蔡天恒 ¦ 工程元宇宙：威尔·罗珀的数字公司成为美空军数字化转型的主要力量

它改变了我们创造未来战争赢家的方式，它是我们在未来战场求胜的内生驱动。这是美国与其盟友的伟大变革趋势，它不会重蹈上一次工业革命被廉价劳动力削弱的覆辙。

——威尔·罗珀

2024年6月19日，美国伊斯塔尔数字（Istari Digital）公司获得了美空军创新工场（AFWERX）一份价值1500万美元的新合同，名为“一号模型”（Model One）。“一号模型”旨在将整个空军的建模和仿真连接起来，以应对**“互联网化”**战争的最紧迫挑战。这是伊斯塔尔公司自成立以来公开披露具体信息的第二份合同。

美国伊斯塔尔数字公司logo。当国防和军队部门主动拥抱当前跨时代主力军——数、智、云、网和其他新兴科技领域的企业、人才、标准规范、优良实践、商用现货、工程模式……，或者为这样的跨时代主力军“筑巢引凤”，会给国防军事领域带来多么巨大的革命呢？（美国伊斯塔尔数字公司图片）

一、威尔·罗珀的“魔法”公司

威尔·罗珀和伊斯塔尔团队正在为建模仿真带来像互联网一样的可用性。这为未来的物理系统解锁了类似软件的敏捷性的可能性。这非常令人兴奋。

——前谷歌首席执行官埃里克·施密特

1.公司简介

威尔·罗珀（Will Roper）于2022年5月创办了伊斯塔尔公司，并从前谷歌首席执行官埃里克·施密特（Eric Schmidt）和其他风险投资者那里获得了1300万美元的种子轮融资。截至2023年2月，该公司在9个月内获得了9份政府和商业合同。罗珀延续了他一贯借用科幻作品名字的命名风格，这一次甚至借用了奇幻作品，以突出数字化转型“像魔法一样神奇”。

罗珀说:“软件吞噬了世界，但硬件没有……我现在看到了让硬件像软件一样运行的道路，以及在物理系统的改进中引入敏捷的道路。”当前将物理量转化为软件数据的建模仿真活动大多是孤立的，而不是与现实一一对应的数字线程。伊斯塔尔旨在将数字工程生态系统的愿景变为现实，在这个生态系统中，所有技术都是数字化的。伊斯塔尔正在构建世界上最好的数字工程协作平台，使数字线程变得简单和有影响力，并为未来的工程元宇宙****奠定基础。

**继“像iPhone一样制造飞机”之后，罗珀希望能够“像钢铁侠（托尼·史塔克）一样进行设计”。**在进入私营公司后，罗珀注意到数字化转型是由大公司推动的，初创公司并不像在人工智能领域那样生机勃勃、万物竞发。罗珀说:“我们所做的是创造一种方式，让用户可以轻松地在数字线程中移入移出要素，而不必召集一支大军相助。这将向那些小微企业敞开大门。”伊斯塔尔能够支撑小公司做以前只有拥有大量工程师的大公司才能做的事情。

伊斯塔尔试图构建工程元宇宙，将物理系统转化为数字系统，其为客户提供的产品主要有以下特征：

·简单、安全且可扩展的解决方案：无论组织、工程功能或安全等级如何，皆可简单、安全地协作。

·平台推动更快、更有效的决策：设计、试验和学习比物理世界中更快、更便宜、更绿色。

·为客户团队提供类似互联网的可能性：简化复杂的任务;优化工作流程；加强安全性。

·减少成本、浪费和环境影响：跨分布式团队轻松协作并加速做出数字化决策。

·自定义数字孪生解决方案：基于云或现场，伊斯塔尔平台可以根据客户需求进行裁剪。

将建模和仿真过程捆绑在一起并实现自动化，能够以指数方式加快武器设计和开发过程，并更快地进行迭代升级，从而满足国防部的迫切需求。“我从没想过我能够跳过物理试验、物理原型样机研制、物理投放、物理数据收集，”罗珀说。**“我认为建模和仿真是一个跳板，可以让我更快地进行这些[物理]测试。这是一种加速器****。****”**在国防部时，罗珀强调使用数字技术来设计军方的未来武器。这项技术已经显示出前景，波音公司在短短三年内就设计并制造了两架教练机（T-7A）。但它仍然有其局限性，罗珀的公司正在努力突破这一局限性。

罗珀用F1赛车如何利用数字技术改变比赛形象地描述他正在开发的这项技术的潜力。赛车上的数据收集传感器使它们能够在现实世界和数字世界中共存，今天的军队尚未做到这一点。“我们在航空航天和国防领域没有这样的能力，但未来可期，”罗珀说，“我们需要一种机制从物理系统中获取数据，并改进底层的数字孪生，决定是否强制将数字变化更新回物理系统，其中运行算法是最大的价值所在。”

这个概念成为现实还需要一段时间。但从本质上讲，当仿真准确时，数字世界与现实世界将合二为一。

2.主要项目

2023年9月20日，美空军研究实验室（AFRL）授予伊斯塔尔公司一份价值1910万美元的恒定价格类合同，以取得世界上第一架使用数字工程全过程开发的数字飞机的军用适航认证，这标志着数字时代的重大飞跃。

该项目命名为“飞行者壹号”（Flyer Øne）以向莱特兄弟致敬，旨在开发一种数字优先的固定翼无人机，以演示从设计到认证的新型数字优先工程过程，并降低风险。到目前为止，还没有飞机通过了真实飞行的数字认证，“飞行者壹号”将改变这一点，开创类似F1赛车的航空数字化的先例，为更多的数字化可能性打开大门。

罗珀表示：“**美空军在国防数字化转型方面处于领先地位。**认证是提高数字工程严谨性和改变行业的下一步：‘飞行者壹号’是必要的机制——小鹰时刻（小鹰时刻是不可能成为现实的那一刻）。”

**“飞行者壹号”利用伊斯塔尔的新型数字工程平台和流程，为航空公司的飞机设计过程提供一个敏捷、快速、低成本的数字基础。制造商将使现有的飞机模型适应伊斯塔尔的全数字工程工作流程，展示一种更快、更具效费比的范例，作为整个航空航天工业的未来标杆。伊斯塔尔将通过权威的数字建模和仿真，来确保数字飞机可以证明其在现实世界中的性能和安全性。在此过程中，它将把飞机整个生命周期的所有建模、仿真、需求和认证过程集成到一个真正的数字线程中并使其自动运行。**伊斯塔尔将为开发、试验、设计评审和最终的适航认证构建所需生命周期模型的数字版本。美****国防部的多个流程将首次实现数字化，这将提高整个军事飞行许可（Military Flight Release）流程的严谨性和效率。

但美国军方的数字化需求远远超出了设计和认证。软件和数据的快速发展现在推动了更快的跨域战场决策速度。美国军方寻求通过仿真来主宰这种未来相互关联的冲突的方法。相比于私营企业数字化转型的飞速进展，复杂的知识产权和机密数据的挑战使国防部难以紧随其后。“一号模型”（Model One）项目展示了伊斯塔尔对突破数据网格解决方案的承诺，以及美国防部对利用这些解决方案的信心。伊斯塔尔即插即用的数字线程平台在难以集成的数据类型中提供安全、实时、数字化的协作，从而解锁所有创新的数字速度。埃里克·施密特宣称：“一号模型对伊斯塔尔来说是一个令人兴奋的机会，可以在创建未来产业的道路上打造一支虚拟军队。”

3.核心骨干

威尔·罗珀是美空军前采办、技术与后勤助理部长，现任美国防创新委员会（DIB）战略投资资本工作组主席。他的履历不再详述，本文只需注意3点。一是他在向商业公司开放国防市场机会方面取得了长足的进步，率先发起了美空军创新工场（AFWERX）和小企业创新研究（SBIR）改革等举措，与2300家科技公司签订了相关军事合同。二是除了技术之外，他同样热衷于争夺人才，更新了所有空军项目50年前制定的身体标准，以增加女性和有色人种开启军事生涯的机会。三是他领导了整个部门的软件、人工智能和数字工程技术转型，并在公开场合多次强调他为前国防部长阿什·卡特（Ash Carter）工作的经历奠定了他的数字化转型之旅。罗珀拥有佐治亚理工学院物理学学士和硕士学位，以及牛津大学的数学博士学位。

埃里克·施密特在2001年至2011年担任谷歌的首席执行官兼董事长。他一直支持商业技术公司与军方合作。**他于2016年成为DIB主席，担任该职位四年，并在此期间于2017年1月被国防部长阿什·卡特授予国防部杰出公共服务奖章。一眼就能看出，他与罗珀的关系相当密切。**埃里克拥有普林斯顿大学电气工程学士学位，以及加州大学伯克利分校计算机科学硕士和博士学位。

前谷歌首席执行官埃里克·施密特（美国谷歌公司图片）

克里斯•本森（Chris Benson）是伊斯塔尔联合创始人、首席技术官、数字工程专家，**他在美空军任职时，开发了“数字空军”的数字工程框架，并生产了国防部第一个价值1000亿美元的“数字优先”航空航天系统，并主管“空军风险投资”（AF Ventures）机构。**此外，他还是价值600亿美元的的核导弹系统工程主管，加速部署了高超声速客机和飞行出租车，试验了F-16战斗机的首个3D打印金属部件。他也是罗珀的亲密战友。克里斯拥有麻省理工学院机械工程专业的学士、硕士和博士学位。

克里斯•本森（美国伊斯塔尔公司图片）

二、工程元宇宙的理论基础与实践案例

数字工程不会在一夜之间颠覆航空航天，也不会让错误神奇地消失。但从一级方程式赛车到医疗设备等行业，数字化转型不断展示出惊人的奇迹。现在是航空航天突破其数字可能性边界的时候了。

——威尔·罗珀

1.权威虚拟化

数字化转型的价值始于所谓的“权威虚拟化”，它可以取代或截断现实世界的活动。2021年1月的《弯曲勺子：数字工程与e系列指南》中定义：权威虚拟化是一种系统的数字模型（包括捕捉相关要素的必要子系统在内），提供了输入、运行环境、内在功能和行为表现，因此输出就是具有可认证预测性的结果。

但是在工程领域，**“权威”不一定意味着“完美”****。当前所谓的“真实”物理系统本身就涉及处理不太完美的数据。**故障模式和可能性估计在可接受的测量和采样误差范围内。工程团队会保守地改变他们的性能和故障估计值，以考虑其测量中的累积误差。当这些估计能够预测可接受的实际风险时，就可以对系统进行使用认证。

同样的想法也适用于虚拟世界。无论数据来源如何，用数字活动取代或截断现实世界活动的关键在于管理可接受的累积误差。当确定仿真模型的准确性水平后，该仿真模型就可以权威地替代物理收集的数据。

“物联网应该发展到包括物理、工程和制造等，”罗珀说。“我们的想法是将我们目前用于在工业中制造惊人事物的所有建模和仿真带到互联网，并创建一种将它们连接到互联网的方法，这样我们就可以获得类似互联网的功能、应用程序和人工智能。如果我们能将建模和仿真带入互联网，那么未来的硬件也应该如此。”

罗珀在2020年10月的《没有勺子：新的数字采办现实》中指出：终有一天，我们在设计未来“e系统”时，会认为在现实中“打印”它们时不必要的，甚至是浪费的，就像今天打印电子文档一样。他预测，从建模和仿真中提取数据最终将像从“事物”中提取数据一样普遍，以至于人们不再说“物联网”。当数字化转型的能力商业化和民主化（去中心化）时，“数字孪生”一词也将不再使用，因为用户会认为一切都有数字孪生。当这种情况司空见惯时，我们会问：到底什么是“真实”****？

铁甲依然在！美空军前采办、技术与后勤助理部长，伊斯塔尔首席执行官威尔•罗珀在2023年5月佛罗里达仿真峰会上发表数字化转型主题演讲**（该峰会新闻图片）**

2.迈凯伦车队的数字化赛车

罗珀的信心来源于F1赛车。使用权威虚拟化的建模和仿真，**迈凯伦车队为每场比赛构建了1000多个数字孪生，每个赛季设计超过30000辆数字汽车。大多数数字汽车从未实际存在过，但团队仍然自信地认证了它们在现实世界中的性能和安全性。**平均而言，**团队每15分钟就会对零部件进行数字化重新设计、试验和认证，在一个赛季中，汽车的变化幅度高达85%。“本赛季的第一场比赛中最快的赛车在进入最后一场比赛时将是最慢的。”迈凯伦车队首席执行官扎克·**布朗说。

这种类似软件的敏捷性之所以成为可能，是因为赛车硬件主要是在数字线程中发展的。为了避免建造物理原型样机和风洞的高成本，每个汽车部件及其相关的物理特性（小到与路面摩擦的橡胶）都经过权威虚拟化，并由权威的试验数据支撑。试验数据由300个车载传感器提供支持，这些传感器每场比赛传输100GB的数据，将物理和数字汽车连接在一个不断改进的循环数字线程中。当实体车驶入下一条赛道时，模拟器练习可确保驾驶员了解每一个操控细节。

F1赛车带给航空的变革（2023年5月佛罗里达仿真峰会PPT）

3.新西兰队的数字化帆船

新西兰队在帆船比赛中率先使用数字技术，这帮助新西兰队在2017年和2021年连续两次赢得美洲杯比赛。在该团队于2021年推出75英尺**（约合22.86米）的AC75之前，就使用人工智能驱动的设计仿真器，在数千个虚拟原型样机上“e比赛”了多年的虚拟美洲杯，学会了人工智能完善的船体如何以50节（约合93千米／时）的速度在复杂的航行条件下航行****。**

这一过程中，帆船仿真器在功能上等同于现实世界，数字线程将计算机内航行的所有相关方面连接起来。新西兰队的帆船人工智能不知道水或风之间的数字或物理区别，它们都是一样的，因为它们任何一个误差的结果都彼此相同。赛前的数字船与比赛日真实上场的比赛船生活在同一个帆船元宇宙中。数据是一致的，因此结果是一致的，但以数字方式创建它们比以物理方式创建要快得多。该团队的一位设计师指出，“配置箔片过去需要几天的时间，现在只需要几个小时。”

除了加速学习曲线之外，新西兰队的例子还揭示了另一个数字线程的真谛：“这并非一蹴而就****。而是聚沙成塔，集腋成裘。”该团队的人工智能系统可以驾驭所有技术细节的可能配置组合，并为其设计找到一组最佳参数。

三、威尔·罗珀贯彻改革的思路

什么样的系统需要一份长达47页的招标书——据我猜测，其中包含至少500页的参考文献——才能购买最高价值仅18000美元的廉价家具？这太疯狂了。你无法改革这样的制度。你必须摧毁它才能拯救它，才能拯救我们。

——前美空军系统司令部计划司司长、合同审查委员会委员****弗恩·爱德华兹

威尔·罗珀的助理部长一职素有“采办沙皇”之称。通过美式“旋转门”，尽管已经从五角大楼转向硅谷，他仍然是美空军的地下皇帝，通过他的数字公司继续贯彻着他的空军改革思路。

1.筑牢基础，力推统一架构和方法论

罗珀在空军时一直强调的是不要狭隘地关注孤立的装备，而要注重方式方法的转变。相比于建造更好的系统，要更好地建造系统。“先进作战管理系统”（ABMS）又称“军事物联网”，是罗珀推动空军实现“以平台为中心”向“以网络为中心”转型的典型案例。其每种产品都被冠以“feedONE”（政府和非政府信息的数据传输）和“omniaONE”（是ABMS的应用产品之一，能显示陆、海、空、天、网络等各域的资产）等名称。美空军将“一号”定义为“开放、联网、可扩展”（Open，Networked，Extendible，缩略词ONE，美军习惯的缩写文字游戏）。现在的“飞行者壹号”（Flyer Øne）和“一号模型”（Model One）是对罗珀过去工作的拓展，并且试图把军事物联网扩展到工程元宇宙。

2.拥抱硅谷，规避国防部官僚系统的桎梏

一直以来，美国防采办系统具有繁琐、僵化、官僚主义的特征。尽管罗珀通过“中间层采办”等举措试图改革，但结果是既没能摧毁它，也没能拯救它。此外，罗珀一直关心的是投资什么样的企业、怎样投资企业，也即**“什么颜色的钱应该用来购买未来50年的空中优势”（货币颜色是一种口语短语，可以指特定预算线项目的周期性要求、拨款帐户和****／****或计划和用途）**。他在2023年7月17日的《改造“死亡之谷”——让国防市场为初创企业通航》中，也始终强调灵活用钱的问题。

罗珀选择投身私营初创企业，这样便一劳永逸地规避了国防采办的体制机制改革问题。此外，从人员配置上来讲，安德鲁·亨特（Andrew P. Hunter）是罗珀空军采办、技术与后勤助理部长一职的继任者，他拥有哈佛大学社会研究文学学士和约翰霍普金斯大学应用经济学文学硕士。和空军总部这样的文学硕士相比，伊斯塔尔的骨干成员从投资人到首席技术官均是名校理工科博士，因而能够更加聚焦技术本身。

俄剧《托洛茨基》剧照修改**。我是威尔·罗珀，我还在奋战，只是从最初那个让我名声大噪的官僚圈中，转账到了供给侧。我仍是侠岚，初心不改。我仍是天驱，铁甲依然在！（本文作者P图）**

3.转变身份，布局把控空军装备发展路径

罗珀从五角大楼转向硅谷，完成了从裁判员到运动员的身份转变。然而对空军体制内项目管理流程如臂使指的熟悉程度，加上门生故吏盘根错节的关系网（还记得前文罗珀更新50年前身体标准的事吗？），伊斯塔尔实质上完全是既当裁判员又当运动员。“飞行者壹号”的合同由****美空军研究实验室（AFRL）****下属的空军创新工场（AFWERX）管理的“至上”计划授予（无法通过公开信息确定是“敏捷至上”还是“自主至上”），“一号模型”的合同则由AFRL下属的空军风险投资（AF Ventures）机构管理的战略资金增加（STRATFI）计划授予。而在此之前，AFWERX由罗珀这个伊斯塔尔创始人兼首席执行官主导发起，AF Ventures机构则由克里斯•本森这个伊斯塔尔联合创始人兼首席技术官主管。

《复仇者联盟》剧照修改**。事实上，尽管老油条、空军部长肯德尔在研发模式这事儿、先进作战管理系统管理模式等上面相对于罗珀缩回了一步，但仍实际继承了罗珀的许多遗产……特别是，“合作式作战飞机”的持续竞争、充分竞争、短周期迭代……等，只要看到这个，所有人都会想起罗珀（本文作者P图）**

“下一代空中主宰”（NGAD）的“数字百系列”发展模式遭到背叛又如何？其开发无人机的子计划“合作式作战飞机”（CCA）合同被授予了通用原子和安杜里尔公司又如何？一旦“飞行者壹号”和“一号模型”项目成功——这一点毋庸置疑——罗珀的改革思想、开发流程、技术标准乃至无人机系统本身，都将重新主宰这个他一手孵化的项目。既然在空军总部处处掣肘，罗珀和他的团队将亲自出马。

《空天防务观察》短评：改革创新，永远在路上。正是因为有了威尔·罗珀这样的人和他率领的团队，这个世界才更有活力，更加有趣。让我们持续关注从政府、国防部和军方聚光灯中退出，但却在更大、更自由的舞台大展拳脚的罗珀们，正在“随风潜入夜，润物细无声”地推动什么样的“无声惊雷”。罗珀们“鱼跃此时海”，或许在迈向新时代的历程中，这就是数不清的持续十多年、数十年，但也许时间更短或更长的草蛇灰线，我们终有一天会看到这些脉络生根、发芽，最终“花开彼岸天”！

说到底，总开上帝视角，仅仅只论述“机械化、信息化、智能化”这种俯瞰人类整体历史、大家已经熟知并公认的趋势性论断，没有意思，没有价值。少扯了，闭嘴吧！这里面、这历程中的故事，人物，经历，才是历史积淀的真正财富，也是决定人类群体竞争胜负的关键。何况，你自己，特别是你自己跨时代的那些主力军，正在这个历史的进程中奋力搏击，而你自己还被视为了竞争的主体之一。打开视野，看到、沉浸、体悟时代变迁中的每一处每一场大小颤动，捕获、捡拾、吸收每一块闪光的贝壳为你所用，你才，没有错过这个迈向新时代的时代。

***************

蔡天恒先生此前已为《空天防务观察》提供21篇专栏文章，如下所列：

第1篇，美国防部对《国防采办系统的运行》文件作出新的修订，2018年8月3日；

第2篇，敏捷、共享、低成本——美国唯一国防部级别的军民两用维修计划创立二十周年，2019年1月29日；

第3篇，非开发类采办项目典型案例：美陆军UH-72A轻型通用直升机采办过程及优势，2019年3月11日；

第4篇，非开发类采办项目典型案例：美陆军UH-72A轻型通用直升机采办阶段管理与成功要点总结，2019年3月14日；

第5篇，美空军“远程防区外”核空射巡航导弹的需求和效用，2019年4月8日；

第6篇，他山之石：美非开发类装备采办的五大误区及其对T-X高教机项目的影响，2019年4月18日；

第7篇，美国国防采办的革命性变化——全面解读809小组关于精简和编纂采办条例的报告，2019年5月30日；

第8篇，美军正使用中层采办以极其激进的方式加速形成装备作战能力，2019年7月16日；

第9篇，美空军利用中层采办实施B-52H轰炸机商用发动机替换项目分析，2019年8月26日；

第10篇，加速采办！美军重启并扩大冷战产物——“其他交易授权”的使用，2019年9月18日；