王 晨，趙 博，寧偉航

（北京宇航系統(tǒng)工程研究所，北京，100076）

0 引言

隨著裝備功能性能要求及系統(tǒng)復(fù)雜程度的不斷提高，以及使用環(huán)境的不斷變化，傳統(tǒng)研制過(guò)程的線(xiàn)性流程以及分散的工具平臺(tái)已經(jīng)難以適應(yīng)新的要求。為了適應(yīng)新要求和不斷提升裝備能力，從2015 年起，美國(guó)國(guó)防部決定實(shí)施數(shù)字工程（Digital Engineering）戰(zhàn)略，美國(guó)以及歐洲一些國(guó)家相繼頒布了數(shù)字工程戰(zhàn)略，開(kāi)展了相關(guān)應(yīng)用實(shí)施?？傊?，歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家均認(rèn)為數(shù)字工程戰(zhàn)略的實(shí)施將成為增強(qiáng)工業(yè)基礎(chǔ)、促進(jìn)研制模式變革和實(shí)現(xiàn)敏捷采辦的重要途徑，也是開(kāi)啟第4次工業(yè)革命的關(guān)鍵一環(huán)［1］。

本文綜述并分析了歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家的數(shù)字工程發(fā)展戰(zhàn)略與規(guī)劃，闡述了數(shù)字工程的技術(shù)特征，對(duì)重要概念和主要軟件平臺(tái)工具進(jìn)行了介紹，并結(jié)合中國(guó)航天領(lǐng)域發(fā)展特點(diǎn)，給出了數(shù)字工程發(fā)展建議。

1 國(guó)外數(shù)字工程發(fā)展概況

1.1 美國(guó)數(shù)字工程發(fā)展戰(zhàn)略與規(guī)劃

1.1.1 美國(guó)國(guó)防部

2018年6月，美國(guó)國(guó)防部積極部署數(shù)字工程，發(fā)布《數(shù)字工程戰(zhàn)略》，其目的是推進(jìn)數(shù)字工程在裝備全壽命周期管理的應(yīng)用［2］，實(shí)現(xiàn)美國(guó)國(guó)防部的數(shù)字轉(zhuǎn)型，將采辦流程的線(xiàn)性過(guò)程轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)態(tài)過(guò)程，同時(shí)，將基于文檔轉(zhuǎn)變?yōu)榛谀Ｐ停瑯?gòu)建基于模型的數(shù)字工程生態(tài)系統(tǒng)［1］，完成以模型和數(shù)據(jù)為核心的轉(zhuǎn)移。其中列出了數(shù)字工程五大戰(zhàn)略目標(biāo)［3］，分別是：

a）建立全生命周期模型的正式流程，提供決策參考信息；

b）建立一致的、完整的、權(quán)威的模型數(shù)據(jù)來(lái)源；

c）引入技術(shù)創(chuàng)新，提升工程實(shí)踐能力；

d）建立一個(gè)保障基礎(chǔ)設(shè)施的環(huán)境，能跨部門(mén)開(kāi)展活動(dòng)、協(xié)作和溝通；

e）塑造數(shù)字化文化氛圍和提高人員素養(yǎng)，以適應(yīng)和支持全生命周期的數(shù)字工程。

如圖1 所示，美國(guó)數(shù)字工程生態(tài)系統(tǒng)可以分為3層，其中底層是各種各樣的數(shù)據(jù)和工程知識(shí)，是權(quán)威真相源的來(lái)源。中間層是數(shù)字工程的核心能力生命層，數(shù)字線(xiàn)索、數(shù)字系統(tǒng)模型和數(shù)字孿生貫穿全生命周期數(shù)字工程活動(dòng)［1］，利用技術(shù)數(shù)據(jù)和工程知識(shí)以及系統(tǒng)的權(quán)威數(shù)字化表達(dá)，對(duì)成本、進(jìn)度、經(jīng)濟(jì)可承受性、風(fēng)險(xiǎn)以及風(fēng)險(xiǎn)緩解策略進(jìn)行分析，支撐頂層的國(guó)防采辦。

圖1 數(shù)字工程生態(tài)系統(tǒng)Fig.1 The digital engineering ecosystem

美國(guó)國(guó)防部認(rèn)為，數(shù)字工程是數(shù)字化版本的基于模型系統(tǒng)工程（Model-Based System Engineering，MBSE）方式，利用數(shù)字環(huán)境、數(shù)字處理、數(shù)字方法、數(shù)字工具和數(shù)字工件，實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)劃、需求、設(shè)計(jì)、分析、核實(shí)、驗(yàn)證、運(yùn)行及維持等裝備系統(tǒng)全壽命周期活動(dòng)的支持。

1.1.2 美國(guó)空軍

2009 年，美國(guó)空軍提出數(shù)字線(xiàn)索和數(shù)字孿生概念，希望以無(wú)縫傳遞的模型和數(shù)據(jù)打通裝備生命周期流程，在論證、研制、生產(chǎn)、保障等環(huán)節(jié)做出有充分依據(jù)的決策。2020年6月，美國(guó)空軍進(jìn)一步明確將在裝備采辦中全面推行數(shù)字工程方法，所有工程活動(dòng)都將在共享的集成數(shù)字環(huán)境中進(jìn)行。至此，美國(guó)空軍已初步具備全面實(shí)施數(shù)字工程的指導(dǎo)框架和支撐平臺(tái)［4］。

1.1.3 美國(guó)海軍

2020年，美國(guó)海軍和海軍陸戰(zhàn)隊(duì)發(fā)布《美海軍和海軍陸戰(zhàn)隊(duì)數(shù)字工程戰(zhàn)略》，總體目標(biāo)是從以文件為中心轉(zhuǎn)移到以數(shù)字工程為中心，并實(shí)現(xiàn)海軍采辦系統(tǒng)有效性、互操作性和未來(lái)升級(jí)能力的提高。其中一個(gè)目標(biāo)是提供一個(gè)集成建模環(huán)境，支持所有海軍和海軍陸戰(zhàn)隊(duì)系統(tǒng)司令部在工程方法、技術(shù)流程以及模型和數(shù)據(jù)格式使用方面的合作［5］。

1.1.4 美國(guó)陸軍

2021 年10 月，美國(guó)陸軍發(fā)布《美國(guó)陸軍數(shù)字化轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略》，強(qiáng)調(diào)“建立一支數(shù)字使能、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)型陸軍”。主要任務(wù)是通過(guò)戰(zhàn)略、政策、治理、監(jiān)督和快速能力，推動(dòng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型、創(chuàng)新和改革。3 項(xiàng)主要目標(biāo)包括：a）現(xiàn)代化與戰(zhàn)備，通過(guò)數(shù)字化轉(zhuǎn)型推動(dòng)建立一支數(shù)字賦能、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)型陸軍；b）改革，優(yōu)化數(shù)字化投資，使之更加符合任務(wù)要求；c）人員與伙伴關(guān)系，與盟友、工業(yè)界和學(xué)術(shù)界建立強(qiáng)有力的合作關(guān)系網(wǎng)，形成高技術(shù)水平和高效的數(shù)字化勞動(dòng)力。

1.1.5 美國(guó)太空軍

2021年5月，美國(guó)太空軍發(fā)布《美太空軍數(shù)字軍種愿景》，明確了數(shù)字化建設(shè)的重要性［1］，需要利用信息和數(shù)據(jù)加速開(kāi)發(fā)、部署聯(lián)合太空能力；需采用現(xiàn)代技術(shù)和方法開(kāi)展大規(guī)模的文化和技術(shù)變革，成為真正的數(shù)字軍種。指出了數(shù)字化太空軍目標(biāo)，即一種互聯(lián)化、創(chuàng)新式、數(shù)字化主導(dǎo)的部隊(duì)，以創(chuàng)新式、數(shù)字化、互聯(lián)化為方向，明確了重點(diǎn)關(guān)注的數(shù)字作戰(zhàn)、數(shù)字總部、數(shù)字隊(duì)伍、數(shù)字工程等幾個(gè)方面［6-7］。

1.2 歐洲數(shù)字工程戰(zhàn)略與規(guī)劃

2017 年3 月，英國(guó)發(fā)布了《英國(guó)數(shù)字戰(zhàn)略》，該戰(zhàn)略詳細(xì)設(shè)定了明確途徑以幫助英國(guó)在啟動(dòng)并推進(jìn)數(shù)字化業(yè)務(wù)、使用新型技術(shù)或者實(shí)施先進(jìn)技術(shù)研究方面占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位。2021年5月，英國(guó)國(guó)防部發(fā)布了《國(guó)防數(shù)據(jù)戰(zhàn)略——構(gòu)建數(shù)字主干，釋放國(guó)防數(shù)據(jù)的力量》，明確了英軍未來(lái)數(shù)字能力建設(shè)的詳細(xì)計(jì)劃［8］。

2020 年2 月，歐盟發(fā)布了《塑造歐洲數(shù)字未來(lái)》，闡述了數(shù)字化轉(zhuǎn)型的戰(zhàn)略、理念和行動(dòng)，以成為全球數(shù)字化領(lǐng)導(dǎo)者為目標(biāo)，大力發(fā)展數(shù)字化技術(shù)，將數(shù)字技術(shù)作為社會(huì)前進(jìn)驅(qū)動(dòng)力［9］。該戰(zhàn)略文件涵蓋了從網(wǎng)絡(luò)安全到關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施、數(shù)字教育到技能、民主到媒體的所有內(nèi)容。同時(shí)，作為實(shí)現(xiàn)數(shù)字戰(zhàn)略的重要行動(dòng)，發(fā)布了《歐洲數(shù)據(jù)戰(zhàn)略》和《人工智能白皮書(shū)》。

2021年3月，歐盟發(fā)布了《2030數(shù)字羅盤(pán)：歐盟數(shù)字十年戰(zhàn)略》，為歐盟數(shù)字化發(fā)展提供戰(zhàn)略建議。報(bào)告指出，歐盟的數(shù)字化發(fā)展落后于美國(guó)和中國(guó)，歐盟應(yīng)該積極引導(dǎo)企業(yè)開(kāi)展數(shù)字化轉(zhuǎn)型，提高數(shù)字化基礎(chǔ)能力建設(shè)投資，大力培養(yǎng)數(shù)字化人才隊(duì)伍，實(shí)現(xiàn)公共服務(wù)的數(shù)字化，最終實(shí)現(xiàn)歐洲的數(shù)字化轉(zhuǎn)型［7］。

2 數(shù)字工程技術(shù)特征

2.1 相關(guān)概念

以美國(guó)數(shù)字工程戰(zhàn)略為例，其中包括4個(gè)核心概念：權(quán)威真相源、數(shù)字線(xiàn)索、數(shù)字孿生、數(shù)字系統(tǒng)模型［10］。數(shù)字系統(tǒng)模型、數(shù)字線(xiàn)索和數(shù)字孿生是縱向貫穿數(shù)字工程生態(tài)系統(tǒng)的紐帶［11］，提供了端到端集成、權(quán)威、系統(tǒng)全壽命周期的數(shù)字表示［1］。

2.1.1 權(quán)威真相源

權(quán)威真相源起源于1997 年波音提出的單一數(shù)據(jù)源概念，2016年美國(guó)國(guó)防部將其改為權(quán)威真相源。權(quán)威真相源是項(xiàng)目所有技術(shù)數(shù)據(jù)以及各類(lèi)模型的中央數(shù)據(jù)庫(kù)，存儲(chǔ)的信息來(lái)自項(xiàng)目所有相關(guān)工程組織的分布式數(shù)據(jù)源，包括需求、設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)、供應(yīng)鏈、使用、維護(hù)等模型和數(shù)據(jù)的權(quán)威版本?！皺?quán)威”即完整性、有效性、一致性、及時(shí)性和精確性，代表真相源的質(zhì)量，權(quán)威版本的模型和數(shù)據(jù)是經(jīng)所有利益相關(guān)方?jīng)Q策后確定的［12］。

2.1.2 數(shù)字系統(tǒng)模型

數(shù)字系統(tǒng)模型是一個(gè)樹(shù)狀結(jié)構(gòu)的模型體系，是對(duì)一個(gè)裝備系統(tǒng)的數(shù)字化表達(dá)，由所有相關(guān)方生成，集成了權(quán)威的數(shù)據(jù)、信息、分析算法和系統(tǒng)工程流程，面向系統(tǒng)生命周期的各項(xiàng)活動(dòng)，定義系統(tǒng)的所有方面。數(shù)字系統(tǒng)模型為相關(guān)方提供一個(gè)分類(lèi)結(jié)構(gòu)模板，即什么類(lèi)型的數(shù)據(jù)應(yīng)該在整個(gè)生命周期考慮，以模型、數(shù)據(jù)和文檔等多種視圖來(lái)支撐決策。

2.1.3 數(shù)字線(xiàn)索

2009 年，空軍在F-35 研制中提出數(shù)字線(xiàn)索概念。數(shù)字線(xiàn)索是一套具有復(fù)雜層級(jí)的分析框。它無(wú)縫利用“數(shù)據(jù)信息知識(shí)”系統(tǒng)中的權(quán)威技術(shù)數(shù)據(jù)、軟件、信息和知識(shí)并強(qiáng)化其可控交互，基于數(shù)字系統(tǒng)模型模板，提供訪(fǎng)問(wèn)、集成離散數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)化為可執(zhí)行信息的能力，同時(shí)可擴(kuò)展和可配置，在一個(gè)系統(tǒng)的全生命周期做出有充分依據(jù)的決策［13］。

數(shù)字線(xiàn)索是依托數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施和工具建立的溝通框架，可將歷史的與當(dāng)前的數(shù)據(jù)、信息和知識(shí)集成到各層級(jí)、各領(lǐng)域模型中整體分析，使項(xiàng)目所有相關(guān)工程組織通過(guò)集成研制中的數(shù)據(jù)與知識(shí)，完成各專(zhuān)業(yè)的交互與分析工作，動(dòng)態(tài)地進(jìn)行項(xiàng)目管理、產(chǎn)品功能性能及存在風(fēng)險(xiǎn)預(yù)示等方面的綜合分析評(píng)估，在保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的同時(shí)使知識(shí)重用最優(yōu)化［14-16］。

2.1.4 數(shù)字孿生

數(shù)字孿生被廣泛認(rèn)可的定義是對(duì)集成多物理領(lǐng)域、多維度、多尺度和多分辨率的仿真過(guò)程，通過(guò)數(shù)字線(xiàn)索的賦能，在高逼真度模型、傳感器實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以及輸入信息的基礎(chǔ)上，在虛擬世界以鏡像和預(yù)測(cè)的方式刻畫(huà)真實(shí)物理系統(tǒng)全生命周期過(guò)程［2］。

可描述并模擬真實(shí)系統(tǒng)的在相應(yīng)環(huán)境條件下的特性、屬性、行為與功能等要素，并通過(guò)虛實(shí)交互、人工智能、信息融合、模型校正、迭代優(yōu)化等技術(shù)手段，可實(shí)時(shí)地對(duì)真實(shí)物理系統(tǒng)功能性能的評(píng)估優(yōu)化、趨勢(shì)預(yù)測(cè)與智能決策等，從而實(shí)現(xiàn)真實(shí)物理系統(tǒng)的能力提升與功能擴(kuò)展［2，16-18］。

2.2 軟件平臺(tái)

美國(guó)數(shù)字工程的核心支撐是通用的軟件平臺(tái)系統(tǒng)。其中兩個(gè)重要系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)研究工程采辦工具與環(huán)境項(xiàng)目（Computational Research Engineering Acquisiton Tools and Environments，CREATE）和工程彈性系統(tǒng)（Engineered Resilient Systems，ERS）［19］。

2.2.1 計(jì)算研究和工程采辦工具與環(huán)境項(xiàng)目

CREATE是美軍高性能計(jì)算現(xiàn)代化計(jì)劃中的一個(gè)子項(xiàng)目，致力于開(kāi)發(fā)和部署基于物理特性的高性能計(jì)算軟件，通過(guò)高逼真度虛擬樣機(jī)的構(gòu)建和優(yōu)化，支撐將“設(shè)計(jì)—實(shí)物試驗(yàn)—迭代”的開(kāi)發(fā)過(guò)程，轉(zhuǎn)變?yōu)椤霸O(shè)計(jì)—仿真分析—迭代”的新范式。

CREATE 主要針對(duì)概念設(shè)計(jì)和工程開(kāi)發(fā)。CREATE 每個(gè)子項(xiàng)目都有兩類(lèi)軟件產(chǎn)品：第1 類(lèi)是概念研發(fā)工具，利用快速但保真度較低的工具來(lái)生成概念設(shè)計(jì)方案并分析其可行性和性能；第2類(lèi)是高保真度的系統(tǒng)性能精確預(yù)測(cè)工具。其主要子項(xiàng)目如表1 所示［20-21］。

表1 CREATE子項(xiàng)目及其對(duì)應(yīng)軟件Tab.1 The CREATE sub projects and their corresponding software

利用CREATE工具，可在研發(fā)階段構(gòu)建虛擬原型樣機(jī)并分析性能，補(bǔ)充物理試驗(yàn)數(shù)據(jù)。對(duì)于新系統(tǒng)的概念設(shè)計(jì)，可以用基于物理特性的設(shè)計(jì)方案來(lái)取代現(xiàn)有設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)推斷，從而通過(guò)基于物理特性的分析來(lái)快速探索權(quán)衡空間，評(píng)估設(shè)計(jì)方案的可行性［21］；對(duì)于詳細(xì)設(shè)計(jì)，用虛擬樣機(jī)的高保真度分析來(lái)取代物理試驗(yàn)的故障數(shù)據(jù)，以此來(lái)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)虛擬樣機(jī)的性能。工具分析提供了及時(shí)的決策數(shù)據(jù)，能夠及早識(shí)別設(shè)計(jì)缺陷和性能不足，在加工制造之前解決設(shè)計(jì)問(wèn)題，并盡量減少由返工導(dǎo)致的進(jìn)度拖期和成本增長(zhǎng)問(wèn)題。

CREATE 產(chǎn)品于2016 年開(kāi)始實(shí)現(xiàn)商用，截至目前，包括美軍各軍種、國(guó)防機(jī)構(gòu)、工業(yè)部門(mén)以及大學(xué)等超過(guò)180個(gè)組織正在使用CREATE軟件評(píng)估80多個(gè)國(guó)防部武器系統(tǒng)和平臺(tái)。未來(lái)，面向高超聲速、聯(lián)合多任務(wù)旋翼機(jī)技術(shù)演示、改進(jìn)型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)項(xiàng)目、服役壽命預(yù)測(cè)等具體研發(fā)項(xiàng)目，CREATE項(xiàng)目還將繼續(xù)開(kāi)發(fā)和改進(jìn)。

2.2.2 工程彈性系統(tǒng)

工程彈性系統(tǒng)是美國(guó)國(guó)防部應(yīng)對(duì)不確定性增長(zhǎng)的任務(wù)和環(huán)境而提出的未來(lái)國(guó)防系統(tǒng)發(fā)展戰(zhàn)略，對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的工程實(shí)踐與系統(tǒng)彈性理論都帶來(lái)新的挑戰(zhàn)。工程彈性系統(tǒng)是一個(gè)用于多方案分析的云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了基于高性能計(jì)算的工具集成，具備需求生成、備選方案分析、虛擬樣機(jī)建模與評(píng)估等功能，支撐做出更好的采辦決策。“彈性”可以理解為在一系列背景環(huán)境中都是可靠和有效的，可通過(guò)重新配置和替換來(lái)適應(yīng)許多新任務(wù)，功能降級(jí)是可預(yù)測(cè)的。面對(duì)采辦需求，ERS具有開(kāi)放性、通用性和良好的拓展性，同時(shí)具有交互共享和多人協(xié)同的功能。將用戶(hù)的任務(wù)要求、需求及工具集成到通用框架下，對(duì)多個(gè)裝備方案進(jìn)行擇優(yōu)比選，在全生命周期內(nèi)開(kāi)展各類(lèi)采辦活動(dòng)，支撐彈性工程的實(shí)施［22-23］。

CREATE 軟件和工程彈性系統(tǒng)及人工智能相結(jié)合，可以快速生成海量總體方案，并完成分析。工程彈性系統(tǒng)概念框架如圖2所示［22］。

圖2 ERS彈性的概念框架Fig.2 The conceptual framework of the ERS elasticity

3 航天產(chǎn)品研制的數(shù)字工程發(fā)展建議

結(jié)合上述分析，對(duì)于航天產(chǎn)品研制而言，數(shù)字工程實(shí)質(zhì)是發(fā)展數(shù)字化的生產(chǎn)力，將數(shù)字化轉(zhuǎn)型賦能產(chǎn)品研制工作，其定義為：面向產(chǎn)品研制的數(shù)字化集成方法，融合大數(shù)據(jù)技術(shù)、人工智能、軟件工程等相關(guān)技術(shù)，在產(chǎn)品研制全生命周期利用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)作為模型和數(shù)據(jù)源，研制隊(duì)伍在專(zhuān)業(yè)工具的基礎(chǔ)上持續(xù)建立、應(yīng)用并完善數(shù)字樣機(jī)模型和數(shù)據(jù)，充分開(kāi)展數(shù)字空間的產(chǎn)品論證、設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)、應(yīng)用及保障等活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字產(chǎn)品與實(shí)物產(chǎn)品的同步交付應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)研制工作的提質(zhì)增效。與此同時(shí)，不斷積累模型、數(shù)據(jù)、知識(shí)、工具、系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)、制度及相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施，持續(xù)提升組織整體的研制能力［24］。

a）轉(zhuǎn)變思想，深刻理解建立數(shù)字思維模式。

在組織層面和個(gè)人層面均應(yīng)建立數(shù)字化思維模式，數(shù)字化轉(zhuǎn)型的首要條件是意識(shí)層面，應(yīng)深刻認(rèn)識(shí)到數(shù)字化技術(shù)是目前研制模式轉(zhuǎn)型的重要生產(chǎn)力，是第4次工業(yè)革命的源動(dòng)力。從組織層面來(lái)說(shuō)，各職能部門(mén)應(yīng)考慮現(xiàn)有科研生產(chǎn)業(yè)務(wù)和流程的數(shù)字模型，開(kāi)展業(yè)務(wù)流程建模，將業(yè)務(wù)活動(dòng)盡可能搬到線(xiàn)上，進(jìn)而開(kāi)展業(yè)務(wù)流程重構(gòu)與優(yōu)化，在此過(guò)程中形成并匯聚研制業(yè)務(wù)的模型和數(shù)據(jù)，保證業(yè)務(wù)過(guò)程中數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)的準(zhǔn)確和高效。從個(gè)人層面來(lái)說(shuō)，首先應(yīng)考慮在業(yè)務(wù)過(guò)程中“需要”“產(chǎn)生”“積累”哪些模型與數(shù)據(jù)，是否符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與制度要求，是否可以用模型與數(shù)據(jù)來(lái)優(yōu)化、取代現(xiàn)有文件和軟件系統(tǒng)。

b）模型為本，全面融合基于模型系統(tǒng)工程。

在實(shí)施層面，應(yīng)與現(xiàn)有基于模型的系統(tǒng)工程（MBSE）全面融合。目前產(chǎn)品研制應(yīng)用MBSE 技術(shù)，在全生命周期以模型作為設(shè)計(jì)協(xié)同與仿真驗(yàn)證的載體。模型與數(shù)據(jù)也是數(shù)字工程的核心要素。首先應(yīng)在技術(shù)上以及管理上打通跨階段、跨專(zhuān)業(yè)之間模型鏈路，搭建支撐模型共享、集成的統(tǒng)一協(xié)同研發(fā)環(huán)境，建設(shè)統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，建立基于模型的設(shè)計(jì)要求傳遞、審查、技術(shù)狀態(tài)控制的管理制度。同時(shí)，應(yīng)提高建模與仿真的水平，充分利用已有工程經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)和數(shù)據(jù)，結(jié)合大數(shù)據(jù)、人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、模型校核驗(yàn)證與確認(rèn)，不斷提升模型的準(zhǔn)確度和置信度。這些模型既包括參數(shù)類(lèi)、機(jī)械、電氣、軟件、工藝制造等環(huán)節(jié)或?qū)I(yè)的設(shè)計(jì)結(jié)果，也包括推理、計(jì)算、分析和驗(yàn)證的過(guò)程。

c）集成創(chuàng)新，打造數(shù)字工程協(xié)同研發(fā)環(huán)境。

在技術(shù)層面，應(yīng)建立以產(chǎn)品研制全生命周期數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)為代表的一系列協(xié)同研發(fā)環(huán)境。通過(guò)PLM和試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)等數(shù)據(jù)管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)模型和數(shù)據(jù)的技術(shù)狀態(tài)管理。具備與各種計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、分析工具集成的能力。具備從用戶(hù)研制總要求到總體方案、分系統(tǒng)設(shè)計(jì)、單機(jī)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、試驗(yàn)驗(yàn)證、應(yīng)用保障的模型關(guān)聯(lián)追溯能力。具備從試驗(yàn)方案到具體試驗(yàn)實(shí)施的數(shù)據(jù)采存管用能力。具備研發(fā)流程、知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的集成與共享能力。具備與研制主業(yè)務(wù)相融合的計(jì)劃、質(zhì)量、經(jīng)費(fèi)、資源等管控能力。具備與產(chǎn)品、人員、財(cái)務(wù)、物資等主題數(shù)據(jù)庫(kù)的主數(shù)據(jù)、元數(shù)據(jù)集成能力。具備與制造現(xiàn)場(chǎng)、試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)甚至用戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)的業(yè)務(wù)協(xié)同能力。

d）自主可控，研制航天特色工業(yè)軟件體系。

在能力層面，應(yīng)組織開(kāi)發(fā)面向各專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)工具，形成國(guó)產(chǎn)工業(yè)軟件。依托當(dāng)前大量產(chǎn)品論證、研制的工程實(shí)踐，封裝各專(zhuān)業(yè)經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證過(guò)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、算法以及模型和數(shù)據(jù)，一方面在設(shè)計(jì)階段快速生成多個(gè)方案，快速比對(duì)評(píng)價(jià)并確認(rèn)方案，高效準(zhǔn)確地分析系統(tǒng)的功能和性能，另一方面在狀態(tài)鑒定階段通過(guò)數(shù)字試驗(yàn)設(shè)計(jì)，開(kāi)展大規(guī)模試驗(yàn)仿真，對(duì)產(chǎn)品性能進(jìn)行摸邊探底。國(guó)產(chǎn)工業(yè)軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)方面，需兼顧云計(jì)算功能，既可在單機(jī)運(yùn)行，也可在云容器中開(kāi)展自動(dòng)化的部署和運(yùn)行，滿(mǎn)足今后大規(guī)模協(xié)同研發(fā)與并行計(jì)算的需求。

e）夯實(shí)基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)航天強(qiáng)國(guó)建設(shè)。

在基礎(chǔ)層面，一是建立匹配科研生產(chǎn)模式的數(shù)據(jù)治理體系，按照業(yè)務(wù)領(lǐng)域、產(chǎn)品、專(zhuān)業(yè)等不同維度實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分級(jí)分類(lèi)管理，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品、人、財(cái)、物等基礎(chǔ)主數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)各類(lèi)元數(shù)據(jù)的規(guī)范建模與管理，實(shí)現(xiàn)各類(lèi)科研數(shù)據(jù)的匯聚、清洗、分析、應(yīng)用與綜合呈現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)從數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化到智能化的轉(zhuǎn)變。二是建立健全符合科研生產(chǎn)模式的制度與規(guī)范，研究從文檔協(xié)同到模型協(xié)同過(guò)渡的技術(shù)狀態(tài)管理規(guī)范；研究針對(duì)模型和數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)，包括建模與仿真、交換與集成、校核驗(yàn)證與確認(rèn)、管理與應(yīng)用、鑒定與保障等，研究模型數(shù)據(jù)確權(quán)、知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)以及促進(jìn)知識(shí)共享的制度機(jī)制，多方協(xié)同建設(shè)用于產(chǎn)品論證、審價(jià)、立項(xiàng)、轉(zhuǎn)段、鑒定、應(yīng)用的數(shù)字模型規(guī)范。三是圍繞數(shù)字工程實(shí)施過(guò)程，規(guī)劃、梳理，優(yōu)化、調(diào)整相關(guān)業(yè)務(wù)管理部門(mén)的職責(zé)和流程，以基于模型的系統(tǒng)工程研制模式轉(zhuǎn)型帶動(dòng)形成基于模型的企業(yè)組織變革［25］。

4 結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)前中國(guó)正處于由航天大國(guó)向航天強(qiáng)國(guó)邁進(jìn)的發(fā)展階段，面臨著復(fù)雜系統(tǒng)產(chǎn)品高質(zhì)量研制生產(chǎn)的要求，需要學(xué)習(xí)、理解和不斷實(shí)踐新的數(shù)字化理念和方法，探索適合中國(guó)航天產(chǎn)品的數(shù)字工程應(yīng)用模式，不斷提升數(shù)字化生產(chǎn)力，賦能產(chǎn)品研制工作，逐步增強(qiáng)中國(guó)航天高質(zhì)量發(fā)展能力，盡快實(shí)現(xiàn)航天強(qiáng)國(guó)建設(shè)的目標(biāo)。