作者 | 莫妮卡·阿达米（Monica Adami）1，马特乌斯·诺瓦克（Mateusz Nowak）1，马丁·托伦（Maarten Toelen）1，克劳迪奥·瓦莱（Claudio Valle）1，阿诺·范德哈瑟尔特（Arno Van der hasselt）1，安妮卡·温曼（Annika Weinmann）1

1 PricewaterhouseCoopers Enterprise Advisory BV, Belgium [email protected], maarten[email protected]

摘要：在最近的出版物中，欧洲防务署指出需要提高供应链的弹性，俄罗斯对乌克兰的特别军事行动进一步强调了这一优先事项的迫切性。本文认为，通过采用数字孪生作为技术解决方案，使军事供应链减少冗余是完全可行的。数字孪生具有许多优势，尤其是其实时监测和分析的能力，可以战略性地与创新的危机仿真与其他支撑技术相结合，以确保供应链在不利和潜在未知的条件下幸存，防止供应短缺，减少维护成本和时间，并实现与其他合作伙伴和利益攸关方的协作。

关键字：数字孪生、供应链弹性、数据互操作性、军民两用。

1. 战略背景和简介

2018年6月，欧洲防务暑对其能力发展计划（Capability Development Plan，CDP）进行了重大修订，确定了11个欧洲能力发展优先事项，包括增强的后勤和医疗支撑能力。与此同时，其总体战略研究议程（Overarching Strategic Research Agenda，OSRA）以技术构建模块（Technology Building Blocks，TBB）的形式定义了欧洲防务共同的研发与技术优先事项，其中包括“国防关键技术供应链（TBB45—Defence Critical Technologies Supply Chain）”。正如当前在乌克兰进行的战争所证明的，军事供应链——以及挑战性的地形、维护成本、装备可用性给其强韧性到来的问题——已成为国防关键性要素。促进军事供应链更具弹性已成为欧洲防务暑的优先事项[1]。在此优先事项的基础上，本文旨在探索一种可能的前进路经，以减少军事供应链的冗余性。在讨论供应链的背景下，冗余性是指拥有备份的系统、流程或资源，以确保在发生意外中断时能够继续作战，例如，遭受对手进攻、自然灾害、地缘政治不稳定或设备故障等。

数字孪生作为一项关键赋能技术，旨在使军民利益攸关方能够精确仿真灾难性事件，并作出更好的情报驱动型决策，以减轻此类危机事件的影响。确定关键装备和资产（主要和次要）供应链中的依赖关系、瓶颈和弱点，有助于以更低的成本更好地制定弹性计划和战略。而且，通过使用数字孪生，军民利益攸关方可以及时准确地监控生产过程，发现供应短缺或供应链缺乏多样化风险。特别是在军事后勤等领域，高速、高精度和低容错至关重要，数字孪生在改善和促进军事供应链稳健方面具有真正的潜力。

事实上，数字孪生技术已并不新鲜，这种创新技术已经在军事航空领域的众多案例中被采用[2]。2018年，土耳其飞机工业公司与西门子达成协议，利用后者的产品生命周期管理软件在公司的制造环节中实施完整的数字孪生；2020年，美国军方使用数字孪生技术来改善F-35战斗机和西科斯基UH-60黑鹰直升机的研发规划和效率，2021年劳斯莱斯探索利用数字孪生提升其喷气发动机的效率[3]。虽然数字孪生技术已应用于军事航空领域，但其在国防部门的其他领域仍有很大的开发潜力和应用空间，并可进一步扩大到整个军事供应链——从单一武器装备到更广泛复杂的系统。数字孪生可与其他创新技术和流程集成，包括军事物联网、区块链和智能集群以及不断增长的计算能力等，这将使数字孪生成为更具可操作性的现实。实践表明，此类数字孪生对于跨境供应链情形最为有效，可用于评估/监测国际项目（例如增强主战坦克或欧洲巡逻护卫舰）或危机（例如涉及军事行动的人道主义响应，或向乌克兰等盟国和合作伙伴提供关键装备/物资）的可行性。

2. 商业案例

军事供应链是一个复杂而多元的生态系统，涉及各种相互关联的过程，例如装备、物资和军事人员的采办、储备、运输和调配。正如最近的军事行动所表明的那样，可靠且具有弹性的供应链对于社会强韧和确保作战效果至关重要。但当前，军事供应链的管理通常以效率低下、冗余和缺乏端到端可见性为特征[4]。军事供应链的关键特征之一是其冗余性[5]。通过建立冗余的系统，军事部门可以最大限度地减少中断对其行动的影响，并确保商品和服务持续流动。但是，如果管理不当，冗余性也可能导致效率低下和不必要的复杂性。例如，维持过剩的库存可能会占用重要资源并增加成本，而拥有太多冗余供应商会导致不必要的重复工作。因此，必须精细化平衡冗余需求与维护冗余系统相关的成本和风险。

2.1. 实时监控和分析

数字孪生可提供对整个军事供应链的实时监测分析，从供应商到制造商，并一直到最终用户。因此，其可用于实时跟踪库存水平，清楚地了解哪些设备可用，哪些设备需要补充，以及监控生产状态并预测何时需要维护。这将进而减少宕机时间并延长设备的使用寿命。以此为抓手，数字孪生可以帮助识别供应链中的潜在问题和瓶颈，从而及时进行干预以防止运行的中断。例如，与军事供应链有关的主要问题之一是需求波动，即需求情况和/或预算的变化。军事供应链可能面临订单的大幅波动，在快节奏和不可预测需求的推动下，从几个零件的订单迅速变为大笔订单。考虑到这一点，军事供应链将受益于数字孪生的辅助，以实现端到端资产可见性，从而确保物资供应以正确的时间到达正确的目的地[6]。换而言之，数字孪生可以通过提供关于关键军事物资（食品、燃料、武器、装备和备件）位置和状况的精确和最新信息向决策者提供支撑，使其能够迅速作出反应以满足作战需求。在欧盟之外，可以发现许多数字孪生用于改善库存管理、维修和维护军事装备的例子，其总体目标是优化军事行动。例如，美国陆军已开发其供应链的数字孪生平台，称为全球作战支撑系统-陆军（Global Combat Support System-Army，GCSS-Army）。全球作战支撑系统-陆军是一个基于网络的后勤信息系统，可提供实时的库存水平、运输状态和交付时间可见性。它已经在各种军事行动中进行了实战测试，例如在伊拉克和阿富汗的军事行动中，在其中它有助于减少美国武装部队庞大作战供应链中的冗余。数字孪生的另一个案例是美海军的“虚拟舰艇（Virtual Ship）”项目，该项目提供有关海军舰艇系统和作战的实时数据。这使海军能够优化其维护和维修计划，主动发现潜在问题并减少宕机时间。

数字孪生依赖于及时可靠的数据提供来确保进行准确的供应链仿真并允许建立有意义的仿真场景，应建立特定的组织和法律框架，以确保供应链中的所有关键利益攸关方共同承担数据质量的责任，尤其是当数据必须跨境共享时。然而，军事供应链管理中的数据质量可能由于多种多样的原因而发生变化，例如供应链的复杂性、数据来源的多样性以及与（保密）数据共享和集成相关的挑战。事实上，军事供应链涉及众多的参与者，包括制造商、供应商、物流供应商和最终用户，每个参与者都有自己的数据系统和流程，并且经常在战区或灾区等具有挑战性的环境中工作，这将会影响数据的质量和可用性。法律框架还将为解决与数据质量问题有关的争议提供基础，并规定对未能达到数据质量标准或违反数据管理相关协议将受到的处罚。最后，数据孪生平台还将鼓励在整个供应链中采用确保数据质量的最佳实践和标准。这有助于确保各方都能获得准确可靠的数据，对军事供应链管理的有效决策和高效运行至关重要。

2.2. 仿真

在危机管理中，关键活动能力（例如供应链的弹性）需要经常接受定期的危机演习和测试检验。这可帮助军事规划人员根据仿真结果作出明智的决定，制定应急计划并评估其有效性，从而为潜在的中断做好准备。然而，这些演习存在许多不足，降低了其在庞大军事供应链中应用的效率：除其他不足外，这些演习频次不够高、可调节性不足，演习的门槛太高、并且非常昂贵。在功能齐备的数字孪生平台中，物理世界中的变化可以直接转化到其虚拟副本上。通过传感器、军事物联网和通用信息技术系统提供的数据质量越高，数字孪生将越精确，其准确提供当前状态快照和支撑仿真的能力就越强大。

通过整合危机管理与数字孪生，军事决策者可以从博弈论决策中受益，从而改善态势评估，促进多行为者和跨领域决策，并增强各种公私利益攸关者之间的协调。除了这些宏观层面优势外，还可以运行危机仿真来测试数字环境（其中涉及供应链的某些部分）本身具备的弹性。仿真网络攻击及其所能造成的供应链中断，可以应对此类威胁准备特定的策略和协议，以尽可能降低影响。拥有数字副本并测试不同的场景，可以快速发现异常并检测现实是否与之前测试过的一些场景相匹配。从此意义上说，数字孪生有可能通过学习攻击者的行为来防止网络攻击，并提高整个供应链抵御网络入侵和恶意软件的安全性水平[7]。

2.3.关键支撑技术和数据基础设施

分布式的数据处理方法（如“边缘计算”）是基础，以便为数字环境提供必要的数据流。边缘计算在军事环境中并非一个新概念，其已经成功应用于诸如航空领域，与人工智能等技术结合，通过打造信息优势来获得军事优势[8]。这已经通过F-35实际案例得到了验证。F-35具有独特的能力，可通过在飞机编队之间创建网络，将每架飞机处理的信息组合成为一致的态势感知和威胁评估信息流，边缘计算可以扩展到整个供应链环境中，实现前所未有的数据驱动型战略决策和长期政策制定。在这样的环境中，即使供应链中的一个节点中断，其他节点仍可以继续运行并提供关键数据。

边缘计算和分布式计算性结合，现有的数据空间行动可以成为在数字孪生环境中汇集必要数据应用的关键推动因素。预计在未来几年内，欧盟委员会将成功地领导在多个领域启动“共同的欧洲数据空间（common European dataspaces）”，包括制造业和供应链或单一欧洲天空（Single European Sky），这显然具有支持军事互操作性和协调的潜力[9]。总而言之，边缘计算和数据空间的结合可以创建一个更加广泛分布和具有弹性的供应链生态系统，可以既在边缘处理和分析数据，同时又被集成到管理整个供应链的集中式平台中。数据收集和处理的分散化可以使数字孪生更加敏捷和具备可行性。通过使计算能力更接近数据生成点，边缘计算可以减少延迟并提高数据处理速度。此外，这种方法有助于发现与数据泄露和网络攻击相关的新风险并缓解现有风险影响，这是军事供应链管理面临的主要问题。

此外，通过增强数据可用性和计算能力，与先进可视化技术的逐步集成可以进一步支撑军事供应链流程的优化，并有助于限制冗余。工厂和军事仓库中的混合现实（MR）或扩展现实（XR）应用程序可以提供逼真的仿真环境，允许用户与虚拟对象和数据实时交互。例如，MR/XR应用程序可用于仿真军事仓库中装备和物资的摆放布局，使用户能够测试不同的场景并优化布局以实现最大效率。此外，这些应用程序可用于仿真工厂中的装配线和物流操作，使用户能够发现瓶颈，改进工作流程并优化资源效率[10]。

2.4. 欧洲合作

诸如“共享备件（Sharing of Spare Parts）”（旨在管理各国间的装备和武器系统备件）等计划在促进成员国间军事采办和维护领域合作方面已经被证明发挥成功作用。最近，欧盟委员会通过了一项法规提案，拟通过共同采办法（Common Procurement Act）（2022—2024年）强化欧洲国防工业基础[11]，该法案已被用于共同采办对乌克兰的支持。更前进一步，数字孪生可用于在不同军事单位和组织间共享数据和加强协作[2]。这将改善沟通和协调，从而实现更有效的供应链管理。通过运行数字孪生，军事组织可以促进共享数字平台建设，提供对整个军事供应链的实时可见性。除了为所有利益攸关者提供通用作战态势图（common operating picture）并有助于减少重复工作外，以该方式应用的数字孪生还可通过提供安全信息空间来促进敏感数据共享。在高级加密和访问控制的支撑下，数字孪生可以确保只有授权人员才能访问敏感信息，同时实现协作和信息共享。

数字孪生已经被用于改善参与制造流程的不同团队间协作和协调。通过创建制造流程的数字孪生，设计师、工程师和生产经理可以更有效地协同工作，以优化生产进程并降低成本。通过将数字孪生集成到军事供应链中，将有可能创建军事物流和供应链系统的虚拟副本，包括运输网络、仓库和配送中心。因此，来自不同单位或分支机构的军事后勤人员可共同努力来优化物流和供应链运行。展望未来，数字孪生可以促进协作，反之亦然，数字孪生可通过欧洲层面的合作和协调来得到改善。为确保及时的数据提供，可建立特别系统，以便在安全和可信的环境中共享数据。为此，可以在欧洲层面开发军事供应链数据湖和国防数据空间，并使其成为数字孪生的支柱，将行业、政府和军事组织紧密结合在一起。

欧盟可通过多种方式支持数字孪生的发展。欧盟（亦可通过欧洲防务署）可以向数字孪生技术的研发提供资金和资源支持。这有助于在冲突性场景中加速数字孪生解决方案的开发和部署。数字孪生的技术配置必须包括明确的数据互操作性方法，这是数据共享的本质，以确保其在不同行业和部门之间具有互操作性和兼容性。这意味着重用现有的标准和格式，以确保与其他计划（例如部门数据空间）保持一致。此外，欧盟还可投资于教育和培训计划，以发展设计、开发和运营数字孪生解决方案所需的技能和知识。例如，这将有助于构建一支有素质的劳动力队伍，以确保数字孪生满足高度的网络安全要求。数字孪生依赖于连接和数据交换，因此容易受到网络威胁。

3. 跨领域的适用性

数字孪生的相关性还在于其跨部门性质和适用性。在跨军种方面，通常有多个系统需生产或运行相同类型组件的情况。例如，当同一种微型芯片用于生产部署在不同场景下的舰艇、飞机和坦克或相似类型弹药火炮瞄准/制导系统时，就属于这种情况。后者的一个案例是紫苑导弹（Aster missile），它可以由不同的发射平台操作，如FREMM护卫舰或SAMP/T防空陆地系统。掌握生产过程、库存和军用物资位置的最新视图，就可以根据需要在可互操作系统之间重新部署这些物资，满足急迫需求，同时允许制造商及时补充库存。这将在常规军事和联盟行动发挥特别效用。这些行动中，不同国家的大规模军事物资汇集使库存和制造商面临压力。紧急情况出现突显了生产和供应链能力中广泛存在的深度问题，这些问题本可通过准确和数据驱动的仿真先见地发现。 

除纯粹军事层面应用外，旨在支持军事供应链的数字孪生还需要从制造业、物流服务和关键服务提供商（例如能源）方面收集数据。例如，欧洲许多战略领域制造商都依赖关键原材料和中间产品的供应来进行生产。这其中包括如锂、半导体和微芯片，它们不仅对军事系统至关重要，而且对日常生活中使用的车辆或电子医疗设备等的常规生产也至关重要，在危机时期尤其至关重要。这也符合欧盟的最新政策，例如“关键原材料法（Critical Raw Materials Act）”，该法案明确规定需要确保欧洲工业的安全和原材料的可持续供应，这是绿色转型的核心，以及总体上确保欧洲在世界层面长期的竞争力和自主性[12]。

需保持最低水平的战略生产能力，以确保关键货物的供应链持续受到监测和多样化。数字孪生将使欧盟能够对主要制造商和关键服务的供应短缺和削减进行仿真，并采取预防性行动，为不间断的供应链制定应急计划。

能源（包括能源网和燃料）是关键供应链的另一个案例，应对其加以监测，以确保在发生自然或人为灾难事件时军事设施和系统的可操作性不会改变。然而，还有其他关键基础设施必须保持运作，不仅包括医院或政府大楼，还包括从弹药厂到食品加工厂的初级产品生产线和运输。与能源供应相关的数字孪生已经存在，用于为决策提供信息并支持能源短缺响应。将能源供应数据汇集到更广泛的安全层面，将能够扩大数字孪生的应用范围并支持军事和民事准备和复原能力。因此，很明显，开发数字孪生所需的基础设施也可以在和平时期继续使用，并用于解决和预防与军事层面相关的具体问题。

4. 结论和建议

考虑俄罗斯在乌克兰的特别军事行动所带来的作战经验教训，欧盟军事委员会主席罗伯特·布里格（Robert Brieger）将军强调，“与作战方面相比，后勤通常被认为是次要的，（但这次行动）再次证明了后勤对战争的关键影响：坦克耗尽燃料的镜头、数公里长的车队停在街边、士兵寻找食物，这些充满冲击力的图像将充斥历史书” [1]。在此方面，军事环境中弹性和高效供应链的重要性怎么强调都不为过。本文建议采用数字孪生，通过减少冗余来提高供应链的弹性和效率，这是包括军事供应链在内的所有供应链固有的特征。特别是，本文研究表明，通过利用数字孪生的实时监测和分析，结合创新的危机仿真，以及利用协作战略和数字孪生与其他关键支持技术和数据基础设施的组合部署，是可能的。

本文讨论的解决方案包括创建与迄今为止实施的规模相比更广泛的数字孪生，这其中包括汇集大量数据，这些数据可用于支撑在冲突时期和和平时期监测供应链流程，以提高准备性和复原力。这是通过监测关键货物的生产、运输和库存的数字生态系统来实现的，该生态系统汇集了来自各种来源的数据。目前尚未达到所需规模的数据量或仅有部分数据可用，因此建议通过欧盟目前正在多个领域推出的欧洲共同数据空间增进协同作用。这也将允许建立一个“模块化”数字孪生，可以访问特定的数据空间来检索数据。出于以下原因，这将是有益的：一是以所需的质量/颗粒度级别获取数据；二是受益于已经就绪的治理和安全要求；三是充分利用分布式计算能力。

考虑到当前的发展状态以及高质量数据可用性和计算能力的预期增长，可以合理地预测此类数字孪生解决方案将在未来二十年内逐步得以发展。在计算能力方面，目前的能力已允许数字孪生不仅可以对当前环境进行准确的描述性分析和进行预测建模，还可以用于场景规划和仿真。然而，真正的目标是通过控制中心的人工智能实现基于实时数据集成的卓越运行，并可能与基于混合现实或扩展现实的高级数据可视化同步。

与此同时，在数据可用性方面，应在技术和政策方面尽最大努力促进解决主要问题。到这个十年的末期，在民用方面，可以预期第一个共同的欧盟数据空间将投入使用，并提供对描述性分析和预测建模有用的数据。在军事方面，如果各国（单独或合资企业）通过汇集来自仓库和军营、维修和训练站点、港口/机场/导弹站点等的数据来开始建立自己的数字孪生，则可以实现相同的能力。接下来可通过引入国防工业的数据来扩展供应链数据流。其结果将是一个“国防数据空间”，可与其他欧洲共同数据空间（例如制造业）衔接起来，以补充虚拟供应链，提供有关其他商品（例如医疗用品）、能源和原材料可用性的进一步数据。

原文链接：

https://www.pwc.be/en/fy23/documents/the-strategic-promise-of-digital-twins-to-enhance-supply-chain-resilience.pdf

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原文始发于微信公众号（CNCERT国家工程研究中心）：译文 | 发挥数字孪生潜力增强供应链弹性的战略前景