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美军数据资源建设领域的高速路—综合数字化环境

导读: 2018年7月5日,美国防部正式对外发布“国防部数字工程战略”。数字工程战略旨在推进数字工程转型,将国防部以往线性、以文档为中心的采办流程转变为动态、以数字模型为中心的数字工程生态系统,完成以模型和数据为核心谋事做事的范式转移。

引言:2018年7月5日,美国防部正式对外发布“国防部数字工程战略”。数字工程战略旨在推进数字工程转型,将国防部以往线性、以文档为中心的采办流程转变为动态、以数字模型为中心的数字工程生态系统,完成以模型和数据为核心谋事做事的范式转移。该战略推动在系统整个寿命周期内采用一种综合数字化环境(IDE),依靠数据和模型的一种权威来源,来设计、研制和管理系统。数字工程借助计算技术和数据科学的进步对美国防部的系统工程惯例进行更新。

自上世纪90年代以来,由于实施持续采办与全寿命保障(CALS),美国在武器装备领域里逐渐消除了“信息孤岛”,并形成比较和谐的信息环境,提高了军方、主承包商、供应商之间的工作协调效率,明显地缩短了研制生产周期和故障修复周期,减少了全寿命周期费用。CALS的发展目标是综合数据环境(或称集成数据环境、综合数字化环境,都简称IDE)。“综合数据环境”,实际上是指综合数字化信息环境。在此信息环境中,武器装备等复杂产品各方面的电子化信息数据,包括产品电子化技术信息数据和项目管理的电子化信息数据,仿佛有序地存储在一个“大数据库”内。在武器装备全寿命周期内,有关单位和个人根据工作需要和权限规定,能够通过计算机和网络有序、可控、安全、方便地交换和获取产品技术数据和项目管理信息数据。

由于武器装备发展是一个复杂的系统工程,涉及众多的军地部门,需要在现有的信息设施基础上,研究建立一种包括纵向综合和横向综合的综合数据环境(即综合数据化环境)。纵向综合就是武器装备从竞标、签约、设计、研制、生产到使用与保障直至报废的全寿命内实现数据信息共享;横向综合就是跨军种、跨职能部门的信息共享系统,使各方数据融合和共享。如图1、2所示,IDE是利用一套商用现成产品寿命周期管理(COTS PLM)技术所构建的一种稳健的“使能”环境,为工程产品研制与寿命周期产品保障领域之间的缺口架桥铺路。

1  复杂组织体产品寿命周期管理(ePLMIDE 愿景(组织变革)

2  IDE的整体观点

一、综合数字化环境(IDE)的内涵及特点

1. 综合数字化环境的内涵

“综合数字化环境”(Integrated Digital Environment)又称综合数据环境(Integrated Data Environment),简称IDE。在此信息环境中,武器装备等复杂产品各方面的电子化信息数据,包括产品电子化技术信息数据和项目管理的电子化信息数据,仿佛有序地存储在一个“大数据库”内。在武器装备全寿命周期内,有关单位和个人根据工作需要和权限规定,能够通过计算机和网络有序、可控、安全、方便地交换和获取产品技术数据和项目管理信息数据(如图3)。

3  传统的数据环境图(左)与综合数据环境(右)

综合数字化环境(IDE)倡议是美国防部摆脱那些不具备互操作性的、昂贵的项目专有信息环境的一种途径。该倡议自引入以来已经走过了漫长的路程,在2002年以前CALS技术走向成功后,美国防部侧重于建立项目级的IDE,在2002年以后美国防部则侧重于为采办和持续保障界建立复杂组织体(整体)级IDE乃至DoD IDE。国防部IDE倡议旨在为采办和持续保障界建立一种无缝的、协同的数字化业务环境。

美国防部构建IDE的主要目的是:增加对要求数据的访问权限;可以提高工作程序的生产率;可以增加知识管理的效率,并减少知识管理的费用。实现这些目的,IDE需要必备的关键能力包括:

——与项目相关的按需关键性能指标状态报告,项目元素输入至报告,这可以帮助识别问题的根原因;

——对跨项目领域的影响的可视化

——对项目和武器系统信息的单一实例,与位置无关

——对项目和武器系统信息的采办和后勤进行安全、可控的共享访问

——多个业务系统和信息库的集成

——所有类型的项目/产品信息要以所有要求的格式和媒介进行创造和管理

——分布式项目参与者的协作,在所有的学科内,……管理、采购、工程和后勤

——项目和武器系统信息和程序的寿命周期管理

——所有项目相关的程序的定义、执行、管理和审计。

2. IDE特点

一个IDE意味着一种互联的知识工人环境。在这个环境中,完成工作首选的方式包括随时访问所需资源,以完成必要的任务,然后再按照要求的格式快速输出结果。

1)基础技术框架是关键

如果想要成功,必须有基础的IDE技术框架,框架必须是开放式的,必须是统一的架构,利用标准,包含一个以项目/产品为中心的目标模型,并且与组织过程、现有的技术和文化进行权衡。

选择正确的基础技术框架,和一个以项目/产品为中心的信息视角对与一个项目的能力,对实现一个IDE的真正预期和潜在价值是非常关键的。

2)核心服务

一个IDE解决方案必须提供一个健壮的支撑核心服务集,包括:

——数据和内容管理

——与其他系统的数据联盟

——协作和可视性

——结构和变化管理

——计划与项目管理

——工作流管理、审计和追踪

——报告

——安全和访问控制

这些服务必须建立在一个通用的框架的基础之上,使用一套工业部门标准,和解决方案框架的主要部分。一个通用的框架可以提供一个基础,在这个基础之上建立一个IDE可以满足要求的需求,并且它减少了环境的复杂程度,对于减少初期和长期的部署费用也是非常重要的。

3)支撑核心业务程序

IDE必须支持在分布环境中的一系列业务程序,包括:

——采办管理

——采购规划和合同管理

——工程管理

——生产规划

——试验与评价管理

——后勤管理

这些程序需要接触到许多不同的人和组织,这些人和组织在地理上甚至是分散的,并且在这过程中产生的和用到的信息必须是用户适当可用的。

4)以项目/产品为中心的信息方法

IDE是一种媒介或手段,能够使项目在项目寿命周期跨越不同的功能领域实现目标并且超过目标,如在购买和采办、试验与评价、系统工程、建模与仿真和后勤保障领域。

项目的参与人员必须能够创建信息(纲领、CAD、文件、技术出版物、分析等);信息协作;配置信息(文件和武器系统定义);在项目和信息的寿命周期内控制信息;在有权限的参与者中安全的传递信息。为了实现IDE的所有价值,解决方案必须支持一个以项目/产品为中心的方法,连接相关信息,这些信息有可能固定在IDE中,也有可能来自不同的源。

5)开放式体系架构

IDE解决方案是为了帮助项目和项目的参与者有效地执行必要的活动,支持项目整个寿命周期中的需求。IDE必须在恰当的时间、恰当的地点将正确的信息提供给恰当的人。对信息具有可视性,相应的数据关系和附属,有权限的项目参与者可以更好更快地进行决策。

为项目信息提供一个综合的视角,跨多个功能领域和数据源,要求要有一个开放式架构解决方案,该方案可以将不同的数据和相关的过程联系在一起,并支持多个业务和承包商系统的简单集成。

IDE不要求多个数据库同步。它的原则是将使信息固定一个单独的位置,这可以使真正需要的人员能够更快的接触这些信息。信息的发明人或创造人是数据的“拥有者和持有者”。持有者负责维持信息在现用、准确和可使用的状态,这要符合使用的商业标准和指南。在IDE中,快速的访问代替了复制和报告。一个有效地IDE要求具有无限的连通性,并且能够与其他系统的信息代理结成联盟。IDE环境经常会要求对当前的案例和文化进行更改。

6)集成平台

当用户访问IDE时,他们寻找信息时通常是在广范围的功能能力领域/系统(EMS、风险等),不同的数据视角(使用、系统、技术),和大量不同的数据资源和位置(承包商解决方案、供应商解决方案等)。

只是对这些信息的某些有可视性是不够的。用户需要一个环境,有一个通用的接口,使之更易于搜索、寻找、访问,并且在工作的时候能够接触到所有类型的数据,这样才能更好地进行决策。集成平台必须是灵活的,这样才可以根据功能需求和项目的成熟度在不同的层级上进行集成。最后,一个强大的数据集成和联盟框架是满足需要的,这样用户就可以在IDE中利用现有的和未来的技术投资。

7)可缩放性

IDE解决方案必须灵活,能够满足项目不同层级的相关需求——一个有效的解决方案绝对不是“一刀切”的理念。随着项目进展,解决方案必须能够快速、有效并以高效费比跟上变化,在以下方面对用户的影响最小:

——用户的数量

——地理位置

——武器系统的复杂性

——数据的总量和种类

——并行交易

——规定的功能能力

——以及其他功能领域解决方案和数据源

——与恰当的业务和承包商系统的集成

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