《空天防务观察》导读：您想知道在一个社会生产生活迈向数字和智能的时代，美军眼中的数字转型、数字军种应该是和将会是怎样的吗？刘亚威先生的本篇深度解读将为您揭开一些面纱。我们强烈建议您仔细阅读全文。

作者按：狼并不可怕，狼性和狼团队的组织能力才可怕。

有意思的是，美国国防部为了推进数字工程已经建立了四只国防部和三军联合的“虎”团队，还真的有了那么一点感觉。今天我们主要聊聊美空军，空军已经将数字工程作为最优先战略之一，这点毫无疑义。

但是，我们不能光看到先进生产力产出的东西是什么，也要看到生产力是怎么发展起来的，更要看到生产关系是怎么去适应生产力发展的。这样，我们就可以更清晰地看到我们真正的差别和差距在哪里。美空军两位高层近期关于数字工程的一番讲话内容丰富，震撼点满满，在此为大家粗略解读、逐段点评，欢迎“意愿人士”共同深入探讨。总之，狼，这回真的来了！

它，已经被美空军列为全面依托数字工程实施数字采办的重要项目之一（美空军图片）

2021年5月13日，美国空军部表示，将在空军装备司令部内设立一个常设办公室，专门负责推进空军和太空部队的数字工程。

空军部的科学、技术和工程副助理部长克里斯汀·鲍德温（Kristin Baldwin）称：“空军正在投入一些资源和人员，从一个由“意愿联盟”（由有意愿的人士组成）奇妙而又梦幻的运动中调动大约900人，到一个可以真正提供更结构化的活动的地方，为这趟旅程提供支持和快速响应。”

作者点评：美空军正在开展从建设到作战的整体数字转型，2018年6月美国防部发布的“数字工程战略”中，一些设想也是基于空军及F－35等航空装备的先行先试而提出的。2018年11月，空军发布了“工程组织路线图”，要将自身建成一个“数字组织”。

2019年9月，空军装备司令部下辖的数字工程执行委员会成立了“数字工程组织办公室”，它上头的负责人就是前面那位鲍德温。这个办公室领导在空军组织内针对实施数字工程进行制度化的工作，还包括建立空军数字工程卓越中心，扩建高速网络，以在空军项目办和其它军种与国防部研究与工程副部长办公室之间处理跨军种的数字工程解决方案。现在这个办公室将成为常设机构，看来一是这项工作任重道远，二是空军确实将其作为了长期推进的关键战略任务。

那么，“意愿联盟”这个运动是什么呢？2020年6月，为贯彻国防部数字工程战略，空军宣布启动“数字战役”。数字战役以“一个团队，一个数字式寿命周期组织”为愿景，旨在构筑一个一体化的数字环境，支撑快速应对作战域动态需求的能力的设计、维持和现代化，简化空军平台和系统的生命周期流程，实现以更惊人的速度和效率来交付能力，确保持续拥有竞争优势。

这将是美空军运行方式的重大转变，数字工具和流程可以在每个采办阶段改善周期和效率，而这需要在整个空军组织范围内采用创新的能力开发方法、工具和流程，以更快、更灵巧地向作战人员交付能力。

这个事情笔者以后还会专门撰文分析。“数字战役”战役由空军装备司令部抓总，将国防部战略中的五大目标进一步具体化为六项重点工作，由空军寿命周期管理中心、空军研究实验室等机构分别负责，从而将推进数字工程这项工作“结构化”了。

我们可以看到，现在空军层面就有至少900名“意愿人士”在直接参与这件事情！曾经的意愿人士就包括美空军前任主管采办、技术与后勤的助理部长威尔·罗珀（Will Roper），他是崇尚数字技术的极客爱好者。

笔者早前就说过推进数字工程不会因罗珀的离任而受影响，因为这种谋事做事的方式早已成为了空军组织的一种主流理念，而诸如空军部这样的美国防部组织恰恰是非常“独裁”的，鲍德温这个职位总被描述成“沙皇”，前后两代“数字工程”推进沙皇的意志并未因政府的正常交替而发生变化。

极客罗珀自己写的“数字工程与空军e系列指南”（美空军图片）

2021年5月初，美国太空军刚刚发布了“数字部队”愿景，其重点之一是在采办和研发计划中强调数字工程。简而言之，数字工程放弃了传统的“晒图”工作（生成二维纸质图纸），而看重持续演进的数字模型。为了提供该部门向数字工程转型的最新信息，鲍德温在5月13日与空军少将金伯利·克里德（Kimberly A． Crider）一起出席了航空航天公司的“太空政策展”，后者是太空作战负责人太空部队上将约翰·雷蒙德（John W． Raymond）的现代化助理。

鲍德温和克里德分享了在探路者项目中测试这些流程的经验教训，他们预测了即将到来的变化，包括新项目和现有项目中的期望、培训和教育的趋势以及共享数字环境的愿景——美空军未来的所有工程开发工作都将在这一环境中进行。

作者点评：与2019年7月空军“数字空军”白皮书中的内容相比，这个愿景更加强调了数字工程及“数字三位一体”——数字工程、模块化开放式系统架构、敏捷软件开发，这也是罗珀反复强调的内容。未来航空航天系统及作战体系超级复杂，数字工程能够支持实现正确定义需求、提早分析能力、预先规避风险、极速交付战斗力，而这是未来成功（战胜中俄）的关键。

为此，空军在型号中试点应用数字工程，形成了一些“探路者”项目，这些型号包括：“天空博格人”无人机、T－7A“红鹰”高级教练机、F－15EX战斗机、B－52H轰炸机换发、陆基战略威慑洲际弹道导弹，高超声速飞行器等等，虽无明示，但“下一代空中主宰”空战体系、B－21轰炸机必然也在其中，这些型号研制进度的“迅速”有目共睹。

“探路者”项目囊括了新型号和老旧装备，逆向工程和数字孪生将是其中那些可能连三维模型都没有的老旧装备的重点，使其进一步“续命”，比如空军正在对一架1985年的B－1B轰炸机进行这样的“测仿”。搞试点可能需要“突破”或“绕开”现有程序和流程，这说明空军首先对自己通过F－35等型号探索过的数字线索应用很有信心，然后对国防部前期牵头搞了多年的数字工程核心工具与平台很有信心。空军在这一点上还真是自己开发了好多软件工具，并且从论证到保障各个环节都搞了不少应用探索。

因此，现在它可以提这个共享的数字环境，它就是数字战役中要建立的“综合数字环境”，它将是整个国防部数字工程生态系统的有机组成部分，也将融入空军自身正在建立的数字生态系统，使其转型为一个“数字组织”。

数字工程作为F－15EX项目的亮点和卖点（美国波音公司图片）

在探路者项目中，出现的一个共同主题是提前思考的重要性。克里德表示：“我们正在学习很多有关架构需要如何工作、你需要如何为此进行预先设计、如何需要提前计划以考虑所需的架构类型、所需的建模类型、各种建模工具，以及如何以开放和模块化的方式将这些工具组合在一起。”美空军已经为符合特定门槛的项目引入了“ e”标识，这将对数字工程有所帮助。“随着我们进入太空部队并希望加快工作……我们发现，我们能够拥有这些能力并由此开始，而不是全部建造为我们节省了很多时间。”

作者点评：“架构”已经成为解决复杂系统工程问题的关键词，架构模型将是数字工程的关注重点，特别是数字战役中提到的政府参考架构，将是美空军推进模块化开放式系统架构的“圣杯”。空军已经开发了“开放式任务系统”、“传感器开放式系统架构”、“未来空中能力环境”、“模块化开放式射频架构”等多种架构作为政府参考架构，通过开放式接口和通用标准，在其上快速开发各类多功能软硬件系统。

笔者断言今后将“无架构、不体系”，通过开放式架构，更多功能可以“即插即用”、“换个机头就是新型战机”，装备随随便便在外场“边缘升级”。

可怕的是，美国防部最晚在2010年6月就给“参考架构”下了定义——一个权威信息源，像不像数字工程战略中提出的权威真相源？另外说说“e”标识，这个曾经代表互联网的标识现在用于代表广泛实施了数字工程的型号，比如eT－7A、eNGAD，这可不是随随便便加的，需要门槛！不

是说我用了个CAD画画图，用了个CAE搞搞有限元，用了CAM走了个刀，就叫e系列。笔者认为，对美军而言，前期概念论证时，如果没有接入“工程强韧系统”超算云平台，利用“计算研究采办工程工具环境”仿真系统开发物理特性模型，生成过5000种以上的方案，那你叫不了e系列；中期研制时，如果在装备设计前没有从“参考架构－目标架构－系统架构－子系统架构”这么一层层开发下来，如果在关键领域不进行多物理量、多专业学科的联合仿真优化，那你叫不了e系列。可怕的是，笔者分析T－7A、B－21、还有所谓六代机，前期中期（没有进入型号研制阶段）很多论证和开发工作根本就是在美国防部建的那个公共超算云平台上干的，那能不快吗？

e系列的开山之作——eT－7A“红鹰”高级教练机（美空军、美国波音公司图片）

鲍德温承认，现有项目可能无法融入许多即将到来的变化，例如公共的数字环境。

一项评估将帮助确定可行的方法。同时，新项目有望从一开始就融入数字工程。克里德描述了共享的工程环境将如何工作：“政府（这里指国防部）拥有开发环境和随之而来的技术基线，并将其提供给整个工业界和项目。我们已经对空军组织层级的公共服务和标准的重要性与价值感到更加适应……我们希望所有项目都能够利用和使用，而工业界合作伙伴能够利用和使用这种组织层级公共服务的思想。你们当中的许多人都听说过“一号云”（Cloud One）和政府的项目，即利用商用的工业产品和工具集提供组织层级的云服务，并将其集成到一组安全的服务中。”

克里德表示：“最终，环境将包含更多组件，其中包括“一号平台”（Platform One）。“一号平台”将平台部署在“一号云”上——提供这个环境、技术栈——以进行模型的连续开发、模型的集成，然后注入与这些模型相关的数据。数据是从“一号数据”（Data One）引入的，“一号数据”是用于托管、存储、管理、安全和保护数据的通用企业服务集。”作者点评：这里想简单谈谈笔者多年逐渐形成的认识，就是美国防部在科学与技术领域，走的是真正的共产主义——按需研发，竞争前技术开放共享；而装备采办领域，走的才是资本主义——赢家通吃。

所以美国防部分了研究与工程、采办与后勤俩副部长，而数字工程战略是研究与工程副部长签署，不仅是因为早前的研究都在系统工程署（现在增加任务工程所以直接叫工程），而且还是因为国防部整了前面说的那几个大项目，它形成了数字工程的几个核心技术能力，都是以“开放”平台的形式让各军种和工业界接入使用的。

这就是笔者开头说的生产关系的体现之一——美军牵头建统一的平台形成能力，大家按权责协议分别使用，这不就是妥妥的工业互联网思维？

美军是懂工业的，所以玩得转工业界的东西。美空军总是提到“拥有技术基线”，这是其顶层战略目标之一，而数字工程正是支撑这个目标的关键，甚至空军高层给出了一个等式——数字工程约等于数字式地拥有技术基线。

怎么算拥有技术基线呢？空军认为是“政府能重新把控住项目”、“做出有充分依据的决策”、“识别并缓解技能空白”，那么这一切的关键是什么？技术胜任力、工程数据以及工程分析能力。通俗些就是模型、数据和工具，当然远远不是我们可能认为的简单的模型、数据和工具。

比如，工程强韧系统，可以在项目前期分析装备全寿命周期成本，也可以从7500个下一代运输机方案中快速收敛得到9个；计算研究采办工程工具环境，可以在项目前期就利用物理特性模型与交战模型连接进行作战分析，也可以在某些关键的风洞试验环节上减少60％的试验数据点——150万个！

这两个工具美国防部已经分别开发了11年和15年！此外，数据的重要性也是凸显，美国防部发布了“数据战略”，作为“数字现代化战略”体系的一部分，空军也出台了数据战略，提出了数据解决方案架构，这都与数字工程相辅相成。在数字工程中，装备的数字系统模型包含的信息远比系统本身要多，这些数据随着数字线索流转到装备寿命周期各个环节的分析决策点，一直到基于数字孪生的预测性寿命分析和维修规划上，这个核心纽带的存在，是数字工程和基于模型的系统工程的最大区别。

通过这么一个数字工程分析过程，经过F－22的实际数据验证，可以让F－35的风洞试验就缩短20个月时间（美空军图片，刘亚威先生综合处理）

克里德表示，没有更熟练的员工队伍，数字愿景将无法实现。虽然她注意到高等教育机构更频繁地教授数字工程，但空军还有另一个计划（即数字大学）来提供内容，使成员可以不断利用其数字技能。他们认为共享环境的数据安全性和互操作性是未来的挑战，但这些挑战可能不是最大的挑战。

“建立环境是一回事，实际上，将其纳入你的工作方式是另一回事。因此，整个文化的演变，真正进入了整个流程，正在执行项目的评审，试验的评审和能力的开发，所有这些都以这种快速、综合的方式进行，每天我们都可以与工业界合作伙伴一起实时进行项目的设计评审，我们可以深入研究不同的设计方案，并与我们整个工业界的合作伙伴一起仔细思考。这确实是在改变我们的文化，影响不可低估。”

作者点评：人是一个问题，文化是一个问题，流程是一个问题，结合到前面说的常设办公室，它们都是生产关系的问题。这里我要提到在美国防部发给装备项目经理的一份关于智能制造的指南中提到的，大意是：“现在的技术进步飞速，需要你们通过自身的努力学习来追赶这个时代。”振聋发聩！以模型和数据谋事做事，确实不是一个简单说说的事情，先能够理解这句话的深刻含义，其实就是很难的。但是，美国防部在行动，空军在行动，而且都已经行动了几十年。

怎么进行数据驱动的里程碑决策？怎么利用仿真分析结果进行系统工程评审？怎么利用作战仿真和物理特性模型来定义装备的核心性能指标？怎么通过模型来确定试验鉴定中需要如何调整试验内容和顺序？怎么基于性能模型来组织装备验收？怎么建立数字孪生来让飞机的维修保障不再像汽车保养那样“定检”？

在生产力已经更大发展的“工业4．0”时代，算力和数字技术的发展必然催生数字工程这样的体系性方法工具，也必然需要一个相适应的生产关系来更充分地发挥数字工程的作用。马克思主义的精髓依然在起作用，美国防部显然也是在集中力量办大事，数字工程战略和任务工程指南出台的背景都是为了在各军种先期各自为政的现实下，统一规范和引导其未来的发展，联合的环境、联合的模型、联合的数据、联合的定义、联合的功能、联合的体系。

美国防部及各军种部作为客户，正代表用户与解决方案供应商一同在构建这个新型的生产关系，虽然可能道路曲折，但是绝不会是“三天打鱼”。美国防部／　三军联合数字工程“虎”团队已经建立，美陆海空三军各自的数字战役已经开打，它不是个一个新的作战概念，更不是个一个新的武器装备，而是一次系统性的范式变革——狼，这回真的已经来了！

空军已经如此这般搞了一遍了，这匹“狼”应该会比较猛了（美空军图片，刘亚威先生处理）

（中国航空工业发展研究中心  刘亚威）

本篇供稿：系统工程研究所