数字孪生在军事供应链可视化中的实施和应用

关键词：数字孪生，军事供应链，可视化，跟踪，监控

军事供应链（MSC）的复杂性质要求军队有效监控补给，并及时做出决策以确保战斗行动的成功；尤其在面临由恶劣气候和恐 怖分子袭击等导致的供应链意外中断时，这一点十分重要。这就迫使军事后勤规划者不得不重新设计供应网络，以更加主动地模拟、跟踪和汇报一切供应链活动。由此可见，引入端到端供应链可视化的概念可帮助供应链变得更加透明。为实现这一概念，军队使用了射频识别、新一代无线通信和无线联网协议等技术，然而，网络安全问题、信息显示不完整问题以及其他技术挑战的存在，使得这些技术并不足以保证有效的端到端可视化。而可视化对供应链又十分重要，可帮助减少货物被盗或丢失的情况、替换运输中的货物以及建立消费者信心。

近来，数字孪生的引入加强了供应链的可视化。这一概念由多个数字技术赋能，如物联网、云计算、应用程序编程接口（API）、机器学习、增强和虚拟现实等。这些技术不但能够加强供应链的可视化，还能够提供实时供应链洞察，从而使后勤人员有信心从全方位控制供应链。供应链数字孪生是一个可在任何时间点显示供应网络状况的模型，可为端到端供应链可视化赋能，并提高供应链弹性和应急计划可用性。学者胡赛尼、伊凡诺夫和杜尔基指出，数字孪生可用于监控供应链的“运输、库存、需求和能力”，从而为规划和及时决策赋能。

在军事领域，数字孪生技术凭借其可生成经济高效的解决方案，以及提高有效性和质量的能力优势，在一众新兴技术中脱颖而出。时间是军事的关键要素，数字孪生技术将帮助改善系统、支持决策者，以便在有需要时快速做出判断。

本报告旨在探索数字孪生技术在军事供应链中的应用情况和优势。报告将说明哪些领域已开始应用数字孪生，以及哪些领域需要未来进一步的关注。

频射识别是一个集成了电路芯片和天线的小标签，可响应由频射识别阅读器发射的无线电波，从而实现对数据的传输、处理和存储。频射识别在二战期间首次被投入使用，当时，无线电波被用于检索同盟国储存在标签里的信息，以确定军用飞机是敌是友。而后，这项技术被用于其他领域，以自动实现产品认证和商品跟踪，解决或减少由管理失误或因供应链薄弱环节被攻击而带来的负面影响。频射识别可通过无线电波赋能供应链可视化，在运输节点识别自动标记的物品，并确保信息被采集。军队使用频射识别来定位和指导货运，并自动识别和定位后勤供应。

以2001年的伊拉克冲突为例，根据美方官员的说法，当时来自卫星、频射识别和其他系统的信息对资产跟踪和可视化提供了极大的帮助。《伊朗地区军事后勤系统对通用技术的应用》一文对频射识别和其他通用技术在伊朗地区驻军供应系统中的应用进行了研究，研究结果显示，频射识别等技术提升了供应系统的信息准确度、速度和处理效率。然而，《频射识别在供应链管理中的战略价值》一文指出，采用频射识别需要面临的挑战包括技术风险、条形码普及和隐私等。其他挑战还包括技术、通畅度、基础设施问题和条形码转换为频射识别电子标签等。图1展示了使用频射识别跟踪军事资产的流程。

新一代无线通信又称无线传感器网络，由美国陆军后勤创新局发起，目前被美国防部用于在海外后勤行动中跟踪和监视军事物资和装备的补给。该网络的其他应用包括监视友军、装备和弹药，即指挥官可持续监视友军状态，以及战场上装备和弹药的具体情况和可用性。无线传感器网络的覆盖范围半径为20英里，比射频识别更大，且传输速度更快，安全程度更高。然而，该技术受到低能耗通信网络、储存空间或计算能力、可扩展性等的限制，并存在延迟问题。图2展示了无线传感器网络的军事应用。

无线联网协议是该技术的商业名称，电气与电子工程师协会将其官方名称定为长波长识别（LWID）。无线联网协议技术可提供可视化，因此除跟踪产品外还能够提供更多其他信息。由于无线联网协议的读取范围更广，读取精度更高，且电池寿命更长，即使在水、金属等不利环境中，使用该技术也能够进行信息读取。

美国海军与洛克希德·马丁公司和可见资产公司共同开发了新的武器维护系统，该系统称为“无线联网协议武器射击计数器”，可远程管理、诊断和跟踪武器和弹药，为海军节省了数百万美元。《改进加拿大武装部队供应链网络的过境和战区资产的可视化》一文展示了加拿大武装部队供应链网络的资产可视化、跟踪和监控的综合模型。然而，无线联网协议技术读取速率较低，不适用于供应链网络。图3展示了部分无线联网协议标签。表1总结了以上三项技术各自的局限。

2003年，格里夫斯首次在密歇根大学的产品生命周期管理课程上提出了数字孪生概念。2011年，美国国家航空航天局开发出了第一个可用的数字孪生模型，通过数字模型来执行分析和模拟，从而预测飞机结构性能（见图4）。数字孪生是沟通物理世界和数字世界的桥梁，只需一个接口，使用者就能够了解数据和智能结合过程的过去、现在和未来。在实时数据的帮助下，数字孪生能够进行模拟、优化并预测潜在结果。由于只要调整参数值就能够进行场景测试，因此数字孪生可在数字环境中做出多次预测，相比之下，在现实世界中的实验次数极其有限。

军方有多个方法可保护其供应链、改进各种环境下的预测，其中之一就是获取更好的端到端可视化。为此，军方可创建一个数字孪生模型，将供应链可能的中断情况可视化以改进决策流程。军方未来将会使用多个技术，而数字孪生技术作为其中之一，将为其提供经济高效的解决方案，并提高决策有效性和质量。就像《数字版国防是一个镜像世界》一文指出的那样，在实时跟踪人员、装备、武器系统以及水、食物、燃料等物资方面，数字孪生的应用为军事行动提供一种一切准备就绪的感觉。美军还尝试使用数字孪生能力来验证其半导体产业供应链的完整性，以更好地保护其半导体产业。

物联网指物体与网络之间的连接，旨在通过嵌入式系统进行交互，实现人与设备或设备与设备之间的通信。只要设备拥有所需数据，传感器之间就能够实现通信。传感器可赋能数字孪生对物理试题进行分析和计算。物联网促进了军事供应链端到端资产的可视化，保证了补给能在正确的时间到达正确的地点，帮助决策者获得关于关键军事物资（食物、燃料、武器、装备和备件）所在地点和当前状况的最新准确信息。

机器学习是结合了计算机科学和统计元素的计算机系统，可通过学习自动改进其性能。机器学习架构可创造一个数字孪生，从而利用实时数据在预测性分析的帮助下进行分析和决策。

云计算允许共享网络访问属于第三方的计算机资源，且允许用户从任何位置访问资源。这些资源包括数据存储、数据库、计算能力、数据分析处理等。云计算的优势在于用户无需拥有提供庞大储存空间的硬件，但需要为其所使用的服务付费。

应用程序编程接口允许数据库、网络和物联网传感器等应用程序之间进行交互。因此，数据可在云、设备和其他系统之间有效传输。然而，使用公共应用程序编程接口连接存在安全风险，2015年与个人电话号码有关的Facebook帐户遭泄露就体现了这一风险。

虚拟现实技术可模拟真实世界创造出虚拟世界，而增强现实则为真实世界提供信息层。这些技术可提供一个可视化平台，通过2D屏幕或3D设备使人们能够对数字孪生进行检查。物联网、云计算、应用程序编程接口以及机器学习为创建数字孪生而提供和处理的数据，可通过增强和虚拟现实及时可视化。图5展示了数字孪生技术的赋能过程。

供应链数字孪生可基于数据对物理供应链的决策提供支持。数字孪生在任何时间点都能够镜像反映物理供应链的实际运输、库存、需求和容量数据等，可用于供应链规划和实时控制。通过仿真、优化和数据分析等一系列技术，军方可创建供应链数字孪生模型（如图6），该模型将始终实时展示供应链网络的状态。在军事领域，数字孪生可用于飞机生产过程中的新模型测试、装备故障预测，并缩短武器和飞机的制造时间，维护硬件以及协助紧急决策等。表2总结了数字孪生技术在军事领域的应用。

数字孪生技术潜能巨大，可保证整个供应链流程的端到端可视化。只要使用实时数据，数字孪生就永远紧跟事态发展，映射物理流程的条件或状态。数字孪生由物联网、云计算、机器学习、应用程序编程接口以及增强和虚拟现实等技术驱动，可协助实现流程的可视化和分析。军队可通过创造数字孪生来获取供应链的端到端可视化，从而改进预测，确保在供应链中断时可及时做出决策，最终保护供应链。然而，尽管数字孪生展现出了巨大的潜力，但依旧少有文献研究数字孪生在军事供应链端到端可视化中的实际应用。因此，本报告建议未来应加强对军事供应链领域数字孪生的研究，以实现供应链端到端可视化，有效管理供应链意外中断的情况。