宋太亮

艦船裝備保障性系統(tǒng)工程的新觀點

宋太亮

從用戶角度出發(fā)，運用系統(tǒng)工程的理論、技術(shù)和方法，重新認識艦船保障性并提出一些新的觀點。通過研究得出結(jié)論，為了達到用戶的保障性目標和要求，使設(shè)計的艦船裝備是可保障的，必須在艦船的全壽期中全面實施保障性系統(tǒng)工程。

保障性；系統(tǒng)工程；艦船總體

1 引言

作者曾在《中國艦船研究》發(fā)表兩篇關(guān)于艦船保障性問題的文章，第一篇是：“艦船裝備保障性工程研究”［1］，對艦船保障性及保障性工程進行了初步研究，但是該文所研究的內(nèi)容，仍然屬于裝備綜合保障的范疇，也就是主要從最終形成保障系統(tǒng)的角度研究保障性問題。第二篇是：“讀 ‘總體者，集大成也’一文引起的思考”［2］，該論文對保障性目標進行了詳細論述，并提出了作為艦船總體設(shè)計者應(yīng)當從用戶任務(wù)需求出發(fā)，利用系統(tǒng)工程的觀點，統(tǒng)籌考慮影響保障性的各種問題，加強綜合權(quán)衡，最終實現(xiàn)性能、進度、保障性、費用之間的平衡。但是，該文主要從觀念和理念角度進行探討，結(jié)合實際艦船裝備內(nèi)容不充分，缺乏可操作性強的工程方法。

經(jīng)過多年的探索研究和工程實踐，以及對國外文獻的系統(tǒng)分析，發(fā)現(xiàn)解決裝備的保障問題是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，局部實施個別專業(yè)工程，如可靠性工程、維修性工程，不能從根本上解決問題。而且，盡管裝備管理體制和運行機制發(fā)生了一些變革，但裝備建設(shè)的系統(tǒng)工程體制和運行機制尚未形成，因而裝備建設(shè)的總體質(zhì)量和效益還有待進一步提高，什么時候真正實施裝備建設(shè)系統(tǒng)工程了，真正重視了保障性、可靠性、安全性等問題，裝備建設(shè)才能躍上一個新的臺階。

為了從根本上解決裝備的保障性問題，必須實施裝備保障性系統(tǒng)工程。本文將結(jié)合艦船裝備特點，對保障性問題進行重新認識，提出若干艦船裝備保障性系統(tǒng)工程的一些新觀點。

2 新的觀點

為了實現(xiàn)艦船裝備的保障性目標［3］，使艦船裝備易于和便于保障，必須更新傳統(tǒng)的設(shè)計和保障觀念，運用系統(tǒng)工程的理論、技術(shù)和方法，將保障性問題作為一個整體來考慮，加強多學科之間的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，保證以可承受的費用達到各保障、設(shè)計要素之間的平衡。為此，提出以下創(chuàng)新觀點。

2.1 保障性——保障裝備系統(tǒng)執(zhí)行任務(wù)的能力和度量

保障性不是可有可無，是裝備執(zhí)行任務(wù)所必需的一種能力。過去，我們研制裝備時，只重視裝備的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能，而忽視保障性等特性，造成的后果是可想而知的。

研究保障性問題首先研究保障。保障的定義為：“某單位為執(zhí)行各種任務(wù)而采取的各項保證措施與進行的相應(yīng)活動的統(tǒng)稱”。保障是為系統(tǒng)任務(wù)服務(wù)的，按照任務(wù)保障劃分為使用保障、后勤保障、維修保障等。對于系統(tǒng)而言，保障可理解為：為使系統(tǒng)完成規(guī)定的任務(wù)而實施的技術(shù)和管理活動。

保障性的定義為：“保障性是指系統(tǒng)完成規(guī)定任務(wù)時，按照計劃的保障方案和保障資源能夠發(fā)揮、保持、維持或恢復(fù)到規(guī)定狀態(tài)的能力度量”。從保障性的定義可以理解保障性的特點如下：

1）保障性要求追求高的系統(tǒng)執(zhí)行任務(wù)的能力。從保障性所滿足的要求可以明確它是使用能力的要求，這種能力可稱之為執(zhí)行任務(wù)的能力，因此保障性是一種能執(zhí)行任務(wù)能力的度量。

2）保障性的設(shè)計特性內(nèi)容很多，需要根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計特點研究其任務(wù)需求和使用過程，找出影響保障的各類設(shè)計因素。系統(tǒng)的設(shè)計特性是設(shè)計賦予系統(tǒng)的固有屬性，決定于設(shè)計所確定的技術(shù)狀態(tài)，是系統(tǒng)設(shè)計確定的與保障有關(guān)的設(shè)計特性。

3）保障資源需要統(tǒng)籌規(guī)劃，以成套方式提供。保障資源內(nèi)容十分繁雜，必須完整成套地規(guī)劃這些資源并成套提供給用戶，才能達到任務(wù)能力的目的。分散零星的單項資源是達不到要求的，因此保障系統(tǒng)或保障資源系統(tǒng)成為保障性研究的特點。

4）達到保障性的目標需要用系統(tǒng)工程的方法進行研究。

5）實現(xiàn)保障性目標是參與系統(tǒng)研制和保障各方面人員的共同責任。保障性的組成及其相互關(guān)系如圖1所示。

圖1保障性的組成及其相互關(guān)系

研究保障性問題，關(guān)鍵的是首先確定保障性目標，這個目標必須從任務(wù)需求導(dǎo)出。保障性目標在系統(tǒng)層次上全面考慮了裝備任務(wù)需求，根據(jù)任務(wù)需求導(dǎo)出的系統(tǒng)設(shè)計、使用和保障方面的保障性設(shè)計要求，形成互相統(tǒng)籌協(xié)調(diào)的整體。為了達到保障性目標，需要多學科的共同努力。保障性系統(tǒng)工程所考慮的范圍可以從保障性目標體現(xiàn)出來，不僅考慮主任務(wù)系統(tǒng)，而且還考慮保障系統(tǒng)；不僅考慮設(shè)計，而且還考慮使用與保障問題。

表1給出了保障性目標的范圍及與任務(wù)能力要求的相互關(guān)系。

過去我們提出要求太多，各項要求之間不協(xié)調(diào)，有些要求在設(shè)計中難以控制，在試驗中難以驗收驗證。必須將保障性目標轉(zhuǎn)化成設(shè)計上可控制和可驗證的保障性技術(shù)規(guī)范。保障性技術(shù)規(guī)范必須納入產(chǎn)品設(shè)計規(guī)范，并將保障性要求分配到合同約定的產(chǎn)品層次。

對于艦船裝備來說，保障性是與戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能同等重要的一項能力指標，保障性反映了艦船裝備能夠執(zhí)行任務(wù)的能力，如艦船有多少時間處于能執(zhí)行任務(wù)的狀態(tài)，有多少艘艦可以出動；出動后能夠持續(xù)多長時間不發(fā)生故障；發(fā)生故障后需要多長時間能夠恢復(fù)；保障資源和費用能夠維持持續(xù)出動的能力多大等。這些能力是明顯區(qū)別于戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能的，是對戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能的發(fā)揮起重要保證和支持作用，對裝備效能的發(fā)揮和戰(zhàn)爭勝負起關(guān)鍵性作用。對于艦船裝備而言，頂層的保障性目標要求（通常是系統(tǒng)層次的使用要求），可提出使用可用度、任務(wù)可靠性、保障系統(tǒng)供應(yīng)反應(yīng)時間和每使用小時的保障費用。這些參數(shù)是與艦船的使用直接相關(guān)的，并可利用現(xiàn)場信息收集系統(tǒng)，對這些參數(shù)進行評估。將這四項參數(shù)通過任務(wù)剖面和產(chǎn)品功能框圖，分解和分配到軍方和承制單位約定的產(chǎn)品層次，對于復(fù)雜的艦船裝備，這些參數(shù)至少分解分配到關(guān)鍵的設(shè)備和關(guān)鍵的艦上可更換單元層次。這時參數(shù)主要包括平均故障間隔時間、艦上平均修復(fù)或者更換（安裝）時間、備件備品品種和數(shù)量限制、新的和改進的保障設(shè)備的品種和數(shù)量限制等設(shè)計上可以控制的要求。對于產(chǎn)品可靠性和維修性設(shè)計，需要區(qū)分硬件、軟件和電子元器件等不同的產(chǎn)品類型。對于機械產(chǎn)品需要研究其壽命問題；對于軟件可靠性問題則更為復(fù)雜，通常軟件測試和代碼走查是保證可靠性的有效方法；而對于電子元器件主要是按等級選擇問題，以及電子應(yīng)力篩選技術(shù)的應(yīng)用，目前還要考慮電子元器件的供貨問題及升級換代問題。

表1 保障性目標、任務(wù)能力要求及要求之間的關(guān)系

2.2 在裝備的全壽期中反復(fù)實施保障性系統(tǒng)工程

保障性系統(tǒng)工程的定義是：在系統(tǒng)壽命周期內(nèi)，以可承受的費用，實現(xiàn)系統(tǒng)研制規(guī)定的保障性目標所進行的一系列技術(shù)和管理活動。保障性系統(tǒng)工程具有以下特點：

1）整體性。保障性所闡述的能力是一個有組織的整體，即執(zhí)行任務(wù)的能力，也就是滿足保障性目標。

2）相互性。為達到保障性目標所涉及的諸多問題，如設(shè)計特性、保障資源以及相應(yīng)的費用等問題是相互依存相互制約的，需要相互權(quán)衡分析、互相銜接才能解決。

3）層次性。實現(xiàn)保障性目標的各項活動，包括各專業(yè)工程，貫穿于系統(tǒng)全壽期過程，在各個階段分別有其不同層次的要求與目的，層次上下相關(guān)，并且與系統(tǒng)研制進程同步協(xié)調(diào)，以便達到保障性目標。

4）邊界條件。邊界條件是系統(tǒng)分析的重要因素。實施保障性系統(tǒng)工程必須有一定的邊界條件，就是系統(tǒng)使用和保障所處的外部環(huán)境，包括使用環(huán)境（地理、氣候等）、使用條件（包括人員數(shù)量與技術(shù)等級等）以及其它保障條件等。

保障性系統(tǒng)工程的主要工作內(nèi)容如下：

1）確定保障性目標和要求。從任務(wù)需求確定保障性目標和要求，為系統(tǒng)設(shè)計和保障系統(tǒng)設(shè)計提供設(shè)計依據(jù)和約束；

2）開展任務(wù)系統(tǒng)保障性設(shè)計。進行保障性設(shè)計，從設(shè)計上保證系統(tǒng)執(zhí)行任務(wù)的能力，減少對保障資源的依賴；

3）建立保障方案和保障系統(tǒng)。統(tǒng)籌考慮成套保障資源的研制，以保證在滿足用戶使用要求和適應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計的同時，使提供保障所需的資源最少；

4）保障性試驗與評價。驗證保障性要求的實現(xiàn)情況，評價保障系統(tǒng)；

5）系統(tǒng)部署和運行。進行系統(tǒng)部署和運行保障系統(tǒng)，評估、監(jiān)控和改進系統(tǒng)保障性；

6）保障性系統(tǒng)工程管理。確保各項工作最佳組合和有序進行。

保障性系統(tǒng)工程活動流程圖及相互關(guān)系如圖2所示。

從圖2可看出，為了實現(xiàn)保障性目標和要求，僅靠過去傳統(tǒng)的艦船設(shè)計、建造和安裝階段是不行的，必須在艦船全壽命過程中實施保障性系統(tǒng)工程。在現(xiàn)有管理體制和保障體制下，實施這項工作是非常困難的，但別無選擇，否則交付的裝備，將會在較長的時間內(nèi)形不成戰(zhàn)斗力。為了達到保障性目標，需要運用系統(tǒng)工程的原理，建立全系統(tǒng)全壽命管理的機制，明確各部門的職責分工、工作關(guān)系和接口、階段放行準則、各項工作的起止點、各階段的成果等，制定完整的壽命周期管理計劃。

保障性系統(tǒng)工程需要反復(fù)運用系統(tǒng)工程的理論、技術(shù)和方法［4，5］，以可承受的費用實現(xiàn)保障性目標。如圖3所示，保障性系統(tǒng)工程包括需求分析、功能分析、保障性分析、綜合、系統(tǒng)分析與控制5個方面的技術(shù)和工具的反復(fù)應(yīng)用。

2.3 保障性系統(tǒng)工程的重點是各項專業(yè)工程學科之間的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)

保障性系統(tǒng)工程是一個復(fù)雜的綜合性的工程學科，需要在各學科之間進行大量的綜合和權(quán)衡。保障性系統(tǒng)工程是系統(tǒng)工程的一個子工程，必須與傳統(tǒng)的設(shè)計工程、軟件工程、試驗與評價、制造工程、壽命周期費用、財政資源工程等學科有密切的接口，因此，必須時時刻刻協(xié)調(diào)好它們之間的接口關(guān)系，并將保障性技術(shù)規(guī)范納入產(chǎn)品設(shè)計規(guī)范、制造規(guī)范、試驗規(guī)范，真正作為設(shè)計、制造、試驗等工作的組成部分，才能保證保障性技術(shù)規(guī)范真正設(shè)計到產(chǎn)品之中。保障性系統(tǒng)工程與傳統(tǒng)設(shè)計工程的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)關(guān)系如圖4所示。

圖2 保障性系統(tǒng)工程活動流程圖

圖3 保障性系統(tǒng)工程分析過程

保障性系統(tǒng)工程是由若干專業(yè)工程組成的一項系統(tǒng)工程，可靠性工程、維修性工程、測試性工程、綜合保障工程等都是保障性系統(tǒng)工程下的子系統(tǒng)工程。單項子工程不能實現(xiàn)保障性目標，只有通過保障性系統(tǒng)工程，才能實現(xiàn)各項專業(yè)工程之間的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，才能實現(xiàn)保障性工程的目標要求。

在保障性系統(tǒng)工程中，一項重要的工作是制定保障方案，但保障方案受到使用方案和設(shè)計方案的制約，必須達到這三個方案的相互協(xié)調(diào)，所謂協(xié)調(diào)就是三個方案相互依存、相互關(guān)聯(lián)一致，如圖5所示。

對于艦船這種復(fù)雜的裝備，如何將保障性納入設(shè)計、建造和安裝過程是比較困難的工作，因為如此多的廠家和產(chǎn)品，最終都要安裝到船體內(nèi)，因此設(shè)備性能要求高、接口關(guān)系復(fù)雜，某些設(shè)備達不到規(guī)定的保障性要求，就可能影響整個艦船性能的發(fā)揮。因此，必須對每項設(shè)備提出保障性設(shè)計要求和保障性專業(yè)要求，最后對設(shè)備考核合格后才能裝備到艦船上。與此同時，要制定保障系統(tǒng)工程管理總計劃和實施計劃。

圖4 保障性系統(tǒng)工程與傳統(tǒng)設(shè)計工程的統(tǒng)籌與協(xié)調(diào)

圖5 使用方案、設(shè)計方案和保障方案之間的協(xié)調(diào)

圖7 設(shè)計和保障決策對壽命周期費用（LCC）的影響

對于性能先進的艦船裝備來說，早期保障方案考慮是一個非常關(guān)鍵的問題。承制方保障是國外多年采用的方法，美軍近幾次局部戰(zhàn)爭，都有大量承包商的參與。我國裝備執(zhí)行重大試驗和演習任務(wù)也離不開承制方的參與，關(guān)鍵是在早期方案設(shè)計時，就要把如何對艦船進行保障與艦船的運用和設(shè)計結(jié)合起來考慮。在設(shè)計上為保障工作和保障資源預(yù)留空間和接口，對如何利用承制方事先有所考慮，這是我們過去設(shè)計中考慮比較欠缺的地方。

2.4 盡早實施保障性系統(tǒng)工程需要系統(tǒng)設(shè)計、試驗、使用和保障等部門共同參與

大量實踐表明，系統(tǒng)的使用與保障費用占了整個壽命周期費用的60%～80%，而且一旦系統(tǒng)設(shè)計完成并凍結(jié)，系統(tǒng)壽命周期費用的構(gòu)成已經(jīng)確定，就失去了保障影響設(shè)計的機會。因此，在系統(tǒng)壽命周期的早期，應(yīng)當盡早實施保障性系統(tǒng)工程，以保證保障要求影響系統(tǒng)設(shè)計，最終實現(xiàn)保障性目標，如圖6和圖7所示。

作為保障性系統(tǒng)工程，達到保障性目標是所有參與系統(tǒng)論證、研制和試驗、設(shè)計與開發(fā)、使用與保障、供應(yīng)等方面所有人員的共同責任，采用團隊開發(fā)模式，是最終實現(xiàn)保障性目標要求的重要保證。

對于艦船裝備，有一些好的做法值得進一步發(fā)揚和改進，比如軍方有關(guān)人員參與的程度比較深，如參與審圖。團隊工作模式是國外流行的模式，對保障性問題，關(guān)鍵是軍方使用和保障人員的早期參與，不僅參與論證，還要參與設(shè)計與試驗。應(yīng)當以某種形式明確各種人員參與艦船設(shè)計與建造的要求。

2.5 保障性試驗與評價是評價保障性的重要手段

由于型號研制進度和經(jīng)費限制，往往存在試驗和驗證不充分的情況。雖然美國對可靠性工作一直比較重視，已開展了許多年，但是從使用試驗與評價中發(fā)現(xiàn)，大量裝備沒有達到規(guī)定的可靠性要求，所以最近采取了大量的措施，以保證產(chǎn)品的可靠性，其中試驗與評價是重要的手段之一。

對于艦船裝備，由于最終的產(chǎn)品數(shù)量少，往往可能只有幾艘艦，甚至每艘艦可能還有不同的技術(shù)狀態(tài)。如何對其進行保障性試驗與評價，作者建議至少可以采用如下措施：

1）重點控制關(guān)鍵重要設(shè)備的可靠性和維修性試驗與評價，以減少對保障的需求。對于這些設(shè)備進行保障性試驗與考核，達不到要求就不能裝船，同時對這些設(shè)備的關(guān)鍵件進行專項試驗與考核，如臺架試驗、裝機考核等。“抓住關(guān)鍵產(chǎn)品、抓住產(chǎn)品形成的關(guān)鍵過程，就能保證最終產(chǎn)品的質(zhì)量”，這是被實踐證明的最佳做法。

2）大量采用保障性建模與仿真技術(shù)。由于計算機的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，利用保障性建模與仿真來評價設(shè)備的保障性已成為可能。目前，國外已開發(fā)了大量的模型，應(yīng)用比較廣泛。在我國保障性建模與仿真技術(shù)應(yīng)用還不夠廣泛，應(yīng)當加大措施推廣應(yīng)用。

3 結(jié)論與展望

保障性是系統(tǒng)執(zhí)行任務(wù)能力的度量，其影響因素非常廣泛。保障性系統(tǒng)工程是包括可靠性、維修性、測試性、綜合保障工程等專業(yè)工程的復(fù)雜的多學科的系統(tǒng)工程，其最終目標是滿足保障性技術(shù)規(guī)范要求并實現(xiàn)保障性目標。

隨著系統(tǒng)復(fù)雜程度的不斷提高，系統(tǒng)使用對保障的依賴程度越來越高，保障性系統(tǒng)工程的應(yīng)用范圍將更加寬泛。與此同時，保障性系統(tǒng)工程是一個新興的工程學科，需要不斷實踐并加以完善，并且需要有更多的學者投入到這一工程學科的研究和實踐中來。

艦船作為我國重點發(fā)展的一種武器裝備，保障性系統(tǒng)工程有其特殊性，需要從頂層加強謀劃，從制度、組織、技術(shù)、人才等方面采取有力措施，才能起到較好的效果，才能保證艦船裝備部署后盡快形成戰(zhàn)斗力和保障能力，實現(xiàn)艦船裝備建設(shè)的又好又快發(fā)展。

［1］ 宋太亮.艦船裝備保障性工程研究 ［J］.中國艦船研究，2006，1（1）：9-12.

［2］ 宋太亮.讀“總體者，集大成也”一文引起的思考［J］.中國艦船研究，2008，3（3）：10-13.

［3］ JONES J V.Integrated logistics support handbook ［M］.TAB Books Inc， 1987.

［4］ 陳學楚.裝備系統(tǒng)工程（第二版）［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2005.

［5］ System engineering guide ［M］.Defense System Management College，2000.

New Ideas on Supportive System Engineering for Ship Equipments

Song Tai-liang

Caring about the user＇s concerns， the current ship supportability should be re－considered.I n this paper， some new ideas were proposed using the theories， techniques and methods in system engineering.Research results show that supportability in a ship should be carried on comprehensively through life cycle in system engineeringmanner.

support abilily； system engineering； ship’s overall design

U672.7

A

1673－3185（2010）01－43－05

2009-07-06

宋太亮（1962－），男，研究員，博士生導(dǎo)師。研究方向：裝備保障性工程。E-mail：songtl123@126.com