洛马公司数字化转型的五大方向（一）
为应对全球安全环境更复杂、面临挑战更大的形势，洛马公司作为全球最大、最具创新能力的军工巨头，提出全新的“任务驱动的转型”战略，在流程、技术和工具方面进行颠覆性创新，为客户提供更快的装备交付能力、敏捷响应能力和数据驱动的洞察力，支持国家安全任务。“任务驱动的转型”战略重点关注5大领域：数字工程、下一代软件、先进生产制造、数字赋能、数据作为战略资产，充分体现了数字化手段推动转型的理念，与美国防部数字化转型战略保持高度一致。一、数字工程洛马公司在数字化技术研究应用方面一直处于领先地位，已开始向基于模型的数字工程转型，数字线索、数字孪生已经取得良好的应用实效，数字工程工具开始试点应用。（一）数字线索、数字孪生取得良好应用实效早在2011年，洛马公司就提出了体现数字线索内涵的“数字织锦”概念，在数字线索和先进制造技术领域先后投资6亿多美元，所获得的低风险研制能力对装备研发和测试模式产生了颠覆性影响，利用虚拟原型取代了物理测试过程，从根本上降低了开发成本。目前数字线索技术已经在陆军未来攻击侦察机项目原型机“RAIDER X”和未来远程突击飞机项目原型机“DEFIANT”、CH-53K等多型装备中得以应用，洛马公司计划未来所有的项目都在全数字化环境中启动，并贯穿于整个研发设计、生产制造、运行维护等全生命周期。在数字线索发展应用的基础上，2017年洛马公司提出体现数字孪生内涵的“产品数字世界”概念，同年年底在F-35沃斯堡工厂部署了采用数字孪生技术的“智能空间平台”，将实际生产数据映射到数字孪生模型中，并与制造执行和规划系统相连，提前规划和调配制造资源，全面优化生产过程。2020年10月，洛马公司开始竞标导弹防御局“下一代拦截器（NGI）”项目，提出在该项目实施中采用基于模型的数字工程方法，创建相应数字孪生模型作为项目关键资产。2021年2月，洛马公司推出一种可生成飞机结构数字孪生模型的工具——航空通用分析工具集数据管理器（CATDM），旨在以一种互联的、三维可视化模型方式为F-35用户快速展示飞机结构完整性数据。该工具汇编了F-35的配置数据、分析及其结果，以及不同来源零件的历史文件，包括类型版本有效性、控制点位置、应力分析、现有损坏和修复的照片、检查细节等。用户悬停并点击飞机某个部位，即可查看其需要决策和规划维护活动的数据和分析结果。另外，F-35作战决策者可以直接访问定制版本的CATDM，提供定制的机队管理解决方案及作战管理策略。与历史方法相比，在向用户交付诸如飞机结构维护计划、飞机跟踪报告等数据的成本可降低75%。在数字孪生实践的基础上，2021年4月洛马公司推出一个初步的“数字孪生成熟度模型”，旨在加强对这一新技术的理解，使用通用成熟度模型来促进数字孪生应用标准化，促进整个供应链的参与使用。洛马公司将数字孪生成熟度划分为5个等级，具体如下表所示：等级1虚拟数字孪生，实现高保真或基于物理的数字孪生模型及仿真等级2利用人工方式实现数字孪生模型与物理实体的同步等级3数字孪生模型与物理实体的同步及验证实现自动化或持续性等级4企业级集成的产品数字孪生等级5构建数字孪生运行生态系统（二）开发数字工程工具，开始进行试点应用当前军用飞机开发越来越复杂，需要极高的隐身性、先进的电源和软管理系统、现代化电子设备及其软件，洛马公司寻求将民用领域的数字工程实践应用于国防领域，开发出“星驱动（StarDrive）”数字工程工具。其实在此前洛马公司已经在多个项目中开展了数字工程实践，例如F-35项目合并了工程模型数据库和企业资源规划软件，来协助管理生产系统和供应链。在其他机密项目中，洛马“臭鼬工厂”也成功应用了端到端的数字工程实践，这些模型均保留在机密项目中。洛马公司希望通过引入“星驱动”工具，将这种实践扩展到整个公司需要数字工程的新产品和现有产品中。2020年2月，洛马公司为“星驱动”数字工程工具申请“StarDrive”商标，于2020年6月获美国专利和商标局批准。该工具集成了先进的计算机辅助设计和产品全生命周期管理工具，可实现系统的快速原型开发和全生命周期支持，既可加快设计研发速度，又可以更广泛地使用机器人、增材制造和自动化质量检测技术。目前，“星驱动”工具已开始在多型预研装备中验证其效能。2021年5月，洛马公司表示最先在CHARLIE数字化原型机开发中使用了“星驱动”工具，取得良好实效，首次实现在CHARLIE复合材料蒙皮上完成全尺寸确定性装配（FSDA）。在采用FSDA之前，为避免复合材料蒙皮免受金属切屑、异物碎片等的影响，飞机复合材料蒙皮装配需要多个工序：首先工人将蒙皮手动放置到正确位置，利用液体垫片保持蒙皮位置，完成钻孔操作；然后移开蒙皮，安装位于底层的金属部件，在底层结构上连接螺母板；最后再将蒙皮放回原位，利用紧固件安装蒙皮。而通过“星驱动”工具，对复合材料蒙皮装配进行虚拟仿真，验证工装夹具是否合适，最优化蒙皮安装顺序，实现复合材料蒙皮结构与金属部件的并行装配。经验证，“星驱动”工具可有效改善蒙皮安装质量与时间：金属子系统与复合材料蒙皮一次对孔成功率达100%；紧固件零返工；零质量缺陷；装配速度比之前类似尺寸的组件快70%；总生产周期缩短20-40%。
图1 CHARLIE复合材料蒙皮全尺寸确定性装配随着CHARLIE原型机研发工作的完成，洛马公司继续利用“星驱动”进行X-59静音超声速飞机的研发工作。项目团队与同一数字环境中的供应商合作，共享所有工件的单一数据库，包括计算机辅助设计、系统工程和项目规划数据等，执行精密零部件的全尺寸确定性装配。二、下一代软件开发模式（一）打造软件工厂，提升软件开发的速度、效率和敏捷性软件工厂建设是洛马公司数字化转型计划的一部分。经过两年多的发展建设，洛马公司的软件工厂正在推动现代化软件开发实践，实现软件工具的快速开发及持续性部署实施，以满足客户的任务要求。
图2 洛马公司软件工厂示意图洛马公司软件工厂建设实现了长交付周期的“瀑布式”软件开发模式向迭代、增量式DevSecOps方法转变，可以安全、快速交付最重要的功能。DevSecOps是开发人员和信息技术运营团队在开发和部署软件应用程序时所遵循的一种思维方式或文化，它将主动和自动化的安全审计以及渗透测试集成到敏捷应用程序开发中。洛马公司的软件工厂运营部署在全公司范围内，将安全的云基础设施与先进的工具、流程、实验室和专家结合在一起，可实现涉密和非涉密软件的快速开发，能够在短短几天内就建立起新的软件开发环境，具有如下特点：更快的启动开发工作：任何新项目的第一阶段对于快速行动和保持正常交付至关重要。软件工厂包括可随时部署的开发环境，可以在几天内建立服务器、系统和应用程序。更高的敏捷性：通过灵活、开放和模块化的架构和容器化（containerization），使得软件工程师能够快速开发和大规模部署软件变更和升级，进而加快了软件开发周期和流程，使交付时间缩短到几周甚至几天。内置安全性：软件工厂将开发、安全和运营团队与DevSecOps方法联系起来，确保从一开始就内置安全性。软件工程师人才培训：一个由专门的软件工厂专家组成的全国性网络确保公司的软件工程师能够掌握整个行业的最新流程和技术，并将其应用于软件程序创新及客户任务需求快速支持。（二）有力支持武器装备软件平台快速开发洛马公司软件工厂已经支持了航空、航天、舰船等多种武器装备软件平台的快速开发。2021年5月，洛马公司与美国空军合作，协助空军生命周期管理中心建立了猛蓝（Rogue Blue）软件工厂，旨在为美国战略司令部开发生产任务规划与指挥控制软件程序。研究团队利用DevSecOps方法，在三个不同的实验室建立了12个软件开发线程，创建了一个基于云的敏捷开发环境，用于实现战略司令部攻击规划辅助（SPA）2.0系统的开发和自动化测试，将软件功能交付时间从6个月缩短到2周。2020年12月，洛马公司表示与美国海军合作开始进行宙斯盾武器系统的数字化转型，借助DevSecOps方法进行软件快速研发就是主要途径之一。借助SOLUTE公司基于DevSecOps方法的软件开发工具集，整合网络安全信息，收集用户持续反馈，自动化构建软件开发环境，在开发早期增加软件质量保证测试，构建及测试过程可在一夜之间完成。2019年7月，洛马公司利用快速开发、测试和承包的方法，联合政府及行业团队，成功地将自动化地面防撞软件系统部署到空军F-35A联合攻击战斗机上，比先前计划提前了7年。2019年3月，洛马公司推出业界首个SmartSat™软件定义卫星架构，在变革卫星设计、建造、交付方式方面迈出了重要一步，并可实现软件在轨更新，为客户提供了更大灵活性。未完待续……
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