舰船装备保障性系统工程的新观点

宋太亮

舰船装备保障性系统工程的新观点

宋太亮

从用户角度出发，运用系统工程的理论、技术和方法，重新认识舰船保障性并提出一些新的观点。通过研究得出结论，为了达到用户的保障性目标和要求，使设计的舰船装备是可保障的，必须在舰船的全寿期中全面实施保障性系统工程。

保障性；系统工程；舰船总体

1 引言

作者曾在《中国舰船研究》发表两篇关于舰船保障性问题的文章，第一篇是：“舰船装备保障性工程研究”［1］，对舰船保障性及保障性工程进行了初步研究，但是该文所研究的内容，仍然属于装备综合保障的范畴，也就是主要从最终形成保障系统的角度研究保障性问题。第二篇是：“读 ‘总体者，集大成也’一文引起的思考”［2］，该论文对保障性目标进行了详细论述，并提出了作为舰船总体设计者应当从用户任务需求出发，利用系统工程的观点，统筹考虑影响保障性的各种问题，加强综合权衡，最终实现性能、进度、保障性、费用之间的平衡。但是，该文主要从观念和理念角度进行探讨，结合实际舰船装备内容不充分，缺乏可操作性强的工程方法。

经过多年的探索研究和工程实践，以及对国外文献的系统分析，发现解决装备的保障问题是一个复杂的系统工程，局部实施个别专业工程，如可靠性工程、维修性工程，不能从根本上解决问题。而且，尽管装备管理体制和运行机制发生了一些变革，但装备建设的系统工程体制和运行机制尚未形成，因而装备建设的总体质量和效益还有待进一步提高，什么时候真正实施装备建设系统工程了，真正重视了保障性、可靠性、安全性等问题，装备建设才能跃上一个新的台阶。

为了从根本上解决装备的保障性问题，必须实施装备保障性系统工程。本文将结合舰船装备特点，对保障性问题进行重新认识，提出若干舰船装备保障性系统工程的一些新观点。

2 新的观点

为了实现舰船装备的保障性目标［3］，使舰船装备易于和便于保障，必须更新传统的设计和保障观念，运用系统工程的理论、技术和方法，将保障性问题作为一个整体来考虑，加强多学科之间的统筹协调，保证以可承受的费用达到各保障、设计要素之间的平衡。为此，提出以下创新观点。

2.1 保障性——保障装备系统执行任务的能力和度量

保障性不是可有可无，是装备执行任务所必需的一种能力。过去，我们研制装备时，只重视装备的战术技术性能，而忽视保障性等特性，造成的后果是可想而知的。

研究保障性问题首先研究保障。保障的定义为：“某单位为执行各种任务而采取的各项保证措施与进行的相应活动的统称”。保障是为系统任务服务的，按照任务保障划分为使用保障、后勤保障、维修保障等。对于系统而言，保障可理解为：为使系统完成规定的任务而实施的技术和管理活动。

保障性的定义为：“保障性是指系统完成规定任务时，按照计划的保障方案和保障资源能够发挥、保持、维持或恢复到规定状态的能力度量”。从保障性的定义可以理解保障性的特点如下：

1）保障性要求追求高的系统执行任务的能力。从保障性所满足的要求可以明确它是使用能力的要求，这种能力可称之为执行任务的能力，因此保障性是一种能执行任务能力的度量。

2）保障性的设计特性内容很多，需要根据系统设计特点研究其任务需求和使用过程，找出影响保障的各类设计因素。系统的设计特性是设计赋予系统的固有属性，决定于设计所确定的技术状态，是系统设计确定的与保障有关的设计特性。

3）保障资源需要统筹规划，以成套方式提供。保障资源内容十分繁杂，必须完整成套地规划这些资源并成套提供给用户，才能达到任务能力的目的。分散零星的单项资源是达不到要求的，因此保障系统或保障资源系统成为保障性研究的特点。

4）达到保障性的目标需要用系统工程的方法进行研究。

5）实现保障性目标是参与系统研制和保障各方面人员的共同责任。保障性的组成及其相互关系如图1所示。

图1保障性的组成及其相互关系

研究保障性问题，关键的是首先确定保障性目标，这个目标必须从任务需求导出。保障性目标在系统层次上全面考虑了装备任务需求，根据任务需求导出的系统设计、使用和保障方面的保障性设计要求，形成互相统筹协调的整体。为了达到保障性目标，需要多学科的共同努力。保障性系统工程所考虑的范围可以从保障性目标体现出来，不仅考虑主任务系统，而且还考虑保障系统；不仅考虑设计，而且还考虑使用与保障问题。

表1给出了保障性目标的范围及与任务能力要求的相互关系。

过去我们提出要求太多，各项要求之间不协调，有些要求在设计中难以控制，在试验中难以验收验证。必须将保障性目标转化成设计上可控制和可验证的保障性技术规范。保障性技术规范必须纳入产品设计规范，并将保障性要求分配到合同约定的产品层次。

对于舰船装备来说，保障性是与战术技术性能同等重要的一项能力指标，保障性反映了舰船装备能够执行任务的能力，如舰船有多少时间处于能执行任务的状态，有多少艘舰可以出动；出动后能够持续多长时间不发生故障；发生故障后需要多长时间能够恢复；保障资源和费用能够维持持续出动的能力多大等。这些能力是明显区别于战术技术性能的，是对战术技术性能的发挥起重要保证和支持作用，对装备效能的发挥和战争胜负起关键性作用。对于舰船装备而言，顶层的保障性目标要求（通常是系统层次的使用要求），可提出使用可用度、任务可靠性、保障系统供应反应时间和每使用小时的保障费用。这些参数是与舰船的使用直接相关的，并可利用现场信息收集系统，对这些参数进行评估。将这四项参数通过任务剖面和产品功能框图，分解和分配到军方和承制单位约定的产品层次，对于复杂的舰船装备，这些参数至少分解分配到关键的设备和关键的舰上可更换单元层次。这时参数主要包括平均故障间隔时间、舰上平均修复或者更换（安装）时间、备件备品品种和数量限制、新的和改进的保障设备的品种和数量限制等设计上可以控制的要求。对于产品可靠性和维修性设计，需要区分硬件、软件和电子元器件等不同的产品类型。对于机械产品需要研究其寿命问题；对于软件可靠性问题则更为复杂，通常软件测试和代码走查是保证可靠性的有效方法；而对于电子元器件主要是按等级选择问题，以及电子应力筛选技术的应用，目前还要考虑电子元器件的供货问题及升级换代问题。

表1 保障性目标、任务能力要求及要求之间的关系

2.2 在装备的全寿期中反复实施保障性系统工程

保障性系统工程的定义是：在系统寿命周期内，以可承受的费用，实现系统研制规定的保障性目标所进行的一系列技术和管理活动。保障性系统工程具有以下特点：

1）整体性。保障性所阐述的能力是一个有组织的整体，即执行任务的能力，也就是满足保障性目标。

2）相互性。为达到保障性目标所涉及的诸多问题，如设计特性、保障资源以及相应的费用等问题是相互依存相互制约的，需要相互权衡分析、互相衔接才能解决。

3）层次性。实现保障性目标的各项活动，包括各专业工程，贯穿于系统全寿期过程，在各个阶段分别有其不同层次的要求与目的，层次上下相关，并且与系统研制进程同步协调，以便达到保障性目标。

4）边界条件。边界条件是系统分析的重要因素。实施保障性系统工程必须有一定的边界条件，就是系统使用和保障所处的外部环境，包括使用环境（地理、气候等）、使用条件（包括人员数量与技术等级等）以及其它保障条件等。

保障性系统工程的主要工作内容如下：

1）确定保障性目标和要求。从任务需求确定保障性目标和要求，为系统设计和保障系统设计提供设计依据和约束；

2）开展任务系统保障性设计。进行保障性设计，从设计上保证系统执行任务的能力，减少对保障资源的依赖；

3）建立保障方案和保障系统。统筹考虑成套保障资源的研制，以保证在满足用户使用要求和适应系统设计的同时，使提供保障所需的资源最少；

4）保障性试验与评价。验证保障性要求的实现情况，评价保障系统；

5）系统部署和运行。进行系统部署和运行保障系统，评估、监控和改进系统保障性；

6）保障性系统工程管理。确保各项工作最佳组合和有序进行。

保障性系统工程活动流程图及相互关系如图2所示。

从图2可看出，为了实现保障性目标和要求，仅靠过去传统的舰船设计、建造和安装阶段是不行的，必须在舰船全寿命过程中实施保障性系统工程。在现有管理体制和保障体制下，实施这项工作是非常困难的，但别无选择，否则交付的装备，将会在较长的时间内形不成战斗力。为了达到保障性目标，需要运用系统工程的原理，建立全系统全寿命管理的机制，明确各部门的职责分工、工作关系和接口、阶段放行准则、各项工作的起止点、各阶段的成果等，制定完整的寿命周期管理计划。

保障性系统工程需要反复运用系统工程的理论、技术和方法［4，5］，以可承受的费用实现保障性目标。如图3所示，保障性系统工程包括需求分析、功能分析、保障性分析、综合、系统分析与控制5个方面的技术和工具的反复应用。

2.3 保障性系统工程的重点是各项专业工程学科之间的统筹协调

保障性系统工程是一个复杂的综合性的工程学科，需要在各学科之间进行大量的综合和权衡。保障性系统工程是系统工程的一个子工程，必须与传统的设计工程、软件工程、试验与评价、制造工程、寿命周期费用、财政资源工程等学科有密切的接口，因此，必须时时刻刻协调好它们之间的接口关系，并将保障性技术规范纳入产品设计规范、制造规范、试验规范，真正作为设计、制造、试验等工作的组成部分，才能保证保障性技术规范真正设计到产品之中。保障性系统工程与传统设计工程的统筹协调关系如图4所示。

图2 保障性系统工程活动流程图

图3 保障性系统工程分析过程

保障性系统工程是由若干专业工程组成的一项系统工程，可靠性工程、维修性工程、测试性工程、综合保障工程等都是保障性系统工程下的子系统工程。单项子工程不能实现保障性目标，只有通过保障性系统工程，才能实现各项专业工程之间的统筹协调，才能实现保障性工程的目标要求。

在保障性系统工程中，一项重要的工作是制定保障方案，但保障方案受到使用方案和设计方案的制约，必须达到这三个方案的相互协调，所谓协调就是三个方案相互依存、相互关联一致，如图5所示。

对于舰船这种复杂的装备，如何将保障性纳入设计、建造和安装过程是比较困难的工作，因为如此多的厂家和产品，最终都要安装到船体内，因此设备性能要求高、接口关系复杂，某些设备达不到规定的保障性要求，就可能影响整个舰船性能的发挥。因此，必须对每项设备提出保障性设计要求和保障性专业要求，最后对设备考核合格后才能装备到舰船上。与此同时，要制定保障系统工程管理总计划和实施计划。

图4 保障性系统工程与传统设计工程的统筹与协调

图5 使用方案、设计方案和保障方案之间的协调

图7 设计和保障决策对寿命周期费用（LCC）的影响

对于性能先进的舰船装备来说，早期保障方案考虑是一个非常关键的问题。承制方保障是国外多年采用的方法，美军近几次局部战争，都有大量承包商的参与。我国装备执行重大试验和演习任务也离不开承制方的参与，关键是在早期方案设计时，就要把如何对舰船进行保障与舰船的运用和设计结合起来考虑。在设计上为保障工作和保障资源预留空间和接口，对如何利用承制方事先有所考虑，这是我们过去设计中考虑比较欠缺的地方。

2.4 尽早实施保障性系统工程需要系统设计、试验、使用和保障等部门共同参与

大量实践表明，系统的使用与保障费用占了整个寿命周期费用的60%～80%，而且一旦系统设计完成并冻结，系统寿命周期费用的构成已经确定，就失去了保障影响设计的机会。因此，在系统寿命周期的早期，应当尽早实施保障性系统工程，以保证保障要求影响系统设计，最终实现保障性目标，如图6和图7所示。

作为保障性系统工程，达到保障性目标是所有参与系统论证、研制和试验、设计与开发、使用与保障、供应等方面所有人员的共同责任，采用团队开发模式，是最终实现保障性目标要求的重要保证。

对于舰船装备，有一些好的做法值得进一步发扬和改进，比如军方有关人员参与的程度比较深，如参与审图。团队工作模式是国外流行的模式，对保障性问题，关键是军方使用和保障人员的早期参与，不仅参与论证，还要参与设计与试验。应当以某种形式明确各种人员参与舰船设计与建造的要求。

2.5 保障性试验与评价是评价保障性的重要手段

由于型号研制进度和经费限制，往往存在试验和验证不充分的情况。虽然美国对可靠性工作一直比较重视，已开展了许多年，但是从使用试验与评价中发现，大量装备没有达到规定的可靠性要求，所以最近采取了大量的措施，以保证产品的可靠性，其中试验与评价是重要的手段之一。

对于舰船装备，由于最终的产品数量少，往往可能只有几艘舰，甚至每艘舰可能还有不同的技术状态。如何对其进行保障性试验与评价，作者建议至少可以采用如下措施：

1）重点控制关键重要设备的可靠性和维修性试验与评价，以减少对保障的需求。对于这些设备进行保障性试验与考核，达不到要求就不能装船，同时对这些设备的关键件进行专项试验与考核，如台架试验、装机考核等。“抓住关键产品、抓住产品形成的关键过程，就能保证最终产品的质量”，这是被实践证明的最佳做法。

2）大量采用保障性建模与仿真技术。由于计算机的发展和广泛应用，利用保障性建模与仿真来评价设备的保障性已成为可能。目前，国外已开发了大量的模型，应用比较广泛。在我国保障性建模与仿真技术应用还不够广泛，应当加大措施推广应用。

3 结论与展望

保障性是系统执行任务能力的度量，其影响因素非常广泛。保障性系统工程是包括可靠性、维修性、测试性、综合保障工程等专业工程的复杂的多学科的系统工程，其最终目标是满足保障性技术规范要求并实现保障性目标。

随着系统复杂程度的不断提高，系统使用对保障的依赖程度越来越高，保障性系统工程的应用范围将更加宽泛。与此同时，保障性系统工程是一个新兴的工程学科，需要不断实践并加以完善，并且需要有更多的学者投入到这一工程学科的研究和实践中来。

舰船作为我国重点发展的一种武器装备，保障性系统工程有其特殊性，需要从顶层加强谋划，从制度、组织、技术、人才等方面采取有力措施，才能起到较好的效果，才能保证舰船装备部署后尽快形成战斗力和保障能力，实现舰船装备建设的又好又快发展。

［1］ 宋太亮.舰船装备保障性工程研究 ［J］.中国舰船研究，2006，1（1）：9-12.

［2］ 宋太亮.读“总体者，集大成也”一文引起的思考［J］.中国舰船研究，2008，3（3）：10-13.

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

［4］ 陈学楚.装备系统工程（第二版）［M］.北京：国防工业出版社，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，研究员，博士生导师。研究方向：装备保障性工程。E-mail：songtl123@126.com