二、美軍綜合數字化環境的發展演變

1． 綜合數字化環境的起源

IDE的產生可以追溯至最早1984年通過的《公法98－525》（《1985財年國防授權法》）：技術數據管理和計算機能力發展。

隨著武器裝備性能和技術復雜化程度的迅速提高，武器裝備采辦與使用保障所需的數據與資料也成倍增加（如美國“提康德羅加”級巡洋艦“文森特”號，僅艦上攜帶的各種技術手冊就達55．5噸之多）。為了利用現代信息技術解決書面后勤保障技術數據數量大而又費錢、交付與傳遞的及時性差、容易產生重復和冗余數據等弊端，以及不能滿足各種計算機輔助技術對數字技術數據的需求，美國防部于1985年9月首次提出在武器系統采辦與保障過程中開展計算機輔助后勤保障（Computer Aided Logistics Support，CALS）。最初，CALS構想的重點放在后勤保障領域，即推行綜合后勤保障（Integrated Logistics Support，ILS）所形成的大量書面保障數據進行數字化，以提高數據準備與處理的及時性、改善數據的精度、一致性與質量、降低費用。

隨著信息技術的發展，在武器裝備采辦需求的牽引下，CALS的概念、應用范圍及技術手段在不斷擴大。1987年美國防部將CALS引入整個武器裝備的采辦領域，改稱CALS為計算機輔助采辦與后勤保障（Computer Aided Acquisition and Logistic Support），其數字化的范圍除了產品保障數據外，還包括采辦過程中生成的用于產品設計制造的產品定義數據。80年代中期以后，由于產品的市場競爭激烈，而產品的開發周期長、費用高，使得美國企業紛紛利用CALS的數字數據環境，采用并行工程、企業集成等新方法與新措施改進企業的管理、開發、生產與用戶保障過程。

1993年以后，CALS的范圍進一步擴大，工作重點轉移到裝備的持續采辦與整個壽命周期保障所產生的所有數據，除技術數據外還包括行政管理、商務等事務數據。擴大后的CALS完全適用于民用工業與企業。因此，美國防部將CALS改稱為持續采辦與壽命周期保障（Continuous Acquisition and Life－cycle Support）。MIL－HDBK－59B指出，持續采辦與壽命周期保障是國防部與工業界為實現更加有效地生成、交換、管理和使用保障防務系統的數字數據而制訂的一項戰略；CALS戰略的主要目標是將武器系統的運作從人工的純書面方式向高度集成化、自動化的采辦與保障過程過渡。

在此過程中，與CALS相關的是承包商集成技術信息服務（Contractor Integrated Technical Information Service，CITIS）平臺。美國防部1993年8月20日頒布的軍用標準MIL－STD－974《承包商集成技術信息服務》。該標準對CITIS作了以下定義：“CITIS，根據合同中《合同要求資料清單》的規定，由承包商向用戶提供訪問電子化信息數據和（或）交付電子化信息數據的一項服務�！蔽淦餮b備承包商構建CITIS平臺，提供CITIS服務，是CALS實施過程中的重點工作，它是一種服務或機制，可以使授權用戶接觸相關信息，是構建和諧信息環境的重要技術措施。

CALS的第2階段的目標是營造一個綜合數據環境（IDE）。在CALS／CITIS計劃的基礎上，IDE初步構想為一個“數據庫”，用于管理項目信息。IDE已經從一個初始的數據庫，向成為項目管理、追蹤應用的方向發展，成為一個入口，可以接觸到入口內的分布信息；成為一個完整的數字化環境，在該環境中，技術和商業數據對于在整個壽命周期中的參與者可以有一個高度的可視化。

為此，美國防部把CALS原來的“計算機輔助采辦與后勤保障”內涵，發展為“持續采辦與全壽命保障”，并明確提出CALS的發展目標是“綜合數據環境”（又稱集成數據環境或一體化數據環境，簡稱IDE），為軍方與承包商聯手默契地運作武器裝備的采辦以及武器裝備順利進行研制生產和使用與保障創造條件。美國防部于1993年10月發布的《CALS計劃》指出，“CALS，持續采辦與全壽命支持，是政府和工業界通過采用國家和國際標準，改進工作流程和應用先進技術，支持一個產品全壽命周期內的數字化信息更有效地生成、交換、管理和使用的戰略措施。CALS的發展遠景是通過采用最好的技術、業務流程再造和貫徹有關標準，為政府和工業企業開發、管理、交換、使用業務信息和技術信息建立一個綜合數據環境”。1996年，美國防部CALS辦公室發布《國防部綜合數據環境技術計劃》，再一次把CALS的最終目標定位為實現綜合數據環境（IDE）。

2． 項目級IDE階段

美國政府和工業部門與軍方密切合作，積極推行稱為CALS （持續采辦與壽命周期保障）的武器采辦和國防工業信息化發展戰略。特別是冷戰結束后，為了更快、更好、更省地采辦武器裝備，美國防部強制每個項目都要構建一個綜合數字化環境（IDE）。在CALS／CITIS計劃的基礎上，IDE初步構想為用于管理項目信息一個“數據庫”。所以在1997年至2002年期間美國防部側重于發展項目IDE，即煙囪式的IDE，如美海軍LPD 17項目、空軍F－22項目和F－35項目等都營造了項目級綜合數據環境。

3． 復雜組織體級IDE階段

2002年至今，為了提高信息數據交換、傳遞和獲取速度和質量，為采辦業務創建和諧的工作環境，提高各項工作效率，有效縮短武器裝備的研制生產周期，降低全壽命周期費用，提高大型武器裝備的質量和維修水平，盡快形成戰斗力，提高持續戰備能力，美國防部致力于為采辦和持續保障界建立復雜組織體（整體）級IDE乃至DoD IDE。目前，美國防部與工業部門（如西門子、PTC、IBM公司等）進行合作，打造復雜組織體級的IDE。圖4顯示的是美國海軍一體化作戰系統項目執行辦公室（PEO IWS）設計的復雜組織體產品壽命周期管理綜合數據環境（PEO IWS ePLM IDE）愿景架構。

圖4  PEO IWS ePLM IDE 愿景（體系架構）

美國在全球作戰保障系統（GCSS）（圖5）、政府與工業界數據交換計劃（GIDEP）（圖6）、美國陸軍以前的未來作戰系統（FCS）都屬于復雜組織體（整體）級IDE。就GCSS而言，它是一個基于Web的中央信息樞紐，向國防部各機構和組織傳送聯合資產可視化信息。國防部自動化后勤系統將向該基于Web的信息中心提供全資可視化更新信息。GCSS是一種系統族（FoS）策略，它確立了支持聯合作戰的各作戰保障信息系統之間以及作戰保障與指揮和控制功能之間的信息和數據的互用性。在戰場上，GCSS將提供一種融合的、一體化的實時多維作戰保障和作戰服務保障場景。GCSS打破了各軍種和國防機構煙囪式的后勤保障信息系統（運輸、供應、維修、人員、部隊保健、采辦、資金和工程），使各方數據充分融合和共享。美軍各層次的機構將能夠登陸GCSS網頁、閱讀和下載信息。就目前美軍中推行GCSS的情況而言，美國陸軍推動較快。2011年8月，美國陸軍開始GCSS的作戰試驗。2012年12月，美國防部負責采辦、技術和后勤的副部長批準了GCSS陸軍系統的全面部署決策。美國陸軍預計該系統的部署于2017年完成。

圖5 美軍全球作戰保障系統（GCSS）系統族組成及內部關系

圖6  GIDEP的組織管理

現在，IDE跨越武器裝備體系的整個壽命周期，并且能夠跨領域分享數據，這些數據一旦產生，就可以在系統的整個壽命周期內進行應用。

三、典型案例：美海軍在LPD 17項目中推行綜合數據環境

“圣安東尼奧”級船塢登陸艦（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兩棲攻擊平臺，由諾斯洛普·格魯門公司的艦船系統部任主承包商，并與雷神公司和一家名為“Intergraph”的軟件公司組成統一的合伙企業——Avondale聯盟，來實現海軍為LPD17項目確定的設計、建造和維護海軍下一代強大的兩棲攻擊平臺、同時降低其總擁有費用的目標。

在LPD 17項目建議書中，美海軍要求在該項目中實施綜合數據環境（IDE）。IDE是針對設計、建造和壽命周期數據管理而建設的一種信息系統，它主要負責采集、保存、跟蹤和管理產品整個壽命周期的數據和相關文件，并會作為產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系統包括文件管理、產品數據管理、工作流管理、技術狀態管理、船體應用、改裝履歷／產品效能以及若干傳統系統的重大整合等模塊。在該過程中，Intergraph公司負責提供端對端解決方案，并使所有獲得許可的項目組成員（無論他置身何處）都能夠通過保密的廣域網（WAN）并行訪問項目信息。目前，每日有1000余人使用該系統，多數信息都可通過網絡瀏覽器和綜合搜索引擎找到。同時，該系統還根據不同人員和崗位設置了不同的瀏覽權限，以保障信息的安全。IDE還將系統、子系統和零部件的三維產品模型與源文件和項目管理信息相連接，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據以及外部或傳統系統提供的信息。

Intergraph公司在該項目中采用以數據為中心的解決方案保證了對數據及其關系的配置管理。例如，若一操作請求被授予改變基線數據的權限，則相應的操作會同時控制產品模型（包括CAD）中該性能控制的數據。同時，該系統的工作流管理程序會核實該操作要求是否得到確認和批準。由于實現了對數據的密切關聯和性能控制，其中包括產品結構（系統、子系統等）、相關文件、源CAD檔案、壽命周期后勤信息、進度信息和項目可交付信息等，該系統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的一個粗略表征。但隨著時間的發展，它逐漸地成了該艦整個壽命周期的活模型，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讓承包商在真正開始建造工作之前就可進行試驗和虛擬檢測活動。

總之，在LPD 17項目中，IDE能夠提供文件、制圖產品信息、項目進度和財務報表等服務；能實現工作流管理；可為艦載IDE和其他傳統系統提供輸入信息；能夠及時提供所有的項目和產品歷史數據。通過IDE，所有的利害方都可接觸到相同來源的信息。IDE的數據連接方式也使所有用戶都能理解產品的系統與子系統之間的關系，創設自己需要的特別的數據組合，并跟蹤設計變化的歷史。這樣，IDE用戶不是簡單地復制信息，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存在的信息冗余弊端。

在Avondale聯盟的努力下， LPD17鋪設龍骨時已完成80％的設計，避免了數百萬美元的返工。據估計，在LPD17全壽命中，通過減少制造返工和增加協作與創新，能為美國海軍節省40億美元。IPD17采用的IDE方法和過程很容易為其它制造項目所采用，并能提供同樣的時間和費用節省和效率的提高。