“机敏”级潜艇设计和建造的经验教训

宋晓东

（海军933办公室对外装备技术合作处，北京 100841）

0 引言

1997年3月英国签署了3艘“机敏”级攻击型核潜艇的采购合同，宣布“机敏”级核潜艇的设计和建造正式拉开帷幕。由于在1986－1997的10余年间，英国的核潜艇工业基础受到严重破坏，研制、设计和建造人才出现了大量流失，使“机敏”级核潜艇在研制过程中出现了许多问题。首艇“机敏”号于2001年1月31日才开始建造，目前，“机敏”级潜艇项目还需8年的时间才能完成，平均每艘潜艇延迟2年零4个月的时间。英国为此付出了巨大的代价。2011年11月，英国国家审计署称，“机敏”级潜艇项目的延误将使英国皇家海军在未来10年期间没有足够的潜艇部署，并导致项目成本增加2亿英镑。“机敏”级潜艇建造项目的经验和教训值得我们深入研究和思考。

本文从影响整个项目的管理因素及决策层面，而非技术层面讨论“机敏”级潜艇在设计和建造早期出现的问题及其原因，分析总结了“机敏”级潜艇在设计和建造中的教训。

1 “机敏”级潜艇项目遇到的问题

1.1 设计阶段管理问题

“机敏”级潜艇的设计工作于1997年3月合同签订起正式开始。英国国防部最初的想法是核动力装置采用“前卫”级潜艇的PWR－II型压水堆，其他系统则在“特拉法尔加”级潜艇的基础上进行升级。但是，由于PWR－II型压水堆要求比“特拉法尔加”级潜艇体型更大的艇体，同时，又要保证“机敏”级潜艇比“特拉法尔加”级潜艇具有更小的辐射信号，这两点在某种程度上冲突，使新潜艇设计变得十分复杂。而英国国防部和主承包商（通用电气－马可尼公司，1995年购买了巴罗造船厂，1999年与英国宇航公司合并成立BAE系统公司）严重低估了项目的复杂性，导致潜艇在设计阶段出现了若干问题。

1）人员流失严重

在这一时期，英国国防部把设计和制造潜艇的责任交给了主承包商，国防部认为政府规模缩小，增加主承包商的职责，能使人才从公共部门流向私人企业。但事实上，大量人员在此过程中退休或改变职业，导致英国潜艇工业大量人才流失，主要原因是:

①所有权的频繁变更导致人才流失。由于公司业务合并，巴罗船厂的所有权在不到5年的时间里更替了3次，大量船厂管理人员任期短暂，许多有经验的船厂项目经理在变迁中离开。

②团队内部关系紧张使得人才未得到有效利用。通用电气－马可尼公司从来没有设计过潜艇，缺乏经验。设计团队和船厂工程师分处两地（一个位于法恩伯勒，一个位于巴罗），这给沟通带来了一定阻碍。此外，由于巴罗船厂所有权的变更，导致许多曾经参加过“特拉法尔加”级潜艇设计工作的船厂设计人员没有被纳入新的设计团队。

③国防部和主承包商对设计和建造核潜艇的困难估计不足，没有重视人才储备。冷战结束后，潜艇需求减少，使船厂雇佣人员从超过13 000人下降到近3 000人。虽然大多数离开的人员是技术工人，但是也有许多设计人员和工程师转行或退休。

④国防部规模缩减也是原因之一。英国国防部的驻厂代表由“前卫”级潜艇时的50人缩减为4人，并很少来自海军作战队员或维修人员。

与此同时，整个英国潜艇工业界都在流失技术和专业知识人才，包括配套厂商。国防部和主承包商认为“前卫”级和“特拉法尔加”级潜艇上的许多部件都可以用到新潜艇上，因此取消了很多新订单。由于订单停止大量配套厂商离开了本行业，后来重新建立供应商拖慢了“机敏”级潜艇项目进度。

2）设计和建造过程中缺乏一线人员的参与和互动

专业人员的流失、主承包商的管理变动，以及英国国防部的失察严重影响了后来的设计和建造过程。设计过程几乎没有船厂建造人员、海军作战人员以及潜艇维修人员的参与。先前的潜艇项目中各方面人员之间存在交互，但是到了“机敏”级潜艇设计早期完全丧失了这种交互。

3）没有充分制定设计和建造潜艇的总体规划及进度跟踪程序

缺乏总体规划引起了设计过程的间断，并导致潜艇在设计完全成熟之前就开工建造。缺乏系统的进度跟踪意味着无法真正了解项目完成情况以及项目计划时间表执行情况。

4）合同管理的改变拖延了设计过程

国防部将设计权授予了主承包商，但主承包商没有权利更改合同。因此，当设计需要更改时，得不到及时解决。而且英国防部方面实际上不希望合同有任何变动，怕增加合同成本;主承包商以及少数有经验的技术人员也没有更改合同的权利，使得许多设计更改决策没有做出或者没有及时做出。由于问题出现在项目的早期，英国防部没有意识到其影响的严重性。

1.2 设计软件问题

“机敏”级潜艇设计拖延和成本增加的一个重要原因是使用3D CAD软件。软件的使用实际上增加了成本而不是降低成本，这是英国国防部没有想到的。

英国防部和主承包商以为可以利用3D CAD软件立刻开始“机敏”级潜艇的设计。但据美国的经验，在使用3D CAD工具设计潜艇之前，需要对该软件进行大范围修改，才能作为某个具体项目和船厂的一般设计工具。此外，英国设计人员缺乏使用3D CAD工具的知识和经验。虽然，在“机敏”级潜艇建造之前，巴罗造船厂已经开始应用3D CAD工具设计补给油船和两栖战舰，但是，这些水面船的设计相对简单，与复杂的、高度集成的核潜艇设计完全不同。结果造成在“机敏”级潜艇决定开工建造时，完成的设计图纸还寥寥无几。

此外，设计软件的使用还给实际建造带来了问题。一方面以前的潜艇设计依靠二维设计工具，由设计人员绘制出图纸，通过现代实体模型让造船工人理解潜艇布置和管道及线路分布，还能帮助认识组件集成和人工因素的问题，但在“机敏”级潜艇设计中由于使用了三维设计工具而没有使用实体模型;另一方面3D CAD绘制出的建造图纸不符合工人的使用习惯，3D CAD绘制出的图纸非常详细，包括模块化建造和舾装的各个步骤，而之前的图纸细节很少，工人利用多年积累的经验来决定如何实现图纸上所描述的建造过程。工人的经验和图纸之间发生冲突，使建造过程更加复杂。而且工人还需要时间来学习如何按照图纸细节施工，拖延了建造进度。

1.3 建造问题

除了设计给潜艇建造带来的不利因素外，建造中最大的问题是巴罗船厂缺乏相关经验。首先，巴罗船厂的工人不具备全面的潜艇建造知识，不能有效实施潜艇建造;其次，由于停建核潜艇的时间过久，船厂管理复杂，建造过程的知识流失，无法确保建造质量;另外，巴罗船厂生产实践的先进程度达不到要求，更新工艺技术遇到了困难。

1.4 测试和交付问题

到项目后期，潜艇测试和交付同样也出现了问题，加剧了进度的拖延。交付“机敏”级潜艇时，巴罗船厂已有近10年没有测试和交付过1艘核潜艇，更是有17年没有测试和交付过1级潜艇的首艇。船厂对“机敏”级潜艇遇到的困难估计不足。

当潜艇制定设计要求时，没有建立有效的测试和交付计划，也没有规定潜艇应该怎样测试。在“机敏”级潜艇之前，由英国防部和皇家海军负责潜艇测试交付。但是，到“机敏”级潜艇时，测试和交付的责任转移到主承包商，而主承包商没有足够的能力承担好这项责任，也没有一个有效的潜艇总体测试计划。

如果把涉及英国潜艇舰队保障的船厂及公司纳入到项目中来，能克服很多问题。但是这些船厂及公司之间存在相互竞争，如巴布柯克公司下属的普利茅斯船厂，在潜艇建造方面与BAE系统公司有潜在的竞争，导致这些船厂有经验的员工没有参加“机敏”级潜艇的测试和交付活动。后来英国专门通过潜艇企业执行计划（SEPP）来解决重要潜艇供应商（BAE系统公司，巴布柯克公司和罗尔斯·罗伊斯公司）与英国防部的合作问题。

2 项目采取的补救措施

在经历了一系列的打击之后，英国防部和BAE系统公司采取了多项管理措施，来改善“机敏”级潜艇的建造情况。

1）启动了名为“建造方式”的项目，以缩短船坞建造模块中获得零件和工具的时间。现在每艘潜艇附近都有黄色塔楼，内设工作车间、领班办公室，以及建造期间需要的工具和设备。此外，还采用了一个创新方法，当工人对设计图纸有疑问时不必去找设计人员，设计人员会去生产工人那里帮助解决问题。

2）加强对潜艇造船厂的监管。英国防部2003年增加了在巴罗船厂的驻厂人数。目前英国防部有30名人员在巴罗船厂监督“机敏”级潜艇项目。这些人员能帮助决定更改合同，并向英国防部反馈项目状况。英国防部和船厂之间的关系得到加强。

3）改善供应链的管理。2006年1月关键供应商论坛成立，每季度召开会议评估关键供应商的状况（10家企业提供了70%的潜艇材料），供应商和国防部一起审查项目，分享实践经验，努力减少“机敏”级潜艇建造使用的设备和材料成本。

4）采取多种措施降低后续潜艇的建造成本。利用美国“弗吉尼亚”级潜艇项目的经验，重点放在作战系统上，减少零件数量，降低若干其他系统复杂度等措施，使每艘“机敏”级潜艇建造成本减少数百万美元。

5）采用新的系统跟踪进度情况。在“机敏”级潜艇项目最初的几年时间里，缺乏有效的系统监视设计和建造过程，项目后期采用了实获值管理（EVM））系统。准确的成本计算系统是实获值管理系统的必要前提。在某个时间点，将施工预算费用（BCWP）和计划工程预算费用（BCWS）进行比较。当BCWP值小于BCWS值时，项目被视为拖期;如果BCWP值超过BCWS值，项目视为进度提前。时间表执行情况指数等于BCWP除以BCWS，成本执行情况指数等于BCWP除以实际工作成本，这2个指数值小于1表示项目拖期和超出预算。

3 “机敏”级潜艇设计和建造的教训

“机敏”级潜艇最重要的教训是要让所有相关部门及人员（包括设计师、建造工人、潜艇作战人员、维修人员和技术界）参与到整个项目过程中，理解作战需求对设计和建造的要求，计划好如何进行系统和平台测试，确保作战需求得到满足。

1）在潜艇设计阶段要让建造人员、维修人员、潜艇作战人员和技术人员参与。

美国“弗吉尼亚”级潜艇项目的经验是在设计1艘新潜艇过程中，采用一种设计/建造程序。这个程序包括让建造人员实质参与到设计过程中，以保证设计思想能够在建造中有效实现。设计团队应当接受来自建造、作战操作和维修方面的信息。此外，设计/建造过程的真正目标还应当包括在潜艇交付之后或综合后勤保障时期的成本效益，应该考虑简化维修，降低全寿命周期成本。

在设计阶段不但要让技术界参与，而且要重视技术界提出的问题，做出反馈。在设计中对现有技术的“推动”程度将会影响项目成本、进度和实现平台性能的风险。“机敏”级潜艇项目的问题就是常常不清楚谁应当对技术决策负责，一个定位清晰的技术领导层有利于快速高效做出正确的决策。

2）确定充足的设计余量，并进行有效管理。

新潜艇设计必须包括适当的重量、稳定性、动力、冷却系统以及空间余量，而且这些余量必须在设计建造和潜艇作战操作的过程中受到严格管理。在初期，设计人员会认为新潜艇建造已经留出了足够的设计余量，但是这些余量往往在设计和建造过程中或者平台运行的早期被消耗光。没有足够的余量，无法进行设备升级和改装。由于潜艇系统越来越复杂，技术更新的要求也越来越高，因此潜艇的余量管理需要进行特别规划和研究。

3）设计中应当考虑在潜艇的整个寿命周期中移除或更换设备的能力。

潜艇的作战寿命周期要比潜艇上集成的一些技术设备寿命周期长，特别是指挥、控制、通信、计算和情报（C4I）设备。设计中应当包括足够的进出通道和移除舱口，采用开放式结构有利于设备集成和现代化升级。

4）在建造开始之前必须完成主要设计图纸。

主要的3D CAD产品模型必须在建造开始之前完成，即使为了完成大部分设计而使建造拖延，也不要因为设计不成熟而冒着重复工作和更改的风险，造成成本上涨。提早完成三维产品模型能够确保所有组成部分相互协调并减少昂贵的重复工作。一条原则是，在建造开始时，电子产品完成量必须至少接近80%。

5）制定总体规划，并持续更新。

“机敏”级项目导致进度拖延的一个重要原因是缺乏总体规划。项目应该制定全面的综合时间表，细化潜艇设计和建造过程中的任务、里程碑、产品生产程序。总体规划应该指出任务和事件顺序及其相互关系，明确完成项目时间表的关键步骤，以及任务时间拖延的影响。还必须考虑主承包商和主系统及设备分包商的任务。

6）确保国防部在设计和建造阶段对船厂充分实施监督。

在“机敏”级项目初期，由于政府开支控制，国防部对巴罗造船厂的监督大幅减少，这使国防部对项目出现的问题严重失察。项目建造从一开始就应当有强有力的现场监督，并与设计分开，确保建造过程符合质量和测试程序，并让国防部了解项目遇到的困难。国防部的现场监督包括技术和管理两方面，同时需要具有一定的决策能力，可以决定建造过程中对成本、时间表和性能的细微改动。

7）制定详细的测试程序。

新项目必须说明测试程序，以确保最终产品满足作战需求。测试程序应该在项目设计阶段开发制定，并邀请设计和建造方以及技术界和使用方参与。

4 结语

从英国“机敏”级核潜艇项目实施过程中出现的问题可以看到，维持潜艇工业基础，以及正确的管理机制对保障潜艇顺利发展的重要性。英国在20世纪80年代中期由于“前卫”级潜艇的研制完成，以及冷战结束后对核潜艇需求的降低，加上上述多方面的人为因素导致在10年左右的时间里，英国潜艇工业基础遭到严重破坏，缺乏有效的管理体系，造成“机敏”级核潜艇项目出现问题。应该看到，英国“机敏”级潜艇项目重新走上良性循环的不易，并且这其中还大量借助了美国的支持和帮助才得以走出困境。首艇“机敏”号潜艇于2010年8月27日服役英国皇家海军。2011年1月，2号艇“伏击”号下水，并计划在2013年服役。第3艘到第5艘该级潜艇目前正在建造当中。

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［2］Lessons from the Submarine Programs of the United States［R］．United Kingdom，and Australia，Rand National Defense Research Institute，2011．

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［6］MinistryofDefence，DirectorGeneral，TheSmart AcquisitionHandbook，Edition5［M］．TheUnited Kingdom，January 2004．