下面将从工程师的角度概述数字工程（DE）在系统设计、开发和测试中的演变，并就国防部如何最好地利用DE来加速部队现代化发展和过渡提出意见。除了将数字工程作为一种营销工具外，本文还概述了数字工程在国防部特有的具体实践领域中可以支持更好的结果。

国防部面临的挑战是，获得足以回答生命周期问题的基于知识的数据整合，包括:

• 当前已经部署的系统或正在开发的系统如何支持近期任务？

• 更换遗留系统中的子系统对性能和成本有什么影响？

• 当今的设计决策如何影响系统的维持和操作的可用性的？

现在有各种各样的与DE相关工具。工业界和国防部使用的商业工具包括：用于系统需求的动态面向对象需求系统(DOORS)、用于系统性能和任务模拟的空军标准任务分析工具（AFSIM）、卫星工具包(STK)和矩阵实验室(MATLAB)，以及用于系统设计和开发的Altium Designer、PADS(powercbb)、OrCHAD、基于模型的协作系统工程(CAMEOTM)和RAPSIDY。

国防部开发的工具包括：为独特的任务要求而修改的商业工具和各军种的任务维护和维持工具，如计划维护系统管理信息(PMSMIS)(海军)、标准陆军维护系统增强版(SAM-E)(陆军)和战术临时CAMS和REMIS报告系统(TICARRS)(空军)。

数字工程是一门快速变化的系统工程学科，它将工具产生的数据集集成到通用环境、过程和方法中，以做出有效的工程和项目决策。目前DE在不同程度上用于技术转移，产品设计、开发和生命周期管理在商业和政府市场上竞争。国防部只是在最近才考虑加速DE原则，以支持新的系统现代化工作，这些努力包括804系列高超音速原型机和地基战略威慑(GBSD)计划。

在实践中，DE寻求在所有生命周期阶段提高工程实践的效率，并减少硬件和软件产品中的错误。并为克服这些障碍提供了具体的采购和工程方法、流程、文化和结构支持技术建议。通过在整个国防部全面接受和实施DE，国防部将能更好地实现国防战略（NDS）中定义的同行竞争目标。

DE工具和技术性质上是不断改进的，是工程实践的基础。数字环境中的工程利用了计算机和数据处理技术的不断进步，这反过来又带来了越来越复杂的性能、设计和分析工具，这些工具可以很容易地结合通用标准和接口。DE开发的工具有其局限性；要理解这些，就必须理解因果关系在工程实践中的应用。工程中的因果关系被定义为一个事件、过程、状态或对象对另一个事件、过程、状态或对象的产生的影响和理解；本质上，原因对结果负有部分责任，而结果部分取决于原因。

在实践中，当未知因素导致工程设计的不确定性时，因果关系就显现出来了。因此，要取得成功，所有工程开发，无论是桥梁、半导体器件还是复杂的航天器，都必须充分了解所有原因及其对设计的后续影响，以及它们与被充分理解和定义的功能或任务的关系。这种工程实践的基本概念是整个行业所有研究和开发的基础，并推动了不断改进当今使用的DE工具和技术的努力。

图1.0描述了当前应用于典型复杂电子系统/任务开发的DE的局限性。当设计达到足以在系统中实现的技术精度时，用于设计从半导体水平到子装配的电子设备的DE工具和技术（硬件和软件）是非常成熟的，导致硬件/软件的错误水平很低。在子系统层面，DE工具和技术不那么精确，需要针对具体的实施进行优化，需要具体的工程努力来确保与终端系统的整合。在复杂的系统和任务层面，许多系统性能的未知数造成了高度的设计不确定性，需要开发系统和任务专用的DE工具和技术，以便能够满足预期的最终性能。

在商业市场上，强烈的行业竞争推动了对DE系统/任务级工具的主要投资。然而，对于国防部的要求，系统和任务方面是由国家之间的竞争所驱动的，这需要国防部的工程领导力和投资于成熟的国防部系统和任务特定的DE工具。为了应对快速现代化的中国威胁，通过DE工具和技术发展国防部拥有的动态任务理解，对于成功部署竞争能力至关重要。

正如最近的大流行疫情危机所证明的那样，美国再次表明，在拥有创新型技术人员和研究人员方面，我们继续领先于世界。为了确保强有力的领导地位，国防部研究和技术企业由许多委员会、专门小组、利益集团、研究机构/中心和实验室管理和指导。相比之下，特别是自冷战结束以来，国防部工程企业缺乏类似的强有力的治理委员会、小组和监督团队。

几十年来，工程策略并没有在整个部门中得到协调，而是在各部门中作为孤立的社区存在，削弱了部门的工程专业知识和权威。此外，国防部在将新兴技术转化为真正的系统和任务能力方面遇到了挑战，而我们国家的同行竞争者的步伐也是如此。因此，了解国防部内工程实践的现状，对于开发这些挑战的解决方案，以及如何应用DE来应对这些挑战至关重要。

从20世纪60年代开始，国防部开始接受一些管理原则，这些原则强调项目管理，而不重视工程领导和技术判断，强调成本控制而不重视技术创新。这种趋势随着时间的推移而不断加强。今天，这种理念渗透到整个国防部的开发组织中。因此，各军种和作战司令部的工程能力、权力、实践和政策有很大的不同，这导致了项目绩效的不平衡，并限制了政府雇用和留住顶尖工程专家的能力，而这些专家是将设计原则推进到现代化项目中所需要的。

通过企业开发和在整个军种中使用DE工具和技术，可以很容易地支持国防部加快现代化努力，以对抗同行对手的主要系统和任务能力。关键的DE企业要求包括:

1.提供对系统应对不断变化的威胁/任务的能力的持续评估。威胁是不断变化的，国防部必须能够不断地评估当前和未来的系统及其能力，以满足不断变化的威胁。一个DE环境将促进必要的综合跨服役和动态任务分析，这对支持需求开发和批准过程是持续的。

2.减少设计实施错误，以提高国防部设计审查（SRR、PDR、CDR、TRR等）的质量。数字工程环境将提高工业界为支持正式设计审查而产生的数据的质量和完整性，其格式使政府在CDR时对系统的可展示的任务能力有很高的信心。

3.为持续的技术转移到系统中消除障碍。一个政府拥有的、对所有正在开发的系统进行证实并使用共同标准和接口的DE将很容易与国防部的服务和联合任务DE能力对接，以迅速确定具体的技术插入任务效益。

4.支持政府成为系统集成者和维护者的能力。政府拥有的DE方法将为所有开发计划创建统一的架构和系统标准和要求，以便任何政府或行业提供商都可以集成和维护交付的功能。

国防部在整个联合部队中加速DE要求的最佳方法是引入并强调工程管理、员工发展和工程实践的重要性，这些已经在私营企业中已经发生。小型初创企业在空间能力方面的快速进步，包括较低的入轨成本，以及在高速通信、传感和在轨服务方面的新的空间服务，都有可能在空间设计方面取得进展。

为了实现国防部的这些快速进步，需要各部门的工程学科紧密结合，包括任务开发、原型、系统设计、测试、培训和在高级工程专业人员领导的统一管理模式下的实地应用。65年来，国防科学委员会（DSB）一直在提供技术分析和报告以帮助管理国防部的技术投资战略，但根据章程，它并不代表国防部的工程实践。根据这一经验，我们建议在美国国防部长的领导下建立一个国防工程委员会（DEB），以领导技术转移和系统开发，并行使真正的工程权力，这将大大有利于实现理想的NDS。

国防工程委员会（DEB）具有以下结构和权限，将实现国防工程的好处，并加速国防部的技术开发和任务插入:

• 国防工程委员会(DEB)主席:一位经过验证经验丰富的工程师，有固定的6年任期，以保持连续性，通过严格的政府和行业支持的认证程序进行审查。

• 人员配备:由工业界和政府的工程师组成的团队，执行有限期限的非采购任务，以培养国防部工程的新思想和创新。

• 职责:

  -监督国防部的所有工程政策和实践，包括国防部长办公室(OSD)和服务工程组织结构，以确保整个国防部企业的工程实践和能力是一致的；

  -在整个国防部提供一个矩阵工程报告和监察员结构；

  -解决雇用和保留政策和监管障碍，以便更好地交叉利用政府和行业的工程技能；

  -制定创新的试点计划和项目，并在各部门一致实施，以证明DE目标和概念，以及根据国防部和美国国会的要求，提供项目和OSD/服务工程组织的工程评估。

这一拟议的国防预算结构和权限将为国防部和国会提供一个技术上合格、全面、明确的方法，并生成支持性指标，以便能够衡量该部门的企业工程能力的进展和其实现国防战略（NDS）现代化目标的能力。

为了取得更好的结果，国防部需要真正改变工程实践，利用数字工程（DE）是最重要的。数字工程包括工业界在技术转换、产品设计、开发和生命周期管理中使用的基本工具、技术和流程，以便在商业市场上竞争。数字工程可以成为国防部的一个强大工具，因为它满足了国防战略(NDS)的要求。

为了加快目前部队现代化的步伐，需要开发针对国防部任务/系统的DE工具和技术，并且只有通过改善整个联合部队的企业工程实践才能实现。为了实现国防部的跨企业工程方法，需要工程管理和支持机构，正如国防工程委员会（DEB）所设想的那样；该委员会由我们国家所能提供的最好的工程人才组成，并与工业工程创新紧密结合。