海軍艦船研制的技術風險來源及其后果分析

1 引 言

根據有關文獻分析，在艦船的研制過程中，一般可辨識出4類通用風險[1]，其中包括3類內部風險和1類外部風險，它們分別是：技術風險、費用風險、進度風險和計劃風險。在這幾類風險當中，技術和計劃風險是“風險主宰因素”，它們是起決定性作用的風險成分，主宰著費用和進度風險；而費用風險和進度風險則在很大程度上是“風險指示信號”，它們是工程項目風險大小的實際反映。本文在一般的技術風險分析原理的基礎上，結合海軍艦船尤其是大型艦船研制特點和實際情況，深入分析艦船研制的技術風險來源及后果，從而為這類艦船的研制管理提供依據。

2 艦船研制中的技術風險來源

風險一般被定義為不利事件發生的可能及其后果的嚴酷程度。從這個定義上看，風險的存在總是一件令人厭惡的事情，但是我們擺脫不掉它，因為要研制就會有更新，隨著艦船裝備的發展，新技術、新材料、新工藝在艦船裝備的研制中就會得到應用，并產生了不確定因素。在艦船研制過程中會出現大量難以預料的不利后果，也即技術風險的原始含義[2]。

根據功能或系統屬性，常規水面艦船一般可分為十幾個分系統，對更為復雜的大型艦船，則可分為若干個一級系統、二級系統、三級系統，甚至四級系統。分析表明，對于艦船這樣的包含大量分系統的復雜武器系統，其下級系統在艦船研制中都可能處于不同的研制技術狀態，例如，有的是采用成熟技術系統(現有系統)；有的是半成熟系統(已經有了一定的技術基礎，但還沒有達到實船應用階段)；有的是全新研制的系統等。對于這些成熟度不一的分系統，最好是能在艦船總體設計前全部完成研制工作。但由于艦船的研制需要，從縮短研制周期的角度考慮，以及保持艦船設計方案技術的先進性要求，其中有些分系統可能安排和艦船總體展開平行研制(如圖1分系統A、B[3])。這種在平行研制中所帶來的不利后果就是通常人們所說的艦船研制的技術風險。

圖1 平行研制的分系統

此外，工程管理的實踐證明，對于艦船這樣較為復雜、分系統較多的研制項目，其技術風險還有一個特點，即一個項目如果包含許多中等風險項目(圖2(a))，則它有可能事實上成為高風險項目，如下文將要提到的美軍“圣·安東尼奧”級艦的研制；而一個只有極少數高風險項目的艦船研制項目(圖2(b))，其總的成功可能性反而會較高，如美軍“提康德羅加”級艦的研制過程。本文將其稱為“中等風險—高風險”轉換現象。

圖2 艦船研制的風險特點

深入分析起來，這一看似奇怪的現象所產生的根源，還是由于艦船是由多個下級系統組成的“系統的系統”[4]所造成的。換句話說，在艦船研制過程中，即便各下級系統的早期研制都較為順利，在最終將各系統綜合成為一個“系統的系統”時(例如研制后期、試驗階段和使用初期)，也可能出現事先意想不到的問題及不利后果，本文稱之為由于系統集成所產生的風險。該現象是海軍艦船(可能還包括其它大型武器系統)所特有的。

在系統集成中可能出現的后果，諸如各系統運轉不協調、系統設計不合理、由于存在瓶頸造成某些系統無法使用、出現試驗和使用事故等。這類風險一般都極隱蔽，在研制早期容易忽視，難以辨識，風險等級事先也很難判定。但是根據美、英、法、俄等國大型艦船的研制歷史可以肯定，在第一次研制某些大型艦船時，類似問題必將出現，只是或多或少、或早或晚的問題。例如法國“戴高樂”級航母在試航中出現的甲板振動、螺旋槳斷裂問題等等。因此，值得引起充分重視。

3 國外部分艦船研制的風險情況及風險后果

如上所述，由于艦船研制技術風險的特殊性，有必要對其進行專門的探討和分析，這里初步按照艦船設計方案中，新研系統占全部系統數量的百分比作為技術風險特征值，按照進度拖延和費用超支作為風險后果的度量。以下根據有關文獻，給出國外部分艦船采辦的技術風險特征數據及其風險后果的匯總結果(表1)。

1) 美國“斯普魯恩斯”級導彈驅逐艦

該艦研制的基本情況包括：著名的LM2500燃氣輪機首裝該級艦，但其基本型在裝艦前已研制完成并已進行了較為充分的實船試驗，其技術成熟度較高；其它研制起點比該級艦早，但有部分并行研制的主要艦載系統包括：“魚叉”反艦導彈、SH-2F型直升機、AN/SLQ-32電子戰設備，其余均為較成熟或沒有技術風險的設備。按全艦18個系統計算，全艦新研制項目(含該艦平臺，按5個以上計算)比例超過27.8%。

該比例較下面提到的其它艦要高，相應的費用超支也較嚴重。據稱，該艦原定造價為8 34 0萬美元，實際單艦造價超過1億美元，費用超支比例約為20%。費用超支的主要原因之一是艦的設計方案不穩定、頻繁的設計修改以及研制管理等方面的原因。

2) 美國“佩里”級導彈護衛艦

該級艦的艦載系統中，研制起點比艦早，但是在該級艦開始設計后還在進行某些研制和試驗的主要系統有(見圖3)：“蘭普斯Ⅲ”直升機(已完成海軍型設計)、OTO Melara 76(Mk75)炮(已完成海軍鑒定)、AN/SPS-49對空搜索雷達(為該級艦重新設計)、“魚叉”艦對艦導彈(已完成飛行試驗)。

其余均選自成熟的或經過較為充分的試驗驗證的系統。按上述統計口徑計算，全艦新研制項目比例明顯小于27.8%(因為AN/SPS-49對空搜索雷達僅為警戒探測系統的一個組成部分，且上述新研制系統的把握程度較高)，這使得該級艦的研制順利完成，首艦費用控制得也較好，沒有超支，首艦的建造周期僅30個月。

3) 美國“提康德羅加”級宙斯盾導彈巡洋艦

該級艦的研制不但船型、總布置、主船體以及動力裝備等基本上完全與母型艦“斯普魯恩斯”級相同，還繼承大量船舶裝置、系統外，艦上武器、電子設備等也盡量選用成熟可靠的設備，除宙斯盾系統外幾乎全為已服役多年或已在別的艦上使用過的，雖然宙斯盾系統研制難度較大，但其風險集中度較高，全艦新研制項目比例僅為11.1%(宙斯盾系統含警戒探測系統和指控系統)，使該級艦從研制開始就處于十分有利的地位，并沒有過份追求全新，這對加快該級艦研制過程，減少系統綜合過程中的研制風險產生了十分重要的作用。因此，盡管該級艦比“斯普魯恩斯”級艦要復雜得多，但其首艦建造周期和“斯普魯恩斯”級首艦基本相當。

圖3 “佩里”級導彈護衛艦各主要系統發展情況

表1國外部分艦船相關數據

序號艦 級首艦建造年份/年技術風險特征值/%費用超支/%進度推遲/%1美國“斯普魯恩斯”級導彈驅逐艦1972～197527．8302美國“佩里”級導彈護衛艦1975～197711．1--3美國“提康德羅加”級宙斯盾導彈巡洋艦1980～198311．14美國“阿利·伯克”級宙斯盾導彈驅逐艦1988～199116．75美國“圣安東尼奧”級兩棲攻擊艦1993～20063056．5306法國“戴高樂”級核動力航母1986～200070>10040

4) 美國“阿利·伯克”級宙斯盾導彈驅逐艦

該級艦的主要武器和電子設備幾乎全為已裝艦經過驗證的，幾型新裝艦的設備也是在已有的基礎上改進過的，如AN/SPY-1D雷達、AN/SQS-53C聲吶，全艦新研制項目比例僅為16.7%，研制該艦的技術風險以及由此引起的費用風險和進度風險應該說是較小的。

5) 美國“圣安東尼奧”級兩棲攻擊艦

該艦是兩棲攻擊艦，其常規系統如動力電力系統、艦載武器系統、探測系統和電子戰系統等幾乎全部采用成熟設備，但從該艦研制方案中采用信息技術和新材料技術的情況看，其新技術含量(技術風險的主要來源)還是較為明顯的。

“圣·安東尼奧”級艦被某些報道稱為美國海軍信息化“第一艦”、“靈巧艦”，該級艦大量采用了計算機技術和信息技術，包括先進的集成艦橋系統、無線電艦內通信、機艙控制系統以及燃料控制系統和損管系統，大大提高了自動化程度。艦上的海上全球指揮控制系統、海軍戰術指揮支援系統、聯合戰術信息系統(含16號數據鏈)等信息系統可保證能與岸上的指揮機構、編隊內的艦艇以及登陸部隊進行不間斷的信息共享。

該級艦還是美國海軍第一艘裝備光纖全艦廣域網(SWAN)的艦艇。SWAN將全艦的各機電系統、作戰系統、傳感器以及指揮控制節點的顯控臺連接在一起，在戰時可提供實時的決策信息。平時還能提供全艦人員的上網服務以及進行交互式訓練等。

大量采用隱身技術和材料也是它的一個特點。該艦隱形設計獨到，整個艦面光潔而平整，許多設備都被隱藏于艦體內，上層建筑刻意設計得比較低矮，側壁向內傾斜，相交處采用圓弧過渡，這使雷達反射截面縮小，尤其是艦上沒有了普通艦船上常見的桅桿，代之以2根上細下粗的類似八角柱的結構，即“封閉式桅桿/探測裝置系統”，將艦載雷達天線和多個探測裝置封閉在里面，外表面采用新型復合材料，這種材料具有波段選擇性穿透能力，一方面可使本艦發射的電磁波能穿過外表面向外發射，另一方面又使敵方發射的電磁波被外表面反射偏轉，以減小本艦的雷達反射截面積，同時又能有效地保護電子裝備。該艦還通過采用隔熱絕緣材料，使用改進型螺旋槳，安裝新型消磁裝置等措施，進一步提高艦艇紅外隱身、聲隱身和磁隱身性能。它的總體隱身性能與美軍的“阿利·伯克”級宙斯盾導彈驅逐艦幾乎不相上下。

根據以上數據估計，該艦新研系統、設備的比例大約為25%～30%左右。據報道，由于采用了以上新技術，該艦在1992年立項時確定的采辦周期為10年，即1993～2003年，實際服役時間為2006年年底。兩相對照，實際進度比原定計劃推遲了3年(36個月)以上，推遲比例為30%。費用方面，該艦在立項時原定造價11.5億美元，實際造價上升到18億美元，按照靜態數據計算，其費用超支比例為56.5%。

6) 法國“戴高樂”級核動力航母

該艦1986年開始建造，1994年建成下水，1997年進行武器裝備試驗，1999年1月海試，2000年11月進行遠航試驗，歷時14年。如果從形成研制決策到形成戰斗力的全過程計算則歷時21年，創造了水面戰斗艦船設計建造周期最長的紀錄。

綜合有關報道進行統計，該艦的新研項目包括(不完全數據)：主船體、動力系統(含傳動軸與螺旋槳)、電力系統、艦載作戰飛機、飛機彈射與降落阻攔裝置、指控系統、電子戰系統、防空導彈系統、對海導彈系統等。

參照這些數據按以上統計口徑初步估算，其新研系統比例超過50%，估計技術風險特征值指標為70%左右。而該艦的研制情況又如何呢？據本文統計，該艦交付進度比原定日期晚了4年(48個月)，占原定研制周期的40%；計劃費用120億法郎，實際耗資800億法郎(數據視統計口徑不同而有一定出入)，超過計劃費用的5倍；在研制、建造過程中問題百出，交付、試驗過程極不順利，如核動力系統故障、船體振動過大、螺旋槳斷裂、飛行甲板設計不合理等。

4 幾點啟示

根據以上分析，技術風險的根本來源在于新技術、新材料、新工藝在艦船裝備研制中的應用。在艦船研制的具體實施中，技術風險是由于新研系統、設備的平行研制造成的。在此基礎上，由于艦船是由多個下級系統組成的“系統的系統”，還存在著一種特有的、不可忽視的“中等風險—高風險”轉換現象。

其次，由于艦船屬于“系統的系統”，在研制管理中還要引起充分注意的一點是：“不怕風險高，但怕風險廣”。前者的例子如美國“提康德羅加”級宙斯盾導彈巡洋艦的研制，從研制風險管理的角度看屬于成功的典范；后者的例子包括美國“圣安東尼奧”級兩棲攻擊艦和法國“戴高樂”級核動力航母的研制，其中尤以“圣·安東尼奧”級艦為該原理的典型受害者，該艦設計方案中并無明顯的技術風險突出點，但由于廣泛采用信息技術、隱身外形設計和隱身材料，加上艦總體的多用途設計指導思想，使得其技術風險呈彌散狀態，由于這類在系統綜合過程中所產生的風險，使得風險后果在不經意間積累起來，最終達到了驚人的程度。

第三，隨著現代艦船作戰要求的提高和科學技術的發展正日趨變得大型化、復雜化，艦船總體集成和各系統的總體設計以及研制管理的負擔也越來越重。因此，除了采取常規管理手段如系統工程管理、實時設計和費用控制外，還有必要采用先進的信息化手段，如建模與仿真技術，逐步實現“基于仿真的采辦(SBA)”模式。如此才能切實改進艦船研制，也為艦船研制風險的早期決策以及全過程風險管理等提供切實可行的技術手段。

[1] 呂建偉，陳霖，郭慶華.武器裝備研制的風險分析與風險管理[M].北京：國防工業出版社，2005.

[2] 呂建偉，周崢，曾宏軍.艦船裝備采辦中的技術風險問題分析[J].海軍裝備，2005(12)：25-26.

[3] LU J W，QI H，SHI W J.The Measure and decision of technical risk in the development of naval Vessel[J].Journal of Marine Science and Application，2005，4(4)：23-28.

[4] Defense System management College. Risk management guide for DOD acquisition(Fourth Edition)[M]. Defense Acquisition University Press, Fort Belvoir, Virginia, 2001.