裝備預(yù)研管理數(shù)字化轉(zhuǎn)型研究
——數(shù)字孿生裝備預(yù)研*

馬 亮，陳立棟，劉思愷，趙 巖，王 原，徐小平

(國(guó)防科技大學(xué) 前沿交叉學(xué)科學(xué)院 第四學(xué)科交叉中心(北京), 北京 100101)

武器裝備的全壽命期一般分為四個(gè)階段：預(yù)研階段、研制階段、使用階段、退役階段[1]。裝備預(yù)研是武器裝備項(xiàng)目發(fā)展的第一階段，是產(chǎn)品全面研制前的先行研究和先行研制工作的總稱[1]。國(guó)務(wù)院、中央軍委主管機(jī)關(guān)堅(jiān)持將預(yù)研擺在戰(zhàn)略地位，軍事裝備預(yù)研取得了巨大成就[2]。但是，裝備預(yù)研管理存在的戰(zhàn)略規(guī)劃不足、管理體制僵化、管理層級(jí)偏多、創(chuàng)新動(dòng)力不足、成果轉(zhuǎn)化乏力等問題[2]依舊突出。

數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代，各行業(yè)都在積極構(gòu)建與數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展相適應(yīng)的行業(yè)變革體系，數(shù)字化轉(zhuǎn)型已成為引領(lǐng)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)的重要先導(dǎo)力量[3-4]。裝備預(yù)研作為國(guó)防高新技術(shù)孵化和武器裝備戰(zhàn)斗力生成的重要傳統(tǒng)領(lǐng)域，如何應(yīng)對(duì)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，構(gòu)建與數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展相適應(yīng)的管理體系，解決預(yù)研管理當(dāng)前及未來發(fā)展存在的問題，助力預(yù)研管理體系和管理能力現(xiàn)代化，為構(gòu)建武器裝備現(xiàn)代管理體系[5]提供有力支撐，亟待深入研究。

楊晶等[6]從培養(yǎng)科研管理文化、推動(dòng)管理組織架構(gòu)變革、發(fā)揮信息技術(shù)和數(shù)字平臺(tái)作用、科學(xué)數(shù)據(jù)共享與安全方面凝聚多方共識(shí)等方面提出了應(yīng)對(duì)科研管理數(shù)字化轉(zhuǎn)型的對(duì)策建議。我國(guó)民口科研管理數(shù)字化轉(zhuǎn)型已在網(wǎng)絡(luò)互連信息系統(tǒng)建設(shè)、數(shù)據(jù)資源管理、數(shù)據(jù)知識(shí)服務(wù)應(yīng)用方面進(jìn)行了有益的探索[7-10]。但是，裝備預(yù)研管理數(shù)字化轉(zhuǎn)型還處在萌芽階段，存在信息系統(tǒng)建設(shè)分散、互聯(lián)互通性差，數(shù)據(jù)積累機(jī)制不健全、數(shù)據(jù)要素概要、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不一，重流程管理、輕反饋服務(wù)等突出問題[11-13]，亟須利用云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)賦能裝備預(yù)研管理數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

數(shù)字孿生是近些年備受工業(yè)界與學(xué)術(shù)界關(guān)注的新興技術(shù)，與新一代信息技術(shù)深度融合，是數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展及傳統(tǒng)行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的基礎(chǔ)支撐[14]。隨著大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能等技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字孿生的形態(tài)和概念不斷擴(kuò)展，并逐步提升為多維動(dòng)態(tài)的管理模式和解決方案[15]。本文將數(shù)字孿生應(yīng)用到裝備預(yù)研管理領(lǐng)域，以提升裝備預(yù)研全生命周期管理的精細(xì)化、科學(xué)化、智能化水平為應(yīng)用目標(biāo)，借鑒民口科技計(jì)劃管理信息化相關(guān)研究與實(shí)踐，提出數(shù)字孿生驅(qū)動(dòng)的裝備預(yù)研概念，以期為裝備預(yù)研管理數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供有益參考和促進(jìn)。

1 相關(guān)研究與實(shí)踐

1.1 數(shù)字孿生概念內(nèi)涵

數(shù)字孿生的概念最早由Grieve[16]教授在產(chǎn)品全生命周期管理課程上提出，并被定義為“與物理產(chǎn)品等價(jià)的虛擬數(shù)字化表達(dá)”，而后被應(yīng)用于航天飛行器的健康維護(hù)問題中[17]。隨著認(rèn)知的深化，數(shù)字孿生概念從狹義的數(shù)字樣機(jī)延伸到社會(huì)物理信息系統(tǒng)融合方面，應(yīng)用領(lǐng)域從傳統(tǒng)制造領(lǐng)域拓展到醫(yī)療健康、智慧城市及教育等領(lǐng)域，展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力，形成了數(shù)字孿生醫(yī)療、數(shù)字孿生城市、數(shù)字孿生教育等一批具有發(fā)展活力和韌性的新業(yè)態(tài)[18-19]。目前，學(xué)術(shù)界和工業(yè)界普遍認(rèn)為數(shù)字孿生是實(shí)現(xiàn)社會(huì)物理系統(tǒng)向信息空間數(shù)字化模型雙向映射、動(dòng)態(tài)交互、實(shí)時(shí)連接的關(guān)鍵技術(shù)，可將社會(huì)物理系統(tǒng)的屬性、結(jié)構(gòu)、狀態(tài)、性能和行為映射到虛擬世界，形成高保真的動(dòng)態(tài)多維、多尺度、多物理量模型，為觀察、認(rèn)識(shí)、理解、控制、改造社會(huì)物理系統(tǒng)提供一種有效手段[18-20]。

當(dāng)前對(duì)數(shù)字孿生存在多種不同認(rèn)識(shí)和理解，尚未形成統(tǒng)一共識(shí)的定義。陶飛等[19-20]提出數(shù)字孿生的五維模型，認(rèn)為物理實(shí)體、虛擬模型、數(shù)據(jù)、連接、服務(wù)是數(shù)字孿生的核心要素，并探討了數(shù)字孿生五維模型在裝備研制、衛(wèi)星通信、船舶、車輛等多個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用思路與方案，為數(shù)字孿生在各行業(yè)的研究、實(shí)踐及應(yīng)用提供了較好的參考。

1.2 民口科技計(jì)劃管理數(shù)字化實(shí)踐

早期，不論是國(guó)家自然科學(xué)基金還是科技部主管的科技計(jì)劃，數(shù)字化管理水平較低，管理流程上以人工報(bào)送相關(guān)數(shù)據(jù)為主，數(shù)據(jù)積累與服務(wù)共享機(jī)制薄弱。國(guó)家自然科學(xué)基金委和科技部分別建設(shè)了科學(xué)基金網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)(internet-based science information system, ISIS)及國(guó)家科技管理信息系統(tǒng)公共服務(wù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了需求征集、指南發(fā)布、項(xiàng)目申報(bào)、立項(xiàng)和預(yù)算安排、監(jiān)督檢查、驗(yàn)收結(jié)果等全過程的信息管理，并主動(dòng)向社會(huì)公開非涉密信息，接受社會(huì)監(jiān)督。隨著ISIS系統(tǒng)及國(guó)家科技管理信息系統(tǒng)公共服務(wù)平臺(tái)中科技項(xiàng)目管理流程信息化功能的不斷完善，基于大數(shù)據(jù)分析的項(xiàng)目管理與決策得以順利推行，有效促進(jìn)了各科技計(jì)劃及項(xiàng)目實(shí)施管理水平的提高[10]。例如，基于科學(xué)基金項(xiàng)目大數(shù)據(jù)，ISIS系統(tǒng)輔助實(shí)現(xiàn)了評(píng)審專家智能指派、依托單位管理報(bào)告輔助填寫、申請(qǐng)書和評(píng)議人智能畫像等精細(xì)化管理手段。賈雷坡等[21]通過對(duì)自然科學(xué)基金依托單位2000—2019年發(fā)展情況進(jìn)行分析，提出了提高依托單位準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)等六條關(guān)于加強(qiáng)依托單位管理，進(jìn)而提高科學(xué)基金項(xiàng)目申請(qǐng)質(zhì)量的建議。

基于ISIS系統(tǒng)及國(guó)家科技管理信息系統(tǒng)公共服務(wù)平臺(tái)，各科技計(jì)劃數(shù)據(jù)不斷匯聚融合。自然科學(xué)基金委先后發(fā)布了基礎(chǔ)研究知識(shí)庫系統(tǒng)及科學(xué)基金知識(shí)大數(shù)據(jù)服務(wù)管理平臺(tái)，科技部建設(shè)完成了科技報(bào)告服務(wù)系統(tǒng)、國(guó)家科技成果轉(zhuǎn)化項(xiàng)目庫等信息系統(tǒng)，并依托這些信息系統(tǒng)向科研管理部門、科研機(jī)構(gòu)、科研人員及公眾提供包括資助項(xiàng)目、成果產(chǎn)出、成果轉(zhuǎn)化、科技報(bào)告等知識(shí)共享和學(xué)術(shù)檢索查閱服務(wù)。通過進(jìn)一步完善以ISIS系統(tǒng)、國(guó)家科技管理信息系統(tǒng)公共服務(wù)平臺(tái)、科學(xué)基金知識(shí)大數(shù)據(jù)服務(wù)管理平臺(tái)、科技報(bào)告服務(wù)系統(tǒng)及國(guó)家科技成果轉(zhuǎn)化項(xiàng)目庫為代表的信息系統(tǒng)，國(guó)家自然科學(xué)基金委和科技部不斷深化各科技計(jì)劃項(xiàng)目的數(shù)字化管理實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)宏觀科技管理、計(jì)劃專項(xiàng)布局、專項(xiàng)組織實(shí)施、資金管理、評(píng)估評(píng)價(jià)等環(huán)節(jié)的統(tǒng)一規(guī)范管理。

2 裝備預(yù)研發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 裝備預(yù)研概況

裝備預(yù)研是指為裝備發(fā)展而先期進(jìn)行的研究和發(fā)展活動(dòng)[2]，目的是為新型武器系統(tǒng)研制提供技術(shù)儲(chǔ)備，突破武器裝備發(fā)展過程中的關(guān)鍵技術(shù)，降低新型武器研制的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，縮短研制周期，節(jié)省研制費(fèi)用，同時(shí)，通過預(yù)研不斷探索新技術(shù)、新方法，促進(jìn)國(guó)防科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，培養(yǎng)和造就高水平的科研隊(duì)伍，提高武器裝備的整體發(fā)展水平[22]。如圖1所示，裝備預(yù)研項(xiàng)目包括應(yīng)用基礎(chǔ)研究、應(yīng)用技術(shù)研究和先期技術(shù)開發(fā)三類。這三類項(xiàng)目的技術(shù)成熟度逐漸提高，成果形式的物化程度及可考核性逐步提高，前一階段的研究為后面階段的研究奠定了基礎(chǔ)，反映了從探索基本自然現(xiàn)象(應(yīng)用基礎(chǔ)研究)到論證科學(xué)原理在軍事應(yīng)用上的技術(shù)可行性(應(yīng)用技術(shù)研究)，再到演示具體技術(shù)在國(guó)防項(xiàng)目系統(tǒng)上的實(shí)用性(先期技術(shù)演示)三個(gè)層次上的縱深配置[2]。

圖1 裝備預(yù)研項(xiàng)目類別組成Fig.1 Classification and composition of the defense advanced-research project

2.2 裝備預(yù)研計(jì)劃及項(xiàng)目實(shí)施管理

裝備預(yù)研設(shè)置了咨詢系統(tǒng)、決策系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)三類職能管理機(jī)構(gòu)[1, 23]。咨詢系統(tǒng)由國(guó)防系統(tǒng)有關(guān)專家組組成，對(duì)預(yù)研發(fā)展的重大問題進(jìn)行科學(xué)研究，為決策系統(tǒng)及執(zhí)行系統(tǒng)提供軍事需求、技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性、政策法規(guī)、項(xiàng)目實(shí)施全過程的技術(shù)咨詢?cè)u(píng)審意見。決策系統(tǒng)構(gòu)成以軍委裝備發(fā)展部、各軍兵種裝備管理相關(guān)部門以及相關(guān)基金管理部門為主。執(zhí)行系統(tǒng)包含軍地科研院所、軍工集團(tuán)、優(yōu)勢(shì)民營(yíng)企業(yè)等承研單位。裝備預(yù)研是遵照相關(guān)條令條例、流程規(guī)范進(jìn)行的管理活動(dòng)，以國(guó)民經(jīng)濟(jì)五年計(jì)劃為一個(gè)管理周期，主要包含戰(zhàn)略研究和規(guī)劃編制、年度計(jì)劃編制、年度計(jì)劃執(zhí)行、結(jié)題驗(yàn)收四個(gè)階段，如圖2所示[1, 23]。

圖2 裝備預(yù)研計(jì)劃及項(xiàng)目實(shí)施管理過程Fig.2 Implementation and management process of defense advanced-research plan and project

在戰(zhàn)略研究和規(guī)劃編制階段，裝備發(fā)展部根據(jù)國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略等大政方針，制定下一個(gè)五年計(jì)劃周期的裝備預(yù)研發(fā)展戰(zhàn)略。以發(fā)展戰(zhàn)略為基礎(chǔ)，裝備預(yù)研管理部門編制項(xiàng)目選題預(yù)案并發(fā)布項(xiàng)目規(guī)劃指南，承研單位據(jù)此編寫預(yù)研任務(wù)申請(qǐng)。裝備預(yù)研管理部門針對(duì)重點(diǎn)項(xiàng)目，組織專家進(jìn)行綜合論證，并編寫國(guó)防預(yù)研中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃，發(fā)布各年度項(xiàng)目計(jì)劃指南。在年度計(jì)劃編制階段，執(zhí)行系統(tǒng)依據(jù)年度項(xiàng)目計(jì)劃指南要求，組織編寫項(xiàng)目論證報(bào)告，形成本單位年度計(jì)劃草案。年度計(jì)劃草案經(jīng)上級(jí)裝備預(yù)研管理機(jī)關(guān)審核批準(zhǔn)形成項(xiàng)目年度計(jì)劃。在年度計(jì)劃執(zhí)行階段，決策系統(tǒng)對(duì)新批復(fù)項(xiàng)目組織開題評(píng)審，對(duì)已立項(xiàng)未結(jié)題項(xiàng)目進(jìn)行年度或中期檢查與評(píng)估，并依據(jù)評(píng)估結(jié)果對(duì)項(xiàng)目做出適當(dāng)調(diào)整，如提前終止或加大資源支持；執(zhí)行系統(tǒng)對(duì)項(xiàng)目研究過程中人員組織、經(jīng)費(fèi)使用、外協(xié)開展等事務(wù)管理提供服務(wù)保障。在結(jié)題驗(yàn)收和成果鑒定階段，項(xiàng)目若延期則按相關(guān)規(guī)定繼續(xù)研究和實(shí)驗(yàn)，若已完成則由執(zhí)行系統(tǒng)組織項(xiàng)目研究總結(jié)及經(jīng)費(fèi)結(jié)算，然后由決策系統(tǒng)完成結(jié)題驗(yàn)收。

2.3 預(yù)研管理數(shù)字化存在問題及需求分析

2.3.1 問題分析

數(shù)字經(jīng)濟(jì)及數(shù)字化轉(zhuǎn)型中，數(shù)據(jù)是要素、網(wǎng)絡(luò)是載體、融合轉(zhuǎn)型是動(dòng)力[24]。當(dāng)前裝備預(yù)研管理數(shù)字化在數(shù)據(jù)要素、網(wǎng)絡(luò)載體方面的建設(shè)還較為薄弱，但在融合轉(zhuǎn)型應(yīng)用方面需求強(qiáng)勁。

裝備預(yù)研管理在數(shù)據(jù)方面存在數(shù)據(jù)收集時(shí)效性不高，要素概要，結(jié)構(gòu)化程度低等問題。首先，當(dāng)前預(yù)研項(xiàng)目數(shù)據(jù)采集由決策系統(tǒng)指令確定，執(zhí)行系統(tǒng)只在立項(xiàng)申請(qǐng)、開題評(píng)審及里程碑節(jié)點(diǎn)考核等有限環(huán)節(jié)被動(dòng)提報(bào)項(xiàng)目數(shù)據(jù)。其次，提報(bào)的數(shù)據(jù)較為概要，結(jié)構(gòu)化程度低，僅為決策系統(tǒng)單次的業(yè)務(wù)管理環(huán)節(jié)服務(wù)。提報(bào)的數(shù)據(jù)要素以項(xiàng)目研究進(jìn)展類為主，數(shù)據(jù)形式上以非結(jié)構(gòu)化或難以結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)抽取的開題報(bào)告、任務(wù)書等電子文檔甚至相關(guān)紙質(zhì)文檔為主，少量結(jié)構(gòu)化信息也僅僅包含項(xiàng)目基本情況(項(xiàng)目名稱、編號(hào)、承研單位、摘要等)及計(jì)劃層面的經(jīng)費(fèi)投向投量等少量統(tǒng)計(jì)信息。此外，提報(bào)的數(shù)據(jù)缺少其他與項(xiàng)目完成質(zhì)量、綜合評(píng)估等密切相關(guān)的數(shù)據(jù)要素，如經(jīng)費(fèi)使用制度、獎(jiǎng)勵(lì)激勵(lì)制度等管理要素，成果產(chǎn)出、轉(zhuǎn)化應(yīng)用跟蹤等后評(píng)估[25]數(shù)據(jù)。

網(wǎng)絡(luò)載體基礎(chǔ)設(shè)施方面，全軍武器裝備采購信息網(wǎng)初步建成，部分公開指南可以通過公用網(wǎng)絡(luò)發(fā)布，涉密指南可通過查詢點(diǎn)查閱。但是，大量預(yù)研項(xiàng)目承研單位并無可靠的網(wǎng)絡(luò)化裝備預(yù)研項(xiàng)目管理系統(tǒng)接入條件，使得預(yù)研項(xiàng)目數(shù)據(jù)傳輸以人工提報(bào)文檔和離線數(shù)據(jù)包為主。

裝備預(yù)研管理在融合轉(zhuǎn)型應(yīng)用方面需求強(qiáng)勁。在戰(zhàn)略研究和規(guī)劃編制階段、年度計(jì)劃編制階段，決策系統(tǒng)期望充分挖掘不斷積累的預(yù)研管理“大數(shù)據(jù)”，并能夠充分考慮外部情報(bào)信息(其他裝備科研、民口科研計(jì)劃執(zhí)行，重要技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展情況數(shù)據(jù)等)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的預(yù)研中長(zhǎng)期計(jì)劃評(píng)估及年度計(jì)劃評(píng)估，為下一階段裝備發(fā)展戰(zhàn)略研究和規(guī)劃編制及年度計(jì)劃編制調(diào)整提供有針對(duì)性的支撐；執(zhí)行系統(tǒng)期望在預(yù)研任務(wù)申請(qǐng)、立項(xiàng)申報(bào)時(shí)能夠在預(yù)研項(xiàng)目申請(qǐng)、技術(shù)路線選擇、成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用及后續(xù)發(fā)展等方面得到預(yù)研管理“大數(shù)據(jù)”的知識(shí)服務(wù)支撐。在計(jì)劃執(zhí)行及結(jié)題驗(yàn)收階段，決策系統(tǒng)期望實(shí)時(shí)掌握預(yù)研計(jì)劃執(zhí)行情況，從而對(duì)計(jì)劃進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、預(yù)警與資源優(yōu)化調(diào)配。咨詢系統(tǒng)期望能夠挖掘利用預(yù)研管理“大數(shù)據(jù)”為預(yù)研管理全生命周期各環(huán)節(jié)咨詢?cè)u(píng)估結(jié)論的給出提供知識(shí)服務(wù)支撐。此外，決策系統(tǒng)還期望通過預(yù)研管理的數(shù)字化轉(zhuǎn)型評(píng)估和改革裝備預(yù)研管理政策，以通過管理體制機(jī)制創(chuàng)新提升裝備預(yù)研科研計(jì)劃的整體質(zhì)效。

總的來說，裝備預(yù)研管理數(shù)字化處于初步信息化階段，相關(guān)管理政策制度不健全，信息系統(tǒng)建設(shè)缺乏跨部門、跨層級(jí)的統(tǒng)一設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)采集、交匯、存儲(chǔ)，挖掘分析及創(chuàng)新應(yīng)用未統(tǒng)籌考慮，面向預(yù)研管理的數(shù)據(jù)挖掘、分析應(yīng)用能力嚴(yán)重匱乏，無法對(duì)決策系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)、咨詢系統(tǒng)輔助決策形成有效支撐。

2.3.2 需求分析

未來裝備預(yù)研管理應(yīng)解決預(yù)研管理數(shù)字化在數(shù)據(jù)資源管理、網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通及轉(zhuǎn)型應(yīng)用方面存在的問題，助力裝備預(yù)研管理體系及管理能力科學(xué)化水平的不斷提升。

1) 預(yù)研大數(shù)據(jù)、知識(shí)的全生命周期管理。未來裝備預(yù)研需要著眼于為決策系統(tǒng)業(yè)務(wù)管理提供輔助決策、為執(zhí)行系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)知識(shí)服務(wù)保障的現(xiàn)實(shí)需求，制定完備的預(yù)研數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)預(yù)研項(xiàng)目全生命周期數(shù)據(jù)隨業(yè)務(wù)的自主生成、網(wǎng)絡(luò)報(bào)送、自動(dòng)積累，建立覆蓋項(xiàng)目立項(xiàng)申請(qǐng)、開題評(píng)審、里程碑節(jié)點(diǎn)考核、后評(píng)估全生命周期的完備數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)裝備預(yù)研全生命周期的態(tài)勢(shì)實(shí)時(shí)感知。此外，當(dāng)前裝備預(yù)研項(xiàng)目全生命周期管理以結(jié)題驗(yàn)收截止，缺乏對(duì)項(xiàng)目完成后相關(guān)成果產(chǎn)出及轉(zhuǎn)化應(yīng)用情況的持續(xù)跟蹤，但預(yù)研項(xiàng)目具有的技術(shù)先進(jìn)性、基礎(chǔ)性、探索性決定了預(yù)研對(duì)裝備研制的牽引作用具有滯后性[26]，因此為客觀評(píng)價(jià)預(yù)研項(xiàng)目，需將項(xiàng)目后評(píng)估納入未來預(yù)研管理全生命周期。

2) 預(yù)研大數(shù)據(jù)、知識(shí)的互聯(lián)訪問。未來裝備預(yù)研需為預(yù)研決策系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)、咨詢系統(tǒng)提供可靠的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)服務(wù)，使各利益相關(guān)方能夠安全地訪問裝備預(yù)研大數(shù)據(jù)及大數(shù)據(jù)挖掘分析、知識(shí)發(fā)現(xiàn)推理功能與服務(wù)，從而為各方在預(yù)研計(jì)劃制訂、立項(xiàng)申請(qǐng)、里程碑節(jié)點(diǎn)考核評(píng)估及預(yù)研管理改革等活動(dòng)中提供決策支持。此外，未來裝備預(yù)研還應(yīng)當(dāng)安全引接外部情報(bào)數(shù)據(jù)(如，其他裝備科研、民口科研計(jì)劃，重要技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展情況數(shù)據(jù))，形成裝備預(yù)研數(shù)字化生態(tài)，為戰(zhàn)略研究、規(guī)劃計(jì)劃擬制、考核評(píng)估、數(shù)據(jù)校驗(yàn)等提供針對(duì)性情報(bào)支撐。例如，在裝備預(yù)研規(guī)劃擬制中綜合考慮其他裝備科研計(jì)劃及民口科研計(jì)劃執(zhí)行情況，提高裝備預(yù)研規(guī)劃計(jì)劃與其他科研計(jì)劃的銜接性與協(xié)調(diào)性。

3) 大數(shù)據(jù)賦能的預(yù)研管理改革創(chuàng)新。①預(yù)研規(guī)劃計(jì)劃制訂迭代演進(jìn)。未來裝備預(yù)研規(guī)劃計(jì)劃的擬制需要綜合考慮歷史預(yù)研規(guī)劃計(jì)劃實(shí)施效果的評(píng)估判斷結(jié)果，以提高裝備預(yù)研規(guī)劃計(jì)劃間的銜接性與協(xié)調(diào)性，滿足國(guó)防科技高速競(jìng)爭(zhēng)發(fā)展背景下的裝備預(yù)研向裝備研制轉(zhuǎn)化的快速升級(jí)迭代要求。②預(yù)研計(jì)劃實(shí)施過程可監(jiān)測(cè)、可控制。當(dāng)前預(yù)研管理僅在里程碑考核節(jié)點(diǎn)對(duì)項(xiàng)目執(zhí)行情況組織評(píng)估，未來裝備預(yù)研管理需對(duì)項(xiàng)目實(shí)施狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、評(píng)估及預(yù)警，并針對(duì)風(fēng)險(xiǎn)向項(xiàng)目管理部門、承研單位等提出相關(guān)意見建議，為風(fēng)險(xiǎn)處置提供決策支撐。③聚焦裝備預(yù)研的領(lǐng)域?qū)＜抑悄芡扑]。當(dāng)前，預(yù)研管理專家?guī)熘袑＜业腻噙x確定主要以基層提報(bào)推薦、機(jī)關(guān)審核批準(zhǔn)的方式為主，專家所屬細(xì)分領(lǐng)域往往根據(jù)專家自己提供的相關(guān)信息確定并作為專家推薦索引信息，存在專家?guī)炀S護(hù)低效、專家推薦智能化不足的問題。因此，未來裝備預(yù)研需能夠根據(jù)預(yù)研大數(shù)據(jù)智能化發(fā)現(xiàn)領(lǐng)域?qū)＜?，智能化輔助完成領(lǐng)域?qū)＜易R(shí)別及專家?guī)炀S護(hù)更新，并能夠根據(jù)項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容、考核環(huán)節(jié)等差異化因素智能推薦領(lǐng)域?qū)＜?。④裝備預(yù)研管理政策體制機(jī)制改革創(chuàng)新的數(shù)字化支撐。裝備管理機(jī)關(guān)部門非常重視“向管理要效益”工作的落實(shí)[1]，即通過改革創(chuàng)新預(yù)研管理體制機(jī)制，提高科研計(jì)劃執(zhí)行效益。未來的裝備預(yù)研應(yīng)構(gòu)建裝備預(yù)研管理政策推演場(chǎng)景與模型，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和知識(shí)混合驅(qū)動(dòng)仿真推演，分析影響裝備預(yù)研計(jì)劃效益提高的關(guān)鍵管理政策因素，評(píng)估管理體制機(jī)制改革創(chuàng)新對(duì)裝備預(yù)研計(jì)劃執(zhí)行效益的影響，并進(jìn)一步給出提高裝備預(yù)研效益的預(yù)研管理政策改革意見建議[27-28]。

3 數(shù)字孿生裝備預(yù)研

本文將數(shù)字孿生應(yīng)用于裝備預(yù)研管理領(lǐng)域，并基于數(shù)字孿生五維模型[19]提出數(shù)字孿生裝備預(yù)研概念。如圖3所示，數(shù)字孿生裝備預(yù)研是利用數(shù)字孿生技術(shù)對(duì)裝備預(yù)研進(jìn)行數(shù)字化重塑升級(jí)的新形態(tài)，由物理裝備預(yù)研、數(shù)字裝備預(yù)研、孿生數(shù)據(jù)、軟件服務(wù)及連接交互五個(gè)部分組成，具有自感知、自學(xué)習(xí)、自決策、自優(yōu)化等理想特征，能夠通過虛實(shí)互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)裝備預(yù)研管理全生命周期的實(shí)時(shí)感知、分析、評(píng)估與決策，變被動(dòng)管理為主動(dòng)管理，變粗放管理為精細(xì)管理，變開環(huán)管理為閉環(huán)管理，為裝備預(yù)研戰(zhàn)略研究、規(guī)劃計(jì)劃指南擬制，年度計(jì)劃實(shí)施，項(xiàng)目成果轉(zhuǎn)化等提供有力支撐。

3.1 數(shù)字孿生裝備預(yù)研組成

3.1.1 物理裝備預(yù)研：裝備預(yù)研管理現(xiàn)實(shí)過程

物理裝備預(yù)研即裝備預(yù)研現(xiàn)實(shí)實(shí)施過程。當(dāng)前裝備預(yù)研計(jì)劃擬制及項(xiàng)目實(shí)施管理過程如圖2所示。由前述預(yù)研管理數(shù)字化改造存在問題及需求分析可知，當(dāng)前裝備預(yù)研的數(shù)字化水平還較低，數(shù)字資源的管理和應(yīng)用水平僅維持在保障基本業(yè)務(wù)流程運(yùn)轉(zhuǎn)階段。著眼于裝備預(yù)研數(shù)字化轉(zhuǎn)型目標(biāo)，未來裝備預(yù)研管理政策安排上要加強(qiáng)基于數(shù)據(jù)輔助決策的管理政策體制機(jī)制設(shè)計(jì)，以提高數(shù)據(jù)資源的管理和應(yīng)用水平為具體路徑，達(dá)到提升各利益相關(guān)方獲得感之效果：①建立裝備預(yù)研項(xiàng)目的后評(píng)估機(jī)制并將其納入預(yù)研項(xiàng)目全生命周期管理過程；②建立預(yù)研項(xiàng)目全生命周期數(shù)據(jù)隨業(yè)務(wù)自動(dòng)生成、網(wǎng)絡(luò)報(bào)送、自主積累的機(jī)制；③面向預(yù)研各利益相關(guān)方，開發(fā)大數(shù)據(jù)挖掘、知識(shí)發(fā)現(xiàn)推理功能及服務(wù)；④為各利益相關(guān)方提供可靠的網(wǎng)絡(luò)互連服務(wù)，以安全穩(wěn)定地訪問預(yù)研大數(shù)據(jù)及相關(guān)數(shù)據(jù)挖掘、知識(shí)發(fā)現(xiàn)服務(wù)。

3.1.2 數(shù)字裝備預(yù)研：裝備預(yù)研管理數(shù)字孿生模型

數(shù)字裝備預(yù)研即裝備預(yù)研的數(shù)字孿生模型，對(duì)裝備預(yù)研全生命周期過程在信息空間中建立模型，從而實(shí)現(xiàn)裝備預(yù)研管理實(shí)時(shí)狀態(tài)的多維感知、風(fēng)險(xiǎn)的監(jiān)測(cè)預(yù)警、過程的仿真推演等功能。由圖2可知，計(jì)劃是項(xiàng)目的具體安排，可視為項(xiàng)目的聚合體，因此預(yù)研項(xiàng)目是裝備預(yù)研管理的最小單元，其生命周期從計(jì)劃批復(fù)立項(xiàng)開始直至結(jié)題驗(yàn)收、后評(píng)估等終止階段。預(yù)研各利益相關(guān)方共同協(xié)作，展開一系列管理活動(dòng)，完成裝備預(yù)研計(jì)劃及項(xiàng)目實(shí)施管理過程。

圖3 數(shù)字孿生裝備預(yù)研組成Fig.3 Composition of digital twin defense advanced-research

基于上述分析，可使用基于多智能體的建模方法[29]建立裝備預(yù)研管理模型。該多智能體模型由基礎(chǔ)環(huán)境模型、項(xiàng)目模型及各利益相關(guān)方模型組成?；A(chǔ)環(huán)境模型包含裝備預(yù)研管理業(yè)務(wù)流程及其他公共資源模型兩類。其中，裝備預(yù)研管理業(yè)務(wù)流程由裝備預(yù)研管理相關(guān)條例法規(guī)規(guī)定，明確了各利益相關(guān)方在項(xiàng)目管理業(yè)務(wù)流程中所處的地位、作用及交互行為；其他公共資源包括國(guó)內(nèi)外政治、經(jīng)濟(jì)、軍事、技術(shù)發(fā)展等影響裝備預(yù)研戰(zhàn)略、規(guī)劃、計(jì)劃、項(xiàng)目制定、發(fā)布或評(píng)估的外部因素。項(xiàng)目模型是裝備預(yù)研項(xiàng)目全生命周期過程的載體，從年度計(jì)劃批復(fù)、項(xiàng)目立項(xiàng)開始，項(xiàng)目實(shí)體建立，擁有確定的研究目標(biāo)、研究?jī)?nèi)容、技術(shù)路線、考核指標(biāo)。執(zhí)行系統(tǒng)按照批復(fù)計(jì)劃及項(xiàng)目立項(xiàng)情況，實(shí)施項(xiàng)目研究，經(jīng)若干里程碑節(jié)點(diǎn)考核，項(xiàng)目成果不斷產(chǎn)出，項(xiàng)目智能體屬性信息隨時(shí)間增量積累，然后完成項(xiàng)目結(jié)題驗(yàn)收及后評(píng)估過程。各利益相關(guān)方智能體行為模型不僅包含適應(yīng)當(dāng)前裝備預(yù)研管理業(yè)務(wù)各流程的過程模型，如規(guī)劃計(jì)劃擬制、項(xiàng)目指南發(fā)布、項(xiàng)目研究實(shí)施及里程碑節(jié)點(diǎn)考核評(píng)估，還包含貫穿裝備預(yù)研全生命周期的實(shí)時(shí)評(píng)估決策模型，如計(jì)劃執(zhí)行態(tài)勢(shì)評(píng)估、項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)管控等。決策行為模型往往需要融合人的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)及基于裝備預(yù)研管理大數(shù)據(jù)挖掘的特征規(guī)律知識(shí)，并不斷積累學(xué)習(xí)更新，表現(xiàn)形式為知識(shí)圖譜、統(tǒng)計(jì)機(jī)器學(xué)習(xí)模型、深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。

3.1.3 孿生數(shù)據(jù)：裝備預(yù)研管理數(shù)字孿生數(shù)據(jù)

裝備預(yù)研管理全生命周期都需要數(shù)據(jù)的深度參與，而裝備預(yù)研規(guī)劃計(jì)劃態(tài)勢(shì)的全維監(jiān)測(cè)、項(xiàng)目效益的跟蹤分析評(píng)估等活動(dòng)都是數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的輔助分析決策過程，因此需要將蘊(yùn)含在裝備預(yù)研管理全生命周期物理現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)、仿真虛擬數(shù)據(jù)及虛實(shí)融合數(shù)據(jù)進(jìn)行有效管理，形成數(shù)字孿生數(shù)據(jù)，用于對(duì)裝備預(yù)研管理進(jìn)行多層次、全面、完整、統(tǒng)一的描述和解釋，結(jié)合裝備預(yù)研管理數(shù)字孿生模型實(shí)現(xiàn)裝備預(yù)研管理態(tài)勢(shì)的清晰感知、主動(dòng)管控及政策評(píng)估優(yōu)化等功能服務(wù)。裝備預(yù)研管理數(shù)字孿生數(shù)據(jù)包含基礎(chǔ)環(huán)境數(shù)據(jù)、項(xiàng)目數(shù)據(jù)、各利益相關(guān)方智能體行為規(guī)則數(shù)據(jù)及知識(shí)產(chǎn)品數(shù)據(jù)。

基礎(chǔ)環(huán)境數(shù)據(jù)包含裝備預(yù)研管理業(yè)務(wù)流程數(shù)據(jù)及影響裝備預(yù)研管理的國(guó)內(nèi)外政治、經(jīng)濟(jì)、軍事、技術(shù)發(fā)展等開源情報(bào)數(shù)據(jù)。知識(shí)產(chǎn)品數(shù)據(jù)指通過裝備預(yù)研管理大數(shù)據(jù)的挖掘分析，面向各利益相關(guān)方的不同關(guān)切，形成的主題特征鮮明的知識(shí)產(chǎn)品數(shù)據(jù)，如相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展知識(shí)圖譜、技術(shù)合作關(guān)系網(wǎng)絡(luò)等。智能體行為規(guī)則數(shù)據(jù)指各利益相關(guān)方對(duì)裝備預(yù)研計(jì)劃、項(xiàng)目管理規(guī)律認(rèn)知的特征數(shù)據(jù)、知識(shí)數(shù)據(jù)、經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，用于支撐各利益相關(guān)方對(duì)裝備預(yù)研計(jì)劃、項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)、預(yù)警與主動(dòng)調(diào)控。

項(xiàng)目數(shù)據(jù)包含項(xiàng)目基本信息數(shù)據(jù)、研究資產(chǎn)數(shù)據(jù)、成果產(chǎn)出數(shù)據(jù)、轉(zhuǎn)化應(yīng)用數(shù)據(jù)、分析評(píng)估數(shù)據(jù)、綜合管理要素等結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)及立項(xiàng)報(bào)告、任務(wù)書文檔等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，隨項(xiàng)目全生命周期管理過程不斷積累。其中，基本信息數(shù)據(jù)指項(xiàng)目編號(hào)、名稱、立項(xiàng)或結(jié)題時(shí)間等；研究資產(chǎn)數(shù)據(jù)指研究基礎(chǔ)、研究目標(biāo)、研究?jī)?nèi)容、技術(shù)路線、研究團(tuán)隊(duì)情況等；成果產(chǎn)出數(shù)據(jù)指論文、專利、技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)、原型系統(tǒng)等多種形態(tài)的物質(zhì)成果產(chǎn)出、獲獎(jiǎng)以及人才培養(yǎng)情況等；轉(zhuǎn)化應(yīng)用數(shù)據(jù)指項(xiàng)目成果應(yīng)用于裝備型號(hào)、工程項(xiàng)目并獲得相關(guān)收益情況，以及相關(guān)研究方向受到其他科研計(jì)劃延續(xù)資助發(fā)展情況等；分析評(píng)估數(shù)據(jù)指項(xiàng)目實(shí)施全生命周期各里程碑節(jié)點(diǎn)對(duì)項(xiàng)目總體實(shí)施效果的評(píng)估，技術(shù)成熟度評(píng)估以及體系貢獻(xiàn)率評(píng)估等；綜合管理要素?cái)?shù)據(jù)指管理業(yè)務(wù)流程對(duì)項(xiàng)目施加作用的數(shù)據(jù)，如承研方遴選方式、里程碑節(jié)點(diǎn)考核方式、外協(xié)單位確立方式、獎(jiǎng)勵(lì)激勵(lì)方式、經(jīng)費(fèi)管理制度及其他綜合科研保障條件。項(xiàng)目數(shù)據(jù)經(jīng)匯聚融合，可以得到相應(yīng)年度計(jì)劃的執(zhí)行情況。

3.1.4 軟件服務(wù)：裝備預(yù)研管理軟件服務(wù)系統(tǒng)

軟件服務(wù)即裝備預(yù)研管理軟件服務(wù)系統(tǒng)，通過整合物理世界和虛擬世界的裝備預(yù)研管理及孿生數(shù)據(jù)，面向各利益相關(guān)方不同的業(yè)務(wù)需求，提供端到端的人機(jī)交互友好、運(yùn)行維護(hù)高效、輔助決策智能的可重構(gòu)差異化優(yōu)質(zhì)服務(wù)。

裝備預(yù)研管理軟件服務(wù)分五層：業(yè)務(wù)流程支撐層，數(shù)據(jù)融合與態(tài)勢(shì)展現(xiàn)層，知識(shí)挖掘與共享層，智能決策支撐層，政策仿真推演評(píng)估優(yōu)化層。①業(yè)務(wù)流程支撐層為裝備預(yù)研全生命周期的業(yè)務(wù)運(yùn)行提供基礎(chǔ)的信息系統(tǒng)支撐，具體包括預(yù)研計(jì)劃的數(shù)字化管理，項(xiàng)目指南的網(wǎng)絡(luò)化發(fā)布，項(xiàng)目立項(xiàng)、年度或中期考核、結(jié)題驗(yàn)收、后評(píng)估過程的數(shù)據(jù)填報(bào)、審核，項(xiàng)目全生命周期數(shù)據(jù)的綜合管理等。②數(shù)據(jù)融合與態(tài)勢(shì)展現(xiàn)層對(duì)項(xiàng)目全生命周期數(shù)據(jù)進(jìn)行匯聚融合，不僅能對(duì)單個(gè)項(xiàng)目的實(shí)施過程進(jìn)行可視化展現(xiàn)，還能對(duì)不斷累計(jì)的項(xiàng)目數(shù)據(jù)進(jìn)行多維度的態(tài)勢(shì)展現(xiàn)，如項(xiàng)目基本信息分布、成果產(chǎn)出情況、轉(zhuǎn)化應(yīng)用情況等。③知識(shí)挖掘與共享層在數(shù)據(jù)融合與態(tài)勢(shì)展現(xiàn)層基礎(chǔ)上加強(qiáng)對(duì)項(xiàng)目數(shù)據(jù)及知識(shí)的發(fā)掘，能為各利益相關(guān)方提供主題特色鮮明的知識(shí)查詢與推送服務(wù)，如給出項(xiàng)目研究關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域研究發(fā)展情況等，為裝備預(yù)研管理部門掌握技術(shù)攻關(guān)情況、遴選優(yōu)勢(shì)攻關(guān)團(tuán)隊(duì)；為項(xiàng)目申請(qǐng)人了解技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀、尋找合作途徑；為咨詢專家給出專業(yè)評(píng)估結(jié)論等提供知識(shí)服務(wù)保障。④智能決策支撐層基于經(jīng)驗(yàn)知識(shí)、預(yù)研大數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)挖掘知識(shí)，對(duì)裝備預(yù)研規(guī)劃計(jì)劃執(zhí)行、項(xiàng)目實(shí)施狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)評(píng)估與風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)，以對(duì)規(guī)劃計(jì)劃擬制、項(xiàng)目實(shí)施做出科學(xué)調(diào)整，如對(duì)技術(shù)路線不符合最新技術(shù)發(fā)展的項(xiàng)目即時(shí)叫停，對(duì)經(jīng)費(fèi)支持不足但先期成果突出的項(xiàng)目即時(shí)給予撥款，對(duì)經(jīng)費(fèi)支出不合理的單位即時(shí)監(jiān)督整改。⑤仿真推演評(píng)估優(yōu)化層利用智能決策層獲得的融合知識(shí)，建立和完善預(yù)研政策推演仿真環(huán)境和模型，支持對(duì)預(yù)研管理政策改革創(chuàng)新的推演評(píng)估及仿真優(yōu)化。

3.1.5 連接交互：裝備預(yù)研管理中數(shù)據(jù)傳輸與人機(jī)交互

連接交互是物理裝備預(yù)研、數(shù)字裝備預(yù)研、孿生數(shù)據(jù)和軟件服務(wù)間數(shù)據(jù)傳輸及人機(jī)交互的媒介，由網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)施、人機(jī)交互軟件等構(gòu)成。物理裝備預(yù)研通過連接交互同步數(shù)字裝備預(yù)研管理的運(yùn)行狀態(tài)；數(shù)字裝備預(yù)研通過連接交互獲取物理裝備預(yù)研的實(shí)時(shí)狀態(tài)，驅(qū)動(dòng)數(shù)字孿生裝備預(yù)研模型的校驗(yàn)，以及通過連接交互接收軟件服務(wù)下達(dá)的知識(shí)查詢、仿真控制等指令，實(shí)現(xiàn)知識(shí)推薦、仿真推演等功能；軟件服務(wù)通過連接交互獲取物理裝備預(yù)研的實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)及數(shù)字裝備預(yù)研的仿真推演數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)服務(wù)功能；孿生數(shù)據(jù)通過連接交互不斷獲取、匯聚融合裝備預(yù)研各類數(shù)據(jù)，為裝備預(yù)研管理知識(shí)挖掘和風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警等提供支持。對(duì)于非公開的裝備預(yù)研研究?jī)?nèi)容，其計(jì)劃、項(xiàng)目數(shù)據(jù)的傳輸與人機(jī)交互受保密安全制度制約，是網(wǎng)絡(luò)連接受限與人員權(quán)限受限的，需要在保密安全前提下利用網(wǎng)絡(luò)安全等技術(shù)對(duì)連接交互的便捷性和效率進(jìn)行提升。

3.2 數(shù)字孿生裝備預(yù)研理想特征和能力

根據(jù)數(shù)字孿生裝備預(yù)研的組成結(jié)構(gòu)，數(shù)字孿生裝備預(yù)研管理具備自感知、自學(xué)習(xí)、自決策、自優(yōu)化四個(gè)理想特征，如圖4所示。首先，數(shù)字孿生裝備預(yù)研管理不僅掌握現(xiàn)實(shí)中裝備預(yù)研管理業(yè)務(wù)流程數(shù)據(jù)，還掌握計(jì)劃、項(xiàng)目全生命周期的狀態(tài)數(shù)據(jù)，經(jīng)數(shù)據(jù)融合和可視化可實(shí)現(xiàn)對(duì)裝備預(yù)研計(jì)劃執(zhí)行、項(xiàng)目實(shí)施狀態(tài)、趨勢(shì)的自動(dòng)感知；其次，隨著裝備預(yù)研年度計(jì)劃的滾動(dòng)實(shí)施及各項(xiàng)目研究工作的開展，數(shù)字孿生裝備預(yù)研積累大量計(jì)劃、項(xiàng)目的原始數(shù)據(jù)，能夠通過對(duì)歷史數(shù)據(jù)的回顧利用與自主學(xué)習(xí)，挖掘分析發(fā)現(xiàn)新知識(shí)，認(rèn)識(shí)新規(guī)律，實(shí)現(xiàn)裝備預(yù)研管理的自學(xué)習(xí)；再次，基于上述狀態(tài)的感知，新知識(shí)、新規(guī)律的學(xué)習(xí)，數(shù)字孿生裝備預(yù)研能夠?qū)ρb備預(yù)研規(guī)劃、計(jì)劃、項(xiàng)目進(jìn)行客觀評(píng)估，對(duì)規(guī)劃、計(jì)劃、項(xiàng)目的科學(xué)擬制或調(diào)整給出針對(duì)性意見建議，即實(shí)現(xiàn)自主決策；最后，數(shù)字裝備預(yù)研在感知、學(xué)習(xí)、決策的閉環(huán)迭代中不斷積累裝備預(yù)研管理經(jīng)驗(yàn)，并將經(jīng)驗(yàn)固化到數(shù)字孿生數(shù)據(jù)、模型及軟件服務(wù)當(dāng)中，從而可以基于裝備預(yù)研數(shù)字孿生模型進(jìn)行快速仿真推演，并基于仿真推演對(duì)裝備預(yù)研管理政策進(jìn)行評(píng)估與優(yōu)化。

圖4 數(shù)字孿生裝備預(yù)研理想特征、能力及關(guān)鍵技術(shù)Fig.4 Promising features, capabilities and key technologies of digital twin defense advanced-research

數(shù)字孿生裝備預(yù)研理想能力包括全生命周期管理的數(shù)字化表達(dá)能力，數(shù)據(jù)融合、知識(shí)挖掘與可視化能力及自學(xué)習(xí)、自優(yōu)化能力。

1) 全生命周期管理的數(shù)字化表達(dá)能力。數(shù)字孿生裝備預(yù)研對(duì)物理空間的裝備預(yù)研進(jìn)行多層級(jí)、多視角、多粒度的數(shù)字化、語義化描述，能夠在信息空間構(gòu)建裝備預(yù)研全生命周期管理模型，包含從宏觀的業(yè)務(wù)流程、裝備預(yù)研所處環(huán)境到微觀的各利益相關(guān)方、預(yù)研項(xiàng)目的建模描述。數(shù)字孿生裝備預(yù)研管理提供的連接交互及軟件服務(wù)能提供規(guī)范化的數(shù)據(jù)傳輸接口，使數(shù)字孿生數(shù)據(jù)能夠隨管理業(yè)務(wù)流程自動(dòng)生成、網(wǎng)絡(luò)傳輸并自主積累。在上述感知數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)下，裝備預(yù)研數(shù)字孿生模型得以建立完善并持續(xù)校正，使數(shù)字孿生裝備預(yù)研能夠?qū)崟r(shí)精確反映裝備預(yù)研管理實(shí)際。

2) 數(shù)據(jù)融合、知識(shí)挖掘與可視化能力。數(shù)字孿生裝備預(yù)研管理能夠感知、匯聚裝備預(yù)研管理全生命周期數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)可視化等手段，將裝備預(yù)研管理業(yè)務(wù)流程、預(yù)研規(guī)劃計(jì)劃執(zhí)行、項(xiàng)目研究實(shí)施等層次疊加、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、狀態(tài)不清的對(duì)象變得透明，輔助裝備管理部門全面深入了解裝備預(yù)研需求分布、業(yè)務(wù)動(dòng)態(tài)、項(xiàng)目進(jìn)展等歷程、現(xiàn)狀及趨勢(shì)，支撐裝備預(yù)研狀態(tài)及成果效益的監(jiān)測(cè)、預(yù)警及相關(guān)問題的溯源、診斷。更進(jìn)一步，對(duì)上述融合數(shù)據(jù)進(jìn)行深入挖掘，主動(dòng)為裝備預(yù)研管理部門、承研單位及課題組提供主題化知識(shí)推薦服務(wù)，為裝備預(yù)研規(guī)劃計(jì)劃評(píng)估、技術(shù)領(lǐng)域追蹤、優(yōu)勢(shì)單位推薦等服務(wù)提供支撐，使各利益相關(guān)方既負(fù)有數(shù)字孿生裝備預(yù)研管理、監(jiān)督、實(shí)施、提供數(shù)據(jù)等職責(zé)，又能夠享受到相應(yīng)的功能服務(wù)，形成正向激勵(lì)，提升各利益相關(guān)方的參與感和獲得感，促進(jìn)裝備預(yù)研數(shù)字孿生生態(tài)的形成。

3) 自學(xué)習(xí)、自優(yōu)化能力。數(shù)字孿生裝備預(yù)研基于積累的預(yù)研大數(shù)據(jù)以及預(yù)研軟件服務(wù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)計(jì)劃與項(xiàng)目實(shí)施狀態(tài)感知與管控、知識(shí)挖掘與推理、仿真推演分析與評(píng)估等功能。在支撐輔助決策過程中，數(shù)字孿生裝備預(yù)研不斷在線學(xué)習(xí)相關(guān)規(guī)律和知識(shí)，將規(guī)律和知識(shí)模型化，裝備預(yù)研數(shù)字孿生模型得以更新和進(jìn)化，實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生裝備預(yù)研智能增強(qiáng)。更進(jìn)一步，數(shù)字孿生裝備預(yù)研還能夠充分利用數(shù)字空間裝備預(yù)研數(shù)字孿生模型仿真推演的便捷性、低成本性與可重復(fù)性，在裝備預(yù)研管理相關(guān)政策施行前對(duì)其進(jìn)行持續(xù)評(píng)估與優(yōu)化。

3.3 數(shù)字孿生裝備預(yù)研關(guān)鍵技術(shù)

為實(shí)現(xiàn)上述數(shù)字孿生裝備預(yù)研管理的理想特征與理想能力，分析數(shù)字孿生裝備預(yù)研管理所需的關(guān)鍵技術(shù)，如圖4所示，可分為三類：全生命周期管理的數(shù)字化表達(dá)能力相關(guān)技術(shù)；數(shù)據(jù)融合、知識(shí)挖掘與可視化能力相關(guān)技術(shù)；自學(xué)習(xí)、自優(yōu)化能力相關(guān)技術(shù)。

1)全生命周期管理的數(shù)字化表達(dá)相關(guān)技術(shù)主要包括：①基于多智能體的裝備預(yù)研全生命周期模型構(gòu)建技術(shù)；②知識(shí)與數(shù)據(jù)混合驅(qū)動(dòng)的各利益相關(guān)方行為模型構(gòu)建技術(shù)；③數(shù)字孿生模型校核、驗(yàn)證、確認(rèn)技術(shù)；④實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的數(shù)字孿生模型校正技術(shù)。

2)數(shù)據(jù)融合、知識(shí)挖掘與可視化相關(guān)技術(shù)主要包括：①預(yù)研項(xiàng)目全生命周期數(shù)據(jù)預(yù)處理、更新、融合與動(dòng)態(tài)迭代技術(shù)；②裝備預(yù)研數(shù)據(jù)與開源情報(bào)數(shù)據(jù)的融合及演化技術(shù)；③基于裝備預(yù)研大數(shù)據(jù)的規(guī)劃、計(jì)劃、項(xiàng)目效益評(píng)估及預(yù)測(cè)技術(shù)；④面向特定知識(shí)主題的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)；⑤大數(shù)據(jù)可視化技術(shù)。

3)自學(xué)習(xí)、自優(yōu)化相關(guān)技術(shù)主要包括：①裝備預(yù)研管理知識(shí)的模型化與在線學(xué)習(xí)技術(shù)；②數(shù)據(jù)和知識(shí)驅(qū)動(dòng)的數(shù)字孿生模型進(jìn)化技術(shù)；③基于仿真推演的裝備預(yù)研管理政策評(píng)估與優(yōu)化技術(shù)。

3.4 數(shù)字孿生裝備預(yù)研發(fā)展階段展望

數(shù)字孿生裝備預(yù)研是裝備預(yù)研在數(shù)字孿生視角下的理想化升級(jí)改造，受裝備預(yù)研管理現(xiàn)實(shí)的制約，其發(fā)展不可能一蹴而就。結(jié)合裝備預(yù)研發(fā)展現(xiàn)狀及外部環(huán)境制約，提出漸進(jìn)式的數(shù)字孿生裝備預(yù)研發(fā)展階段，如圖5所示，其中初級(jí)階段和中級(jí)階段應(yīng)在一個(gè)五年計(jì)劃期內(nèi)完成。

圖5 數(shù)字孿生裝備預(yù)研發(fā)展階段展望Fig.5 Perspective on the development stage ofdigital twin defense advanced-research

1) 初級(jí)階段：管理業(yè)務(wù)流程數(shù)字化改造，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自主積累與應(yīng)用示范。初級(jí)階段的主要任務(wù)是對(duì)裝備預(yù)研管理業(yè)務(wù)流程進(jìn)行數(shù)字化改造，并通過典型應(yīng)用示范展現(xiàn)建設(shè)效益，周期約為兩個(gè)年度計(jì)劃執(zhí)行期。裝備預(yù)研管理業(yè)務(wù)流程數(shù)字化改造，即研發(fā)互聯(lián)互通的信息系統(tǒng)，提供數(shù)據(jù)分發(fā)與提報(bào)人機(jī)交互信息系統(tǒng)，使各級(jí)裝備預(yù)研管理部門機(jī)關(guān)、課題承研方等利益相關(guān)方能夠安全、便捷地完成計(jì)劃管理、指南發(fā)布、項(xiàng)目申請(qǐng)、中期或年度檢查、結(jié)題驗(yàn)收、后評(píng)估等管理業(yè)務(wù)流程及相關(guān)數(shù)據(jù)提報(bào)與積累。首先，頂層裝備預(yù)研管理機(jī)構(gòu)應(yīng)加強(qiáng)裝備預(yù)研管理全生命周期的數(shù)據(jù)管理體制機(jī)制建設(shè)，提高裝備預(yù)研數(shù)據(jù)資產(chǎn)積累的意識(shí)，明確各層級(jí)裝備預(yù)研管理機(jī)構(gòu)、承研單位等利益相關(guān)方的職責(zé)與考核獎(jiǎng)懲機(jī)制。然后，制定各管理業(yè)務(wù)流程的數(shù)據(jù)收集標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，建設(shè)業(yè)務(wù)支撐順暢、人機(jī)交互友好、網(wǎng)絡(luò)連接可靠的信息系統(tǒng)。最后，在各年度計(jì)劃執(zhí)行期，以項(xiàng)目管理全生命周期態(tài)勢(shì)感知、年度計(jì)劃評(píng)估等典型應(yīng)用為試點(diǎn)，啟動(dòng)相應(yīng)數(shù)據(jù)庫、模型庫、算法庫、知識(shí)庫的建設(shè)，在發(fā)揮應(yīng)用示范中逐步完善系統(tǒng)相關(guān)功能的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

2) 中級(jí)階段：數(shù)據(jù)、模型、知識(shí)匯聚融合，拓展基于數(shù)據(jù)的輔助決策功能。經(jīng)初級(jí)階段發(fā)展，裝備預(yù)研數(shù)據(jù)逐步匯聚，典型應(yīng)用示范效應(yīng)初現(xiàn)，應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)數(shù)據(jù)、模型、知識(shí)等數(shù)字資源的建設(shè)，拓展系統(tǒng)的輔助決策功能，周期約為三個(gè)年度計(jì)劃執(zhí)行期。首先，進(jìn)一步完善孿生數(shù)據(jù)庫建設(shè)，將開源情報(bào)等數(shù)據(jù)納入孿生數(shù)據(jù)庫，預(yù)留與其他裝備科研計(jì)劃數(shù)據(jù)的交互接口，為更加全面的裝備預(yù)研態(tài)勢(shì)掌握與精準(zhǔn)的輔助決策提供數(shù)據(jù)支撐。其次，建立并完善數(shù)據(jù)庫、模型庫、知識(shí)庫管理規(guī)范，實(shí)現(xiàn)裝備預(yù)研全生命周期數(shù)字資產(chǎn)的匯聚融合與管理。再次，建立通用算法庫，為裝備預(yù)研管理的數(shù)據(jù)處理和融合、態(tài)勢(shì)分析評(píng)估、知識(shí)挖掘和表示提供支撐。最后，在拓展輔助決策功能方面，進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)預(yù)研計(jì)劃及單個(gè)項(xiàng)目實(shí)施過程的監(jiān)測(cè)及風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警功能的完善，并為項(xiàng)目實(shí)施及年度計(jì)劃執(zhí)行情況的分析評(píng)估及調(diào)控提供有力支撐。

3) 高級(jí)階段：數(shù)字資產(chǎn)規(guī)模增智成熟，實(shí)現(xiàn)虛實(shí)融合的創(chuàng)新服務(wù)應(yīng)用。經(jīng)初級(jí)和中級(jí)階段的發(fā)展，裝備預(yù)研管理數(shù)據(jù)庫、模型庫、知識(shí)庫初具規(guī)模、基本完善，亟須對(duì)積累的數(shù)據(jù)資產(chǎn)深入挖掘與融合應(yīng)用，支撐虛實(shí)結(jié)合的裝備預(yù)研管理創(chuàng)新。首先，基于五年計(jì)劃周期的裝備預(yù)研管理數(shù)據(jù)，開發(fā)裝備預(yù)研知識(shí)發(fā)現(xiàn)與共享服務(wù)平臺(tái)，為各利益相關(guān)方在裝備戰(zhàn)略研究、規(guī)劃計(jì)劃擬制、年度計(jì)劃執(zhí)行評(píng)估、結(jié)題驗(yàn)收等各階段提供更有深度和針對(duì)性的輔助決策支撐信息，助力從數(shù)據(jù)提報(bào)匯聚到知識(shí)輔助決策正環(huán)反饋生態(tài)的形成。然后，將五年計(jì)劃周期內(nèi)人機(jī)結(jié)合決策過程中的數(shù)據(jù)、模型、知識(shí)不斷更新到數(shù)據(jù)庫、模型庫、知識(shí)庫中，不斷提升裝備預(yù)研管理孿生模型成熟度，提高數(shù)字孿生裝備預(yù)研模型對(duì)實(shí)際管理過程的擬真程度。最后，基于高可信的裝備預(yù)研管理數(shù)字孿生模型，利用仿真推演對(duì)裝備預(yù)研規(guī)劃、計(jì)劃乃至管理政策在正式實(shí)施前進(jìn)行評(píng)估與優(yōu)化，為中長(zhǎng)期裝備預(yù)研規(guī)劃計(jì)劃的制訂、管理政策的改革創(chuàng)新提供有力支撐，實(shí)現(xiàn)虛實(shí)互動(dòng)的裝備預(yù)研管理新業(yè)態(tài)。

4 結(jié)論

裝備預(yù)研的數(shù)字化轉(zhuǎn)型與智能化升級(jí)是提升裝備預(yù)研管理科學(xué)化水平的必由之路，能為裝備科研管理改革提供有益探索，對(duì)加強(qiáng)裝備科研戰(zhàn)略管理能力建設(shè)具有重要意義。本文通過分析當(dāng)前裝備預(yù)研管理存在的現(xiàn)實(shí)問題，總結(jié)了裝備預(yù)研管理的數(shù)字化轉(zhuǎn)型與智能化升級(jí)的緊迫需求，提出了數(shù)字孿生裝備預(yù)研管理概念。本文對(duì)數(shù)字孿生裝備預(yù)研的組成、理想特征與理想能力、關(guān)鍵技術(shù)及未來發(fā)展階段進(jìn)行了初步探討，希望能夠?yàn)槲磥硌b備預(yù)研管理的發(fā)展提供一種典型范式，并對(duì)當(dāng)前裝備預(yù)研管理的改革創(chuàng)新起到參考作用。下一步，將結(jié)合裝備預(yù)研管理發(fā)展的現(xiàn)實(shí)需求，進(jìn)一步完善數(shù)字孿生裝備預(yù)研管理的技術(shù)體系、數(shù)據(jù)體系、模型體系及標(biāo)準(zhǔn)體系，為提升裝備預(yù)研管理科學(xué)化水平提供有力支撐。