作為構(gòu)建跟實(shí)際戰(zhàn)場相似的數(shù)字技術(shù)，數(shù)字孿生體在軍事訓(xùn)練領(lǐng)域有大用處。如果在建設(shè)完成數(shù)字孿生戰(zhàn)場和數(shù)字孿生裝備基礎(chǔ)上，把人加入到數(shù)字孿生訓(xùn)練體系中，加上VR/AR等所謂元宇宙技術(shù)的應(yīng)用，給傳統(tǒng)軍事訓(xùn)練帶來變革。考慮到軍事訓(xùn)練領(lǐng)域的需求比較零散，工業(yè)4.0研究院預(yù)計(jì)2024年開展相關(guān)工作。實(shí)現(xiàn)作戰(zhàn)人員在環(huán)的模式軍事訓(xùn)練有兩種方式，一種是在物理世界開展訓(xùn)練和演習(xí)，以了解可能發(fā)生的各種未知情況，另一種是采用仿真系統(tǒng)，模擬真實(shí)的作戰(zhàn)環(huán)境來讓受訓(xùn)人員掌握各種裝備的特性和使用方法。兩種方式的優(yōu)劣很容易區(qū)分，前者受各種環(huán)境因素影響比較大，成本比較高，后者成本雖然低，但受限于技術(shù)成熟度，訓(xùn)練的效果一直難以替代實(shí)地訓(xùn)練。采用仿真系統(tǒng)來訓(xùn)練作戰(zhàn)人員，已經(jīng)成為現(xiàn)代作戰(zhàn)訓(xùn)練的基本手段，特別是隨著各種先進(jìn)裝備的引入，如果缺乏模擬訓(xùn)練，作戰(zhàn)人員掌握的難度比較高，通過仿真系統(tǒng)的引導(dǎo)性訓(xùn)練手段，可以讓受訓(xùn)人員快速掌握各種高科技裝備。圖表 11 典型的LVC訓(xùn)練多種場景展示目前仿真系統(tǒng)大都采取人機(jī)交互的方式，把人置身于一個(gè)模擬器中，盡量使模擬器呈現(xiàn)作戰(zhàn)的實(shí)際環(huán)境，通過虛擬現(xiàn)實(shí)等手段來“欺騙”作戰(zhàn)人員相信自己處于真實(shí)的戰(zhàn)場，這對(duì)作戰(zhàn)人員掌握相關(guān)技能有好處，但并不能替代真實(shí)世界的作戰(zhàn)訓(xùn)練。傳統(tǒng)的仿真作戰(zhàn)訓(xùn)練的建設(shè)重點(diǎn)是人機(jī)交互界面，只要把界面做好了，那么系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)就完成了。隨著人工智能、數(shù)字孿生體和物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的引入，可以實(shí)現(xiàn)作戰(zhàn)人員在環(huán)（Warfighter in Loop）的數(shù)字孿生作戰(zhàn)新模式，這種模式更容易提升訓(xùn)練的效果。針對(duì)更為復(fù)雜的多域作戰(zhàn)或分布式作戰(zhàn)，不去變革傳統(tǒng)的作戰(zhàn)訓(xùn)練方式，顯然無法適應(yīng)未來作戰(zhàn)的需要。我國軍事改革正在持續(xù)推進(jìn)，數(shù)字孿生體技術(shù)已經(jīng)成為其中的一個(gè)利器。全國人大代表、陸軍研究院高級(jí)工程師王明孝曾在《軍報(bào)解放》上提出， “（利用數(shù)字孿生訓(xùn)練基礎(chǔ)設(shè)施），把大的戰(zhàn)場縮小來訓(xùn)、把遠(yuǎn)的戰(zhàn)場拉近來訓(xùn)、讓少數(shù)人訓(xùn)變成大多數(shù)人訓(xùn)、把境外戰(zhàn)場放到境內(nèi)來訓(xùn)”。這是國內(nèi)首次公開談?wù)摂?shù)字孿生訓(xùn)練的提議，展現(xiàn)了我國在數(shù)字孿生國防領(lǐng)域的一些先進(jìn)理念和實(shí)踐。通過引入人工智能、數(shù)據(jù)科學(xué)、數(shù)字孿生體和物聯(lián)網(wǎng)等新一代數(shù)字技術(shù)，能夠大幅提升指揮人員的決策水平和彌補(bǔ)作戰(zhàn)人員經(jīng)驗(yàn)不足的短板，為打贏未來戰(zhàn)爭做好相關(guān)準(zhǔn)備。數(shù)字孿生訓(xùn)練基礎(chǔ)設(shè)施任何作戰(zhàn)理念的應(yīng)用，都需要經(jīng)歷概念到驗(yàn)證以及掌握的過程。2017年3月8日，美國空軍專門召開數(shù)字作戰(zhàn)工業(yè)討論日（Digital Campaign Industry Exchange Day），展望了其數(shù)字化轉(zhuǎn)型的愿景和措施。戰(zhàn)略開發(fā)計(jì)劃和試驗(yàn)辦公室建模仿真與分析負(fù)責(zé)人Dave Panson做了《從理論到測試和驗(yàn)證：建模仿真與分析基礎(chǔ)設(shè)施轉(zhuǎn)型》的發(fā)言，介紹了推動(dòng)數(shù)字孿生訓(xùn)練基礎(chǔ)設(shè)施的設(shè)想和措施。事實(shí)上，不久以后（2017年9月）美國空軍就發(fā)布了《作戰(zhàn)訓(xùn)練基礎(chǔ)設(shè)施2035飛行計(jì)劃》，其中，加快構(gòu)建受訓(xùn)人員使用的數(shù)字戰(zhàn)場就作為推進(jìn)相關(guān)工作的抓手。據(jù)翼絡(luò)數(shù)字國防工作小組觀察，2018-2021年美國空軍各個(gè)部門啟動(dòng)了多個(gè)相關(guān)項(xiàng)目招標(biāo)。圖表 12 作戰(zhàn)訓(xùn)練基礎(chǔ)設(shè)施2035圖示2021年，AFRL對(duì)仿真集成及建模先進(jìn)框架（AFSIM，Advanced Framework for Simulation，Integration， and Modeling）進(jìn)行招標(biāo)，要求對(duì)AFSIM進(jìn)行新的研發(fā)升級(jí)，以滿足多域作戰(zhàn)需要。AFSIM是一個(gè)開源框架，采用美國空軍自身的開源標(biāo)準(zhǔn)，合作方獲得授權(quán)之后，就可以在這個(gè)開源框架下進(jìn)一步開發(fā)各種產(chǎn)品，目前采用該開源項(xiàng)目的單位涉及到全球，包括北約成員等，它形成了基于AFSIM的開源技術(shù)創(chuàng)新生態(tài)。從以上動(dòng)態(tài)來看，為了在作戰(zhàn)訓(xùn)練中引入新型技術(shù)，首先應(yīng)建設(shè)適應(yīng)未來作戰(zhàn)需要的數(shù)字孿生訓(xùn)練基礎(chǔ)設(shè)施，這可以從作戰(zhàn)范圍擴(kuò)大、武器系統(tǒng)性能、武器裝備的可獲取性和數(shù)字系統(tǒng)的滲透四個(gè)方面來看，它們給作戰(zhàn)訓(xùn)練帶來了巨大的挑戰(zhàn)，既使得作戰(zhàn)訓(xùn)練越來越困難，又使得一些新的作戰(zhàn)訓(xùn)練方式得以引入。表格 7 建立數(shù)字孿生訓(xùn)練基礎(chǔ)設(shè)施的四大理由 | | | | | 現(xiàn)在不少作戰(zhàn)場所難以提前適應(yīng)，這必須要通過數(shù)字孿生訓(xùn)練來實(shí)現(xiàn) | | | 各種先進(jìn)武器性能非常先進(jìn)，難以通過嘗試學(xué)會(huì)使用，可以通過數(shù)字孿生訓(xùn)練快速和低成本掌握 | | | 有些武器裝備難以隨時(shí)隨地可用，限制了實(shí)地訓(xùn)練的可能性，通過數(shù)字孿生訓(xùn)練可以實(shí)現(xiàn)全天候訓(xùn)練 | | | 隨著裝備系統(tǒng)軟硬件二八定律的倒置，使得大量數(shù)字系統(tǒng)得以使用，作戰(zhàn)人員通過數(shù)字孿生訓(xùn)練更容易掌握這些系統(tǒng) |
隨著分布式作戰(zhàn)的需求越來越明顯，適應(yīng)這種新作戰(zhàn)模式，顯然不是以前小范圍訓(xùn)練可以滿足的，這使得作戰(zhàn)訓(xùn)練向“互聯(lián)網(wǎng)化”發(fā)展，如果不盡快建設(shè)數(shù)字孿生訓(xùn)練基礎(chǔ)設(shè)施，指揮官和戰(zhàn)士只能獲得傳統(tǒng)作戰(zhàn)訓(xùn)練，這顯然難以適應(yīng)未來作戰(zhàn)的需要。
除了分布式作戰(zhàn)的挑戰(zhàn)，現(xiàn)代武器性能非常先進(jìn)，已經(jīng)不能通過傳統(tǒng)意義上的射擊等來掌握，不少先進(jìn)武器的特性很容易在數(shù)字孿生訓(xùn)練基礎(chǔ)設(shè)施中呈現(xiàn)，這可以大大降低通過實(shí)訓(xùn)掌握的難度。 第三，有些武器裝備難以隨時(shí)隨地獲得使用，這限制了實(shí)地訓(xùn)練的時(shí)間，可以建立這些武器裝備的數(shù)字孿生體，作戰(zhàn)人員通過數(shù)字孿生訓(xùn)練基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)字孿生裝備，即可在一定程度上了解和熟悉這些裝備，大大提高實(shí)戰(zhàn)時(shí)的訓(xùn)練效果，降低實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練所需要的時(shí)間，這還可以大幅降低實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練消耗的彈藥等資源。 最后，隨著裝備系統(tǒng)軟硬件二八定律的倒置，數(shù)字系統(tǒng)將得以廣泛使用，這改變了傳統(tǒng)作戰(zhàn)訓(xùn)練的主要內(nèi)容，數(shù)字系統(tǒng)的掌握成為作戰(zhàn)人員掌握的關(guān)鍵，由于數(shù)字系統(tǒng)通過人機(jī)界面讓作戰(zhàn)人員交互，那么通過數(shù)字孿生訓(xùn)練基礎(chǔ)設(shè)施來交互，基本上沒有太大的差別。在未來作戰(zhàn)各項(xiàng)新挑戰(zhàn)促進(jìn)下，各國軍事訓(xùn)練的傳統(tǒng)劇本需要改變，通過加強(qiáng)數(shù)字孿生訓(xùn)練基礎(chǔ)設(shè)施，能夠加速指揮官和作戰(zhàn)人員掌握武器裝備的使用，并適應(yīng)新作戰(zhàn)模式的各項(xiàng)要求，從而打贏未來戰(zhàn)爭。美國空軍是數(shù)字孿生體最忠誠的擁躉，畢竟它在DARPA早期提出數(shù)字孿生體概念的時(shí)候參與度最深。在2017年一次產(chǎn)業(yè)交流會(huì)上，美國空軍生命周期管理中心的首席工程師Jackie Janning-Lask介紹了971項(xiàng)目，該項(xiàng)目就是為“所有飛行員建立數(shù)字孿生體”，從而記錄和管理每位飛行員的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，包括訓(xùn)練情況。這個(gè)設(shè)想非常大膽，但實(shí)際上也不奇怪，早在2015年NASA發(fā)布的《空間技術(shù)路線圖》中，就提出了數(shù)字孿生人體（Human Digital Twin）概念，并進(jìn)行了較為詳細(xì)的規(guī)劃[7]。為人體提供多維度的數(shù)據(jù)描繪，非數(shù)字孿生體莫屬，數(shù)字孿生體既能夠給人體這個(gè)物體提供三維可視的數(shù)字模型，還可以結(jié)合到每個(gè)器官的健康情況，提供豐富的數(shù)據(jù)描述。圖表 13 美國空軍的數(shù)字孿生軍人數(shù)據(jù)庫早在2013年10月，美國食品藥品監(jiān)督管理局就發(fā)布了《為個(gè)性化藥物鋪平道路》的報(bào)告，指出應(yīng)根據(jù)個(gè)人情況提供藥物。在這個(gè)思路指引下，人們嘗試給人體建立數(shù)字模型，以便針對(duì)性設(shè)計(jì)和試驗(yàn)藥物。隨著數(shù)字孿生體概念被更多人接受，醫(yī)療領(lǐng)域開始引入該概念，NASA率先提出的數(shù)字孿生人體接受度非常高，成為不少高校和研究機(jī)構(gòu)關(guān)注重點(diǎn)，例如我國中山大學(xué)、日本電話電報(bào)公司、瑞典數(shù)字孿生體聯(lián)盟等機(jī)構(gòu)都有相關(guān)論文發(fā)布。圖表 14 瑞典數(shù)字孿生體聯(lián)盟專注數(shù)字孿生體人體數(shù)字孿生人體相關(guān)知識(shí)積累越多，引入數(shù)字孿生訓(xùn)練體系的可能性越大，因?yàn)樽鲬?zhàn)訓(xùn)練不僅關(guān)注指揮官和戰(zhàn)士的健康情況，還關(guān)注他們對(duì)各種作戰(zhàn)信息的反應(yīng)，這完全能通過數(shù)字孿生人體平臺(tái)提供，為我們實(shí)現(xiàn)立體式的決策模式提供便利。美國空軍正在建設(shè)的數(shù)字孿生軍人數(shù)據(jù)庫，一共有六項(xiàng)指標(biāo)，第五項(xiàng)即為健康和安全狀況，第六項(xiàng)則為訓(xùn)練相關(guān)信息，例如，訓(xùn)練計(jì)劃、評(píng)估和證書等，這實(shí)際上能夠較全面的反映數(shù)字孿生訓(xùn)練的基本情況。作戰(zhàn)和訓(xùn)練一體化建設(shè)作為國家的國防力量，軍隊(duì)的最終目標(biāo)就是作戰(zhàn)，但這又跟訓(xùn)練不無關(guān)系，如何把作戰(zhàn)和訓(xùn)練結(jié)合起來，一直是軍事專家探索的挑戰(zhàn)。正如本白皮書前面分析，隨著數(shù)字系統(tǒng)的快速滲透，裝備系統(tǒng)軟硬件二八定律開始倒置，即軟件占比從20%向80%變化，作戰(zhàn)人員將更多接觸或使用數(shù)字系統(tǒng)。作戰(zhàn)和訓(xùn)練數(shù)字化演變的趨勢，使得數(shù)字孿生訓(xùn)練成為現(xiàn)實(shí)。簡單的講，我們平常使用的訓(xùn)練仿真平臺(tái)就是一個(gè)數(shù)字系統(tǒng)，那么既然越來越多的武器裝備大量引入數(shù)字系統(tǒng)，那么作戰(zhàn)訓(xùn)練本身就要熟悉它們，如果把裝備系統(tǒng)跟訓(xùn)練仿真系統(tǒng)集成在一起，那么作戰(zhàn)和訓(xùn)練一體化建設(shè)的目標(biāo)更容易得以實(shí)現(xiàn)。圖表 15 美國海軍實(shí)驗(yàn)室的戰(zhàn)訓(xùn)一體化體系近期相關(guān)信息披露，美國海軍快速自動(dòng)化集成實(shí)驗(yàn)室利用數(shù)字孿生體技術(shù)，搭建一套既能滿足作戰(zhàn)實(shí)際需要的指揮控制平臺(tái)，又能直接應(yīng)用到日常作戰(zhàn)訓(xùn)練的體系。它在底層建立了一套集成數(shù)據(jù)環(huán)境，類似本白皮書提出的數(shù)字孿生訓(xùn)練基礎(chǔ)設(shè)施，在此基礎(chǔ)上，通過建立武器、裝備、人員和環(huán)境的數(shù)字孿生體，把這個(gè)體系跟戰(zhàn)場實(shí)際物體通過物聯(lián)網(wǎng)連接起來，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和更新，從而實(shí)現(xiàn)一個(gè)鮮活的數(shù)字孿生戰(zhàn)場。美國海軍實(shí)驗(yàn)室展望，如果這套體系順利運(yùn)行，采用持續(xù)集成和持續(xù)部署（CI/CD，Continuous Integration/Continuous Deployment）的方法，可以實(shí)現(xiàn)持續(xù)改進(jìn)分布式海軍作戰(zhàn)的目的。2021年4月開展的無人綜合作戰(zhàn)問題21演習(xí)，有可能就采用了這套體系，相關(guān)分析認(rèn)為這次演習(xí)的效果非常好，超出了預(yù)定的目標(biāo)。毋庸置疑，傳統(tǒng)的軍事訓(xùn)練應(yīng)該改革，才可能適應(yīng)裝備軟硬件二八定律倒置的趨勢，同時(shí)順應(yīng)分布式作戰(zhàn)的新一輪軍事革命需要，轉(zhuǎn)向面向新一輪軍事革命需要的數(shù)字孿生訓(xùn)練新模式。[7] 關(guān)于數(shù)字孿生人體的介紹，可以閱讀《數(shù)字孿生體》一書，參考第十一章相關(guān)內(nèi)容。工業(yè)4.0研究院.數(shù)字孿生國防白皮書（2021）. 2021.10.1China Academy of Industrie 4.0. Digital Twin Defense Whitepaper 2021. 2021.10.1《數(shù)字孿生國防白皮書（2021）》之裝備
數(shù)字孿生戰(zhàn)場實(shí)驗(yàn)室
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