DARPA水下数字孪生项目DELTA完成第二阶段海试

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来源：智汇杰瑞

编译：朱丹

2023年8月23日，美国Integer Technologies公司宣布完成美国国防高级研究计划局（DARPA）“在水下自主作战中定义和利用数字孪生（DELTA）”项目第二阶段的海试。DARPA在2021年启动了DELTA项目，目的是评估和分析把数字孪生技术扩展到无人潜航器（UUV）中的可行性，并确定海底间歇性通信对水下数字孪生的影响。

Integer Technologies公司与其合作伙伴伍茲霍兹海洋研究所和Rite-Solutions联合研究团队研究了如何在UUV任务中实现数字孪生。该团队将数字孪生架构、软件和通信系统集成到REMUS 100 UUV上，并在海上测试中进行了验证。如图1所示，演示中的UUV数字孪生体，一个位于UUV上，一个位于UUV之外的操作中心。数字孪生技术旨在克服海底通信的挑战，并帮助操作员和自主系统做出更好的决策。难点在于海底资产的观测、水下通信，以及任务预测。联合研究团队正在开发各种尺寸的UUV数字孪生，以克服数据稀疏性，进行任务模拟，并在出现问题之前调整任务计划。

图1   Integer Technologies演示UUV数字孪生

根据DARPA在2021年发布的招标公告，DELTA项目共分为三个阶段：第一阶段为期6个月，研究重点是水下环境中UUV应用数字孪生技术的可行性。第二阶段为期12个月，旨在定义和演示单个UUV以及多个UUV的数字孪生用例，以克服海底通信和UUV任务中断带来的挑战；第二阶段将利用第一阶段的可行性分析开发一个功能齐全的原型，主要工作包括：在海底环境中定义数字孪生用例；对原型设计进行初步设计评审（PDR），重点关注如何解决当前海底通信和操作中突出的问题；技术设计报告的更新、测试、原型制造等相关任务；对原型设计进行关键设计评审（CDR）；在建模环境和模拟环境中进行最终演示；对不同场景、不同数量的UUV运用数字孪生，并形成最终报告。第三阶段计划实现水下数字孪生技术的军事和商业应用。

数字孪生是物理产品或系统的虚拟表示。它利用数据分析和集成、机器学习和建模技术来模拟实际产品/系统。商业上，该技术已在多个领域得到应用，例如制造、产品开发、设计定制、性能改进、预测性维修、航空航天、汽车、医疗保健、供应链等，但在海军方面该技术应用有限，目前可用于舰队IT架构的现代化和标准化工作、追踪船舶零部件、已部署装备的预测性维护等。

数字孪生的上述应用都依赖于强大且持续的通信，但在海底环境中，通信并不总是可用的，因此DARPA提出DELTA项目，以期解决海底间歇性或低速率通信带来的挑战，从而利用数字孪生扩展UUV的任务空间，使其部署范围从单个UUV扩展到UUV集群，最终帮助指挥官在无通信或弱通信条件下掌握无人资产的运行情况。这将有助于美军利用无人平台实现分布式作战的愿景。