0     引　言 

隨着世界科技革命、產業革命和軍事革命持續深化，在大國軍力競爭之間武器裝備建設的質量和效率將是未來戰爭成敗的決定性因素。在世界各領域數字化轉型發展的背景下，面向武器裝備設計、研製、生產、使用的數字化轉型已成為熱點問題。美國防部於 2018 年和 2019 年先後發布了題名為《數字工程戰略》和《數字現代化戰略》的數字化轉型策略頂層指導文件。隨後，為響應轉型建設要求，美海軍和海軍陸戰隊於 2020 年提出了《海軍和海軍陸戰隊數字工程轉型戰略》。本文基於美軍公布的官方文件及相關資料，主要針對美國海軍數字化轉型戰略的背景情況、頂層設 計、建設舉措、發展規劃等要點問題進行綜述性研究。 

1     美國防部推進數字化轉型的頂層設計 

美國防部分析認為，目前按照線性程序開發複雜系統的過程存在難以平衡複雜系統的設計、交付、維護進程與快速變化的作戰威脅環境之間的矛盾。若保持現有的投資強度和研發效率，美軍將在未來一段時間內喪失軍事優勢。因此，美國防部提出通過推進數字化轉型戰略，使其具備與應對未來威脅相適應的軍事能力。其核心內容是：基於網絡安全環境構建包含數字測試、數據存儲與共享、先進技術與用戶環境、軟件和派生應用架構等關鍵功能模塊，並以權威數據和數字模型資源作為支撐裝備全壽期活動的數字生態環境，實現裝備研發採辦過程由“以文本為中心”向“以數據為中心”的轉變。 

1.1 美國防部數字現代化戰略的建設目標 

美國防部數字現代化戰略的建設目標可概括為 4 個層面：一是創新提升競爭優勢；二是優化效率提升能力；三是發展網絡安全，形成靈活的防禦態勢；四是培養數字工程人才。根據 4 個總體建設目標，繼續劃分了多個目標框架下的子目標，為數字化轉型 建設提供頂層設計，如圖 1 所示。

基於數字現代化的建設目標，美國防部具體推進數字化轉型建設，預期可獲得 5 個方面的效益：

一是通過增加裝備研發過程的透明度，可使決策者具有更好的全局洞察力；

二是通過數字化生態環境平台，可使參與者提高交流溝通效率和質量；

三是可增強項目相關各方對靈活、高適應性設計裝備的認識；

四是可提升對新研裝備達到預期能力目標的信心；

五是可提高研製部門的工程實施效率和管理部門的採辦工作效率。

美國防部數字化轉型戰略可概括為：以建設目標和預期效益為引領，以計算機網絡安全為基礎，以各軍種、工業部門、學術界單位等為參與方，構建可配置多用戶的分類數字應用環境和可共享的數字生態環境，培養與數字工程實踐相適應、具備數字化專業技能的人力資源，通過技術創新和協作，綜合實現研製採辦程序由“靜態基於文本的人工作業程序”向“基於數字模型方法和自動化程序”轉變的數字化綜合體系架構。 

1.2 美國防部數字化轉型戰略的重點領域 

針對數字化轉型戰略的建設目標與預期效益，美國防部具體提出了 5 個重點轉型建設領域。 

1）數字模型構建與應用

計劃將裝備研發的全流程各階段的數字模型進行科學化分類與精確化集成，構成權威可信的聯合模型。使其可作為裝備在全壽期內執行評估分析、優化設計、比較決策等過程的唯一基礎。 

2）數字資源管理授權 

計劃建立合理的配套政策，規範裝備全壽期內數字資源的管理法規和應用權限，實現以權威可信的數字資源作為支撐研製、採辦流程唯一基礎的目的。 

3）融合應用創新技術 

計劃支持倡導包括大數據分析、虛擬現實、雲計算、人工智能、數字孿生等創新技術在數字化轉型戰略中的拓展應用，如圖 2 所示。通過融合技術創新不斷改進數字工程實踐，實現先進的人機交互新型研製模式。

4）建設數字生態環境 

計劃以網絡信息安全為核心，通過建設數字工程 IT 架構、研發數字工程軟件和建立保護知識產權體系等工作，構建健康、安全、成熟的數字生態環境，以作為支持相關軟、硬件實施數字化轉型戰略的基礎。 

5）推進數字文化與人才建設 

計劃建立數字工程基礎知識體系，培養和儲備數字工程人才資源。着力發展健全支持數字化轉型人才發展的環境，提供充足的傳授相關知識和培訓相關技能的機會，確保相關人才可主動積極參與到數字化轉型戰略實踐中。

2     美海軍推進數字化轉型的具體舉措 

為響應美國防部的數字工程戰略，美海軍遵循其國防部數字化轉型戰略的頂層設計文件，進一步圍繞海軍數字化轉型的建設目標，有針對性提出實施數字化轉型的相關舉措。美海軍陸戰隊於 2020 年形成了《美海軍和海軍陸戰隊數字工程戰略》，以美國防部的 5 個重點建設領域為藍本提出建設方案，對應形成了 5 個方面的具體舉措。

2.1 數字模型構建與應用 

實現數字工程需要明確係統的各組成部分功能特性，並通過建模將這些功能分解至各個分系統中。實施數字化系統工程可劃分為 6 個階段，涉及 5 個關鍵要素，如圖 3 所示。

1）需求分析階段 

涉及“任務工程”要素，主要任務是開發、完成作戰概念設計，構建裝備體繫結構，明確關鍵性能指標要求，確定評估任務效能方法等。 

2）建立權威數字資源及應用階段 

涉及“系統建模”和“設計工程”2 個要素，主要任務是完成機械結構建模、電氣設計建模、設計仿真試驗方法等。 

3）原型階段 

主要任務是將各類數字模型集成為裝備綜合集成模型，解決數據兼容性、流通性和安全性等問題。 

4）生產製造和發布階段 

涉及“生產製造”要素，主要任務是完成裝備的生產製造，以及授權綜合模型的發布。 

5）驗證階段 

涉及“證實驗證”要素，主要任務是對生產製造的裝備和綜合集成模型進行試驗驗證，根據驗證結果 對數字模型和裝備進行修正。 

6）優化階段 

主要任務是以數字模型為中心，結合試驗驗證結果和多學科理論分析，對在研裝備進行持續的迭代優化和改進。 

2.2 數字資源管理授權 

為提供持續、權威、可信的數字資源，需建立便於訪問的權威數字資源庫。該“資源庫”應包含過去已完成項目和新技術領域的數據、模型、工程信息、 能力要求和功能定位等關鍵信息，以及項目進度的歷史記錄和技術決策情況等。這樣可將原本分散的數字資源鏈接在一個通用的數字架構內，使參與項目的各方能夠通過加密或非密網絡，安全的獲取和使用海軍及工業合作夥伴的數字資源，用於裝備的研製設計、生產製造和試驗驗證等關鍵環節。

此外，實施數字化轉型的一個核心要素是能夠保證所發布、存儲的關鍵數字信息的絕對安全，並確保授權用戶能夠及時獲取和使用這些數字信息。因此，所建的數字模型必須是各領域通用化的、可理解的、通規編寫的，數字資源管理必須是明確密級界定的，並且在使用過程中留存使用記錄的。

2.3 融合應用創新技術 

隨着海軍艦隊執行任務更為複雜，所涉及的系統也不斷增加。因此，在研製與應用過程中，需要以完整全面的視角來掌控所有艦隊的現有能力及其全系統 集成路徑安全性情況。對此。美海軍計劃在數字工程設計架構中儘可能多的融合應用創新技術，增強人機交互性和數據流通性，如圖 4 所示。 

在以創新技術主導的體系架構內，統一採用數字化形式表達裝備的使命任務、體系模型和初步概念方案，以此作為頂層軍事需求的任務輸入。在任務實施過程中，基於權威數字資源和開放式的體系架構，採用多種創新技術融入體系以解決項目存在的諸多關鍵問題。如：可利用快速原型方法解決系統集成測試問題；可利用數字孿生和任務工程方法解決數字孿生體測試問題；可利用虛擬現實硬件設備解決組件測試和驗證問題；可利用基於模型設計方法解決方案綜合優化問題支撐形成初始作戰能力；可利用模塊式開放體繫結構方法（MOSA）來解決形成完全作戰力和能力持續提升的問題等。 

2.4 建設數字生態環境 

美海軍建設數字生態環境的工作主要由美國數字作戰辦公室，以及其下屬的多個海軍數字集成保障單元（N-DISC）部門負責。現階段美國海軍集成建模環境的建設架構和願景，如圖 5 所示。目前的使用情況為：註冊用戶達到 1355 個，累計使用時間達到 67 萬 小時，會期 14 萬小時，分布 43 個地點，另包含非密臨時訪問用戶 1795個。 

在集成建模環境中，數字模型能夠支撐項目從任務工程、系統概念設計到建模仿真分析等的全流程工作，以及基於虛擬現實硬件設備進行所有階段的系統工程採辦和測試評估工作。 

此外，在集成建模環境中使用統一的系統建模語言 SysML 和標準建模語言 UML 來構建關鍵工具集，用以支撐基於數字模型的其他系統工程程序研發也是十分重要的。基於此環境用戶能夠在模型級層面進行交互，互相支撐項目的設計、構造、管理、跟蹤等過程，不斷更新記錄滿足合同數據要求的清單條目。上述任務是在確保網絡信息安全條件下實現的，該環境需具備區分非密和密級模型的基礎功能，從而確保上 傳和被訪問的數據的安全性。 

2.5 推進數字文化與人才建設 

為推進數字化轉型戰略，作為項目管理者必須掌握相適應的工具、程序和方法，提供組織訓練和團隊 協作的環境等必要條件保證數字工程順利實施。重點 是需要培訓與數字化轉型相適應的數字文化與人力資源。 

3     美海軍數字工程建設未來發展規劃 

從未來造艦計劃來看，美海軍需要面臨在有限預算更為緊張的研製計劃條件下，更靈活適應快速變化作戰和威脅環境。總體思路是達成利用數字線索來快速交付所需的集成作戰能力。這需要更加完善的數字工程體系，全面實現通過使用共性、可組合、互操作和基於模型系統的方法，在項目全壽期內儲存和交換數據、信息，實現系統工程能力轉型，持續推進“以傳統文件為中心的工程方法”向“以數字工程為中心的方法”轉變，提升海軍裝備採辦系統效率、互操作性和升級能力等目標。 

因此，美海軍面向未來的數字化轉型，進一步從 5 個方面進行規劃。

3.1 基於數字模型的研發和採辦流程系統化 

根據 2020 年美海軍優化方案分析，其進一步聚焦優化數字模型在裝備項目研發和採辦流程中的規範使用問題，重點推進以下發展規劃：

1）對所有新計劃採辦項目貫徹數字化工程方法，對已存在的項目重點在關鍵節點決策方面進行數字化調整和升級；

2）引領項目中各領域研究成果在項目全領域內交叉應用，打破行業壁壘，促進工業部門及其他機構的合作，共享最優化的工程實踐經驗； 

3）在集成模型環境中應用和保持任務級模型的權威可信性，充分支撐項目中各領域任務； 

4）在海軍新採辦項目和延續項目之間，充分討論交流數字化工程的要求、資源、採辦政策、優先級及應用數字化方法等關鍵要素。 

3.2 數字資源授權和管理流程的規範化 

在數字資源管理授權的發展規劃中，主要聚焦如何提供長期真實的數字資源和建立規範的管理流程等方面進行了發展規劃： 

1）對於項目涉及的模型、數據、標準、策略等， 實施歸檔管理並建設統一授權的知識資源庫，以此作為基準信息推進項目的數字化轉型；

2）對學科術語和表述方式做統一規範，建立模型管理程序標準，提供系列化、標準化、易獲取的數字工程應用工具； 

3）明確各環節的數字架構管理者職責，高效的統籌和指導數字化轉型相關工作，並專門成立技術服務部門，負責開發和維護數字模型的相關工作；

4）針對採辦、研製和生產等環節的特點，定義各環節參考模型技術基線和標準，便於各環節的交流互通； 

5）基於網絡安全，對各環節建立明確、分級的安全使用指南。

3.3 融合應用創新技術的持續化 

科學地應用新技術融入數字工程，支撐設計階段的多方案選擇以及維護升級階段的實時軟件修訂，是未來發展的必然需求，其相關規劃可概括如下：

1）形成以用戶為中心，靈活可靠的設計、升級、 測試和維護數字化的能力；

2）運用數字信息，清晰描述數字化任務結果和設計製造方案的最優選項；

3）採信系統數字模型作為項目質量進展的唯一證明，支持系統工程技術評審（SETR）； 

4）拓展人工智能、機器學習等技術在數字化工程中的作用發揮； 

5）提供一個可隨時訪問授權內數據的網絡環境，對相關計算機、存儲器和網絡資源進行合理的物理隔離，確保網絡信息安全。

3.4 數字生態環境建設發展健全化 

計劃以數據為中心通過高寬帶網絡來鏈接各環節的人力、數據和機構，具備能夠與海軍數據和分析機構協同的功能，進一步構建完善集成模型環境來支撐數字工程建設。另外，該數字生態環境必須絕對安全，具備支撐系統建模、設計研發、虛擬現實、仿真測試等功能。具體發展規劃如下： 

1）對系統司令部技術權責和相關文件進行重新定義和修改，整合數字工程、環境設計和集成原則等相關要素； 

2）根據期望的任務能力，在兼顧時效性和經濟性 的同時，形成包含虛擬現實的綜合型環境，為環境所具備的設計、開發、測試、認證、部署和培訓等綜合能力提供支持； 

3）建成通用海軍發展安全運營環境，海軍、海軍 陸戰隊和協作單位能夠基於數據和用戶反饋進行模型 製作、測試、算法改進、工具分析和解決方案制定，以綜合提升戰鬥力及戰備。 

3.5 推廣數字文化與人才建設的常態化 

人才建設是數字化轉型的關鍵動力，也是數字工程持續發展的力量源泉，美海軍十分重視數字化人才的培養和數字化文化的建設。面向未來主要聚焦以下幾個方向進行拓展建設： 

1）向參與數字工程和數字模型系統工程的相關人員宣貫相關指南，指導工程實踐； 

2）加大對數字工程和數字模型系統工程的人力資源招聘力度； 

3）通過領導力論壇、項目回顧和公共資源來積極宣傳數字工程文化，鼓勵相關企業參與競爭，分享討論成功經驗。

4     結　語 

綜上所述，美國海軍推進的數字化轉型戰略，即將研製採辦流程、決策標準、分析評估手段數字化。以數字化帶動研製採辦活動的標準化、規範化、可視化，以數字化將任務、人員、數據和工具與研製採辦流程有機的集成在一起，從而降低研製採辦成本，提升效率，縮短優化迭代周期，增強風險預測和過程監控。 

本文總結分析了美國防部為推進數字化轉型制定的頂層設計框架、四大方面的建設目標以及各方向所屬子目標；梳理了美國海軍在美國防部數字化框架下推進的數字化轉型策略的具體舉措，並分析總結了美國海軍面向未來的數字化建設發展規劃的重點方 向，可為推進裝備研製採辦管理數字化轉型提供有益借鑑。