二、美軍綜合數(shù)字化環(huán)境的發(fā)展演變

1． 綜合數(shù)字化環(huán)境的起源

IDE的產(chǎn)生可以追溯至最早1984年通過的《公法98－525》（《1985財(cái)年國防授權(quán)法》）：技術(shù)數(shù)據(jù)管理和計(jì)算機(jī)能力發(fā)展。

隨著武器裝備性能和技術(shù)復(fù)雜化程度的迅速提高，武器裝備采辦與使用保障所需的數(shù)據(jù)與資料也成倍增加（如美國“提康德羅加”級(jí)巡洋艦“文森特”號(hào)，僅艦上攜帶的各種技術(shù)手冊(cè)就達(dá)55．5噸之多）。為了利用現(xiàn)代信息技術(shù)解決書面后勤保障技術(shù)數(shù)據(jù)數(shù)量大而又費(fèi)錢、交付與傳遞的及時(shí)性差、容易產(chǎn)生重復(fù)和冗余數(shù)據(jù)等弊端，以及不能滿足各種計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)對(duì)數(shù)字技術(shù)數(shù)據(jù)的需求，美國防部于1985年9月首次提出在武器系統(tǒng)采辦與保障過程中開展計(jì)算機(jī)輔助后勤保障（Computer Aided Logistics Support，CALS）。最初，CALS構(gòu)想的重點(diǎn)放在后勤保障領(lǐng)域，即推行綜合后勤保障（Integrated Logistics Support，ILS）所形成的大量書面保障數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化，以提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)備與處理的及時(shí)性、改善數(shù)據(jù)的精度、一致性與質(zhì)量、降低費(fèi)用。

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，在武器裝備采辦需求的牽引下，CALS的概念、應(yīng)用范圍及技術(shù)手段在不斷擴(kuò)大。1987年美國防部將CALS引入整個(gè)武器裝備的采辦領(lǐng)域，改稱CALS為計(jì)算機(jī)輔助采辦與后勤保障（Computer Aided Acquisition and Logistic Support），其數(shù)字化的范圍除了產(chǎn)品保障數(shù)據(jù)外，還包括采辦過程中生成的用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造的產(chǎn)品定義數(shù)據(jù)。80年代中期以后，由于產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，而產(chǎn)品的開發(fā)周期長、費(fèi)用高，使得美國企業(yè)紛紛利用CALS的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)環(huán)境，采用并行工程、企業(yè)集成等新方法與新措施改進(jìn)企業(yè)的管理、開發(fā)、生產(chǎn)與用戶保障過程。

1993年以后，CALS的范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，工作重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到裝備的持續(xù)采辦與整個(gè)壽命周期保障所產(chǎn)生的所有數(shù)據(jù)，除技術(shù)數(shù)據(jù)外還包括行政管理、商務(wù)等事務(wù)數(shù)據(jù)。擴(kuò)大后的CALS完全適用于民用工業(yè)與企業(yè)。因此，美國防部將CALS改稱為持續(xù)采辦與壽命周期保障（Continuous Acquisition and Life－cycle Support）。MIL－HDBK－59B指出，持續(xù)采辦與壽命周期保障是國防部與工業(yè)界為實(shí)現(xiàn)更加有效地生成、交換、管理和使用保障防務(wù)系統(tǒng)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)而制訂的一項(xiàng)戰(zhàn)略；CALS戰(zhàn)略的主要目標(biāo)是將武器系統(tǒng)的運(yùn)作從人工的純書面方式向高度集成化、自動(dòng)化的采辦與保障過程過渡。

在此過程中，與CALS相關(guān)的是承包商集成技術(shù)信息服務(wù)（Contractor Integrated Technical Information Service，CITIS）平臺(tái)。美國防部1993年8月20日頒布的軍用標(biāo)準(zhǔn)MIL－STD－974《承包商集成技術(shù)信息服務(wù)》。該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)CITIS作了以下定義：“CITIS，根據(jù)合同中《合同要求資料清單》的規(guī)定，由承包商向用戶提供訪問電子化信息數(shù)據(jù)和（或）交付電子化信息數(shù)據(jù)的一項(xiàng)服務(wù)�！蔽淦餮b備承包商構(gòu)建CITIS平臺(tái)，提供CITIS服務(wù)，是CALS實(shí)施過程中的重點(diǎn)工作，它是一種服務(wù)或機(jī)制，可以使授權(quán)用戶接觸相關(guān)信息，是構(gòu)建和諧信息環(huán)境的重要技術(shù)措施。

CALS的第2階段的目標(biāo)是營造一個(gè)綜合數(shù)據(jù)環(huán)境（IDE）。在CALS／CITIS計(jì)劃的基礎(chǔ)上，IDE初步構(gòu)想為一個(gè)“數(shù)據(jù)庫”，用于管理項(xiàng)目信息。IDE已經(jīng)從一個(gè)初始的數(shù)據(jù)庫，向成為項(xiàng)目管理、追蹤應(yīng)用的方向發(fā)展，成為一個(gè)入口，可以接觸到入口內(nèi)的分布信息；成為一個(gè)完整的數(shù)字化環(huán)境，在該環(huán)境中，技術(shù)和商業(yè)數(shù)據(jù)對(duì)于在整個(gè)壽命周期中的參與者可以有一個(gè)高度的可視化。

為此，美國防部把CALS原來的“計(jì)算機(jī)輔助采辦與后勤保障”內(nèi)涵，發(fā)展為“持續(xù)采辦與全壽命保障”，并明確提出CALS的發(fā)展目標(biāo)是“綜合數(shù)據(jù)環(huán)境”（又稱集成數(shù)據(jù)環(huán)境或一體化數(shù)據(jù)環(huán)境，簡(jiǎn)稱IDE），為軍方與承包商聯(lián)手默契地運(yùn)作武器裝備的采辦以及武器裝備順利進(jìn)行研制生產(chǎn)和使用與保障創(chuàng)造條件。美國防部于1993年10月發(fā)布的《CALS計(jì)劃》指出，“CALS，持續(xù)采辦與全壽命支持，是政府和工業(yè)界通過采用國家和國際標(biāo)準(zhǔn)，改進(jìn)工作流程和應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)，支持一個(gè)產(chǎn)品全壽命周期內(nèi)的數(shù)字化信息更有效地生成、交換、管理和使用的戰(zhàn)略措施。CALS的發(fā)展遠(yuǎn)景是通過采用最好的技術(shù)、業(yè)務(wù)流程再造和貫徹有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，為政府和工業(yè)企業(yè)開發(fā)、管理、交換、使用業(yè)務(wù)信息和技術(shù)信息建立一個(gè)綜合數(shù)據(jù)環(huán)境”。1996年，美國防部CALS辦公室發(fā)布《國防部綜合數(shù)據(jù)環(huán)境技術(shù)計(jì)劃》，再一次把CALS的最終目標(biāo)定位為實(shí)現(xiàn)綜合數(shù)據(jù)環(huán)境（IDE）。

2． 項(xiàng)目級(jí)IDE階段

美國政府和工業(yè)部門與軍方密切合作，積極推行稱為CALS （持續(xù)采辦與壽命周期保障）的武器采辦和國防工業(yè)信息化發(fā)展戰(zhàn)略。特別是冷戰(zhàn)結(jié)束后，為了更快、更好、更省地采辦武器裝備，美國防部強(qiáng)制每個(gè)項(xiàng)目都要構(gòu)建一個(gè)綜合數(shù)字化環(huán)境（IDE）。在CALS／CITIS計(jì)劃的基礎(chǔ)上，IDE初步構(gòu)想為用于管理項(xiàng)目信息一個(gè)“數(shù)據(jù)庫”。所以在1997年至2002年期間美國防部側(cè)重于發(fā)展項(xiàng)目IDE，即煙囪式的IDE，如美海軍LPD 17項(xiàng)目、空軍F－22項(xiàng)目和F－35項(xiàng)目等都營造了項(xiàng)目級(jí)綜合數(shù)據(jù)環(huán)境。

3． 復(fù)雜組織體級(jí)IDE階段

2002年至今，為了提高信息數(shù)據(jù)交換、傳遞和獲取速度和質(zhì)量，為采辦業(yè)務(wù)創(chuàng)建和諧的工作環(huán)境，提高各項(xiàng)工作效率，有效縮短武器裝備的研制生產(chǎn)周期，降低全壽命周期費(fèi)用，提高大型武器裝備的質(zhì)量和維修水平，盡快形成戰(zhàn)斗力，提高持續(xù)戰(zhàn)備能力，美國防部致力于為采辦和持續(xù)保障界建立復(fù)雜組織體（整體）級(jí)IDE乃至DoD IDE。目前，美國防部與工業(yè)部門（如西門子、PTC、IBM公司等）進(jìn)行合作，打造復(fù)雜組織體級(jí)的IDE。圖4顯示的是美國海軍一體化作戰(zhàn)系統(tǒng)項(xiàng)目執(zhí)行辦公室（PEO IWS）設(shè)計(jì)的復(fù)雜組織體產(chǎn)品壽命周期管理綜合數(shù)據(jù)環(huán)境（PEO IWS ePLM IDE）愿景架構(gòu)。

圖4  PEO IWS ePLM IDE 愿景（體系架構(gòu)）

美國在全球作戰(zhàn)保障系統(tǒng)（GCSS）（圖5）、政府與工業(yè)界數(shù)據(jù)交換計(jì)劃（GIDEP）（圖6）、美國陸軍以前的未來作戰(zhàn)系統(tǒng)（FCS）都屬于復(fù)雜組織體（整體）級(jí)IDE。就GCSS而言，它是一個(gè)基于Web的中央信息樞紐，向國防部各機(jī)構(gòu)和組織傳送聯(lián)合資產(chǎn)可視化信息。國防部自動(dòng)化后勤系統(tǒng)將向該基于Web的信息中心提供全資可視化更新信息。GCSS是一種系統(tǒng)族（FoS）策略，它確立了支持聯(lián)合作戰(zhàn)的各作戰(zhàn)保障信息系統(tǒng)之間以及作戰(zhàn)保障與指揮和控制功能之間的信息和數(shù)據(jù)的互用性。在戰(zhàn)場(chǎng)上，GCSS將提供一種融合的、一體化的實(shí)時(shí)多維作戰(zhàn)保障和作戰(zhàn)服務(wù)保障場(chǎng)景。GCSS打破了各軍種和國防機(jī)構(gòu)煙囪式的后勤保障信息系統(tǒng)（運(yùn)輸、供應(yīng)、維修、人員、部隊(duì)保健、采辦、資金和工程），使各方數(shù)據(jù)充分融合和共享。美軍各層次的機(jī)構(gòu)將能夠登陸GCSS網(wǎng)頁、閱讀和下載信息。就目前美軍中推行GCSS的情況而言，美國陸軍推動(dòng)較快。2011年8月，美國陸軍開始GCSS的作戰(zhàn)試驗(yàn)。2012年12月，美國防部負(fù)責(zé)采辦、技術(shù)和后勤的副部長批準(zhǔn)了GCSS陸軍系統(tǒng)的全面部署決策。美國陸軍預(yù)計(jì)該系統(tǒng)的部署于2017年完成。

圖5 美軍全球作戰(zhàn)保障系統(tǒng)（GCSS）系統(tǒng)族組成及內(nèi)部關(guān)系

圖6  GIDEP的組織管理

現(xiàn)在，IDE跨越武器裝備體系的整個(gè)壽命周期，并且能夠跨領(lǐng)域分享數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)一旦產(chǎn)生，就可以在系統(tǒng)的整個(gè)壽命周期內(nèi)進(jìn)行應(yīng)用。

三、典型案例：美海軍在LPD 17項(xiàng)目中推行綜合數(shù)據(jù)環(huán)境

“圣安東尼奧”級(jí)船塢登陸艦（即LPD 17）是美國海軍新一代多用途兩棲船塢登陸艦，LDP 17誕生于2003年7月，是美國海軍建造的新一代圣安東尼級(jí)兩棲攻擊平臺(tái)，由諾斯洛普·格魯門公司的艦船系統(tǒng)部任主承包商，并與雷神公司和一家名為“Intergraph”的軟件公司組成統(tǒng)一的合伙企業(yè)——Avondale聯(lián)盟，來實(shí)現(xiàn)海軍為LPD17項(xiàng)目確定的設(shè)計(jì)、建造和維護(hù)海軍下一代強(qiáng)大的兩棲攻擊平臺(tái)、同時(shí)降低其總擁有費(fèi)用的目標(biāo)。

在LPD 17項(xiàng)目建議書中，美海軍要求在該項(xiàng)目中實(shí)施綜合數(shù)據(jù)環(huán)境（IDE）。IDE是針對(duì)設(shè)計(jì)、建造和壽命周期數(shù)據(jù)管理而建設(shè)的一種信息系統(tǒng)，它主要負(fù)責(zé)采集、保存、跟蹤和管理產(chǎn)品整個(gè)壽命周期的數(shù)據(jù)和相關(guān)文件，并會(huì)作為產(chǎn)品壽命周期維修合同的組成部分供美國防部訪問。目前安裝的IDE系統(tǒng)包括文件管理、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理、工作流管理、技術(shù)狀態(tài)管理、船體應(yīng)用、改裝履歷／產(chǎn)品效能以及若干傳統(tǒng)系統(tǒng)的重大整合等模塊。在該過程中，Intergraph公司負(fù)責(zé)提供端對(duì)端解決方案，并使所有獲得許可的項(xiàng)目組成員（無論他置身何處）都能夠通過保密的廣域網(wǎng)（WAN）并行訪問項(xiàng)目信息。目前，每日有1000余人使用該系統(tǒng)，多數(shù)信息都可通過網(wǎng)絡(luò)瀏覽器和綜合搜索引擎找到。同時(shí)，該系統(tǒng)還根據(jù)不同人員和崗位設(shè)置了不同的瀏覽權(quán)限，以保障信息的安全。IDE還將系統(tǒng)、子系統(tǒng)和零部件的三維產(chǎn)品模型與源文件和項(xiàng)目管理信息相連接，并包含輸出給艦載IDE（IDE的艦載版本）的信息和分析得來的數(shù)據(jù)以及外部或傳統(tǒng)系統(tǒng)提供的信息。

Intergraph公司在該項(xiàng)目中采用以數(shù)據(jù)為中心的解決方案保證了對(duì)數(shù)據(jù)及其關(guān)系的配置管理。例如，若一操作請(qǐng)求被授予改變基線數(shù)據(jù)的權(quán)限，則相應(yīng)的操作會(huì)同時(shí)控制產(chǎn)品模型（包括CAD）中該性能控制的數(shù)據(jù)。同時(shí)，該系統(tǒng)的工作流管理程序會(huì)核實(shí)該操作要求是否得到確認(rèn)和批準(zhǔn)。由于實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)據(jù)的密切關(guān)聯(lián)和性能控制，其中包括產(chǎn)品結(jié)構(gòu)（系統(tǒng)、子系統(tǒng)等）、相關(guān)文件、源CAD檔案、壽命周期后勤信息、進(jìn)度信息和項(xiàng)目可交付信息等，該系統(tǒng)確保了人人都能得到所需要的正確信息。

在初期，IDE只是LPD 17的一個(gè)粗略表征。但隨著時(shí)間的發(fā)展，它逐漸地成了該艦整個(gè)壽命周期的活模型，能夠起到全面代表該艦的作用，能夠作為該艦壽命保障的基礎(chǔ)讓承包商在真正開始建造工作之前就可進(jìn)行試驗(yàn)和虛擬檢測(cè)活動(dòng)。

總之，在LPD 17項(xiàng)目中，IDE能夠提供文件、制圖產(chǎn)品信息、項(xiàng)目進(jìn)度和財(cái)務(wù)報(bào)表等服務(wù)；能實(shí)現(xiàn)工作流管理；可為艦載IDE和其他傳統(tǒng)系統(tǒng)提供輸入信息；能夠及時(shí)提供所有的項(xiàng)目和產(chǎn)品歷史數(shù)據(jù)。通過IDE，所有的利害方都可接觸到相同來源的信息。IDE的數(shù)據(jù)連接方式也使所有用戶都能理解產(chǎn)品的系統(tǒng)與子系統(tǒng)之間的關(guān)系，創(chuàng)設(shè)自己需要的特別的數(shù)據(jù)組合，并跟蹤設(shè)計(jì)變化的歷史。這樣，IDE用戶不是簡(jiǎn)單地復(fù)制信息，而是通過不同的組合和角度交叉地審視這些信息。這將大大消除以往的許多信息系統(tǒng)存在的信息冗余弊端。

在Avondale聯(lián)盟的努力下， LPD17鋪設(shè)龍骨時(shí)已完成80％的設(shè)計(jì)，避免了數(shù)百萬美元的返工。據(jù)估計(jì)，在LPD17全壽命中，通過減少制造返工和增加協(xié)作與創(chuàng)新，能為美國海軍節(jié)省40億美元。IPD17采用的IDE方法和過程很容易為其它制造項(xiàng)目所采用，并能提供同樣的時(shí)間和費(fèi)用節(jié)省和效率的提高。