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以快制慢,数字采办!美空军深度转向数字化新范式

2020年9月,在美空军“空-天-网”年会和“数字战役”工业交流日活动上,负责采办的空军助理部长威尔·罗珀,再次强调了通过数字工程来瓦解美国对手竞争的敏捷采办需求。罗珀发布了极具“黑客帝国”风格的《数字采办的现实》,呼吁通过数字工程建立颠覆性的敏捷数字采办新范式,以在不断更新的全球安全态势中保持竞争力。他指出,为了实现未来所需的敏捷性和速度,空军和太空部队必须充分利用美国科技生态系统的潜力,将数字采办作为影响未来军事杀伤力的国家安全战略要素。2020年10月7日,罗珀根据相关反馈发布了《数字采办的现实》指南更新版本,在最新版本中,罗珀加强了数字采办与“先进作战管理系统”(ABMS)的关联性描述,改进了对物理与数字世界的类比描述,并更新了应用案例中的部分数据以更好地强调数字采办的颠覆性意义。

颇具“黑客帝国”风格的《数字采办的现实》封面(2020年9月15日版本)。在此版本的指南中以使人从虚拟世界返回现实的“红色药丸”喻作数字采办,“蓝色药丸”喻作令人继续沉迷的传统采办模式,以开发类似电影中“Matrix”控制中心的数字系统架构为实现数字采办的关键技术(美空军图片)

2020年10月7日更新的指南封面以黑客帝国中“弯曲的勺子”作为隐喻主题。新版本指南以“弯曲的勺子”替代“红/蓝药丸”,再次从哲学意义上呼吁读者认清并回归现实,拥有信念,在虚拟世界中一切皆有可能(美空军图片)一、“数字三位一体”——国防采办范式转变的关键力量美空军的数字化转型仍在不断演进变化中,目前美国有三个国防项目——T-7A“红鹰”、“陆基战略威慑”(GBSD)和“下一代空中主宰”(NGAD)从一开始就采用了数字工程理念和方法,但其中只有NGAD定位于通过全数字化采办来转变其生命周期。“数字三位一体”——数字工程及管理、敏捷开发和开放式系统架构,是新一代信息通信技术与军事技术深度融合的背景下,支撑美军重大范式转变的关键力量,也是颠覆传统国防采办的主要途径。这一范式转变不仅可以构建更好的系统,还可以实现更快速的设计、无缝的能力组合和迭代。将计算机用于装备生命周期的各个阶段并不等同于数字采办的内涵,关键是通过扩展数字工具实现“权威的自动化和/或虚拟化”,进而缩小现实世界的活动。在设计、软件、制造、测试和维护方面,数字孪生技术正在快速发展应用,通过将虚拟世界中获取的知识带回现实世界,数字采办能够摆脱现实世界的束缚并将国防采办带入新纪元。二、数字采办三原则——指导国防采办迈向新范式1. 创建、共享并提供技术栈(1)创建技术栈技术栈作为系统生命周期的控制中心,包含了数字化地创建和优化系统生命周期所需的所有数据、模型、软件和相关基础设施,是向数字采办转变不可或缺的部分。(2)共享技术栈具备项目运行所需所有工具的技术栈应基于复杂组织体参考架构在国防部组织范围内共享。美空军当前正在基于政府参考架构,打造可应用于GBSD 等“一号”武器(WeaponOne)类项目的数字复杂组织体即服务(DEaaS),包括云即服务(一号云) CloudOne和平台即服务(一号平台) PlatformOne,以及国防部组织范围内的以下层:基于模型的系统工程即服务(一号基于模型的系统工程)MBSEOne、数据即服务(一号数据)DataOne、分析即服务(一号分析)AnalyzeOne,灵巧即服务(一号灵巧)SmartOne以及边缘设备即服务(一号设备)DeviceOne。特别地,“先进作战管理系统”(ABMS)也利用了这些层,比如“物联网.mil(IoT.mil)”,并且正在增加更多的层,以将集成的技术栈带到未来的战场上。未来,美军将创建适用于国防部组织范围内每个项目、平台、团队和操作人员的、统一的“一号”基础设施,所有经过认证的产品都可以在这些设施的支持下无缝地协同工作,确保数字线索和字符串完整无缺。实际上,如果进一步解放思想,基础设施和IT应该被视作作战系统。GBSD和B-21正在实现这一愿景,被称为“Dev*Ops”(“开发和运行”,敏捷软件工程),其中“*”代表一系列的自动化层的字符串,洛·马公司就基于此打造了一个软件工厂。

洛马公司的软件工厂。作为由DevSecOps(“开发、安全和运行”敏捷软件开发模式)驱动的软件工程的领导者,洛马团队将利用通用代码,以较低的成本快速为航空航天和国防部门交付软件任务,满足美国国防部关于包括密钥在内的标准安全要求(美国洛马公司图片)(3)提供技术栈向工业界提供政府基础设施和工具有利于使项目流程形成连续统一体。当使用由政府批准的技术栈时,它支撑了不断演进的项目基线、设计评审、成本基础、工作流管理、测试点指定甚至操作授权,以往离散的活动就可以无纸化、摆脱人类干扰而连续地进行。虽然这将给政府团队带来维护大规模的基础设施、数据、认证流程等负担,但连续的生命周期降低了传统模式的风险,非常值得进行范式转变。未来,GBSD项目开发和应用的工具集将在整个国防部组织范围内提供。针对被提问最多的问题:为什么要由政府拥有技术栈而不是工业界?罗珀在其领英网站主页给出了解答:由政府提供自动化的服务将具备更高的效率,授权政府直接与平台和任务系统商合作可以统一标准,减少在整合和集成方面的复杂问题。另一方面,让数据运行在政府的技术栈上是向工业快速转移的最好方式,特别是涉及到安全或合同义务时。2. 建立面向边缘可下载性的容器化开发架构容器化开发和Kubernetes(k8s)容器集群管理系统,为在装备上运行的软件提供了可预测的编码环境,可以将软件运行所需的条件虚拟化,使得软件组件具备在边缘的可下载性,且不需要长时间的回归测试和串行验证。k8s的独立性优势可以使开发者以现代战争要求的速度频繁为用户推送代码,并结合安全服务网格和零信任技术实现大规模军事边缘的人工智能与微服务。为了实现数字采办的第二个原则,软件开发将以“爬行-奔跑-跃升”为目标,通过Dev*Ops实现“爬行-奔跑”,通过整合的IT、容器化和安全服务网格实现“奔跑-跃升”。3. 在交付前先创建数字装备模型共享的技术栈及工业边缘可获取的软件提供了创建数字飞机、数字卫星以及数字武器等任意数字装备的技术基础。这些数字装备将作为与未来物理系统及其生命周期对等的数字孪生和数字线索。典型的案例是使用数字工程学习和简化数字化装配后,T-7A“红鹰”的“数字飞机”在现实世界中生产的学习曲线达到了T1=T100的明显缩减。这意味着在首个零件开始在现实世界物理制造之前,飞机、武器和卫星已经存在于一个精确的数字现实中,第一次制造一架飞机的能力就像它被制造了100次一样。

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