美海军信息战系统司令部（NAVWAR）日前完成了首个系统级数字孪生模型——数字林肯的开发工作，这是海军数字化工程转型的重要里程碑。模型包括的一组信息战功能将于2020财年安装在“林肯”号（CVN 72）航母上。

图1 美海军信息战系统司令部人员正在评审数字模型

背景

为与国防部《数字化转型战略》保持一致，美海军信息战系统司令部正在转变其方法，从原有的“设计-构建-测试”法改为“建模-分析-构建”法，从而在交付前通过虚拟环境测试和评估解决方案。这一转变将提高系统的可靠性和赛博安全性，同时降低作战人员风险。

美海军信息战系统司令部执行理事Pat Sullivan称，海军必须对系统的设计、开发、交付、操作和维护方式进行现代化，而在现代化改造中数字化工程发挥着至关重要的作用。它允许在系统的整个生命周期中使用数字模型，从而提高系统的赛博安全性、互操作性和韧性，为海军在未来冲突中取得胜利打下坚实的基础。

数字孪生

美海军信息战系统司令部的首个数字孪生模型——数字林肯，使用该司令部基于模型的系统工程（MBSE）、综合字典和需求框架来开发五个未来安装到“林肯”号航母上的互联系统的数字表现形式。

司令部MBSE实施负责人Sam Rix表示，MBSE旨在使开发和工程信息共享保持一致性。综合字典在工程师构建数字模型时为其提供可用的零件清单；系统工程（schema）指导如何将零件组装在一起，需求框架则负责描述数字模型间的可追溯性，以便跟踪零件的连接方式和连接原因。

“林肯”号航母数字孪生模型

数字林肯是一种黑箱模型（black box model），可以从其输入和输出查看模型的数字表现形式，“林肯”号上以下五个互联系统将建立数字表现形式：

  • 海军分布式通用地面系统（DCGS-N）：

    DCGS-N是海军主要的情报、监视、侦察和目标瞄准支持能力来源。

    无论是在海上还是岸基，DCGS-N工具对于作战指挥官的战斗空间感知和网络中心作战都至关重要；

  • 下一代海军综合战术环境系统（NITES-Next）：

    一种使用气象和海洋数据帮助作战人员进行任务筹划、任务执行、关键决策制定和态势感知的系统；

  • 海上战术指挥与控制（MTC2）：

    海军指挥控制项目，提供作战管理辅助工具，实现海上作战行动动态筹划、指挥、监控和评估；

  • 海上全球指挥控制系统（GCCS-M）：

    GCCS-M系统融合、关联、过滤、维护并显示友、敌、中立国陆、海、空军部队的位置和属性信息；

  • 敏捷核心服务（ACS）：

    统一海上网络和企业服务（CANES）的一个元素，是CANES的基础设施，支持应用程序迁移。

带来的效益

美海军信息战系统司令部需求管理负责人Monique Harris表示，在数字化环境中对复杂系统进行建模就像多人参与一个大型拼图，各人独立负责其中某个部分，某个系统就像拼图中的一个部分，过去必须等到实地部署系统时才能将拼图碎片组装在一起。现在通过数字工程，美军在部署之前就能够将拼图碎片组装在一起，从而实现在系统交付给作战人员之前解决问题。

通过开发这些系统的数字孪生模型（即数字模型），海军信息战系统司令部能够在系统安装之前确定能力差距和需求重叠之处。例如，司令部已发现某些系统需要完全相同的信息。数字林肯使海军能够只使用一个系统就解决重叠的需求，而不是以往的两个或三个系统。这样减少了带宽使用，这在带宽下降的环境中非常重要。

除了开发这些系统的数字孪生模型，数字林肯还提供了用于开发未来数字模型的标准化格式以及将来安装的基线。

未来发展

展望未来，美海军信息战系统司令部数字孪生团队将总结经验教训，并将其应用于“艾森豪威尔”号航母（CVN 69）系统之系统数字孪生模型，也称为数字艾克（Digital Ike）的开发。

海军数字化转型的目标是为所有平台上的所有系统创建数字模型，随着海军持续推进数字化转型，将改善赛博安全性，增强系统性能，提高技术交付速度并减少安装时间和成本。

https://www.public.navy.mil/navwar/News/Pages/NNS191023-14.aspx

戴钰超译自互联网，李晓文审定

2019年10月23日

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