導(dǎo) 讀：訓(xùn)練嚴(yán)格、裝備精良是各軍事強(qiáng)國的名片。軍事實(shí)力除了建立在先進(jìn)作戰(zhàn)裝備的基礎(chǔ)上，也依賴于訓(xùn)練技術(shù)和訓(xùn)練裝備的有力支撐。航空裝備的“靈活敏捷”以及“相對昂貴”這兩個(gè)特點(diǎn)，給實(shí)戰(zhàn)化訓(xùn)練所需的場地建設(shè)、威脅復(fù)雜、導(dǎo)調(diào)控制提出了一定挑戰(zhàn)。美空軍在實(shí)戰(zhàn)化訓(xùn)練方面的起步早、發(fā)展快，除了每年度開展系列演習(xí)演訓(xùn)活動(dòng)甚至有時(shí)用實(shí)戰(zhàn)補(bǔ)充訓(xùn)練以外，還投入資金用于提升綜合測試和訓(xùn)練基礎(chǔ)設(shè)施。對于涉及到復(fù)雜場景和聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)的“高級”訓(xùn)練，將逐步遷移到虛擬環(huán)境以滿足多方面的約束要求。

美空軍虛擬環(huán)境建設(shè)總體要求

2017年9月，美空軍發(fā)布了《空軍2035年作戰(zhàn)訓(xùn)練基礎(chǔ)飛行計(jì)劃》，該計(jì)劃描述了美空軍對實(shí)裝訓(xùn)練和虛擬訓(xùn)練環(huán)境的愿景，確定了相關(guān)資源和使用需求的優(yōu)先次序，并為獲取能力需求制定一條時(shí)間線。一方面強(qiáng)調(diào)了“高級”訓(xùn)練能力必須跨越多代飛機(jī)和相關(guān)訓(xùn)練系統(tǒng)，能夠連接到虛擬環(huán)境中進(jìn)行高保真測試和訓(xùn)練，提高分布式訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)能力和互操作性。另一方面強(qiáng)調(diào)了系統(tǒng)工程思想和開放式系統(tǒng)架構(gòu)要求。

1.明確開放式系統(tǒng)的頂層要求

《空軍2035年作戰(zhàn)訓(xùn)練基礎(chǔ)飛行計(jì)劃》將開放系統(tǒng)架構(gòu)定義為一種標(biāo)準(zhǔn)，描述了分布式數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的分層層次結(jié)構(gòu)或模型：（1）使系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、開發(fā)、安裝、操作、改進(jìn)和維護(hù)等操作能在多層級結(jié)構(gòu)中的一層或多層中執(zhí)行；（2）允許每個(gè)層級提供一組可訪問的功能，這些功能可以由其上一層級控制和使用；（3）使每個(gè)層級都能在不影響其他層級的情況下實(shí)現(xiàn)；（4）在不改變其余層級現(xiàn)有設(shè)備、程序和協(xié)議的前提下，允許通過修改一層或多層來改變系統(tǒng)性能。

美空軍2035年作戰(zhàn)訓(xùn)練基礎(chǔ)飛行計(jì)劃的13個(gè)主要內(nèi)容

2.作戰(zhàn)測試和訓(xùn)練基礎(chǔ)設(shè)施計(jì)劃

美空軍空中作戰(zhàn)司令部（ACC）在《空軍2035年作戰(zhàn)訓(xùn)練基礎(chǔ)飛行計(jì)劃》指導(dǎo)下提出了作戰(zhàn)測試和訓(xùn)練基礎(chǔ)設(shè)施（OTTI）計(jì)劃，將其作為未來訓(xùn)練概念的一部分。OTTI目標(biāo)提高利用訓(xùn)練相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施和系統(tǒng)改進(jìn)的能力，在建模仿真領(lǐng)域包含了聯(lián)合仿真環(huán)境、模擬器分布式訓(xùn)練、通用模擬器架構(gòu)、相關(guān)政策這幾大任務(wù)。

美空軍認(rèn)為在虛擬環(huán)境中進(jìn)行訓(xùn)練，在數(shù)據(jù)方面有以下兩方面優(yōu)勢：一方面是在沒有實(shí)裝訓(xùn)練帶來的安全約束后，虛擬環(huán)境訓(xùn)練產(chǎn)生的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性更貼近實(shí)戰(zhàn)。另一方面是在虛擬環(huán)境訓(xùn)練可以產(chǎn)生并記錄關(guān)于飛機(jī)和飛行員能力更詳細(xì)、更全面的重要數(shù)據(jù)。

2021年空軍作戰(zhàn)集成能力目標(biāo)提倡在OTTI基礎(chǔ)上單獨(dú)提出了虛擬OTTI，并讓兩者采取統(tǒng)一的方法，使空軍能夠?qū)⒏嘤?xùn)練從真實(shí)世界轉(zhuǎn)移到虛擬世界，縮小測試和訓(xùn)練差距。事實(shí)上，虛擬OTTI也是《2023年計(jì)劃目標(biāo)備忘錄》中提到的十大關(guān)鍵能力之一。

美軍模擬器建設(shè)發(fā)展情況總結(jié)（截至2022財(cái)年）

模擬器通用體系架構(gòu)要求和標(biāo)準(zhǔn)

1.背景和目標(biāo)

為落實(shí)虛擬OTTI工作，美空軍裝備司令部全周期管理中心敏捷作戰(zhàn)支持局模擬器項(xiàng)目辦公室（簡稱AFLCMC/WNS）在牽頭組織空戰(zhàn)模擬器通用體系架構(gòu)要求和標(biāo)準(zhǔn)（SCARS）計(jì)劃。AFLCMC/WNS負(fù)責(zé)采購、運(yùn)營和維護(hù)美空軍分布在世界各地?cái)?shù)千臺不同類型模擬器。盡管美空軍每年都會(huì)采購新的模擬器，但歷史上模擬器的采購上往往與飛機(jī)研制沒有強(qiáng)相關(guān)。通常，當(dāng)前模擬器的合同會(huì)對硬件和軟件、體系結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)文檔以及網(wǎng)絡(luò)安全提供“過時(shí)”約束條件。雖然模擬器利用不斷改進(jìn)的技術(shù)，但一些設(shè)備已經(jīng)有40年的歷史，并非所有系統(tǒng)都是數(shù)字化的。許多遺留模擬器的架構(gòu)和設(shè)計(jì)，早于基于模型的系統(tǒng)工程（MBSE）的理論出現(xiàn)。

SCARS是為歷史上獨(dú)立發(fā)展的模擬器建立標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)基線，并從OTTI的角度擴(kuò)大其可訪問性。SCARS計(jì)劃將開發(fā)一個(gè)通用架構(gòu)，整合和標(biāo)準(zhǔn)化美空軍的飛行模擬器，并目標(biāo)在分布式、網(wǎng)絡(luò)化和網(wǎng)絡(luò)安全方面取得進(jìn)一步突破。在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和通用應(yīng)用程序、軟硬件的支持下，使美空軍能夠?qū)⒛M器連接在一起，簡化遠(yuǎn)程軟件更新和信息的快速分發(fā)，最終構(gòu)建豐富訓(xùn)練環(huán)境和實(shí)現(xiàn)多域聯(lián)合訓(xùn)練。

SCARS計(jì)劃獲批9億美元的最高限額，截至到2030年6月，是一項(xiàng)長期持續(xù)性工作，用10年時(shí)間逐步建立美空軍模擬器開放架構(gòu)。美空軍將使用新的通用架構(gòu)對分布在300個(gè)站點(diǎn)的大約2400臺模擬器進(jìn)行更新。當(dāng)前的階段任務(wù)要求以A-10和KC-135模擬器為試點(diǎn)，用新標(biāo)準(zhǔn)完成9個(gè)站點(diǎn)的升級。CAE美國公司在收購了L3公司仿真和訓(xùn)練業(yè)務(wù)后，成為美空軍模擬器通用體系架構(gòu)要求和標(biāo)準(zhǔn)（SCARS）計(jì)劃的主承包商。

2.SCARS的三個(gè)主要階段及其標(biāo)志物

（1）初始部署

網(wǎng)絡(luò)安全混合云基礎(chǔ)設(shè)施，提供集中運(yùn)營和服務(wù)，包括SCARS基線要求和產(chǎn)品庫

本地/遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)安全

本地/遠(yuǎn)程支持

本地/遠(yuǎn)程基線管理

按照MBSE要求設(shè)計(jì)

支持多安全域

（2）將應(yīng)用程序遷移到本地設(shè)備（OPE）

具有開發(fā)、安全和運(yùn)營（DevSecOps）和MBSE能力的SCARS數(shù)字工程環(huán)境（DEE）作為現(xiàn)場設(shè)備（OPE）提供給訓(xùn)練系統(tǒng)支持中心（TSSC）

訓(xùn)練系統(tǒng)參考架構(gòu)

應(yīng)用程序開發(fā)和上線

使用經(jīng)批準(zhǔn)的開源應(yīng)用程序和通用模擬器應(yīng)用程序擴(kuò)展SCARS庫，以供多個(gè)平臺/模擬器復(fù)用

（3）擴(kuò)大使用

具有高可用性和高性能的基于網(wǎng)絡(luò)安全混合云的模擬器

符合MOSA模塊化開放系統(tǒng)方法

數(shù)字工程環(huán)境支持的模擬器通用體系架構(gòu)

持續(xù)發(fā)展、集成和獲得運(yùn)行授權(quán)（ATO）

包含通用合成環(huán)境服務(wù)和應(yīng)用程序

最小化平臺專用硬件和軟件

模擬器通用體系架構(gòu)的三個(gè)階段（網(wǎng)絡(luò)圖片）

3.相關(guān)進(jìn)展

截止到2022年底，SCARS在以下7個(gè)方面取得了進(jìn)展：

（1）有18家合作單位簽署了參與SCARS開發(fā)的合同。

（2）部署了8個(gè)現(xiàn)場設(shè)備（OPE）系統(tǒng)

（3）按照IOC標(biāo)準(zhǔn)完成對現(xiàn)有A-10C模擬器漏洞的首次掃描。

（4）完成SCARS增量1和增量2標(biāo)準(zhǔn)

（5）啟動(dòng)地理空間數(shù)據(jù)存儲庫合同，為所有模擬器開發(fā)權(quán)威數(shù)據(jù)庫

（6）將仿真應(yīng)用程序遷移到虛擬機(jī)和容器中為常見類型的模擬器定義政府參考架構(gòu)以支持增量3標(biāo)準(zhǔn)

（7）與空軍實(shí)驗(yàn)室合作，評估新架構(gòu)的實(shí)時(shí)模擬器性能（如哪些應(yīng)用程序在虛擬機(jī)和容器中工作得最好）

2018年版本的SCARS計(jì)劃（網(wǎng)絡(luò)圖片）

數(shù)字工程對SCARS的影響

按照美國防部數(shù)字工程戰(zhàn)略所述，這種數(shù)字工程轉(zhuǎn)型對于應(yīng)對新威脅、保持優(yōu)勢和利用技術(shù)進(jìn)步是必要的。數(shù)字工程戰(zhàn)略闡明了五個(gè)目標(biāo)：（1）規(guī)范模型的開發(fā)、集成和使用，為項(xiàng)目和復(fù)雜組織體決策提供信息；（2）提供持久、權(quán)威的單一真相源；（3）整合技術(shù)創(chuàng)新，改進(jìn)工程實(shí)踐；（4）在利益相關(guān)者之間建立協(xié)作環(huán)境，以便在利益相關(guān)者之間開展活動(dòng)、協(xié)作和溝通；（5）轉(zhuǎn)變文化和基礎(chǔ)設(shè)施，以在整個(gè)生命周期中采用和支持?jǐn)?shù)字工程。數(shù)字工程的實(shí)施為空軍用仿真技術(shù)開展訓(xùn)練以及在真實(shí)、虛擬和建設(shè)性仿真（LVC）環(huán)境中的實(shí)裝系統(tǒng)帶來了一系列機(jī)遇和挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)包括將封閉的專有訓(xùn)練體系架構(gòu)演變?yōu)槟K化的開放系統(tǒng)，這些開放系統(tǒng)可以復(fù)用通用化系統(tǒng)組件，在本地和分布式云環(huán)境中實(shí)現(xiàn)虛擬化仿真設(shè)計(jì)。必須在快速變化的作戰(zhàn)和技術(shù)環(huán)境中應(yīng)對這些挑戰(zhàn)。

數(shù)字工程轉(zhuǎn)移示意圖（網(wǎng)絡(luò)圖片）

SCARS倡議采用數(shù)字工程理論方法來設(shè)計(jì)、開發(fā)、維持和升級空軍模擬器。SCARS數(shù)字工程戰(zhàn)略包括為模擬器創(chuàng)建作戰(zhàn)訓(xùn)練和測試基礎(chǔ)設(shè)施復(fù)雜組織體系統(tǒng)模型（OTTI-ESM）和政府參考體系架構(gòu)（GRA），該模型描述了符合AFLCMC/WNS基于模型的系統(tǒng)工程（MBSE）風(fēng)格指南的所需結(jié)構(gòu)、接口和行為，使用了基于系統(tǒng)建模語言（SysML）。

1.作戰(zhàn)測試和培訓(xùn)基礎(chǔ)設(shè)施復(fù)雜組織體系統(tǒng)模型

OTTI-ESM的目的是管理復(fù)雜組織體，允許AFLCMC/WNS通過識別常用組件來發(fā)揮規(guī)模經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。OTTI-ESM中的信息使用更嚴(yán)格風(fēng)險(xiǎn)管理控制措施，增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢。信息安全組織和授權(quán)官員可按要求訪問相關(guān)信息，以評估安全風(fēng)險(xiǎn)。OTTI-ESM通過確定必要的接口和信息，支持開展LVC訓(xùn)練。此外，它還將用于識別模擬器體系架構(gòu)元素，支持在數(shù)小時(shí)內(nèi)解決復(fù)雜組織體級問題，相比以前使用遺留系統(tǒng)則需要數(shù)周的時(shí)間來解決。考慮到復(fù)雜組織體的規(guī)模，如果由一個(gè)單位牽頭建模，OTTI-ESM不太可能按時(shí)完成。為解決這一問題，補(bǔ)充OTTI-ESM的系統(tǒng)模型由各個(gè)模擬器承包商或項(xiàng)目辦創(chuàng)建。這些模型定期交付，并根據(jù)各個(gè)項(xiàng)目計(jì)劃集成到OTTI-ESM中。

2.政府參考架構(gòu)

在SCARS倡議的支持下創(chuàng)建的政府參考架構(gòu)（GRA）是通用模擬器架構(gòu)的高級定義。它主要被設(shè)想為識別模擬器的通用體系架構(gòu)元素的一種手段。它用作設(shè)計(jì)新模擬器的參考模型，也可以用作將現(xiàn)有模擬器遷移到新架構(gòu)下通用軟件功能的工具。GRA開發(fā)遵循典型系統(tǒng)工程方法的分解過程，一般從模擬器需求和功能開始。在識別實(shí)際組件之前，這些組件被進(jìn)一步分解為系統(tǒng)和子系統(tǒng)。

該建模工作結(jié)合了SCARS標(biāo)準(zhǔn)和要求，并將其與模型的適當(dāng)部分相關(guān)聯(lián)。模型內(nèi)容由SCARS工程能力委員會(huì)（SECB）確定。來自各個(gè)領(lǐng)域的主題專家確定主要系統(tǒng)的候選子系統(tǒng)和需求。一般情況下，每個(gè)子系統(tǒng)都包含了相關(guān)要求，并構(gòu)建了接口。當(dāng)每個(gè)主要的系統(tǒng)架構(gòu)都處于可用狀態(tài)時(shí)，SECB對所提出的系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行審查。一旦獲得批準(zhǔn)，它將被集成到由SCARS主承包商構(gòu)建和維護(hù)的總體參考架構(gòu)模型中。GRA必須具有足夠的質(zhì)量才能實(shí)現(xiàn)其目的，模型質(zhì)量指標(biāo)包括可用性、模塊化、功能性和開放性。高質(zhì)量的GRA必須具有適當(dāng)?shù)募?xì)節(jié)和范圍。細(xì)節(jié)太少的架構(gòu)模型將無法實(shí)現(xiàn)GRA的目的。初始約束太多會(huì)降低SECB識別能力，范圍太寬將難在合理的時(shí)間范圍內(nèi)完成。

SCARS計(jì)劃重點(diǎn)管理那些可以被不同模擬器設(shè)備使用的軟件。由于使用了模塊化開放系統(tǒng)方法（MOSA），模擬器的標(biāo)準(zhǔn)化接口是已知且受控的，以可以根據(jù)需求和技術(shù)變化被其他方案取代。這提高了模擬器全壽命周期的適應(yīng)性，降低了維持成本。例如，如果一個(gè)特定的瞄準(zhǔn)吊艙可以安裝在多個(gè)平臺上，那么該吊艙的仿真軟件將成為包含在通用軟件庫中作為候選對象，以便隨時(shí)在這些平臺的模擬器上使用。在后續(xù)每次升級瞄準(zhǔn)吊艙軟件時(shí)，復(fù)雜組織體中所有用戶都將同步獲得一致的升級包。

幾點(diǎn)思考

模擬器行業(yè)在歷史上長期屬于裝備的“副業(yè)”，對其的統(tǒng)籌監(jiān)管不強(qiáng)。很長一段時(shí)期內(nèi)，“低端化”、“門檻低”成了行業(yè)特色。當(dāng)前在大國競爭戰(zhàn)略下，實(shí)戰(zhàn)化訓(xùn)練要求提高，對模擬器行業(yè)的整頓迫在眉睫。

從美空軍的經(jīng)驗(yàn)可看出，在計(jì)劃開始階段模擬器設(shè)計(jì)的復(fù)雜性會(huì)給MBSE的實(shí)施帶來較大的成本但成果卻不顯著，容易遭到各自聲音反對的。SCARS計(jì)劃能投入9億美元以及持續(xù)10年的研究周期，說明美空軍下決心將通用模擬器架構(gòu)作為提升LVC訓(xùn)練的重要抓手。開發(fā)通用模擬器架構(gòu)是“前人栽樹后人乘涼”的事業(yè)，就像將碎片信息首次遷移到信息化系統(tǒng)一樣，先苦后甜，從全壽命角度“算總賬”最終經(jīng)濟(jì)上是受益的。

在復(fù)雜大系統(tǒng)級項(xiàng)目的運(yùn)行工程中，軍方科研機(jī)構(gòu)的直接牽頭參與或者“背書”是多個(gè)承包商參加的工作至關(guān)重要。選擇有工程能力和協(xié)調(diào)能力的軍方科研機(jī)構(gòu)參與技術(shù)研究，把握研制進(jìn)展，規(guī)定參考模型，能更好發(fā)揮多單位分工并行開發(fā)的規(guī)模優(yōu)勢。