- 1 - 美国海军舰船新设计过程
Barry Tibbitts
引 言
向舰队提供新的海战能力的过程，首先是从设计开始的。设计是关键的因素。许多提倡面向生产工程的人士确信，成品产品的70%或更多的最终费用和性能基本上是在设计阶段初期就已被“固定下来”。这并没有降低在以后的设计阶段、舰艇建造阶段，以及使用期间作出的决定和采取的措施的重要性，但是应当指出，在初期阶段，设计工作具有高度的杠杆作用（尽管设计仍在计算机中），而此时的设计只需最小的费用就易于更改。
近50年来，美海军舰船设计已经历许多不同的途径，例如50年代的“军内设计”、60年代的“一揽子采购”方式、70年代的“按费用设计”、80年代的“提倡竞争”和“采办合理化”，增加船厂参与设计过程；90年代的“采办改革”、“费用与作战使用效能分析”、“国防部监督”和“民用代”政策等。
上述采办途径主要是由于海军与工业部门之间风险分担的不同而不同。这里所谓的风险就是满足舰艇军用性能要求的责任。由于拒绝了“一揽子采办”方式，美国海军认为，为实现作战使用需求文件而将全部风险归给船厂不是一种具有费用效益的办法，至少对于先进复杂的军舰是如此。因此近25年来，美国海军一直控制着初期的军舰设计。
与此同时，公众愈来愈认识到，舰艇设计应该是大家的事而不仅仅是海军的事。近年来，计算机技术的进步，船厂和舰队面临的问题，以及外部实际情况的变化（如海军造舰与改装预算削减、采办改革和兵力- 2 - 规模的缩小），要求舰船设计过程必须变革。目前，美国海军海上系统司令部正在设计三条水面舰船方案：即SC-21水面战舰、T-ADC(X)军辅船和CV(X)大甲板航空母舰，它们将从新的改革后的舰船设计过程大大获益。
舰船技术革命的工具
目前为完成这些新舰设计而正在考虑采取的新创新措施示于表1。这些新创新措施将对海军舰船设计和采办过程产生重要影响。有些新措施例如仿真设计和技术转移是依靠许多新的技术。其它措施例如平行工程和系统工程是一些导致大大改进设计过程的途径或设计观念。这些措施在实施时是互相补充和互相支持的。因此，它们将使舰船优质设计的三个方面：创新、综合和迭代达到最大程度。
表1 采办改革下的舰船设计过程
美国海军海上系统司令部创新措施
平行工程
— 受船厂和舰队影响的设计决定
— 综合的过程和产品研制小组
系统工程
— 全舰观念
新技术的战略转移
— 综合的研究与开发和舰船设计策略计划
模拟和仿真
— 三维数字产品模型
— 仿真设计
平行工程 - 3 - 传统上是由设计者提出工程解决方案，满足规定的要求及技术与计划上的约束条件。因此，诸如可生产性、可维修性和可操作性之类问题，在设计期间没有受到很大注意。这不是设计者忽略这些问题的重要性，而是这些目标没有量化。此外，也没有计量工具可用来实时甚至快速地评估这些设计备用方案。反之，是在设计完成时，外部专家评估其费用及其效用。这些评估可能需时几个星期，甚至在完成时，通常还没有使其与早先做出的设计决策直接联系起来。几年后，才从船厂获得反馈信息，甚至更后一些时间获得舰队的反馈信息。甚至可以说，如果没有人要求设计者解决正确的问题，设计者就会永远不会有问题。当然，对任务需求提出的问题不是设计师主管的份内事。
平行工程的基本原则是，成功的设计者要从设计最初阶段考虑到建造、部署、使用乃至报废的产品全寿期各方面问题。这一概念是在那种费用承受能力、用户满意和新产品引进速度对成功取得经费是很关键的工业部门提出的。由于任何个人都不可能掌握所有这些方面，因此成立一个小组，以使设计成为大家的事。
目前，这些小组就是综合的产品与过程研制小组（IPPD）或综合的项目小组。
对于海军舰船，舰船设计者（至少）有两个用户。船厂是阶段性用户。在采办过程中，船厂使用海军海上系统司令部合同设计包。与合同和法律事务无关，成套标书的质量对舰船设计单位和船厂关系极大。当然，舰队是最终用户（准确地说，今天联合作战司令部才是真正的最终用户）。
关键的问题是，如何让这些用户都在设计初期阶段参与设计，从而使他们开始考虑制定舰艇建造、使用和维修的过程，并保证舰艇的设计- 4 - 在研制期间不损害使用期的这些过程。这些使用期过程的用户积极参与设计将使舰艇设计过程实现革命化。海军海上系统司令部在初期设计阶段与造船工业部门的关系，不同项目是不同的。理想的情况是，在船厂积极参与设计时，使海军参加联合设计现场。这种参与尽早实现保证可生产性问题早期受到关注。应采纳顶层建造策略，给所有设计者在作出设计决定和权衡比较时提供指导，从而使设计能有助于现代舰船建造惯例，例如区段式建造结构、预舾装、预试验、过程流动路线和模块建造。
图1 现代化舰船建造过程
在“提康德罗加”级（CG-47）宙斯盾巡洋舰（70年代）和“阿雷
伯克”级（DDG-51）宙斯盾驱逐舰（80年代）的合同设计期间，船厂受邀参与设计研究，以便审查规格书和图纸，熟悉（有关舰及其作战系统平行研制的）新设计预算概念，以及制订本船厂造舰计划。在从设计到生产过渡的若干重要领域里，几家船厂是无法达到一致的，且海军海上系统司令部必须采购一种处理设计的“最低限度的共同特性”方法。用 过 程 流 带 区域建造与舾装
装 配 下 水 - 5 - 现在的话讲，不可能采取一种顶层建造策略。
在90年代初期，第一个重要军舰设计就是“尼米兹”级第9艘核动力航空母舰 — “罗纳行 里根”号（CVN-76），这是一个改型重复式设计方案。船厂从最初设计阶段就参与设计。LPD-17两栖攻击舰是90年代第一个真正全新设计和推进舰艇设计革命的一型舰艇。90年代初期，海军海上系统司令部几百名工程师接受了现代舰船生产方法和可生产性设计方面的训练。在初步设计期间制定了想象性的建造策略，这是“虚拟船厂”的关键，以便协助设计者从设计一开始就处理好可生产性。虚拟船厂是借助具有工程、生产和/或计划经验的以前船厂人员的假定提出的。在合同设计期间，竞争选择的五家船厂受邀协助审查规格书、制定附加的可生产性改进建议，以及有关实行公制化的意见等。这些是提供给船厂的一些正式任务，同时还希望船厂利用这一机会开始制定用于建造LPD-17舰的建造过程，并参与舰船设计单位的对话联系，保证设计决策不损害他们的建造策略。
海军海上系统司令部还正在采取措施提高舰队对舰艇/系统设计和研制过程的参与程度。已经使用质量功能推广应用（QFD）的策略来保证舰队的参与能影响研究与研制决策者，并能在新产品研制中加以考虑。QFD策略是从一份用户的语言反映用户声音的用户需求与需要清单开始做起的。用户的声音往往是主观的、定性的、非技术性，例如要求将舰设计得更经济、更有生存能力等。设计小组的实质性措施就是将这些用户需求转换为共同的语言，即定量的和技术性的。这就是，用户要求必须转换成设计要求。例如，可能是一种商船型的舰船结构，降低使用费用的高能效推进装置，以及提高生存能力的箱形船体桁构造。
美国海军海上系统司令部使用QFD策略使得正在进行中的和潜在的- 6 - 研究与研制项目与对未来水面战舰和未来航空母舰优先考虑的舰队需求联系起来，并且将QFD策略扩大使用到新舰设计的多功能小组。归根到底，高速计算机网络和先进的响应技术将使舰队更多地参与设计过程。
系统工程 — 全综合的舰艇
在美国海军海上系统司令部内部系统工程被定义为：“应用科学技术将舰船设计的各个相关方面综合起来，形成一个在技术和计划约束条件范围内满足作战使用要求的最佳整体。
联合设计小组
组成一个联合设计小组是实现系统工程方法的一个关键步骤。这类设计小组具有改进联系和有效利用较少资源的优点。
90年代初第一个重要舰艇CVN-76核动力航空母舰设计中建立了一个联合设计小组，由海军海上系统司令部、海军航空系统司令部、船厂、作战中心和设计单位参加。
LPD-17两栖攻击舰项目从一开始就组成一个联合设计小组。联合设计在设计过程的很早阶段即可行性研究而不是初步设计或合同设计就已进行。这部分地是由于需要制定和评估大量备选的舰船方案所决定的。可以预见，在预算削减和任务变化的环境中，决策者将继续要审查大量备用设计方案。此外，原属于海军权限的设计决策现已上升到国防部，这使得国防部也成为设计参与者，而且增加了大量时间进行审批过程。
在90年代，海军海上系统司令提出了一个重要的“全面质量领导（TQL）”计划，称为“舰船设计、采办、和建造过程改进计划”。其目- 7 - 的是在提高海军舰船质量的同时减少海军舰船采办和使用的时间和费用。为了确定现有舰船设计/采办过程建立了质量管理委员会（QMB）和过程行动小组（PAT）。图2所示美海军优质舰船设计步骤。
司令部提交 舰艇设计 规 格 书 舰艇设计
优质舰的设计 过程领导 改进措施 过程改进
优质舰艇
确定合同 设 计
设计包质量 人员配备
使系统工 实施组织 优质舰艇
程制度化 性 更 改 合同设计包
舰艇设计 使用备用
过程基准 工程过程
策 略
图2 优质舰船设计步骤
系统工程制度化 目标是实施一种自上而下的工程技术解决办法，促进全综合的、平衡的设计解决方案的产生。目前所做的工作集中在教育和训练上，举行了有关先进的舰船生产、可生产性设计、作战系统设计综合和质量功能推广应用（QFD）的学习班，这些课程将定期作为海军海上系统司令部军内训练计划的一部分。
确定合同设计包质量 过程行动小组的建立是为了制定合同设计包的质量措施，这些措施可以为采办过程中各个特定阶段点的所有参与人员获得和使用。合同设计包制定费时几年，并涉及到来自各个单位的几百名人员的参与。合同设计包确定了海军将采购的舰船，并提供了未来的船厂编制标书的依据，是保证海军与船厂之间技术关系的依据。质量措施的主要用户虽是在海军海上系统司令部内，但合同设计包质量的超 越 - 8 - 改进对所有参与者都有益。制定了一份质量措施表，分发给海军、其它政府机构和工业部门，以求得反馈信息。这方面的措施例如采纳合适的腐蚀裕度或能评估的维修原则的影响、由用户确定和认可的维修概念，使船体复杂曲率减至最小，等等。
规范改进 采取了改进规范和标准的制定和维护措施。舰规格书改进过程行动小组制订了一个综合的水面舰船规格书制订过程细则。其结果已在90年代初期用在CVN-76航空母舰和LPD-17两栖攻击舰规格书制订工作中。这一过程细则将扩大到包括上述的质量措施。同时美国国防部指示，性能规格书和/或民用规格书是政府向工业部门说明采购需求的主要手段。目前，LPD-17舰规格书正在审查，以确定哪些引用文件（军用规范、标准/典型图纸等）是必需的应该保留，哪些可以删去或用性能规范/民用标准替换或仅作为指导性文件。据悉，该舰原始引用文件的数量已从1450份减少到334份。
新技术转移 — 促进战争革新
阶段点0（可行性阶段）以前的初期计划制定对保证未来水面舰船和系统对付未来的威胁是必不可少的。冷战结束，超级大国之间的全球性对抗已缓和。但是另一方面，大规模毁坏性武器继续在扩散，越来越多的国家正在采购先进武器。与其它兵力在沿海战中协同作战的要求不是新的，但是很明显，这将比传统的海洋战略重要。最后一点是，在严格的预算制约的环境中，费用承受能力是一个关键问题。发展战略计划对于决定最佳分配有限的经费和加强新技术向舰队的转移是关键的。
美国海军的大部分经费投入在三个主要方面。第一个是战备完好性。这包括人员配备、训练、飞行和航行小时、大修和维修、备件、消耗品等。这方面的效果回报是迅速的。第二个重要投入的领域是采办新