A cognitive-adaptive digital ecosystem for integrated defence project and supply chain management based on digital thread

Abstract

The paper develops a conceptual and methodological model of a cognitive-adaptive digital ecosystem for the integrated management of defence projects and supply chains under conditions of high strategic uncertainty. It is demonstrated that traditional management models, based on the functional decomposition of engineering, logistics, and operational processes, create structural gaps across lifecycle stages and limit the ability of systems to adapt in a dynamic combat environment.

The methodological framework of the study is grounded in systems analysis, the theory of complex adaptive systems, and digital engineering. An architecture of an integrated digital ecosystem is proposed, combining engineering (PLM), logistics (SCM), manufacturing (MES), and operational domains within a unified data flow (Digital Thread). The central element of the model is a cognitive core that enables data aggregation and supports decision-making processes.
The study formalizes the Cognitive Readiness Index (CRI) as an integral function of engineering maturity, logistics availability, resource-operational efficiency, and system adaptability. An approach to the operationalization and normalization of these parameters is proposed, along with a mechanism for multi-criteria optimization of defence project configurations based on CRI. A scenario-based illustration is conducted to demonstrate the model’s ability to identify imbalances across domains and to justify the selection of more resilient system configurations.

The scientific novelty of the study lies in the development of an integrated model of cognitive-adaptive management for defence projects, which combines the Digital Thread, a combat feedback loop, and a formalized integral criterion (CRI) within a unified decision-making framework. Unlike existing approaches, logistics parameters and battlefield data are incorporated as endogenous factors in engineering design.

The practical significance of the results lies in the potential to enhance the adaptability of defence systems, reduce logistics risks, and improve the resource resilience of defence-industrial programs through the application of CRI as a decision-support tool.

Keywords

defence projects, Digital Thread, Cognitive Readiness Index, supply chains, adaptive management, digital ecosystem, defence-industrial complex

Анотація

У статті розроблено концептуально-методологічну модель когнітивно-адаптивної цифрової екосистеми інтегрованого управління оборонними проєктами та ланцюгами постачання в умовах високої стратегічної невизначеності. Доведено, що традиційні моделі управління, засновані на функціональній декомпозиції інженерних, логістичних і експлуатаційних процесів, формують структурні розриви між етапами життєвого циклу та обмежують здатність систем до адаптації в динамічному бойовому середовищі.

Методологічну основу дослідження становлять підходи системного аналізу, теорії складних адаптивних систем і цифрового інжинірингу. Запропоновано архітектуру інтегрованої цифрової екосистеми, що поєднує інженерний (PLM), логістичний (SCM), виробничий (MES) та експлуатаційний домени в межах єдиного цифрового потоку даних (Digital Thread). Центральним елементом моделі є когнітивне ядро управління, яке забезпечує агрегування даних та підтримку прийняття рішень.

У роботі формалізовано когнітивний індекс готовності (Cognitive Readiness Index, CRI) як інтегральну функцію параметрів інженерної зрілості, логістичної доступності, ресурсно-операційної ефективності та швидкості адаптації. Запропоновано підхід до їх операціоналізації та нормалізації, а також механізм багатокритеріальної оптимізації конфігурацій оборонного проєкту на основі CRI. Проведено сценарну ілюстрацію застосування моделі, яка демонструє її здатність виявляти дисбаланси між доменами та обґрунтовувати вибір більш стійких конфігурацій системи.

Наукова новизна полягає у формуванні інтегрованої моделі когнітивно-адаптивного управління оборонними проєктами, яка поєднує Digital Thread, feedback loop бойової експлуатації та формалізований інтегральний критерій CRI в єдиному контурі прийняття рішень. На відміну від існуючих підходів, логістичні параметри та дані бойового застосування інтегруються як ендогенні фактори інженерного проєктування.
Практичне значення результатів полягає у можливості підвищення адаптивності оборонних систем, зниження логістичних ризиків та забезпечення ресурсної стійкості оборонно-промислових програм шляхом використання CRI як інструменту підтримки управлінських рішень.

Ключові слова

оборонні проєкти, Digital Thread, когнітивний індекс готовності, ланцюги постачання, адаптивне управління, цифрова екосистема, оборонно-промисловий комплекс

Back to Table of Contents No 36 (2026)

Hryhorak M.Yu. Doctor of Economics, Associate Professor, Professor of the Department of International Business and Logistics, National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute.” (Ukraine)

• ORCID – 0000-0002-5023-8602
• Researcher ID   AAK-2963-2021
• Scopus author id: –  57208222758
• E-Mail:  hryhorak.mariia@lll.kpi.ua

Harmash O.M. PhD (in Economics), Associate Professor Department of International Business and Logistics, National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute” (Ukraine) 

• ORCID – 0000-0003-4324-4411
• Researcher ID    I-4542-2018
• Scopus author id: –  57218381499
• E-Mail:  o.harmash.kpi@gmail.com

Bondarenko O.M. PhD (in Economics), Associate Professor, Associate Professor of the Department of Accounting and Auditing, Taras Shevchenko National University of Kyiv (Ukraine)

• ORCID – 0000-0002-6546-7336
• Researcher ID
• Scopus author id: –
• E-Mail:  olha_bondarenko@knu.ua

Trushkina N.V. Ph.D. (in Economics), Senior Researcher Research Center for Industrial Problems of Development of the NAS of Ukraine (Ukraine)

• ORCID – 0000-0002-6741-7738
• Researcher ID    C-1441-2018
• Scopus author id: –  57210808778
• E-Mail:  nata_tru@ukr.net

1. Abdel-Aty T. A., Negri E. Conceptualizing the digital thread for smart manufacturing: a systematic literature review. Journal of Intelligent Manufacturing. 2024. Vol. 35, Iss. 8. P. 3629-3653. DOI: 10.1007/s10845-024-02407-1
2. Hryhorak M.Yu., Marchuk V.Ye., Harmash O.M. (2025). Enhancing the resilience, adaptability, and antifragility of defense industry supply chains under conditions of high turbulence. Intellectualization of Logistics and Supply Chain Management: Electronic scientific and practical journal, vol. 33, p. 20-42. DOI: https://doi.org/10.46783/smart-scm/2025-33-2
3. Grier R. A. Cognitive Readiness at the Tactical Level: A Review of Measures. Proceedings of the Human Factors and Ergonomics Society Annual Meeting. 2011. Vol. 55, Iss. 1. DOI: 10.1177/1071181311551083
4. Grier R. A. Military Cognitive Readiness at the Operational and Strategic Levels. Journal of Cognitive Engineering and Decision Making. 2012. DOI: 10.1177/1555343412444606
5. Grier R. A., Fletcher J. D., Morrison J. E. Defining and Measuring Military Cognitive Readiness. Proceedings of the Human Factors and Ergonomics Society Annual Meeting. 2012. Vol. 56. P. 435-437. DOI: 10.1177/1071181312561098
6. Kama D., Barkmeyer E. J., Feng S. C. Using graphs to link data across the product lifecycle for enabling smart manufacturing digital threads. Journal of Computing and Information Science in Engineering. 2020. Vol. 20, Iss. 1. DOI: 10.1115/1.4044879
7. Ghosh A., Hughes M., Parlikad A. K. Digital twin, digital thread, and digital mindset in enabling digital transformation: a socio-technical systems perspective. Technovation. 2025. Vol. 144. Article 103258
8. West T. D., Pyster A. Untangling the Digital Thread: The Challenge and Promise of Model-Based Engineering in Defense Acquisition. INSIGHT. 2015. Vol. 18, Iss. 2. P. 45-55. DOI: 10.1002/inst.12022
9. Giberna M., Voos H., Sánchez-López J. L. et al. On Digital Twins in Defence: Overview and Applications. arXiv. 2025. URL: https://arxiv.org/abs/2508.05717 (date of access: 26.02.2026).
10. AI Driven Resilience Framework for U.S. Manufacturing Supply Chain Optimization: Bridging predictive analytics, autonomous response, and digital thread architectures. World Journal of Advanced Research and Reviews. 2025. URL: https://journalwjarr.com/content/ai-driven-resilience-framework-us-manufacturing-supply-chain-optimization-bridging (date of access: 26.02.2026).
11. Architecting a Digital Thread Across Engineering and Supply Chain Operations. International Journal of Intelligent Systems and Applications in Engineering. 2026. URL: https://ijisae.org/index.php/IJISAE/article/view/8172 (date of access: 26.02.2026).
12. Wu S., Wang G., Lu J., Yan Y., Gong Y., Dong M., Kiritsis D. Digital thread in engineering: Concept, state of art, and enabling framework. Advanced Engineering Informatics. 2025. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S147403462500151X (date of access: 26.02.2026).
13. Bianchini D., Marzorati M., Antonelli M., Plebani P. Digital Thread for Smart Products: A Survey on Technologies and Applications. IEEE Access. 2024. URL: https://ieeexplore.ieee.org/iel8/6287639/6514899/10664538.pdf (date of access: 26.02.2026).
14. Singh, Willcox. Digital thread as an enabler of end-to-end visibility and traceability across supply chains: AI Driven Resilience Framework for U.S. Manufacturing Supply Chain Optimization. 2025.
15. Scheithauer S., Chudy D., Byrd G., Juelson B., Clark D., Arndt C. Translating the Digital Engineering Vision to Reality: A Process for Defining a Suitable Digital Engineering Scope for DoD Acquisition Programs. Proceedings of the Ground Vehicle Systems Engineering and Technology Symposium (GVSETS). 2023.
16. Creating a Digital Ecosystem. Defense Business Board. 2024. URL: https://dbb.defense.gov/Portals/35/Documents/Reports/2024/FY24-03 Digital Ecosystem – FINAL FOR PRINT with DOPSR Review.pdf (date of access: 26.02.2026).
17. Final Report: Digital Engineering. Defense Science Board. 2024. URL: https://dsb.cto.mil/wp-content/uploads/2024/08/DSB_DE_Final-Report_050124_Stamped.pdf (date of access: 26.02.2026).
18. Penney H., Morra B. Digital Engineering: Accelerating the Defense Acquisition & Development Cycle in an Era of Strategic Competition. Mitchell Institute Policy Papers. 2025. URL: https://www.mitchellaerospacepower.org/digital-engineering-accelerating-the-defense-acquisition-development-cycle-in-an-era-of-strategic-competition/ (date of access: 26.02.2026).
19. Digital transformation in supply chains: improving resilience and sustainability through AI, Blockchain and IoT. Frontiers in Sustainability. 2025. URL: https://www.frontiersin.org/journals/sustainability/articles/10.3389/frsus.2025.1584580/full (date of access: 26.02.2026).
20. Research on supply chain resilience mechanism of AI-enabled systems. Scientific Reports. 2025. URL: https://www.nature.com/articles/s41598-025-17138-3 (date of access: 26.02.2026).
21. Digital Twin Technology in Supply Chain Resilience. International Review of Applied Business and Social Sciences. 2025. URL: https://journals.imist.ma/index.php/IRABS/article/ view/5575 (date of access: 26.02.2026).
22. Zhang Q., Liu J., Chen X. A Literature Review of the Digital Thread: Definition, Key Technologies, and Applications. Systems 2024, 12, 70. DOI: 10.3390/systems12030070