當前，面對技術、市場以及供應鏈等多重挑戰，在軟件定義、數據驅動、數字孿生、大數據、人工智能及元宇宙等技術加持下，裝備制造企業不斷采用新工藝、新材料，以新模式推動產品快速創新。企業積極關注并探索數字化轉型路徑，實現數字技術與工業技術、管理技術的融合，推動產品工程和企業管理工程的不斷創新，驅動企業數字蝶變，支撐企業從傳統運行模式向數字化模式發展，建立數據驅動的企業運營融合創新。從而帶動企業高效率、高效益以及高質量發展，提升企業面對復雜競爭環境的持續競爭力。

盡管裝備制造企業數字化轉型得到廣泛關注，但是對數字化轉型認識、數字化轉型機理，以及數字化轉型應用支撐方面的研究和實踐還不充分。本文主要結合裝備制造企業需要，分析企業數字化轉型的特點，提出裝備制造企業轉型數字化能力體系及其應用支撐平臺框架，為裝備制造企業數字化轉型提供探索。

１?企業數字化轉型概念與框架

1.1?企業數字化轉型概念

企業數字化轉型是從以物理空間為運行載體的企業運作模式向以物理空間與數字空間相融合為載體（即物理與數字空間融合載體）的數字化運作模式轉變，基于物理與數字空間融合載體構建企業運行基本勞動力、物資、資金和信息要素，形成產品數字化研制、數字化科研生產管理和數字化企業經營管理等關鍵支撐體系，實現市場敏捷響應、生產精準有序和管理穩定高效的企業運行狀態。

圖 １? 裝備制造企業的數字化轉型運行模式

裝備制造企業的數字化轉型運行模式如圖 １ 所 示。傳統的企業物理空間依然有效運作，而在企業數字空間將以數據和模型為基礎，圍繞產品數字化、產品工程管理活動數字化、科研生產管理活動數字化及經營管理活動數字化等關鍵過程和活動的數字化，在企業數字空間建立支持產品規劃論證、研發設計、生產制造、試驗測試、服務保障，以及企業科研生產管理和經營管理活動的數字化運行環境。并逐步將企業運行的勞動力、資產、環境和資金等要素數字化，形成員工數字化、資產數字化、環境數字化、標準數字化和制度數字化等關鍵數字化要素，最終全面建立數字化企業生態。文獻提出的流程與標準、模型與數據、工具鏈，以及人才隊伍組成的數字化工程生態將是企業數字空間中產品工程的重要部分。

1.2?企業數字化轉型能力支撐框架

依據對企業數字化轉型的理解，可以認為企業數字化轉型就是重構企業業務運行基座和運行框架，建立適應企業數字化運作模式的運行要素，實現其模型化表達，構建其數字連續性能力體系。企業數字化轉型能力支撐框架如圖 ２ 所示。在企業數字化轉型能力框架中包括對象數字化能力、企業數字連續性能力，在兩大能力基礎上，構建數據與模型驅動的企業數字化運營體系，支撐企業關鍵業務場景的運行，實現企業的數字化轉型。

圖 ２? 企業數字化轉型能力支撐框架

1.2.1?企業運行關鍵要素對象的數字化

企業運行關鍵要素對象的數字化就是利用軟件定義對象，裝備制造企業運行關鍵要素對象的數字化如圖 ３ 所示。圖 ３ 中，ＤＭ、ＤＳ、ＤＴ 分別為數字模型（ＤＭ） 、數字鏡像（ＤＳ）和數字孿生（ＤＴ） 。

圖3 裝備制造企業運行關鍵要素對象的數字化

企業運行關鍵要素對象包括產品、過程、企業和產業鏈四類。其中，文獻指出產品數字化和過程數字化是數字化工程生態的關鍵。產品數字化是通過產品建模、模型管理（覆蓋產品全生命周期ＲＦＬＰＰＭＳ，即產品的需求（ Ｒ） 、功能（ Ｆ） 、邏輯（Ｌ） 、物理（ Ｐ ） 、工藝（ Ｐ） 、制造（Ｍ）及服務（Ｓ） ）和數據關聯與優化等手段，實現產品總體、分系統和單機等產品對象的模型化，形成符合產品工程需要的不同視角的產品模型，以支持模型驅動的產品創新研制。過程數字化采用活動建模、流程管理和流程優化技術，實現貫穿產品體系論證、產品設計、產品加工和交付運維等全生命周期技術活動的數字化，涵蓋企業經營管理活動和科研生產管理活動的數字化，支持流程驅動的柔性過程管理。

企業數字化則通過企業要素建模、建立數字化組織機構管控、供應鏈管控和企業經營決策模型等關鍵經營管控模型，實現企業運行優化，支持基于數據驅動的企業數字化運營。產業鏈數字化則通過產業伙伴建模、產業鏈定義和模型優化，支持價值驅動的數字化產業鏈構建。

關于對象的數字化能力水平，文獻給出數字模型（ ＤＭ） 、數字鏡像（ ＤＳ）和數字孿生（ ＤＴ） 三個層次，本文將產品、過程、企業和產業鏈的數字化分別區分為 ＤＭ、ＤＳ 和 ＤＴ 三個層級。其中，數字模型（ ＤＭ）僅建立物理對象的數字化描述和表達，物理對象和數字模型的信息交互為手工方式；數字鏡像（ＤＳ）在數字模型基礎上實現了模型從物理對象自動獲取數據，但是無法將信息反饋到物理對象；數字孿生（ＤＴ）則在數字鏡像基礎上，與物理對象實現雙向自動化信息交互，達到虛實融合的一體化真實逼近。

１1.2.2?企業數字化運行的數字連續性

數字連續性是基于文件連續體理論提出的，旨在解決文件連續體框架內的信息保管和利用能力問題，即數字連續性主要提供信息長久保存和在信息持續運動中的信息管理能力。

圖 ４? 業務與數據連續性示意圖

本文所指的企業數字連續性是指在數據驅動模式下，企業業務人員、企業部門、外部單位和外部伙伴在任何時候均可及時獲取、使用一致版本的企業相關數據與模型，快速開展企業產品創新、價值創造和提質增效等活動的能力。企業數字連續性包括業務連續性、數據連續性和技術連續性。其中，業務與數據連續性示意圖如圖 ４ 所示。圖 ４ 中，ＥＢＯＭ 為工程設計物料清單 （ ＥＢＯＭ ） ，ＰＢＯＭ 為工藝規劃物料清單（ＰＢＯＭ） 。業務連續性、數據連續性和技術連續性描述如下。

１）業務連續性

業務連續性指數據與模型驅動的產品研制、科研管控和經營管理業務高效運行，保證業務人員在“無感方式”下方便獲取信息并處理業務，業務連續性分為產品工程研制業務連續性、科研生產管控連續性和經營管理業務連續性三類。其中，產品工程研制業務連續性指產品研發、設計、生產和交付等各業務環節基于可信、權威數據源，實現模型驅動的設計研發、生產制造和產品交付。科研生產管控連續性指企業圍繞科研生產項目全要素管理要求，實時或準實時從工程產品研發系統、試驗系統和生產系統獲取數據，快速準確把控產品研制的計劃、質量、風險及經費狀態，實現產品研制全級次、全過程精細化實時管控。經營管理業務連續性指在企業經營管理過程中將人、財、物等經營要素與產品和管控打通，實現從用戶需求、產品生產和產品交付等業務環節及時獲取工程、管理數據，保證企業價值主線的各業務環節有序運行。

２）數據連續性

數據連續性圍繞企業創新鏈、價值鏈及資產鏈等多鏈數據的融合，形成企業全集數據的貫通能力，通過數據連續性實現企業全集數據的管理和貫通。

在產品創新鏈維度形成覆蓋產品需求（Ｒ） 、功能（Ｆ） 、邏輯（Ｌ） 、物理（ Ｐ ）和工藝（ Ｐ ）設計的產品數據連續性。

在企業價值鏈維度實現產品訂單、生產計劃、材料與供應、生產制造（Ｍ） 、交付和服務保障（ Ｓ）數據的連續性。

在資產鏈維度實現企業資產的設計、構建、運營與維護等關鍵數據管理，保障企業級數據全鏈的連續、穩定、可靠、可信數據管理與使用，形成覆蓋企業現有應用及未來創新應用的企業級數據“基座” 。

３）技術連續性

技術連續性解決企業多元技術與既有數字資產的融合與共享，為企業信息化設施和資產復用提供技術保障。企業數字化轉型是在大量現有信息化應用成果和經驗基礎上向數字化、網絡化及智能化高階形態發展的過程，需要解決大量異構、多元數字資產和成果的復用性。技術連續性充分利用新一代信息化技術，建立開放、可擴展的技術協同能力。技術連續性包括架構及技術能力要求、業務及運行標準規范要求。其 中，架構及技術能力要求包括企業架構規范、技術選型規范、技術接口規范、工具及產品選型規范等要求，通過架構、技術、接口以及相應的管理規范要求，實現異構技術產品、異構技術應用的繼承、集成、融合和協同，保障系統具有良好的開放性和可持續發展能力。

２?企業數字化轉型應用支撐平臺及解決方案

2.1?企業數字化轉型應用支撐平臺框架

為支持企業數字能力體系的落地，本文提出企業數字化轉型應用支撐平臺架構，如圖 ５ 所示。企業數字化轉型應用支撐平臺架構設置基礎設施及數字化應用基礎、企業級業務建模與集成應用平臺、企業級數據與模型管理服務、企業業務領域應用服務和個性化工程與管理應用門戶 ５ 層結構。圖 ５ 中，ＨＰＣ 為高性能計算機機群，ＣＡＸ 為 ＣＡＤ、ＣＡＭ 和 ＣＡＥ 等技術的總稱，ＥＤＡ 為電子設計自動化。

圖 ５? 企業數字化轉型應用支撐平臺架構

基礎設施及數字化應用基礎包括 ４ 類基礎條件保障，即網絡環境、設備與設施、基礎數據和應用軟件及系統。

企業級業務建模與集成應用平臺基于開放性集成技術與集成框架，提供企業建模系統、產品建模系統、過程建模系統、對象可視化系統、異構應用適配與接口、各類標準規范適配器及低代碼開發系統等，是實現產品數字化定義、過程數字化定義、企業數字化定義和產業鏈數字化定義的關鍵組成部分。其中對象的數字化定義可參考文獻采用的元數據、數據和模型三要素結合方式來實現。

企業級數據與模型管理服務包括：１） 元數據、主數據管理服務；２）企業級全集數據（蓋產品、企業和過程等，如計劃數據、質量數據、人員數據及供應鏈數據等）和模型（如需求模型、功能模型、產品模型和制造模型等）服務；３）對外提供的數據和模型服務接口，即數據連續性管理服務（如數據技術狀態管理、跨模型關聯、跨模型查詢和跨模型追溯等服務） 。

企業業務領域應用服務包括三類主要服務，一類是產品全生命周期業務服務（包括數據驅動的設計仿真、模型驅動的生產制造、模型驅動的試驗驗證和虛實融合的交付保障服務） ；另一類是數據驅動的企業生產管控與經營管理應用服務（如項目管理、質量管理、資產管理、供應鏈管理、資源管理和風險管理等） ；第三類是基于流程與規則的企業級業務協同服務。

個性化工程與管理應用門戶包括面向產品工程師的工作臺和面向企業經營管理人員的駕駛艙兩類，面向產品工程師的工作臺為產品體系論證、結構設計、仿真分析、試驗驗證、生產制造及交付保障等專業業務人員提供服務；駕駛艙為企業經營管理人員提供服務。

2.2?產品數字化應用解決方案

利用模型化、特征化和參數化等技術手段，完成產品的數字產品定義。在產品設計階段采用數字化產品定義（ＤＰＤ）和數字樣機（ＤＭＵ）技術定義產品，最終形成產品數字模型（ＤＭ） 。數字模型（ ＤＭ）成為設計階段產品的主要表現形態，且隨著產品實物的發展，逐漸產生了數字鏡像（ＤＳ）和數字孿生（ＤＴ） ，不同類型的產品數字化對象在產品全生命周期業務活動中通過與實物產品、外界測試設備和環境等客觀條件發生信息交互，實現虛實融合的產品驗證與運維。

基于企業數字化轉型應用支撐平臺，在文獻提出的產品數字空間基礎上，進一步考慮技術連續性、業務連續性和數據連續性支持能力，以及產品研制的跨地域、跨單位和跨法人主體聯合研制條件下的客觀需求，本文構建出圖 ６ 所示的產品數字化應用解決方案。

圖 ６? 產品數字化應用解決方案

在圖 ６ 所示方案中設計了基于云原生技術的軟件引擎與應用運行環境、產品數據與模型管理體系、企業級產品數字化協同平臺、產品全生命周期工具鏈，以及全生命周期業務應用與企業科研生產管理五層次方案框架。

產品數據與模型管理體系提供產品譜系管理、需求數據管理、架構數據管理、設計數據管理、工藝數據管理、生產數據管理、試驗數據管理和仿真數據管理等各類數據的管理能力，以及體系模型、需求模型、功能模型、產品模型、工藝模型、制造模型和交付模型等一系列產品模型的管理能力。

企業級產品數字化協同平臺是支撐跨單位、跨地域產品研制模式下的關鍵軟件功能，為工程總體、系統總體、分系統、單機以及部／ 組件的數字化研制提供自上而下的模型要求以及自下而上的模型交付。數字化協同平臺主要提供四類關鍵功能：一是產品數字樣機與產品模型管理，提供從產品視角維護產品的功能、性能數字樣機及其樣機成熟度管理，如航天產品功能樣機、性能樣機以及航空飛機數字樣機管理；二是跨專業、跨領域及跨單位協同管理，提供結構、流 體、熱學、電磁、光學和聲學等多學科設計協同，總體和分系統單位研制協同，設計與制造業務協同等，實現數據和模型驅動的多層次業務協同；三是工具和數據集成管理，實現平臺與各類體系論證、研發設計、生產制造、試驗驗證和運維保障全工具鏈，以及企業經營管理和科研生產管理應用軟件的集成；四是產品級主數據和元數據管理，建立產品級的共性數據基礎，為產品范圍內的工程研制和科研生產管理提供保障。

2.3?產品數字化研制模式

基于文獻中載人航天器研制的系統設計閉環驗證、產品設計閉環驗證和實做產品閉環驗證三大閉環驗證，以及文獻中深空探測系統工程的總體小閉環驗證、系統大閉環集成、數字實物虛實閉環管理和數字主線閉環管理四大閉環管理，建立在產品數字化解決方案支持下形成的產品數字化研制模式，其示意圖如圖 ７ 所示。

圖 ７? 產品數字化研制模式示意圖

在數字化研制模式下，以數據和模型為基礎，產品研制形成圍繞數據域、業務域和過程域為典型運行框架的數字化運行模式。數據域覆蓋產品工程相關模型和企業人員、計劃、質量、成本、風險、合同、資產、供應和物資等管理模型。業務域覆蓋產品的系統設計、產品設計、生產制造、測試驗證和運維保障等業務，以及管理相關的市場需求、產品訂單、項目管控、供應鏈管控、質量管控、風險管控、成本管控以及人員管控等關鍵業務。過程域覆蓋與產品研制緊密相關的基于數字模型的系統設計閉環、基于數字鏡像的產品設計閉環、基于數字孿生的實做產品閉環，以及管理與工程融合的管控過程，通過過程域的驅動形成裝備研制靈活高效的“領域內”和“跨領域”快速迭代和數字化閉環驗證，保證產品方案、產品設計和產品制造的一次成功，以及數據驅動的科研生產精細化管控，支撐數字化設計、數字化驗證、數字化交付和虛實融合運維的新形態。

產品數字化研制新模式的主要特點表現為以下幾點。

１）以產品全品類數據和模型為基礎。產品研制在數字空間建立產品體系模型、需求模型、功能模型、產品模型、工藝模型、制造模型、裝配模型、總裝模型、試驗模型和交付模型等全集模型，形成核心的產品數字化資產，構建數字化研制模式主線，支撐模型驅動的數字化產品研制。

２）加速產品領域內和跨領域循環驗證。以產品數據域的各類數據和模型為基礎，通過數字化技術利用，支撐研制領域的“研制活動—產品數據—產品數字驗證”的快速迭代。同時加速跨領域、跨學科的設計迭代。如在體系論證階段，可通過體系模型快速實現體系仿真，完成體系論證。在系統設計環節可實現體系仿真驗證、系統仿真驗證和專業仿真驗證的跨領域驗證，快速形成產品的系統設計方案。最終根據產品特點建立快速數字化驗證模式，完成基于數字模型的系統設計閉環驗證、基于數字鏡像的產品設計閉環驗證和基于數字孿生的實做產品閉環驗證。

３）提供實物產品與數字產品的交付能力。產品研制全生命周期表現為實物產品和數字產品協同發展，產品設計初期以產品數據和模型為主，后期逐漸通過工藝制造環節過渡到實物和數字產品并行，交付環節可以根據用戶需要，在交付實物產品基礎上，快速形成用戶所需的產品電子履歷和數字產品的交付模型，構成數字產品交付能力。

４）支撐工程研制和科研生產一體化管控。產品研制可以實時接受企業經營管理的指標和約束（如企業對產品的人員、計劃、成本、質量、經費等約束和要求） ，同時企業經營管理也可以實時從產品模型和全生命周期過程獲取產品相關的計劃進度信息、風險信息和質量信息等，實現產品工程研制和科研生產管控的融合，形成數據驅動的一體化科研生產管控。

３ 結語

數字化是未來企業轉型的重要方向，為了推動企業數字化轉型，建議立足企業整體發展訴求，關注企業數字化運營管理線和產品數字化研制線，從企業整體角度設計和規劃數字化轉型后的運作模式。長遠角度制定企業全要素、全過程的數字化目標。在實際轉型落地環節結合企業的信息化基礎條件、應用水平，重點從產品數字化、過程數字化及企業數字化推動企業自身數字化建設。

同時，在企業外部環節，充分利用新數字技術，推動企業供應鏈數字化，帶動合作伙伴數字化進程，支撐價值驅動的產業鏈數字化建設，由內向外提升企業數字化運作水平和質量。不斷加強沉浸式交互、人工智能和新基建算力等技術應用，為企業數字化轉型提供生產力升級支撐，創新更多數字化應用場景，推動全產品數字化、全過程數字化、全企業數字化和全產業鏈數字化轉型目標。

審核編輯 ：李倩