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美国空军虚拟武器实验室在艰难中前行

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 在美国,人们常听到的对武器系统采办费用高的一种解释是,军方习惯于在武器研制周期的末期修改设计方案。有时甚至是在制造商已经准备上线生产时还在不断进行修改。对此说法,美军方有自己的说法:由于武器系统的研制周期都很长,经常需要几年甚至十几年的时间,他们需要根据任务需求和作战环境
的变化修改一些指标要求或提出新的性能要求。如果不这样做,武器下线之时也就成了不适应需求之刻。

    面对该争执不下的议论,美国防部和国防工业界的一些专家提出了这样一种解决办法:如果国防部愿意放弃实体原型机而采用虚拟原型或数字化模型,则因军方改动武器系统的设计而产生的巨额费用就可以大大降低。而且采用数字化设计也已经有了成功的先例。例如,在实际生产之前,波音777就是完全采用数字式图纸落实设计并采用电脑空间完成试验的。

    美空军部长建模与仿真问题高级顾问希曼(Keith K. Seaman)认为,虚拟原型正是军方在研制新的武器系统时应该采用的方式。为此,希曼已经开始为空军建造一个先进的虚拟实验室寻找资金。这样在将来,不但空军可以用实物实验更少的费用对在研武器系统进行设计和试验。希曼认为,其中更为重要的一点是,这种新型的试验的结果会与实际硬件上得到的数据一样可靠。该项目现在称为"空军综合协同环境"(Air Force integrated collaborative environment),2005年已经在俄亥俄州怀特·帕特森空军基地开始其初期设计工作,预计5年内投入使用。该项目的目标是为武器系统能够的试验工作提供"可再用的环境"。如果一切进展顺利,希曼认为将会在该平台上设计其新一代轰炸机。

    空军仿真与建模处前处长、退役空军上校沃迪卡(David M. Votipka)认为,由于在说服相关的项目经理时遇到了困难,该项目的进展速度实际上已经滞后了。而项目不能尽快进展就不能及时地证明该技术有效,项目也就不能得到必要的拨款,最终只能处于恶性循环之中。沃迪卡现供职的格式塔公司(Gestalt LIC),就是负责为空军开发该协同环境的承包商。除了经费问题外,制约虚拟实验室发展的另一个主要因素是数据保密问题。这些数据是属于政府和承包商所有,它们不能被黑客和工业间谍所窃取,不然就会导致军事和商业机密泄露等后果。就此问题,格式塔公司与空军正在一起寻找多重的保护措施,以便在确保军事机密以及知识产权的前提下也使更多的工业部门能够参与到相关的实验和试验工作中来。沃迪卡透露,空军的"长航程攻击"和"机载电子攻击"项目都是该协同环境的候选试验项目。

    制约综合协同环境发展的第三个因素是当前普遍存在的项目相互割据的状态。按照美军的传统,重大武器项目都会独自建造自身的、不与其他项目分享的数字化模型。这样,所有的项目经理都不习惯于综合协同环境,在心理上也不愿意放弃自己独享的数字化模型。另一个障碍是,要证明该虚拟实验技术与实物试验一样可靠。对于美国国防那个不的试验与评价办公室而言,要想让人信服这一点是非常艰巨的工作。

    尽管目前还存在着困难和阻碍,但在虚拟实验室中开展系统设计的前景还是非常诱人的。假如F-22是采用该方式设计的话,则不仅能为空军节省几十亿美元的投入,还会使飞机投入使用的时间提前好几年。沃迪卡认为,现在到了向空军高层做工作的时候了。只有说服了高层,空军才可能同意在该技术上投入更多的资金。

    但并不是有了经费就万事大吉了。沃迪卡认为,国防部以前推行的基于仿真的采办基本是失败的,因为当时对仿真工作提出的要求太高了,许多基于建模和仿真的采办项目过于雄心勃勃,总是试图一次性地从总体上解决所有的问题。但实践证明,这样做是不现实的。因此,建议空军本次在综合协同环境的建设上要吸收其经验教训,最好采用逐步建设、试验,再建设、再试验的思路。

    现在在美国,尽管在理论上以及局部实践上,研究人员已经证明用虚拟原型代替实体原型是可行的和必要的,并且在许多研发项目中,仿真作为硬件的替代物,已获得广泛接受,几乎所有人在研究领域中都在应用仿真,但要使项目经理或采办经理清楚地认识到这一点并开始用数字化模型代替实体样机,可能还需要一些时日。

    而加拿大和欧洲,一些采办机构已经开始依靠仿真手段来做出武器采办决策。例如,加拿大和欧盟的武器采办机构已经开发出的"虚拟沙箱",可对他们准备采购的无人机进行比对,以帮助做出更准确的决策;他们还利用这种虚拟手段对不同制造商生产的无人机部件进行了组装,然后不但可对无人机的性能进行试验,还可检验该类无人机能否综合了所要求的指挥与控制结构之中。这样做的最大好处是,不单可以了解单个或单种无人机的性能表现,还能同时检验其产生的信息流是否与指挥与控制匹配。

    例如,加拿大为了准确采购供温哥华港侦察贩毒和污染船只而使用的无人机,就先购买了美国"捕食者"和以色列"苍鹭"无人机的数字化模型。然后,工程师给这些无人机装上摄像头,让其在加拿大西部的虚拟海岸数据库中"飞行"。通过反复检验,加方不但准确选择了想购买的无人机,而且还确定了操作这些无人机的团队成员。

    德国和法国也开始利用来自不同国家的无人机部件,来设计自己的虚拟无人机。其最终目标是开发出供欧洲多个国家使用的"欧洲无人机"。

    通用的虚拟试验环境一旦开发成功,人们就可以在微软的仿真软件上开展试验,既方便又省钱。但在这一天到来之前,必须使各方面从技术到心理上认可这个努力方向。否则,综合协同环境可以永远处于虚拟状态。但遗憾的是,由于很多美国人都该项技术还不够信任,因此,美空军虚拟武器实验室的发展中还会出现许多的困难。


责任编辑: 整理时间:2007-4-4 16:42:33
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