“機敏”級潛艇設計和建造的經驗教訓

宋曉東

（海軍933辦公室對外裝備技術合作處，北京 100841）

0 引言

1997年3月英國簽署了3艘“機敏”級攻擊型核潛艇的采購合同，宣布“機敏”級核潛艇的設計和建造正式拉開帷幕。由于在1986－1997的10余年間，英國的核潛艇工業基礎受到嚴重破壞，研制、設計和建造人才出現了大量流失，使“機敏”級核潛艇在研制過程中出現了許多問題。首艇“機敏”號于2001年1月31日才開始建造，目前，“機敏”級潛艇項目還需8年的時間才能完成，平均每艘潛艇延遲2年零4個月的時間。英國為此付出了巨大的代價。2011年11月，英國國家審計署稱，“機敏”級潛艇項目的延誤將使英國皇家海軍在未來10年期間沒有足夠的潛艇部署，并導致項目成本增加2億英鎊。“機敏”級潛艇建造項目的經驗和教訓值得我們深入研究和思考。

本文從影響整個項目的管理因素及決策層面，而非技術層面討論“機敏”級潛艇在設計和建造早期出現的問題及其原因，分析總結了“機敏”級潛艇在設計和建造中的教訓。

1 “機敏”級潛艇項目遇到的問題

1.1 設計階段管理問題

“機敏”級潛艇的設計工作于1997年3月合同簽訂起正式開始。英國國防部最初的想法是核動力裝置采用“前衛”級潛艇的PWR－II型壓水堆，其他系統則在“特拉法爾加”級潛艇的基礎上進行升級。但是，由于PWR－II型壓水堆要求比“特拉法爾加”級潛艇體型更大的艇體，同時，又要保證“機敏”級潛艇比“特拉法爾加”級潛艇具有更小的輻射信號，這兩點在某種程度上沖突，使新潛艇設計變得十分復雜。而英國國防部和主承包商（通用電氣－馬可尼公司，1995年購買了巴羅造船廠，1999年與英國宇航公司合并成立BAE系統公司）嚴重低估了項目的復雜性，導致潛艇在設計階段出現了若干問題。

1）人員流失嚴重

在這一時期，英國國防部把設計和制造潛艇的責任交給了主承包商，國防部認為政府規模縮小，增加主承包商的職責，能使人才從公共部門流向私人企業。但事實上，大量人員在此過程中退休或改變職業，導致英國潛艇工業大量人才流失，主要原因是:

①所有權的頻繁變更導致人才流失。由于公司業務合并，巴羅船廠的所有權在不到5年的時間里更替了3次，大量船廠管理人員任期短暫，許多有經驗的船廠項目經理在變遷中離開。

②團隊內部關系緊張使得人才未得到有效利用。通用電氣－馬可尼公司從來沒有設計過潛艇，缺乏經驗。設計團隊和船廠工程師分處兩地（一個位于法恩伯勒，一個位于巴羅），這給溝通帶來了一定阻礙。此外，由于巴羅船廠所有權的變更，導致許多曾經參加過“特拉法爾加”級潛艇設計工作的船廠設計人員沒有被納入新的設計團隊。

③國防部和主承包商對設計和建造核潛艇的困難估計不足，沒有重視人才儲備。冷戰結束后，潛艇需求減少，使船廠雇傭人員從超過13 000人下降到近3 000人。雖然大多數離開的人員是技術工人，但是也有許多設計人員和工程師轉行或退休。

④國防部規模縮減也是原因之一。英國國防部的駐廠代表由“前衛”級潛艇時的50人縮減為4人，并很少來自海軍作戰隊員或維修人員。

與此同時，整個英國潛艇工業界都在流失技術和專業知識人才，包括配套廠商。國防部和主承包商認為“前衛”級和“特拉法爾加”級潛艇上的許多部件都可以用到新潛艇上，因此取消了很多新訂單。由于訂單停止大量配套廠商離開了本行業，后來重新建立供應商拖慢了“機敏”級潛艇項目進度。

2）設計和建造過程中缺乏一線人員的參與和互動

專業人員的流失、主承包商的管理變動，以及英國國防部的失察嚴重影響了后來的設計和建造過程。設計過程幾乎沒有船廠建造人員、海軍作戰人員以及潛艇維修人員的參與。先前的潛艇項目中各方面人員之間存在交互，但是到了“機敏”級潛艇設計早期完全喪失了這種交互。

3）沒有充分制定設計和建造潛艇的總體規劃及進度跟蹤程序

缺乏總體規劃引起了設計過程的間斷，并導致潛艇在設計完全成熟之前就開工建造。缺乏系統的進度跟蹤意味著無法真正了解項目完成情況以及項目計劃時間表執行情況。

4）合同管理的改變拖延了設計過程

國防部將設計權授予了主承包商，但主承包商沒有權利更改合同。因此，當設計需要更改時，得不到及時解決。而且英國防部方面實際上不希望合同有任何變動，怕增加合同成本;主承包商以及少數有經驗的技術人員也沒有更改合同的權利，使得許多設計更改決策沒有做出或者沒有及時做出。由于問題出現在項目的早期，英國防部沒有意識到其影響的嚴重性。

1.2 設計軟件問題

“機敏”級潛艇設計拖延和成本增加的一個重要原因是使用3D CAD軟件。軟件的使用實際上增加了成本而不是降低成本，這是英國國防部沒有想到的。

英國防部和主承包商以為可以利用3D CAD軟件立刻開始“機敏”級潛艇的設計。但據美國的經驗，在使用3D CAD工具設計潛艇之前，需要對該軟件進行大范圍修改，才能作為某個具體項目和船廠的一般設計工具。此外，英國設計人員缺乏使用3D CAD工具的知識和經驗。雖然，在“機敏”級潛艇建造之前，巴羅造船廠已經開始應用3D CAD工具設計補給油船和兩棲戰艦，但是，這些水面船的設計相對簡單，與復雜的、高度集成的核潛艇設計完全不同。結果造成在“機敏”級潛艇決定開工建造時，完成的設計圖紙還寥寥無幾。

此外，設計軟件的使用還給實際建造帶來了問題。一方面以前的潛艇設計依靠二維設計工具，由設計人員繪制出圖紙，通過現代實體模型讓造船工人理解潛艇布置和管道及線路分布，還能幫助認識組件集成和人工因素的問題，但在“機敏”級潛艇設計中由于使用了三維設計工具而沒有使用實體模型;另一方面3D CAD繪制出的建造圖紙不符合工人的使用習慣，3D CAD繪制出的圖紙非常詳細，包括模塊化建造和舾裝的各個步驟，而之前的圖紙細節很少，工人利用多年積累的經驗來決定如何實現圖紙上所描述的建造過程。工人的經驗和圖紙之間發生沖突，使建造過程更加復雜。而且工人還需要時間來學習如何按照圖紙細節施工，拖延了建造進度。

1.3 建造問題

除了設計給潛艇建造帶來的不利因素外，建造中最大的問題是巴羅船廠缺乏相關經驗。首先，巴羅船廠的工人不具備全面的潛艇建造知識，不能有效實施潛艇建造;其次，由于停建核潛艇的時間過久，船廠管理復雜，建造過程的知識流失，無法確保建造質量;另外，巴羅船廠生產實踐的先進程度達不到要求，更新工藝技術遇到了困難。

1.4 測試和交付問題

到項目后期，潛艇測試和交付同樣也出現了問題，加劇了進度的拖延。交付“機敏”級潛艇時，巴羅船廠已有近10年沒有測試和交付過1艘核潛艇，更是有17年沒有測試和交付過1級潛艇的首艇。船廠對“機敏”級潛艇遇到的困難估計不足。

當潛艇制定設計要求時，沒有建立有效的測試和交付計劃，也沒有規定潛艇應該怎樣測試。在“機敏”級潛艇之前，由英國防部和皇家海軍負責潛艇測試交付。但是，到“機敏”級潛艇時，測試和交付的責任轉移到主承包商，而主承包商沒有足夠的能力承擔好這項責任，也沒有一個有效的潛艇總體測試計劃。

如果把涉及英國潛艇艦隊保障的船廠及公司納入到項目中來，能克服很多問題。但是這些船廠及公司之間存在相互競爭，如巴布柯克公司下屬的普利茅斯船廠，在潛艇建造方面與BAE系統公司有潛在的競爭，導致這些船廠有經驗的員工沒有參加“機敏”級潛艇的測試和交付活動。后來英國專門通過潛艇企業執行計劃（SEPP）來解決重要潛艇供應商（BAE系統公司，巴布柯克公司和羅爾斯·羅伊斯公司）與英國防部的合作問題。

2 項目采取的補救措施

在經歷了一系列的打擊之后，英國防部和BAE系統公司采取了多項管理措施，來改善“機敏”級潛艇的建造情況。

1）啟動了名為“建造方式”的項目，以縮短船塢建造模塊中獲得零件和工具的時間。現在每艘潛艇附近都有黃色塔樓，內設工作車間、領班辦公室，以及建造期間需要的工具和設備。此外，還采用了一個創新方法，當工人對設計圖紙有疑問時不必去找設計人員，設計人員會去生產工人那里幫助解決問題。

2）加強對潛艇造船廠的監管。英國防部2003年增加了在巴羅船廠的駐廠人數。目前英國防部有30名人員在巴羅船廠監督“機敏”級潛艇項目。這些人員能幫助決定更改合同，并向英國防部反饋項目狀況。英國防部和船廠之間的關系得到加強。

3）改善供應鏈的管理。2006年1月關鍵供應商論壇成立，每季度召開會議評估關鍵供應商的狀況（10家企業提供了70%的潛艇材料），供應商和國防部一起審查項目，分享實踐經驗，努力減少“機敏”級潛艇建造使用的設備和材料成本。

4）采取多種措施降低后續潛艇的建造成本。利用美國“弗吉尼亞”級潛艇項目的經驗，重點放在作戰系統上，減少零件數量，降低若干其他系統復雜度等措施，使每艘“機敏”級潛艇建造成本減少數百萬美元。

5）采用新的系統跟蹤進度情況。在“機敏”級潛艇項目最初的幾年時間里，缺乏有效的系統監視設計和建造過程，項目后期采用了實獲值管理（EVM））系統。準確的成本計算系統是實獲值管理系統的必要前提。在某個時間點，將施工預算費用（BCWP）和計劃工程預算費用（BCWS）進行比較。當BCWP值小于BCWS值時，項目被視為拖期;如果BCWP值超過BCWS值，項目視為進度提前。時間表執行情況指數等于BCWP除以BCWS，成本執行情況指數等于BCWP除以實際工作成本，這2個指數值小于1表示項目拖期和超出預算。

3 “機敏”級潛艇設計和建造的教訓

“機敏”級潛艇最重要的教訓是要讓所有相關部門及人員（包括設計師、建造工人、潛艇作戰人員、維修人員和技術界）參與到整個項目過程中，理解作戰需求對設計和建造的要求，計劃好如何進行系統和平臺測試，確保作戰需求得到滿足。

1）在潛艇設計階段要讓建造人員、維修人員、潛艇作戰人員和技術人員參與。

美國“弗吉尼亞”級潛艇項目的經驗是在設計1艘新潛艇過程中，采用一種設計/建造程序。這個程序包括讓建造人員實質參與到設計過程中，以保證設計思想能夠在建造中有效實現。設計團隊應當接受來自建造、作戰操作和維修方面的信息。此外，設計/建造過程的真正目標還應當包括在潛艇交付之后或綜合后勤保障時期的成本效益，應該考慮簡化維修，降低全壽命周期成本。

在設計階段不但要讓技術界參與，而且要重視技術界提出的問題，做出反饋。在設計中對現有技術的“推動”程度將會影響項目成本、進度和實現平臺性能的風險。“機敏”級潛艇項目的問題就是常常不清楚誰應當對技術決策負責，一個定位清晰的技術領導層有利于快速高效做出正確的決策。

2）確定充足的設計余量，并進行有效管理。

新潛艇設計必須包括適當的重量、穩定性、動力、冷卻系統以及空間余量，而且這些余量必須在設計建造和潛艇作戰操作的過程中受到嚴格管理。在初期，設計人員會認為新潛艇建造已經留出了足夠的設計余量，但是這些余量往往在設計和建造過程中或者平臺運行的早期被消耗光。沒有足夠的余量，無法進行設備升級和改裝。由于潛艇系統越來越復雜，技術更新的要求也越來越高，因此潛艇的余量管理需要進行特別規劃和研究。

3）設計中應當考慮在潛艇的整個壽命周期中移除或更換設備的能力。

潛艇的作戰壽命周期要比潛艇上集成的一些技術設備壽命周期長，特別是指揮、控制、通信、計算和情報（C4I）設備。設計中應當包括足夠的進出通道和移除艙口，采用開放式結構有利于設備集成和現代化升級。

4）在建造開始之前必須完成主要設計圖紙。

主要的3D CAD產品模型必須在建造開始之前完成，即使為了完成大部分設計而使建造拖延，也不要因為設計不成熟而冒著重復工作和更改的風險，造成成本上漲。提早完成三維產品模型能夠確保所有組成部分相互協調并減少昂貴的重復工作。一條原則是，在建造開始時，電子產品完成量必須至少接近80%。

5）制定總體規劃，并持續更新。

“機敏”級項目導致進度拖延的一個重要原因是缺乏總體規劃。項目應該制定全面的綜合時間表，細化潛艇設計和建造過程中的任務、里程碑、產品生產程序。總體規劃應該指出任務和事件順序及其相互關系，明確完成項目時間表的關鍵步驟，以及任務時間拖延的影響。還必須考慮主承包商和主系統及設備分包商的任務。

6）確保國防部在設計和建造階段對船廠充分實施監督。

在“機敏”級項目初期，由于政府開支控制，國防部對巴羅造船廠的監督大幅減少，這使國防部對項目出現的問題嚴重失察。項目建造從一開始就應當有強有力的現場監督，并與設計分開，確保建造過程符合質量和測試程序，并讓國防部了解項目遇到的困難。國防部的現場監督包括技術和管理兩方面，同時需要具有一定的決策能力，可以決定建造過程中對成本、時間表和性能的細微改動。

7）制定詳細的測試程序。

新項目必須說明測試程序，以確保最終產品滿足作戰需求。測試程序應該在項目設計階段開發制定，并邀請設計和建造方以及技術界和使用方參與。

4 結語

從英國“機敏”級核潛艇項目實施過程中出現的問題可以看到，維持潛艇工業基礎，以及正確的管理機制對保障潛艇順利發展的重要性。英國在20世紀80年代中期由于“前衛”級潛艇的研制完成，以及冷戰結束后對核潛艇需求的降低，加上上述多方面的人為因素導致在10年左右的時間里，英國潛艇工業基礎遭到嚴重破壞，缺乏有效的管理體系，造成“機敏”級核潛艇項目出現問題。應該看到，英國“機敏”級潛艇項目重新走上良性循環的不易，并且這其中還大量借助了美國的支持和幫助才得以走出困境。首艇“機敏”號潛艇于2010年8月27日服役英國皇家海軍。2011年1月，2號艇“伏擊”號下水，并計劃在2013年服役。第3艘到第5艘該級潛艇目前正在建造當中。

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