面向复杂装备的数字主线平台建设思考

背景

数字主线（DigitalThread）一词起源于航空航天领域，最先由美国空军和洛克希德·马丁公司于2003年在联合研发F-35时提出。国外工业软件厂商已形成可用平台产品，提供基于模型、数字连续、数据驱动的端到端解决方案，支撑世界主要装备制造商实现装备研制模式变革。

近年来，国内工业软件虽然取得了长足进步，但仍是各自为战、孤立发展，体系竞争力还存在明显代差，亟需以数字主线为纽带，尽快形成体系化应用能力，更好支撑新时期中国装备创新发展。

国外数字主线发展趋势分析

近年来，国内外愈发关注和重视数字主线的研究和应用，对于数字主线的定义也形成了不同版本，但理念颇为相似，其关键词有一致、关联、追溯、重用、全生命周期等。例如美国航空航天学会（AIAA）给出的定义是：数字主线是链接与流程、产品或系统相关的权威数字信息的集合，其一致性在整个生命周期中得到积极管理，支持信息的可访问性、可追溯性、流通性、适用性和可信度，促进知识的获取、交流、使用和重用，从而高效支撑有价值的决策。

1.世界领先工业企业以数字主线重塑产品研制与交付能力

洛马、波音、空客等世界领先工业企业都在经历深刻的数字化变革，无论是洛马的“产品数字宇宙”、波音的MBE“钻石模型”，还是空客的数字化工业范式DDMS，其背后的发展逻辑都包含为企业构建完整的数字主线。企业依靠数字主线平台，支撑模型数据这一核心“生产资料”高效、准确流转应用，重塑复杂装备研制与交付能力。

2.国外软件厂商面向复杂装备纷纷推出数字主线方案

达索系统以CATIA为基础，持续完善产品体系，不断提升全生命周期产品数据建模、应用和管理能力，最终融合成统一模型、流程、组织、权限、交互的3DE平台，贯通RFLP-PPR-MSR模型主线，并以各阶段、各层级数字样机为模型载体，构建权威数据源，支撑系统工程、工程设计与分析、生产制造、服务保障等业务全过程数字连续。

西门子同样从CAD出发，逐步拓展CAE、CAM、PDM、物联网等产品谱系，整合形成Xcelerator软件和服务组合，以数字化创新平台（含NX、Simcenter、Teamcenter、Tecnomatix等）的Web服务提供工程端的数字主线，以Mendix提供企业数据端的数字主线，以MindSphere提供物联网端的数字主线，形成SaaS服务形式的一体化、云化软件服务，涵盖需求、设计、分析、制造、数据管理、云计算、大数据和物联网等领域。

此外，PTC、InterCAX、ANSYS等软件厂商也积极发展数字主线，核心策略是围绕其自身优势产品在临近领域实现数字连续。PTC以物联网平台ThingWorx为数字骨干，充分利用既有的Creo、Windchill等产品能力，推出了重点面向物联网的数字主线；InterCAX通过Syndeia平台，将SysML模型与其他各种工程模型连接起来，形成面向基于模型的系统工程数字主线；ANSYS充分利用CAE领域的显著优势和完善产品体系，收购ModelCenter软件，构建面向系统仿真和工程仿真的数字主线解决方案。

装备领域发展数字主线的需求

1.打通数字模型体系，建立装备数字化建设新范式

数字化是实现装备现代化的必然内在要求。当前，装备建设对强装需求响应不及时、研制迭代周期长、运行保障效能低等问题突出，一个关键因素就是装备全生命周期、业务全价值链模型数据尚未贯通，存在诸多断点，亟需依靠数字主线技术建立基于模型、以模型连续传递为核心的装备数字化建设新范式，支撑装备创新发展和能力跃升。

2.发挥数据要素价值，促进企业数字化转型

数据已成为新型生产要素，是企业数字化转型的关键驱动。当前企业数据治理、开发、利用能力不足，亟需依靠数字主线技术实现海量、多源、异构数据的汇聚、集成和贯通，激发数据要素价值，提升数据分析与科学决策能力，支撑企业构建数字竞争新优势。

3.破解应用难题，推动国产工业软件体系化应用

集成化、体系化是工业软件技术演进与产品发展的重要方向，也是构建国产工业软件体系化应用能力、缩短与国外领先水平差距的必由之路。当前，国产工业软件已呈现百花齐放之势，但各软件之间存在数据壁垒且应用分离，亟需以数字主线技术构建统一平台，实现集成融合、体系化应用，并融入装备研制主流程。

4.培育开放共享生态，推动工业软件高质量发展

良性、可持续的工业软件生态是实现装备数字化的重要保障。当前，软件生态各方主体缺少融合发展的平台载体，难以形成合力，亟需以数字主线为纽带，聚合供需优势力量，建立国产工业软件发展“生态圈”，扩大应用“辐射圈”，共同推动工业软件高质量发展。

数字主线平台的四个定位

本文将以数字主线为关键技术的统一平台称为数字主线平台。它是面向装备全生命周期、业务全价值链，实现模型数据贯通、支撑数字样机协同、推动工业软件集成开发与体系化应用的新一代平台类工业软件，可为装备数字化转型提供关键支撑。

1.模型数据贯通平台以统一模型标准，实现装备全生命周期、业务全价值链模型数据的规范化定义、一致性传递、上下游追溯、全局关联分析和全流程共享复用，实现海量、全量模型数据一体化融合，打造权威真相源，发挥数据要素价值。

2.数字样机协同平台承载和组织各业务阶段模型数据，支撑数字样机（功能样机、性能样机、几何样机、制造样机、交付样机等）的构建和连续发展演化，实现以数字样机为核心的协同研制与运行保障。

3.工业软件集成开发与生态合作平台通过开放性框架，支持与各类工业软件的集成融合，支撑软件厂商、实施服务企业、科研院所等优势力量，基于平台扩展开发满足特定行业场景的应用功能，形成生态汇聚效应，实现共建共赢。

4.工业软件体系化应用平台面向装备研制单位，融合工业软件攻关成果，基于“平台+App”的应用模式，以业务应用联通为核心，支撑上下游软件“串珠成链”，形成“1+1＞2”体系化应用效能，带动工业软件进入装备研制主流程。

亟待突破应用的典型场景1.装备需求全生命周期传递与追溯针对无法快速分析需求变更影响范围并开展需求验证，导致难以快速响应用户需求变化的问题，平台可建立需求全生命周期追溯主线，保持需求与系统设计、物理设计等各类模型的关联，支持需求随研制过程的深入不断细化分解，支撑贯穿全局的需求变更影响性分析和需求闭环验证。

2.装备全生命周期权威数据源构建与管理

针对各阶段、各模型数据技术状态分属不同软件管理、变更关联繁杂，技术状态管不全、管不严的问题，平台可对装备全生命周期模型数据技术状态进行全局控制与跟踪，保证模型数据的权威性，实现技术层面权威一致性分析，支撑管理层面成本、周期的精确控制。

3.机/电/软多专业虚拟集成验证与设计迭代

针对飞机等复杂装备机/电/软多专业设计缺少模型汇聚和仿真的统一数字环境、难以开展虚拟集成验证的问题，平台通过统一标准实现机/电/软异构模型封装，建立交互接口关系，基于需求对多专业集成模型进行验证与确认，加速复杂装备正向迭代设计。

4.装备数字交付针对数字样机、实体样机同步交付缺乏技术手段，数字交付能力远未形成的问题，平台为制定数字交付规则提供操作环境和工具，以及可视化的模型加工打包功能，实现便捷、完整、准确、可追溯的交付体验，提高装备快速定型、高效运行、精确保障能力。

5.海量数据挖掘、分析与科学决策针对各阶段数据割裂，缺少全生命周期数据汇总、分析能力的问题，平台可对海量数据进行收集、加工、分析，构建面向不同应用场景的权威、实时的全局数据视图，并接入大数据、人工智能算法，定制企业专属数据应用，支持业务活动的科学决策。

数字主线平台发展建议

一是面向装备真需求，解决真问题。数字主线平台的研发和应用不同于以往的工具类软件，直接关系到装备发展模式的变革，必须将需求分析做足、做透，采用“边研、边建、边用”的模式，共同推进装备研制与平台开发，实现“双促进、双成功”。

二是加强开放合作、集智创新。不能照搬西方以资本为主要手段的先收购再整合的发展模式，应从实际国情出发，充分发挥新型举国体制优势，在政府的引导下推动工业软件集成融合，提升体系竞争力。

三是注重人才挖掘和培养。数字主线平台覆盖了装备全生命周期、业务全价值链，对于复合型人才的需求极其迫切，应着重加强人才选拔、长期培养和全方位支持。

文/史永丰 王捷