2018年7月5日，美國國防部正式對外發(fā)布“國防部數(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)，將國防部以往線性、以文檔為中心的采辦流程轉(zhuǎn)變?yōu)閯討B(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），并單獨成篇一個特輯，以便能從更加完整的視角來分析這一戰(zhàn)略。下篇將結(jié)合文化轉(zhuǎn)型，并引述美國空軍的一項研究來談一談數(shù)字工程戰(zhàn)略實施；中篇則從美軍兩大相關(guān)計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)施來支撐采辦工程實踐的，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，我們先從一幅“草圖”看起。

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

從圖中可以看到，當(dāng)前和未來，國防部新型能力與原型部門（EC＆P）和研制試驗與鑒定部門（DT＆E）都要使用CREATE和ERS等工具環(huán)境支撐國防采辦壽命周期，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，我們就來看看CREATE和ERS這兩個工具環(huán)境，怎么提升工程實踐，如何支撐跨利益攸關(guān)方實施各項活動、協(xié)作和溝通。

2．3融入技術(shù)創(chuàng)新以提升工程實踐

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

（1）建立一個數(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。在生命周期前期，美國國防部主要使用興趣系統(tǒng)的數(shù)字化表達(dá)來支撐概念評價、用戶參與以及權(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)，重點是持續(xù)更新其數(shù)字化表達(dá)，不斷獲取來自使用環(huán)境的知識并且加深對系統(tǒng)的認(rèn)知。

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

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

【作者獨家解讀】：上圖列出了一些技術(shù)，大數(shù)據(jù)與分析、虛擬現(xiàn)實、增強(qiáng)現(xiàn)實、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、計算云、認(rèn)知技術(shù)、計算技術(shù)都是耳熟能詳?shù)募夹g(shù)，有一些筆者也專門寫過文章分析。下面將著重展示基于物理特性的模型，美軍高性能計算現(xiàn)代化計劃（HPCMP）中的“計算研究和工程采辦工具與環(huán)境”（CREATE）項目就是在開發(fā)利用該技術(shù)，該項目已實施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。

為刺激重大國防系統(tǒng)的采辦并降低成本、周期和風(fēng)險，美軍于2006年啟動了CREATE項目，目標(biāo)是開發(fā)和部署基于物理特性的高性能計算軟件產(chǎn)品，通過高逼真度數(shù)字模型（虛擬樣機(jī)）的構(gòu)建和改進(jìn)，以支撐國防部平臺（飛行器、艦船、地面車輛和射頻天線系統(tǒng)）的設(shè)計和實現(xiàn)。項目每年投入3600萬美元，2016年，該產(chǎn)品實現(xiàn)商用，截止到2017年10月，美軍各軍種、國防機(jī)構(gòu)、國防工業(yè)部門以及大學(xué)等有超過180個組織正在使用它。未來，CREATE還將面向高超聲速、新型潛艇開發(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)動機(jī)項目（ITEP）、電子戰(zhàn)／雷達(dá)／天線建模、直接能量、服務(wù)壽命預(yù)測等，繼續(xù)開發(fā)和改進(jìn)。

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

CREATE項目共分為5個子項目，開發(fā)了11個多物理軟件工具，分別是：飛行器——CREATE－AV，艦船——CREATE－Ships，射頻天線——CREATE－RF，地面車輛——CREATE－GV，網(wǎng)格和幾何——CREATE－MG，以及高性能計算門戶。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

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（非獨立工具）

艦船CREATE－Ships

艦船快速設(shè)計環(huán)境（RSDE）

快速設(shè)計和綜合能力

海軍增強(qiáng)山嶺機(jī)制（NESM）

艦船沖擊和沖擊損傷評價

NAVYFOAM

艦船水動力，預(yù)測水動力性能

集成水力設(shè)計環(huán)境（IHDE）

促進(jìn)海軍設(shè)計工具訪問

射頻天線CREATE－RF

SENTRi

與平臺集成的電磁天線設(shè)計

地面車輛CREATE－GV

水銀

車輛系統(tǒng)和組件高逼真度、多物理仿真工具

移動性分析工具（MAT）

評估地面車輛性能指標(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，作為真實試驗、使用等數(shù)據(jù)的補(bǔ)充。對新系統(tǒng)的概念設(shè)計來說，現(xiàn)有設(shè)計的“經(jīng)驗法則”外推方法可以為基于物理特性的設(shè)計方案生成方法所替代，從而能夠快速探索設(shè)計權(quán)衡空間，并且利用基于物理特性的分析工具評估設(shè)計方案的可行性。他們可以考慮數(shù)千種設(shè)計方案而不是少量幾種。對詳細(xì)設(shè)計研制來說，虛擬樣機(jī)的高逼真度分析可以通過“虛擬樣機(jī)性能的基于物理特性的分析”，代替“真實試驗的故障數(shù)據(jù)”。這種方法向工程人員適時提供決策數(shù)據(jù)，使他們在早期就識別設(shè)計缺陷和性能不足，讓問題在物理制造前得到修正，盡量減少費時費力的返工。

CREATE工具還可以助力試驗過程，使其更具成效、更有效和高效。該工具可以用來識別最敏感和不確定的使用條件，以便試驗程序集中于這些領(lǐng)域，從而使總的試驗數(shù)據(jù)需求減少5倍以上，也就減少了所需的試驗時間。此外，它還讓試驗團(tuán)隊能夠?qū)Ｐ奶幚泶_定武器系統(tǒng)性能的基礎(chǔ)問題。美國空軍針對高性能飛行器靜態(tài)和動態(tài)穩(wěn)定性和控制特性的確定，利用該工具開發(fā)了通過試驗設(shè)計設(shè)置最少的數(shù)據(jù)點從而縮短整個風(fēng)洞試驗周期的方法，并使用F－22戰(zhàn)斗機(jī)的數(shù)據(jù)完成了驗證。這一過程將在（下）篇中進(jìn)行詳細(xì)闡述。

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

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

第一，CREATE項目開發(fā)、部署和支撐基于物理特性的軟件程序，讓國防部工程人員快速開發(fā)數(shù)字產(chǎn)品模型，分析系統(tǒng)性能，識別并修正系統(tǒng)設(shè)計缺陷和性能不足，在采辦流程所有階段提升性能。第二，項目開發(fā)和部署經(jīng)驗證與確認(rèn)（V＆V）的基于物理特性高性能計算工具，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，以足夠短的計算時間為參數(shù)研究而精確預(yù)測性能。第三，HPCMP生態(tài)系統(tǒng)采用創(chuàng)新的技術(shù)（高性能計算、高速網(wǎng)絡(luò)和先進(jìn)軟件），可讓國防部工程人員生成許多設(shè)計方案，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)險就識別成功的產(chǎn)品設(shè)計，從而快速和高效開發(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)＜�，提供�?jīng)驗證和確認(rèn)的數(shù)據(jù)用于工程和采辦活動，利用高性能計算分布式資源中心、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開發(fā)并使用構(gòu)建了精通計算的國防部人力資源，培訓(xùn)與支持超過180個國防部組織和1400個用戶；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。