艦船靈活性概述

付澤南，董曉明

中國艦船研究設計中心，湖北武漢430064

艦船靈活性概述

付澤南，董曉明

中國艦船研究設計中心，湖北武漢430064

目前海上非對稱威脅日益突出，靈活快速的響應能力逐漸成為艦船作戰效能的一個重點，利用開放式體系結構和模塊化構建技術，作戰平臺可以進行靈活的系統配置以完成作戰任務。由于作戰平臺和子系統解耦，模塊化的軟硬件可以在不同作戰平臺之間進行復用，有效降低艦船的建造、集成、維護和測試成本。對如何建造靈活的艦船進行研究，包括設計與制造、采購以及作戰流程等方面的內容，并簡述靈活性的量化分析方法。

開放式體系結構；模塊化；靈活性；快速響應能力

Abstract：As asymmetric threats arise at sea,rapid response capability has gradually become one of the most important considerations in the efficiency of warships.Warships can use more flexible configurations of sub-systems to accomplish missions using Open Architecture and modular components.Due to the decoupling of warship platforms and sub-systems,modular software/hardware can be reused across multiple classes of warships,thereby effectively reducing the building costs,system integration, maintenance and testing of warships.This paper explores ways to build a‘flexible ship’in such aspects as design,manufacturing,procurement and combat process,and several quantitative analytical methods are also proposed.

Key words：open architecture；modularity；flexibility；rapid response

0 引 言

隨著技術的加速發展，艦載作戰系統的更迭周期也較以往更加頻繁，加上海上日益突出的非對稱威脅以及預算的縮減，以美海軍為代表的海上軍事力量正在尋求一種新型的艦船構建方式，試圖利用更少的資源，更加靈活地為海上作戰平臺搭建更加有效的作戰系統。靈活艦船（Flexible warship）這一概念正是在該背景下被提出，即通過解耦作戰平臺與作戰系統，為艦船提供靈活的作戰系統配置，利用可調度的有限作戰資源實現作戰效能的最大化，并降低全壽期費用。

以往的艦船設計通常針對固定任務，為艦船搭配固定的系統配置，在設計之初，艦載系統的配置需要與船體一并設計以實現更加合理的整體方案，但由于計算機軟硬件的更新速率較快，在長達數年的設計制造過程中往往會使艦船的系統配置在服役時遠遠落后于同時期的軟硬件，而且這種針對固定任務量身定制的設計方案也會導致系統的軟硬件緊耦合，為后期的更新改造帶來技術與成本上的限制，無法更好地適應快速迭代的技術進步以及日趨復雜多變的海上威脅。

靈活艦船采用模塊化的開放式體系結構來實現系統的設計，通過標準的接口和預定義的路由來實現系統內各模塊的快速安裝、更換以及升級，其對整個艦船的結構和基礎設施沒有或僅有少量的影響，從設計的角度來看，這樣就允許系統和船體并行設計，在后期實現快速的升級，或利用任務包（Mission package［1］）的形式為艦船更換任務系統。

1 艦船的靈活性

1.1 什么是靈活性

靈活性在不同的學科有著不同的定義，在工業領域多指某個系統應對來自系統外部或系統本身變化的能力，或者說應對未知的能力。

制造領域對靈活性有著廣泛且深入的研究，Browne和Sethi［2-3］等將生產的靈活性分為了機器靈活性、工藝靈活性、市場靈活性等11類（表1），表示了生產領域所涉及的可能需要靈活處理的相關內容。靈活處理（或稱“柔性”）通常能夠反映制造過程中2個方面的能力：一是系統滿足新產品要求的程度，即是否用已有生產線或稍加改進即可生產出滿足市場需求的產品；二是系統出現故障或干擾時，是否能夠或多大程度上能夠完成原本生產任務的能力。

表1 Browne和Sethi定義的生產領域的11類靈活性Table 1 Eleven types of flexibilities in manufacture field defined by Browne and Sethi

企業領域的靈活性是指業務流程適應外部環境動態變化的能力。通過對業務流程的優化或業務流程的重組等研究，對現有的業務流程進行徹底的再思考和根本的再設計，以達到靈活適應用戶需求的目的。

軟件領域的靈活性指軟件適應用戶需求動態變化的能力。通過軟件結構設計、模塊設計、面向對象設計、軟件架構、設計模式以及基于組件的工程等方面的研究，以達到軟件更易于設計、維護和更魯棒的目標［4］。

未來是不確定的，這種不確定存在于系統內部，也存在于外界環境，正如制造領域中需要靈活應對不斷變化的市場需求一樣，作戰平臺所面臨的變化也日趨復雜，軟硬件基礎設施的不斷更迭、系統架構的更新，都要求系統能夠不斷地進行維護升級，更重要的是，面對海上越來越復雜的可能出現的非對稱威脅，系統需要有足夠的能力去應付這些變化，這就為艦船提出了相當高的靈活性要求。

1.2 艦船任務系統的靈活性

通過對不同領域靈活性的分析，可以針對艦船提出艦船靈活性的概念。艦船的靈活性主要指作戰系統以盡量少的改變完成盡量多的任務，即當有新任務時，作戰系統可以不發生更改或通過少量更改完成任務。艦船的靈活性通常應該包含以下4點：

1）適應性：在有限的時間或成本要求內，系統和設備增、刪、改后艦船完成給定任務的能力。

2）模塊化：在艦船的建造過程中采用標準化的接口和模塊化組件以減少系統的集成復雜度以及能力改造復雜度。

3）伸縮性：為了滿足不同任務需求進行軟硬件設備增刪而不犧牲其他作戰效能的能力。

4）子系統的重用性：子系統根據標準規范進行設計，獨立于艦船平臺，并且可以為多個平臺之間重用。

上世紀80年代，由于艦船設計制造的成本高昂，加上任務需求不斷增多，歐洲多國在建設海軍力量時開始構思如何利用通用系統與船體來建造更加靈活的艦船。表2所示為一些成功的案例［5］。

表2 歐洲各型靈活設計的艦船Table 2 Flexible ships of Europe an navies

StanFlex（或稱Standard Flex）系統［6］是丹麥的模塊化任務系統，搭載在“飛魚”級（Flyvefisken）多任務艦船上，該系統的概念誕生自上世紀80年代，丹麥在探討如何為本國海軍進行改換裝時，萌生了通過單一船體搭載不同任務系統來實現多功能多任務艦船的概念，通過將任務系統的軟硬件封裝在一個集裝箱內，利用標準接口與整艘艦船的總線相連，很好地實現了任務系統模塊的“即插即用”，通過更換不同的任務系統，一艘艦船能夠執行9種不同的任務，包括偵察、布雷、掃雷、水面戰、反潛、水道測量、海洋調查、環境保護以及信號偵測。

由于冷戰結束以及隨之而來的預算縮減，美軍也開始構思如何建造更加靈活的多任務艦船［7］。根據美軍的構想，靈活的多任務艦船不僅可以通過標準的接口解耦作戰平臺和作戰系統，同時還可以通過快速的作戰配置和預置的接入路由規則獲得快速的作戰響應。瀕海戰斗艦［8］（Littoral Combat Ship，LCS）正是針對這些目標而設計的，與StanFlex系統所采用的任務系統及平臺分離的方式類似，LCS也使用標準裝備與模塊化的任務系統相結合的策略，艦上常駐武器模塊包括50 mm口徑機關槍、Mk-110炮、RIM-116拉姆/海拉姆導彈，而任務模塊主要分為三大類：水雷戰、水面戰和反潛戰。除此之外，標準的接口與模塊化的開放式系統為未來可能產生的各種作戰或非作戰任務模塊提供了擴展的可能，例如火力支援、海洋環境調查、人道救援等，多樣化的任務系統模塊配合LCS船體本身快速、靈活的機動能力，使得LCS可以針對各種任務做出迅速的反應。

1.3 靈活艦船的優勢

通過在艦船設計初期進行模塊化的靈活設計［9］，解耦作戰平臺和作戰系統，使得平臺通過搭載不同的設備及子系統以獲得不同的作戰能力，在保證作戰效能的前提下可以減少平臺設計的復雜度，基于這樣的解耦合，靈活艦船有著多方面的優勢：

1）成本控制。

靈活的艦船在成本控制方面效果是可觀的，由于采用了通用的設計方式、標準的接口以及冗余的空間布置，可以大幅節省建造成本。Garyer等［10］通過對10艘不同級別艦船的調查得出，采用靈活設計與建造的艦船總價與傳統建設方式相比平均每英噸（Long ton）可節省近50%，包括：

（1）25%的時間成本；

（2）40%的人員成本；

（3）17%的建造成本，其中包括武器系統的安裝。

在設備價格持續攀升的大環境下，這樣的成本節省是相當顯著的。并且由于和平臺解耦、子系統的采購和貯存等都可以單獨進行，大幅降低了全壽期費用。

2）響應能力。

通過靈活的配置方案，艦船可以保證當艦上子系統需要進行維護時能夠更換其他備用設備，不會導致整艘船無法作業，抑或是某艦船如果無法繼續執行任務（退役或失去作戰能力）其上的可用模塊可以繼續為其他艦船使用。與傳統的“定制”方式建造的艦船相比，子系統不再依附于艦船主體，當需要對任務進行響應時，艦船通過搭載所需模塊即可快速進行任務響應。

3）提高可測試性。

在軟件行業中，模塊測試是一個十分重要的測試內容，主要針對軟件中某一模塊進行測試，包括模塊的接口和內部數據以及功能等。因此實現艦船子系統與平臺的解耦合，可以方便地對子系統的作戰效能進行模塊測試以及互相之間的聯調，提高了作戰系統的可測試性。

2 建造靈活的艦船

靈活艦船的建造可以認為是一個分解與重組的過程。將艦船整體按照功能劃分為適當大小的功能區域，分解后的區域具有適當的空間結構，以及能夠滿足所需任務功能的軟硬件接口。這些功能區域能夠單獨或組合使用，以根據不同的需求實現不同的任務。完成了功能區域的劃分，就需要考慮這些功能區域所能搭載的設備與系統，如圖1所示，在標準船體上，通過標準接口進行模塊的安裝，具有適應性強、結構可靠、建造周期短、費用低廉等顯著特點，同時由于采用了模塊化的作戰系統配置方式，使得該艦可以根據不同用戶的需求從任意供應商靈活地選用合適的系統進行組合。

圖1 模塊化的靈活艦船Fig.1 A modular flexible ship

2.1 靈活的設計

“即插即用”這一概念是建造靈活艦船的關鍵詞［11］，在設計時將艦船平臺作為一個有待擴展的通用平臺，通過標準接口擴展自身的任務能力這種方式與傳統的系統設計思路相比，不但降低了成本，分攤了風險，還能減少艦船在需要進行系統更新時的等待時間，做到系統獨立更新，而平臺通過更換任務系統繼續執行任務。美海軍正是根據這樣的思路，引入了開放式體系結構（Open Architecture，OA）與模塊化開放式系統體系結構（Modular Open System Architecture，MOSA［12］）的設計方法來開發全艦的開放式體系結構。

2.1.1 開放式體系結構

OA是一種技術架構，采用公認的標準組織或市場廣泛接受和支持的開放標準，支持模塊化、松耦合和高內聚的系統結構。采用OA可以很好地提高系統的模塊化與互操作性，通過軟硬件的重用，使得系統具有很好的伸縮性，為系統的后期維護以及功能的變更降低門檻。構建OA的基本原則如下［13］：

1）基于開放標準的模塊化、松耦合、高內聚設計，允許獨立采購部件。

2）基于合作的企業投資策略，盡可能對已驗證的系統設計方案進行重用，確保利用最小的開銷獲取最大收益。

3）通過引入新技術和不斷更新產品轉變軟件密集型系統的全壽命維護戰略。

4）通過透明的系統設計、持續的設計公開以及政府、學術界和業界的審查顯著降低開發風險。

5）通過替代源和解決方案來確保競爭。

OA的一個典型應用是洛克希德·馬丁公司針對宙斯盾系統的現代化。宙斯盾系統是美軍最復雜、功能特別強大的海軍指揮和武器控制系統之一（圖2）。該系統采用基于“基線（Baseline）”的螺旋上升式開發方法，不斷完善和升級系統，提高其作戰效能。在開發過程中，將陳舊的、開放性不夠的作戰系統轉變為OA系統，通過使用POSIX，OMG等商用標準降低基礎設備之間的耦合程度，提供模塊化的、方便連接且可互操作的部件，使得宙斯盾的各個子系統之間可以重用作戰應用程序，不需要詳細了解子系統內部的工作方式和執行過程［14］。

波音公司利用開放式體系結構做過一項針對B-52轟炸機的升級［15］，即將美國國防部的開放任務系統（Open Mission Systems，OMS）集成到B-52的 CONECT（CombatNEtwork Communications Technology）系統中，其中OMS系統軟件供應商包括美國空軍、波音公司以及洛克希德·馬丁公司。誕生于上世紀50年代的B-52轟炸機藉由OA獲得了洛克希德·馬丁公司的瞄準吊艙系統（Sniper pod）、分布式數據影像以及照片獲取存儲能力。這項針對B-52的升級充分說明了開放式體系結構如何為遺留系統方便地集成先進功能，從而提高系統作戰效能。

圖2 宙斯盾系統的開放式體系結構計算環境Fig.2 Open architecture computing environment in AEGIS system

2.1.2 模塊化系統

模塊化是一種設計方法，系統部件作為一個獨立的可操作單元，遭受周期性的改變。系統設計采用標準接口、尺寸和性能參數，以便于組裝、維修或靈活布置和使用。模塊化有不同的應用方式。海軍艦船實現的模塊化主要可以分為以下5個子類［16］：

1）建造模塊化。艦船的建造包括多種不同部分（如模塊、分段、貨盤等），在船塢的特定位置，或者在船廠之外。這些分段或模塊被運送到船塢的一個位置進行最后組裝。建造模塊化允許更短的建設時間，因為艦船的不同部分可以并行制造。

2）軟件模塊化。開放式體系結構計算環境（Open Architecture Computing Environment，OACE）允許通過使用開放的系統更新所有重要計算機的相關程序。更新軟件而非更換物理機可以大幅節省成本。

3）部件共享。一個系統或平臺的部件可以與另一個系統或平臺共享。部件共享可以簡化后勤、降低成本和復雜度，并加快技術革新。此類模塊化的一個應用方向是在多級艦船之間共享一個船體設計。

4）載機模塊化。載機模塊化指通過搭載到不同類型的平臺提供某種任務能力，包括空中、水面和水下。這些載機采用標準接口和通用的加載、釋放系統，使不同的艦船可以使用相同的載機。

5）任務模塊化。任務包是區別于艦船標準設備和系統的一套任務負載部件。當要求艦船執行一項特定任務時，任務包被帶上船并快速安裝。通過使用開放系統和標準接口提高安裝效率。這種類型的模塊可以通過允許替換所需的單個部件來促進升級和現代化。

由上述模塊化的分類可以看出模塊化的特點，即可重用和使用通用標準的關鍵接口。模塊化設計解耦了任務系統開發與平臺的開發，以保證最新的任務系統技術可以用于船體而不用在建造過程中預先組裝，這就為艦船搭載多任務包奠定了基礎。

2.2 靈活的采購與供應鏈選擇

設計方法上的改變必然會導致資源組織方式的改變，也就會涉及到采購與供應商選擇方式的變化。以美海軍為例，隨著OA的引入，美海軍開始將原本較為封閉與保守的采購策略逐漸向更加開放的多供應商的采購方式轉變［17-18］。相較于封閉的系統，開放式系統更容易通過優質供應商提供的擴展部件獲得更好的性能提升，而且由于采用松耦合的標準接口，系統的增、刪、改更加容易，因此能夠獲得更快的迭代周期。OA能夠帶來諸如松散耦合、通用標準、公開接口等優勢，這就要求在開發方式上由傳統的以平臺為主導向以能力為主導轉變，但是技術上的轉變還遠遠不夠。為了實現前述的多供應商帶來的成本效益，必須針對OA建立相應的采購方式。

OA的采購方式基于OA的諸多原則，允許眾多供應商對通用的子系統模塊進行競標，從而系統能夠以更低的成本獲得更好的性能擴展。但采購方式的改革上會存在著一些阻力因素，這些阻力有時甚至會比技術改革的阻力更大。美海軍的經驗顯示［19］，為了更好地實現OA，許多重大項目的采購改革都是由資深的采購負責人決斷，將采購模式由長期供貨商的供應模式逐步轉變為以短平快為特點的獨立采購模式。盡管有著這樣的改革思路，但美海軍的諸多項目還是無法完全采用OA的設計原則，其中有部分技術原因，但更多的還是來自采購及風險的原因。

除了OA的采購方法外，美軍的許多系統項目還采用了另一種采購方法，即產品線（Productline）采購方法［20］。產品線是指為了滿足特定市場或任務而設計制造的一組系統產品，這些產品的設計特性或核心部件相同或近似。在軟件行業中，產品線方法充分證明了其在成本控制、部署過程、迭代周期等方面的優勢。產品線采購方式主要分為2種形式：

1）系統擁有者購買供應商自己知識產權的產品線。這種形式要求供應商有現有的產品線且有能力完成系統要求的能力建設。

2）系統擁有者設計產品線并要求不同的供應商完成不同的部分，然后進行集成。這種形式要求系統擁有者自己設計產品線并將不同的產品分配給不同的供應商完成。

產品線采購方法在某一族產品時能夠獲得最大收益，而OA采購方法則是在單個系統持續集成時發揮作用，兩種方法各有自己的優勢，在二者皆可使用的場景下可以參考以下幾點進行選擇［19］：

1）成本。兩種方法均可顯著降低成本，OA方法通過引入供應商來提升競爭，但引入競爭的一個問題在于是否能夠保證公平競爭，在系統開發過程中，除了開發新系統外，還存在許多遺留系統，所以在存在遺留系統的大系統內，往往會存在一些技術壁壘，使得新的供應商無法進行集成或者集成的成本很高。產品線采購方法則是通過將設計成本分攤到整個產品族來降低成本，相較于OA的采購方法，其區別主要在于隨著產品數量的增加，節省的成本就越多，而后者節省的成本則是一個相對穩定的量。

2）交付時間。OA的采購方法是通過引入多供應商的競爭，從而帶動某一類產品研發方法的創新來達到縮短交付時間。而產品線則是通過版本化的開發方式來實現快速交付。

3）產品質量。OA的產品質量保證主要來自于系統的軟硬件獨立性，高內聚、松耦合以及可集成的模塊。而產品線采購方法的產品質量保證則是由于在某一個版本的產品中解決的問題在后續版本中自動得到了解決。

2.3 靈活的作戰流程

當完成了平臺與大系統的設計與采購，獲得了艦船的子系統集合后，接下來就需要針對任務進行相應的系統組織與集成，這也是由以平臺為主導向以任務為主導進行轉變的關鍵。

艦上系統主要分為2種：職能系統與任務系統。職能系統主要滿足艦上的基礎設施服務，比如船—機—電（HM&E）、船員居住艙室的基礎設施等，這類系統通常不會有太頻繁的更迭周期，因此可以認為是較為“穩定”的，但這并不影響這類系統使用前述的設計和采購方式來獲得后期可能存在的維護升級優勢。任務系統則是指艦上的作戰系統以及相應的基礎設施，包括火炮、導彈、C4ISR等。為了完成某一項作戰任務，這些作戰系統通常會遵守一定的作戰規則，這些規則一般用作戰流程來表示。作戰流程是為了完成某一特定作戰目標而由不同設備和人員協同完成的一系列活動，且作戰流程有著十分嚴格的時間要求，所以從作戰任務開始到結束，流程的運轉時間限制將決定流程的長度。因此在作戰系統流程的設計與建模過程中，可以使用較為成熟的業務流程標準進行設計。

為了更好地為業務流程提供IT實現，許多廠家和組織為業務流程制定了許多技術標準和規范，主要分為2個方面：一是提供元模型以及執行語義的語言模型，包括由工作流管理聯盟（WfMC）提出的XML過程定義語言（XML Process Definition Language，XPDL），由BEA，IBM和微軟編制的業務流程執行語言（Business Process Execution Language，BPEL），這些語言通常基于結構化的XML（eXtensible Markup Language），XML語言人機可讀，而且方便存儲與分析，這也是在作戰流程設計時可以利用的一大特性；二是方便業務流程設計人員編制圖形化流程的建模方法，比如由業務流程管理倡議組織（Business Process Management Initiation，BPMI）開發的業務流程建模與標注（Business Process Modeling Notation，BPMN）。BPMN是基于圖形符號的設計語言，而BPEL和XPDL則提供結構化的模型和執行語義，二者的模型轉換對業務流程編制和IT實現至關重要，目前也已經有許多產品支持BPMN向BPEL和XPDL轉換，比如BizAgi公司的Process Modeler，JBoss公司的jBPM以及Alfresco公司的Activiti等［21］。

3 靈活性的分析與評價

系統的性能指標量化分析對于系統的設計有著重要的作用，對靈活性這一指標進行分析有助于在系統設計與方案評估等方面進行決策。在制造領域有許多評價系統靈活性的方法，眾多的評價方法說明這一領域的研究是生產系統甚至可以說是系統工程中一個重要的環節，另一方面也說明目前還沒有一個被普遍接受的方法，只能針對系統的特質提供一種特定的評價方式。

3.1 制造領域的靈活性分析

在制造領域內，企業最關心的通常是生產系統能夠帶來的利潤，在自動化生產系統日漸成熟的當前環境下，如何合理地應對波動的市場需求變化也就成了制造業內十分關注的一個重點。對于生產系統的靈活性分析，諸多院校、企業及科研人員都投入了大量的工作，文獻［22］將生產系統的眾多靈活性分析方法進行了分析歸納（表3），并給出了生產系統靈活性評價的相關內容指標：

表3 評價方法與指標的關系Table3 Matrix of evaluating methods and indices

1）根據系統的屬性與關注點，分為工廠、工段、生產線和工位。

2）為了滿足多維度的靈活性，在分析方法中，時間成本、貨幣成本和產品多樣性這三者應有同樣的權重。

3）評價方法必須能夠跨行業使用，且結果可比較。

4）必須考慮產量靈活性、混合產品靈活性和擴展靈活性。

為了更好地應對制造領域內多層級的靈活度，Chryssolouris提出了一種針對制造系統的評價方法，其思想是計算系統需要進行改變時的額外成本，并利用變化成本（Penalty of Change，POC）作為評價的指數［22］。當一個制造系統在不增加更多成本的情況下執行更改時，可以認為該系統有最大的靈活度，此時的POC值為0，即變化成本為0；相反，如果系統更改帶來更多的成本，則POC的值應該相應增加。

為了計算POC的值，Chryssolouris引入了事件樹，通過每棵樹的葉子節點（事件）以及發生的概率計算每種可能性的成本，并以最低的成本為最佳。考慮下述情況：機器A每天生產1 000件產品，其成本為20 000元，但其對于可能發生的變化覆蓋率達到了80%，其POC值為20 000×80%= 16 000元；機器B每天生產10 000件產品，成本為100 000元，變化覆蓋率為20%，其POC值為100 000× 20%=20 000元；則從POC的角度分析，機器A較機器B節省了4 000的POC，所以盡管機器B的日產量較高，根據對靈活度的要求還是選擇機器A。

基于POC的評價方法對于一個需要靈活改變流程并計算成本的組織來說是可行的。但是一個比較關鍵的問題在于，POC的值依賴于成本與概率，當成本給定時，概率就顯得尤為重要，以上述的兩臺機器為例，如果二者的變化覆蓋率同時降低5%，則二者的POC差值為0，此時的POC方法就無法適用。

3.2 軟件的靈活性分析

軟件通常是為了實現某一些功能和業務而編寫，但由于業務和功能需求常常會發生變化，因此軟件也需要足夠的靈活性來應對這些變化。與其他領域的靈活性相似，軟件的靈活性也是為了讓軟件以更低的成本完成更多的任務，所以從宏觀的角度分析，成本（時間和貨幣）與軟件功能的豐富程度是一個比較簡單的衡量靈活性的方式。

對于不同應用場景下的軟件靈活性已有一些研究。Shen和Ren［23］通過靈活點和一些軟件的靈活性屬性指標對如何分析軟件的靈活性進行了分析，并給出了一個基于該方法的工資計算軟件靈活性分析的算例。軟件通常使用編程語言來進行編碼實現，因此，軟件的結構可以認為由2部分組成，即靜態部分和動態部分。靜態部分包括軟件的代碼、框架等結構化部分，動態部分包括運行時的行為、業務流程和用戶交互等［23］，進行軟件設計時，通常希望靜態部分在完成后僅暴露接口，接口內部則盡量不改動，因此要更加靈活地實現軟件的功能擴展，就需要對動態部分進行修改，通過改變接口組織的方式實現軟件的靈活性。如前文所述，業務流程管理系統可以通過預定義的規則對軟件模塊進行組織并進行業務流轉，因此對于一個稍大規模的軟件而言，其靈活性可以通過業務流程的靈活性來體現。Zhao［24］在研究業務流程管理系統時提出將系統的適應性與系統的通用性作為衡量軟件靈活性的指標。Deiters［25］等則針對業務流程系統提出了流程靈活性、跨組織靈活性、靈活管理與知識以及靈活的任務分配等4個方面的內容。

3.3 作戰系統的靈活性分析

艦船作戰系統由多個子系統構成，這些子系統以特定的作戰規則進行流轉并完成作戰任務，對作戰系統的靈活性進行評價可以很好地反映艦船的靈活性。目前評價作戰系統靈活性的研究并不多，張萌萌等［26］通過運用制造業中車間—產品模型方法對C4ISR系統的結構靈活性進行的分析是一個值得關注的方向，此外，利用業務流程管理對作戰流程進行建模與評價也值得嘗試。本研究將簡單地闡述一種結合作戰流程與制造業中的變化成本法對系統靈活性進行分析的方法。

基于前文的定義，作戰系統是否靈活，可以通過判斷這個系統是否能夠通過盡可能少的改變完成盡可能多的任務來實現。作戰任務通常都會按照一定的流程來實現，而作戰流程包含很多個子流程，故可以將一個作戰流程通過流程樹的方式展開，將每一種可能的作戰流程實例作為樹的分支并計算作戰結果，然后再參考POC方法的思路對作戰結果和作戰系統的成本進行綜合分析。

一個基于變化成本的作戰系統靈活度評價方法應該包含2個步驟：

1）建立作戰系統包含的系統單元集合以及該作戰系統可能完成的任務集合，計算出作戰系統執行任務集合中每個任務的作戰成功率PMission，當PMission的值大于某一要求的值時，便認為可以勝任該任務，勝任的任務集與任務全集的比值定義為任務覆蓋率PMC。假設S為某艦上所有系統單元的全集，Sn表示集合中的子系統，則

M表示作戰系統可能完成的任務的全集，Mn表示集合中的任務，則

假設有一任務子集Msub，如果給定的系統單元集合S在更改系統組成的情況下，利用集合中已有的系統單元子集執行任務并能夠勝任集合Msub中的所有任務，則該艦船的作戰系統任務覆蓋率PMC=Msub/M。

2）為了提高任務覆蓋率，可以通過增加成本的方式來增加系統的作戰能力，也就是在作戰系統建設時，通過高成本增加作戰能力有可能提高任務覆蓋率，但是對于靈活的艦船而言，希望盡可能通過投入更少的成本來完成更多任務，因此研究系統的靈活性需要綜合考慮成本帶來的影響。前文中介紹過制造業中評價靈活性的POC方法是通過變化覆蓋率與成本的乘積來作為制造系統的靈活性指標，然而增加成本與提高任務覆蓋率是正相關的，因此單純的乘積無法反映系統的靈活性，此時需要對這2個屬性值進行綜合評價以給出量化指標，并通過量化指標進行比較選取。

4 結 語

高靈活性能夠提高艦船的多任務能力，降低全壽命周期成本。相較于傳統的艦船設計方式，靈活的艦船能夠更快地完成現代化建設與改造，提高艦船的服役效率。靈活的艦船有著諸多的優點，至于是否一艘艦船的所有部分都要靈活的建造國外一些先進案例已經帶來了一些能夠參考的要素，比如模塊化的標準站位、通用的計算機基礎設施搭配標準的擴展軟件、模塊接入路由方式等。

如何選擇合適的模塊進行靈活制造是一個需要長期驗證的過程，這對系統集成商和平臺設計方都提出了很高的要求。對系統集成商而言，設計一個靈活的艦載系統首先需要根據功能進行系統的劃分，整體把握系統的分布，并充分使用模塊化的設計思想，除了軟硬件能兼容船體接口外，還要為系統的后期維護、更新、更換提供很好的支持，最重要的一點是在系統設計時，區分需要不斷更換、更新的部件以及需要常駐的部件，這也是讓艦船保持在一個適當的靈活度的關鍵。而對于平臺設計方而言，則要充分考慮系統的模塊化特性，為系統的接入提供標準的接口，為武器的站位提供可靈活配置的空間。

建造靈活的艦船是一個復雜的系統工程，不僅需要平臺和系統承建商有著優異的設計制造能力，還對整個工程建設的風險控制、供應商管控能力有著很高的要求。靈活的艦船不僅能提高海上的現代化作戰能力，還能通過引入競爭刺激創新，一方面降低了技術成本與風險，另一方面能夠不斷提高設計方、制造方的綜合建設能力，為整個海上裝備的設計、制造、采購體系帶來很好的促進作用。

［1］ALEXANDERRK，OLINSTEAD L.Meeting the 21stcentury with smart mission flexibility［J］.Naval Engineers Journal，1997，109（3）：341-346.

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Flexibility of warships：an overview

FU Zenan，DONG Xiaoming
China Ship Development and Design Center，Wuhan 430064，China

U674.7+02

A

10.3969/j.issn.1673-3185.2017.05.002

2016-11-14< class="emphasis_bold">網絡出版時間：

時間：2017-9-26 11:12

付澤南，男，1990年生，碩士。研究方向：船舶信息系統集成與優化。E-mail：dantefu9001@163.com

董曉明（通信作者），男，1975年生，博士，高級工程師。研究方向：艦船作戰系統，分布式仿真，計算機系統結構。E-mail：phdotd@gmail.com

http://kns.cnki.net/kcms/detail/42.1755.TJ.20170926.1112.032.html期刊網址：www.ship-research.com

付澤南，董曉明.艦船靈活性概述［J］.中國艦船研究，2017，12（5）：13-21.

FU Z N，DONG X M.Flexibility of warships：an overview［J］.Chinese Journal of Ship Research，2017，12（5）：13-21.