0 引　言

随着世界科技革命、产业革命和军事革命持续深化，在大国军力竞争之间武器装备建设的质量和效率将是未来战争成败的决定性因素。在世界各领域数字化转型发展的背景下，面向武器装备设计、研制、生产、使用的数字化转型已成为热点问题。

美国防部于2018年和2019年先后发布了题名为《数字工程战略》^[1]和《数字现代化战略》^[2]的数字化转型策略顶层指导文件。随后，为响应转型建设要求，美海军和海军陆战队于2020年提出了《海军和海军陆战队数字工程转型战略》^[3]。

本文基于美军公布的官方文件及相关资料，主要针对美国海军数字化转型战略的背景情况、顶层设计、建设举措、发展规划等要点问题进行综述性研究。

1 美国防部推进数字化转型的顶层设计

美国防部分析认为，目前按照线性程序开发复杂系统的过程存在难以平衡复杂系统的设计、交付、维护进程与快速变化的作战威胁环境之间的矛盾。若保持现有的投资强度和研发效率，美军将在未来一段时间内丧失军事优势^[1]。因此，美国防部提出通过推进数字化转型战略，使其具备与应对未来威胁相适应的军事能力^[4]。其核心内容是：基于网络安全环境构建包含数字测试、数据存储与共享、先进技术与用户环境、软件和派生应用架构等关键功能模块，并以权威数据和数字模型资源作为支撑装备全寿期活动的数字生态环境，实现装备研发采办过程由“以文本为中心”向“以数据为中心”的转变^[5]。

1.1 美国防部数字现代化战略的建设目标

美国防部数字现代化战略的建设目标可概括为4个层面：一是创新提升竞争优势；二是优化效率提升能力；三是发展网络安全，形成灵活的防御态势；四是培养数字工程人才^[1-2]。根据4个总体建设目标，继续划分了多个目标框架下的子目标，为数字化转型建设提供顶层设计，如图1所示。

基于数字现代化的建设目标，美国防部具体推进数字化转型建设，预期可获得5个方面的效益：一是通过增加装备研发过程的透明度，可使决策者具有更好的全局洞察力；二是通过数字化生态环境平台，可使参与者提高交流沟通效率和质量；三是可增强项目相关各方对灵活、高适应性设计装备的认识；四是可提升对新研装备达到预期能力目标的信心；五是可提高研制部门的工程实施效率和管理部门的采办工作效率。

美国防部数字化转型战略可概括为：以建设目标和预期效益为引领，以计算机网络安全为基础，以各军种、工业部门、学术界单位等为参与方，构建可配置多用户的分类数字应用环境和可共享的数字生态环境，培养与数字工程实践相适应、具备数字化专业技能的人力资源，通过技术创新和协作，综合实现研制采办程序由“静态基于文本的人工作业程序”向“基于数字模型方法和自动化程序”转变的数字化综合体系架构。

1.2 美国防部数字化转型战略的重点领域

针对数字化转型战略的建设目标与预期效益，美国防部具体提出了5个重点转型建设领域^[6-7]。

1）数字模型构建与应用

计划将装备研发的全流程各阶段的数字模型进行科学化分类与精确化集成，构成权威可信的联合模型。使其可作为装备在全寿期内执行评估分析、优化设计、比较决策等过程的唯一基础。

2）数字资源管理授权

计划建立合理的配套政策，规范装备全寿期内数字资源的管理法规和应用权限，实现以权威可信的数字资源作为支撑研制、采办流程唯一基础的目的。

3）融合应用创新技术

计划支持倡导包括大数据分析、虚拟现实、云计算、人工智能、数字孪生等创新技术在数字化转型战略中的拓展应用，如图2所示。通过融合技术创新不断改进数字工程实践，实现先进的人机交互新型研制模式。

4）建设数字生态环境

计划以网络信息安全为核心，通过建设数字工程IT架构、研发数字工程软件和建立保护知识产权体系等工作，构建健康、安全、成熟的数字生态环境，以作为支持相关软、硬件实施数字化转型战略的基础。

5）推进数字文化与人才建设

计划建立数字工程基础知识体系，培养和储备数字工程人才资源。着力发展健全支持数字化转型人才发展的环境，提供充足的传授相关知识和培训相关技能的机会，确保相关人才可主动积极参与到数字化转型战略实践中。

2 美海军推进数字化转型的具体举措

为响应美国防部的数字工程战略，美海军遵循其国防部数字化转型战略的顶层设计文件，进一步围绕海军数字化转型的建设目标，有针对性提出实施数字化转型的相关举措。美海军陆战队于2020年形成了《美海军和海军陆战队数字工程战略》^[3]，以美国防部的5个重点建设领域为蓝本提出建设方案，对应形成了5个方面的具体举措。

2.1 数字模型构建与应用

实现数字工程需要明确系统的各组成部分功能特性，并通过建模将这些功能分解至各个分系统中。实施数字化系统工程可划分为6个阶段，涉及5个关键要素，如图3所示。

1）需求分析阶段

涉及“任务工程”要素，主要任务是开发、完成作战概念设计，构建装备体系结构，明确关键性能指标要求，确定评估任务效能方法等。

2）建立权威数字资源及应用阶段

涉及“系统建模”和“设计工程”2个要素，主要任务是完成机械结构建模、电气设计建模、设计仿真试验方法等。

3）原型阶段

主要任务是将各类数字模型集成为装备综合集成模型，解决数据兼容性、流通性和安全性等问题。

4）生产制造和发布阶段

涉及“生产制造”要素，主要任务是完成装备的生产制造，以及授权综合模型的发布。

5）验证阶段

涉及“证实验证”要素，主要任务是对生产制造的装备和综合集成模型进行试验验证，根据验证结果对数字模型和装备进行修正。

6）优化阶段

主要任务是以数字模型为中心，结合试验验证结果和多学科理论分析，对在研装备进行持续的迭代优化和改进。

2.2 数字资源管理授权

为提供持续、权威、可信的数字资源，需建立便于访问的权威数字资源库。该“资源库”应包含过去已完成项目和新技术领域的数据、模型、工程信息、能力要求和功能定位等关键信息，以及项目进度的历史记录和技术决策情况等。这样可将原本分散的数字资源链接在一个通用的数字架构内，使参与项目的各方能够通过加密或非密网络，安全的获取和使用海军及工业合作伙伴的数字资源，用于装备的研制设计、生产制造和试验验证等关键环节。

此外，实施数字化转型的一个核心要素是能够保证所发布、存储的关键数字信息的绝对安全，并确保授权用户能够及时获取和使用这些数字信息。因此，所建的数字模型必须是各领域通用化的、可理解的、通规编写的，数字资源管理必须是明确密级界定的，并且在使用过程中留存使用记录的。

2.3 融合应用创新技术

随着海军舰队执行任务更为复杂，所涉及的系统也不断增加。因此，在研制与应用过程中，需要以完整全面的视角来掌控所有舰队的现有能力及其全系统集成路径安全性情况。对此。美海军计划在数字工程设计架构中尽可能多的融合应用创新技术，增强人机交互性和数据流通性，如图4所示。

在以创新技术主导的体系架构内，统一采用数字化形式表达装备的使命任务、体系模型和初步概念方案，以此作为顶层军事需求的任务输入。在任务实施过程中，基于权威数字资源和开放式的体系架构，采用多种创新技术融入体系以解决项目存在的诸多关键问题。如：可利用快速原型方法解决系统集成测试问题；可利用数字孪生和任务工程方法解决数字孪生体测试问题；可利用虚拟现实硬件设备解决组件测试和验证问题；可利用基于模型设计方法解决方案综合优化问题支撑形成初始作战能力；可利用模块式开放体系结构方法（MOSA）来解决形成完全作战力和能力持续提升的问题等。

2.4 建设数字生态环境

美海军建设数字生态环境的工作主要由美国数字作战办公室，以及其下属的多个海军数字集成保障单元（N-DISC）部门负责。现阶段美国海军集成建模环境的建设架构和愿景，如图5所示。目前的使用情况为：注册用户达到1355个，累计使用时间达到67万小时，会期14万小时，分布43个地点，另包含非密临时访问用户1795个^[3]。

在集成建模环境中，数字模型能够支撑项目从任务工程、系统概念设计到建模仿真分析等的全流程工作，以及基于虚拟现实硬件设备进行所有阶段的系统工程采办和测试评估工作^[8]。

此外，在集成建模环境中使用统一的系统建模语言SysML和标准建模语言UML来构建关键工具集，用以支撑基于数字模型的其他系统工程程序研发也是十分重要的。基于此环境用户能够在模型级层面进行交互，互相支撑项目的设计、构造、管理、跟踪等过程，不断更新记录满足合同数据要求的清单条目。上述任务是在确保网络信息安全条件下实现的，该环境需具备区分非密和密级模型的基础功能，从而确保上传和被访问的数据的安全性。

2.5 推进数字文化与人才建设

为推进数字化转型战略，作为项目管理者必须掌握相适应的工具、程序和方法，提供组织训练和团队协作的环境等必要条件保证数字工程顺利实施。重点是需要培训与数字化转型相适应的数字文化与人力资源。

3 美海军数字工程建设未来发展规划

从未来造舰计划来看，美海军需要面临在有限预算更为紧张的研制计划条件下，更灵活适应快速变化作战和威胁环境。总体思路是达成利用数字线索来快速交付所需的集成作战能力。这需要更加完善的数字工程体系，全面实现通过使用共性、可组合、互操作和基于模型系统的方法，在项目全寿期内储存和交换数据、信息，实现系统工程能力转型，持续推进“以传统文件为中心的工程方法”向“以数字工程为中心的方法”转变，提升海军装备采办系统效率、互操作性和升级能力等目标^[3]。

因此，美海军面向未来的数字化转型，进一步从5个方面进行规划。

3.1 基于数字模型的研发和采办流程系统化

根据2020年美海军优化方案^[3]分析，其进一步聚焦优化数字模型在装备项目研发和采办流程中的规范使用问题，重点推进以下发展规划：

1）对所有新计划采办项目贯彻数字化工程方法，对已存在的项目重点在关键节点决策方面进行数字化调整和升级；

2）引领项目中各领域研究成果在项目全领域内交叉应用，打破行业壁垒，促进工业部门及其他机构的合作，共享最优化的工程实践经验；

3）在集成模型环境中应用和保持任务级模型的权威可信性，充分支撑项目中各领域任务；

4）在海军新采办项目和延续项目之间，充分讨论交流数字化工程的要求、资源、采办政策、优先级及应用数字化方法等关键要素。

3.2 数字资源授权和管理流程的规范化

在数字资源管理授权的发展规划中，主要聚焦如何提供长期真实的数字资源和建立规范的管理流程等方面进行了发展规划：

1）对于项目涉及的模型、数据、标准、策略等，实施归档管理并建设统一授权的知识资源库，以此作为基准信息推进项目的数字化转型；

2）对学科术语和表述方式做统一规范，建立模型管理程序标准，提供系列化、标准化、易获取的数字工程应用工具；

3）明确各环节的数字架构管理者职责，高效的统筹和指导数字化转型相关工作，并专门成立技术服务部门，负责开发和维护数字模型的相关工作；

4）针对采办、研制和生产等环节的特点，定义各环节参考模型技术基线和标准，便于各环节的交流互通；

5）基于网络安全，对各环节建立明确、分级的安全使用指南。

3.3 融合应用创新技术的持续化

科学地应用新技术融入数字工程，支撑设计阶段的多方案选择以及维护升级阶段的实时软件修订，是未来发展的必然需求，其相关规划可概括如下：

1）形成以用户为中心，灵活可靠的设计、升级、测试和维护数字化的能力；

2）运用数字信息，清晰描述数字化任务结果和设计制造方案的最优选项；

3）采信系统数字模型作为项目质量进展的唯一证明，支持系统工程技术评审（SETR）；

4）拓展人工智能、机器学习等技术在数字化工程中的作用发挥；

5）提供一个可随时访问授权内数据的网络环境，对相关计算机、存储器和网络资源进行合理的物理隔离，确保网络信息安全。

3.4 数字生态环境建设发展健全化

计划以数据为中心通过高宽带网络来链接各环节的人力、数据和机构，具备能够与海军数据和分析机构协同的功能，进一步构建完善集成模型环境来支撑数字工程建设。另外，该数字生态环境必须绝对安全，具备支撑系统建模、设计研发、虚拟现实、仿真测试等功能。具体发展规划如下：

1）对系统司令部技术权责和相关文件进行重新定义和修改，整合数字工程、环境设计和集成原则等相关要素；

2）根据期望的任务能力，在兼顾时效性和经济性的同时，形成包含虚拟现实的综合型环境，为环境所具备的设计、开发、测试、认证、部署和培训等综合能力提供支持；

3）建成通用海军发展安全运营环境，海军、海军陆战队和协作单位能够基于数据和用户反馈进行模型制作、测试、算法改进、工具分析和解决方案制定，以综合提升战斗力及战备。

3.5 推广数字文化与人才建设的常态化

人才建设是数字化转型的关键动力，也是数字工程持续发展的力量源泉，美海军十分重视数字化人才的培养和数字化文化的建设。面向未来主要聚焦以下几个方向进行拓展建设：

1）向参与数字工程和数字模型系统工程的相关人员宣贯相关指南，指导工程实践；

2）加大对数字工程和数字模型系统工程的人力资源招聘力度；

3）通过领导力论坛、项目回顾和公共资源来积极宣传数字工程文化，鼓励相关企业参与竞争，分享讨论成功经验。

4 结　语

综上所述，美国海军推进的数字化转型战略，即将研制采办流程、决策标准、分析评估手段数字化。以数字化带动研制采办活动的标准化、规范化、可视化，以数字化将任务、人员、数据和工具与研制采办流程有机的集成在一起，从而降低研制采办成本，提升效率，缩短优化迭代周期，增强风险预测和过程监控。

本文总结分析了美国防部为推进数字化转型制定的顶层设计框架、四大方面的建设目标以及各方向所属子目标；梳理了美国海军在美国防部数字化框架下推进的数字化转型策略的具体举措，并分析总结了美国海军面向未来的数字化建设发展规划的重点方向，可为推进装备研制采办管理数字化转型提供有益借鉴。