中国的“数字工程”该是什么样？

2018年美国国防部正式对外发布“数字工程战略”。该战略旨在推进国防体系的数字工程转型，将美国防部以文档为中心的采办流程转变为以数字模型为中心的数字工程生态系统，形成以模型为核心谋事做事的范式。 

当前国际大国全面激烈竞争，中国正处在全面推动数字化转型的大时代中，如果中国也提出一个“数字工程战略”，那该是什么样？大家看到的是美国“数字工程”珠峰之高，但我看到的是他们沿途的大本营。中国挑战“数字工程”珠峰，需要自己的大本营。 

我想，你应该知道我引用本段的意图了。中国的“数字工程”，需要三个大本营：流程工程、模型工程和知识工程，这三大工程构成了中国的数字工程。 

图1.研发数字化转型路线图 

流程工程

流程工程推动了研发体系的精益转型，数字化流程是精益转型阶段的关键特征。本工程把研发流程显性化，并在研发管理软件中建立数字化形态的流程，然后将已经确定的研发任务、研发工具、显性知识和质量要求，与研发活动紧密绑定，使其深入融合在研发流程中，消除两张皮现象，让工具、知识和质量真正发挥实效。 

基于系统工程的流程分析，我们提出了研发流程的理想模型，这也是精益研发的骨架—-五层精益流程模型，如图2所示。

图2.精益研发五层工作流程模型

第一层，价值流（Phase）：由产品研发的各个阶段形成的顶层流程； 

第二层，任务流（WBS）：每阶段逐层分解形成WBS。WBS的最底层元素称为工作包，工作包是型 研发任务执行的基本单元。工作包按照顺序和数据关系连接可形成研发流程； 

第三层，工作流（Workflow）：每个工作包的具体执行由一系列工作来完成，即工作流（Workflow），工作流体现工作人员间的协同； 

第四层，工具流（SimFlow）：工作流中的各项任务由一系列多学科工具软件的联合完成，过程体现软件间的数据流转；

第五层，技术流（STEPS）：单个工具软件内部，对特定任务由多个步骤(Steps)完成。步骤体现软件的使用过程。 

当然，流程工程并不满足于流程的显性化和数字化，而是要对其工作包进行升级改进： 

一是增加伴随知识要素，将完成该工作包所需要的知识伴随到工作包中； 

二是增加质量要素，对本工作包所遵从的质量要求（质量规范和检查表）关联到工作包中； 

三是增加工具要素，将完成本工作包要求或推荐的设计与仿真工具集成进来，对工作包进行数字化和仿真化改造。我们把这个改进的工作包也称为精益工作包，是精益研发的灵魂，如图3所示。 

图3.精益工作包模型 

得益于精益工作包模型，我们提出精益研发的工作模式：人体模型。此模型体现出精益研发的显著特点：知识和质量紧密伴随在研发策划和工作包执行过程中。如图4所示。 

图4.精益研发人体模型 

本模型由型 策划、综合设计、知识工程和质量管理四部分构成：利用标准WBS进行型 策划，这部分是人体模型中的大脑（上面中间蓝色区域）；工作包分发之后进入各专业部室执行工作（下面中间黄色区域），称为躯干；在策划和执行的过程中，都有知识伴随（左边红色区域）和质量管控（右边绿色区域）。 

模型工程

模型工程推动了研发体系的正向变革，产品模型数字化是正向变革阶段的关键特征。 

理想的产品设计过程的起点是涉众需求，经过需求定义、功能分解、系统综合、物理设计、工艺设计、产品试制、部件验证、系统集成、系统验证和系统确认等阶段，最后完成产品的验收。V模型的右边部分既是产品交付，又是对左边相应阶段的验证。如果验证出现问题，会回到左边相应阶段进行修正。这个过程称为“正向设计”，如图5所示。 

图5.设计入手点决定企业能级高低 

数字化模型贯穿在整个正向设计过程中，模型积累越多，正向模式越强壮。模型是一种区别于自然语言的工程语言，对于资源对象的表达不仅更为直观、科学、全面、准确、无二义性，而且信息更为丰富、更具动态性。每个阶段的模型可以有不同特征，但模型间的逻辑关系和换算关系必须是完整和全息的。这种模式需要预先一次性完整定义全生命周期的数据结构和表达模型，并体现各阶段和各维度的所有数据的特征。不同阶段和不同维度的模型是完整模型的一个子集。 

正向变革阶段的核心手段是模型工程，对模型的规范化开发、集成和应用，一直贯穿其始终。本过程将开展数字化模型工程，形成完整的正向设计流程、方法、工具、模型和平台建设，并进行相应组织的优化和变革。正向变革的过程就是一系列基于模型的工程的执行过程，如图6所示，包括如下几项工程：

图6.正向变革中的基于模型的工程 

1.基于模型的系统工程（MBSE）：

系统设计与仿真是其核心技术，打造从需求出发的基于模型的系统设计体系和能力，可以基于模型完成需求定义与指标分析、逻辑分解与功能分析、系统综合和架构设计以及系统仿真等工作； 

2.基于模型的物理设计与仿真：

CAD和CAE是其核心，使用图形学技术进行几何建模是CAD的基本过程。利用 格技术进行符合物理学原理的模型化是工程仿真（CAE）过程的基本过程。当然，仿真过程的复杂性，需要建立综合仿真能力体系，以实现仿真驱动研发的理想，包括建立仿真流程模型、制定模型化标准、开发基于模型的仿真平台等；

3.基于模型的定义（MBD）：

传统的产品定义技术主要以工程图为主，通过专业的绘图反映出产品的几何结构及制造要求，实现设计和制造信息的共享与传递。基于模型的定义（MBD: Model Based Defination）以全新的方式定义产品，改变了传统的信息授权模式。它以三维产品模型为核心，将产品设计信息与制造要求共同定义到该数字化模型中，通过对三维产品制造信息和非几何管理信息的定义，实现更高层次的设计制造一体化。