型邊界條件；理解如何適當(dāng)?shù)販p少對物理實(shí)驗(yàn)的依賴。

（中國航空工業(yè)發(fā)展研究中心  劉亞威）

本篇供稿：系統(tǒng)工程研究所

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