《在美海军部内采用数字孪生》2022最新126页论文，美国海军研究生院

数字孪生有可能支持设计、建造、运营和维护美海军部（DON）赖以开展海军行动的平台的决策者。然而，由于数字孪生的应用范围和与之相关的风险仍不清楚，因此关于数字孪生的知识体系很薄弱，这给美海军部带来了挑战。本论文进行了定性的技术评估，以确定采用数字孪生对DON的企业架构的影响。对企业范围内采用的分析确定了数字孪生在DON的战略、流程、人员、技术、网络安全和风险管理方面的机会和风险。数字孪生提供的商业价值主要取决于物理平台的总风险值和数字孪生同步的度和频率。

海军服务是基于平台的（美海军部，2020c）。在战术层面上，海军行动是由舰艇、飞机和潜艇等平台进行的（海军部，2020c）。这些海军行动是为了履行海军的持久职能。

海军对复杂系统的依赖，如舰艇和潜艇，来进行海军行动，这就要求有效地管理和开发这些产品及其相关的信息。这些产品的开发采用了设计、开发、运行和处置四个阶段的过程。这个过程被称为产品生命周期管理（PLM）。DON开发和维持有效的PLM是至关重要的。没有足够的PLM，国防部不可能开发、部署和维持满足不断变化的海洋环境需求的平台。海军作战部长（CNO）2021年的NAVPLAN进一步强调了PLM对海军的重要性。在他对美国海军的指导中，CNO解释说，"专业地照顾我们的平台是我们的DNA"，"维持我们的船舶和飞机对满足未来的需求绝对是至关重要的"（海军作战部长[CNO]，2021，第7页）。

为了维持所需的PLM，DON必须发现和利用减少不确定性的手段。不确定性限制了决策者在他们管理的产品中避免风险和利用机会的能力。不确定性表现为知识不足的结果（Kramer，1999）。因此，不确定性可以通过决策支持工具来减少，这些工具可以为决策者提供及时和相关的信息，以做出更明智的决策（Kramer, 1999）。数字孪生是一种新兴技术，能够在PLM过程中支持DON决策者。数字孪生是现实世界系统的数字表示（Gartner，n.d.-a）与数字建模等类似概念不同，数字孪生是完全集成的，数据在物理产品和虚拟产品之间双向常规流动（Grieves & Vickers，2017）。对产品数据的常规捕获和分析可以支持对物理产品的决策。然而，在DON背景下，采用的好处和风险并没有明确界定。本论文旨在探讨数字孪生如何以及为什么可以在产品生命周期管理（PLM）的背景下被DON采用。

A. 问题陈述

美国防部的运作需要协作、复杂和昂贵的系统。国防部产品生命周期管理（PLM）中的挑战导致操作能力下降以及财政需求增加。数字孪生有可能帮助国防部克服这些挑战，保持国防部系统状态的最新数据，并进行自动数据分析以帮助决策。然而，关于数字孪生的知识体系对国防部来说是一个挑战，因为整个应用范围和与数字孪生相关的风险仍不清楚。随着国防部继续寻找能够延长其系统使用寿命的方法，由计算机支持的收集和响应通过数字孪生提供的数据变得越来越可取。因此，需要研究如何在DON企业内采用数字孪生，以及与这种潜在采用相关的商业价值。

B. 目的声明

本研究的目的是探索如何在国防部内采用数字孪生。这项研究的重点是确定（a）数字孪生对国防部企业架构的影响，（b）采用数字孪生对美国防部PLM的好处和风险，以及（c）数字孪生能够为国防部提供的商业价值。这项研究的目标很重要，因为美国防部PLM的不足对国防部的运营能力有直接的负面影响。这项研究的结果可以帮助国防部更好地了解如何采用数字孪生，最终目的是改善PLM，从而提供商业价值。