舰船灵活性概述

付泽南，董晓明

中国舰船研究设计中心，湖北武汉430064

舰船灵活性概述

付泽南，董晓明

中国舰船研究设计中心，湖北武汉430064

目前海上非对称威胁日益突出，灵活快速的响应能力逐渐成为舰船作战效能的一个重点，利用开放式体系结构和模块化构建技术，作战平台可以进行灵活的系统配置以完成作战任务。由于作战平台和子系统解耦，模块化的软硬件可以在不同作战平台之间进行复用，有效降低舰船的建造、集成、维护和测试成本。对如何建造灵活的舰船进行研究，包括设计与制造、采购以及作战流程等方面的内容，并简述灵活性的量化分析方法。

开放式体系结构；模块化；灵活性；快速响应能力

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

随着技术的加速发展，舰载作战系统的更迭周期也较以往更加频繁，加上海上日益突出的非对称威胁以及预算的缩减，以美海军为代表的海上军事力量正在寻求一种新型的舰船构建方式，试图利用更少的资源，更加灵活地为海上作战平台搭建更加有效的作战系统。灵活舰船（Flexible warship）这一概念正是在该背景下被提出，即通过解耦作战平台与作战系统，为舰船提供灵活的作战系统配置，利用可调度的有限作战资源实现作战效能的最大化，并降低全寿期费用。

以往的舰船设计通常针对固定任务，为舰船搭配固定的系统配置，在设计之初，舰载系统的配置需要与船体一并设计以实现更加合理的整体方案，但由于计算机软硬件的更新速率较快，在长达数年的设计制造过程中往往会使舰船的系统配置在服役时远远落后于同时期的软硬件，而且这种针对固定任务量身定制的设计方案也会导致系统的软硬件紧耦合，为后期的更新改造带来技术与成本上的限制，无法更好地适应快速迭代的技术进步以及日趋复杂多变的海上威胁。

灵活舰船采用模块化的开放式体系结构来实现系统的设计，通过标准的接口和预定义的路由来实现系统内各模块的快速安装、更换以及升级，其对整个舰船的结构和基础设施没有或仅有少量的影响，从设计的角度来看，这样就允许系统和船体并行设计，在后期实现快速的升级，或利用任务包（Mission package［1］）的形式为舰船更换任务系统。

1 舰船的灵活性

1.1 什么是灵活性

灵活性在不同的学科有着不同的定义，在工业领域多指某个系统应对来自系统外部或系统本身变化的能力，或者说应对未知的能力。

制造领域对灵活性有着广泛且深入的研究，Browne和Sethi［2-3］等将生产的灵活性分为了机器灵活性、工艺灵活性、市场灵活性等11类（表1），表示了生产领域所涉及的可能需要灵活处理的相关内容。灵活处理（或称“柔性”）通常能够反映制造过程中2个方面的能力：一是系统满足新产品要求的程度，即是否用已有生产线或稍加改进即可生产出满足市场需求的产品；二是系统出现故障或干扰时，是否能够或多大程度上能够完成原本生产任务的能力。

表1 Browne和Sethi定义的生产领域的11类灵活性Table 1 Eleven types of flexibilities in manufacture field defined by Browne and Sethi

企业领域的灵活性是指业务流程适应外部环境动态变化的能力。通过对业务流程的优化或业务流程的重组等研究，对现有的业务流程进行彻底的再思考和根本的再设计，以达到灵活适应用户需求的目的。

软件领域的灵活性指软件适应用户需求动态变化的能力。通过软件结构设计、模块设计、面向对象设计、软件架构、设计模式以及基于组件的工程等方面的研究，以达到软件更易于设计、维护和更鲁棒的目标［4］。

未来是不确定的，这种不确定存在于系统内部，也存在于外界环境，正如制造领域中需要灵活应对不断变化的市场需求一样，作战平台所面临的变化也日趋复杂，软硬件基础设施的不断更迭、系统架构的更新，都要求系统能够不断地进行维护升级，更重要的是，面对海上越来越复杂的可能出现的非对称威胁，系统需要有足够的能力去应付这些变化，这就为舰船提出了相当高的灵活性要求。

1.2 舰船任务系统的灵活性

通过对不同领域灵活性的分析，可以针对舰船提出舰船灵活性的概念。舰船的灵活性主要指作战系统以尽量少的改变完成尽量多的任务，即当有新任务时，作战系统可以不发生更改或通过少量更改完成任务。舰船的灵活性通常应该包含以下4点：

1）适应性：在有限的时间或成本要求内，系统和设备增、删、改后舰船完成给定任务的能力。

2）模块化：在舰船的建造过程中采用标准化的接口和模块化组件以减少系统的集成复杂度以及能力改造复杂度。

3）伸缩性：为了满足不同任务需求进行软硬件设备增删而不牺牲其他作战效能的能力。

4）子系统的重用性：子系统根据标准规范进行设计，独立于舰船平台，并且可以为多个平台之间重用。

上世纪80年代，由于舰船设计制造的成本高昂，加上任务需求不断增多，欧洲多国在建设海军力量时开始构思如何利用通用系统与船体来建造更加灵活的舰船。表2所示为一些成功的案例［5］。

表2 欧洲各型灵活设计的舰船Table 2 Flexible ships of Europe an navies

StanFlex（或称Standard Flex）系统［6］是丹麦的模块化任务系统，搭载在“飞鱼”级（Flyvefisken）多任务舰船上，该系统的概念诞生自上世纪80年代，丹麦在探讨如何为本国海军进行改换装时，萌生了通过单一船体搭载不同任务系统来实现多功能多任务舰船的概念，通过将任务系统的软硬件封装在一个集装箱内，利用标准接口与整艘舰船的总线相连，很好地实现了任务系统模块的“即插即用”，通过更换不同的任务系统，一艘舰船能够执行9种不同的任务，包括侦察、布雷、扫雷、水面战、反潜、水道测量、海洋调查、环境保护以及信号侦测。

由于冷战结束以及随之而来的预算缩减，美军也开始构思如何建造更加灵活的多任务舰船［7］。根据美军的构想，灵活的多任务舰船不仅可以通过标准的接口解耦作战平台和作战系统，同时还可以通过快速的作战配置和预置的接入路由规则获得快速的作战响应。濒海战斗舰［8］（Littoral Combat Ship，LCS）正是针对这些目标而设计的，与StanFlex系统所采用的任务系统及平台分离的方式类似，LCS也使用标准装备与模块化的任务系统相结合的策略，舰上常驻武器模块包括50 mm口径机关枪、Mk-110炮、RIM-116拉姆/海拉姆导弹，而任务模块主要分为三大类：水雷战、水面战和反潜战。除此之外，标准的接口与模块化的开放式系统为未来可能产生的各种作战或非作战任务模块提供了扩展的可能，例如火力支援、海洋环境调查、人道救援等，多样化的任务系统模块配合LCS船体本身快速、灵活的机动能力，使得LCS可以针对各种任务做出迅速的反应。

1.3 灵活舰船的优势

通过在舰船设计初期进行模块化的灵活设计［9］，解耦作战平台和作战系统，使得平台通过搭载不同的设备及子系统以获得不同的作战能力，在保证作战效能的前提下可以减少平台设计的复杂度，基于这样的解耦合，灵活舰船有着多方面的优势：

1）成本控制。

灵活的舰船在成本控制方面效果是可观的，由于采用了通用的设计方式、标准的接口以及冗余的空间布置，可以大幅节省建造成本。Garyer等［10］通过对10艘不同级别舰船的调查得出，采用灵活设计与建造的舰船总价与传统建设方式相比平均每英吨（Long ton）可节省近50%，包括：

（1）25%的时间成本；

（2）40%的人员成本；

（3）17%的建造成本，其中包括武器系统的安装。

在设备价格持续攀升的大环境下，这样的成本节省是相当显著的。并且由于和平台解耦、子系统的采购和贮存等都可以单独进行，大幅降低了全寿期费用。

2）响应能力。

通过灵活的配置方案，舰船可以保证当舰上子系统需要进行维护时能够更换其他备用设备，不会导致整艘船无法作业，抑或是某舰船如果无法继续执行任务（退役或失去作战能力）其上的可用模块可以继续为其他舰船使用。与传统的“定制”方式建造的舰船相比，子系统不再依附于舰船主体，当需要对任务进行响应时，舰船通过搭载所需模块即可快速进行任务响应。

3）提高可测试性。

在软件行业中，模块测试是一个十分重要的测试内容，主要针对软件中某一模块进行测试，包括模块的接口和内部数据以及功能等。因此实现舰船子系统与平台的解耦合，可以方便地对子系统的作战效能进行模块测试以及互相之间的联调，提高了作战系统的可测试性。

2 建造灵活的舰船

灵活舰船的建造可以认为是一个分解与重组的过程。将舰船整体按照功能划分为适当大小的功能区域，分解后的区域具有适当的空间结构，以及能够满足所需任务功能的软硬件接口。这些功能区域能够单独或组合使用，以根据不同的需求实现不同的任务。完成了功能区域的划分，就需要考虑这些功能区域所能搭载的设备与系统，如图1所示，在标准船体上，通过标准接口进行模块的安装，具有适应性强、结构可靠、建造周期短、费用低廉等显著特点，同时由于采用了模块化的作战系统配置方式，使得该舰可以根据不同用户的需求从任意供应商灵活地选用合适的系统进行组合。

图1 模块化的灵活舰船Fig.1 A modular flexible ship

2.1 灵活的设计

“即插即用”这一概念是建造灵活舰船的关键词［11］，在设计时将舰船平台作为一个有待扩展的通用平台，通过标准接口扩展自身的任务能力这种方式与传统的系统设计思路相比，不但降低了成本，分摊了风险，还能减少舰船在需要进行系统更新时的等待时间，做到系统独立更新，而平台通过更换任务系统继续执行任务。美海军正是根据这样的思路，引入了开放式体系结构（Open Architecture，OA）与模块化开放式系统体系结构（Modular Open System Architecture，MOSA［12］）的设计方法来开发全舰的开放式体系结构。

2.1.1 开放式体系结构

OA是一种技术架构，采用公认的标准组织或市场广泛接受和支持的开放标准，支持模块化、松耦合和高内聚的系统结构。采用OA可以很好地提高系统的模块化与互操作性，通过软硬件的重用，使得系统具有很好的伸缩性，为系统的后期维护以及功能的变更降低门槛。构建OA的基本原则如下［13］：

1）基于开放标准的模块化、松耦合、高内聚设计，允许独立采购部件。

2）基于合作的企业投资策略，尽可能对已验证的系统设计方案进行重用，确保利用最小的开销获取最大收益。

3）通过引入新技术和不断更新产品转变软件密集型系统的全寿命维护战略。

4）通过透明的系统设计、持续的设计公开以及政府、学术界和业界的审查显著降低开发风险。

5）通过替代源和解决方案来确保竞争。

OA的一个典型应用是洛克希德·马丁公司针对宙斯盾系统的现代化。宙斯盾系统是美军最复杂、功能特别强大的海军指挥和武器控制系统之一（图2）。该系统采用基于“基线（Baseline）”的螺旋上升式开发方法，不断完善和升级系统，提高其作战效能。在开发过程中，将陈旧的、开放性不够的作战系统转变为OA系统，通过使用POSIX，OMG等商用标准降低基础设备之间的耦合程度，提供模块化的、方便连接且可互操作的部件，使得宙斯盾的各个子系统之间可以重用作战应用程序，不需要详细了解子系统内部的工作方式和执行过程［14］。

波音公司利用开放式体系结构做过一项针对B-52轰炸机的升级［15］，即将美国国防部的开放任务系统（Open Mission Systems，OMS）集成到B-52的 CONECT（CombatNEtwork Communications Technology）系统中，其中OMS系统软件供应商包括美国空军、波音公司以及洛克希德·马丁公司。诞生于上世纪50年代的B-52轰炸机藉由OA获得了洛克希德·马丁公司的瞄准吊舱系统（Sniper pod）、分布式数据影像以及照片获取存储能力。这项针对B-52的升级充分说明了开放式体系结构如何为遗留系统方便地集成先进功能，从而提高系统作战效能。

图2 宙斯盾系统的开放式体系结构计算环境Fig.2 Open architecture computing environment in AEGIS system

2.1.2 模块化系统

模块化是一种设计方法，系统部件作为一个独立的可操作单元，遭受周期性的改变。系统设计采用标准接口、尺寸和性能参数，以便于组装、维修或灵活布置和使用。模块化有不同的应用方式。海军舰船实现的模块化主要可以分为以下5个子类［16］：

1）建造模块化。舰船的建造包括多种不同部分（如模块、分段、货盘等），在船坞的特定位置，或者在船厂之外。这些分段或模块被运送到船坞的一个位置进行最后组装。建造模块化允许更短的建设时间，因为舰船的不同部分可以并行制造。

2）软件模块化。开放式体系结构计算环境（Open Architecture Computing Environment，OACE）允许通过使用开放的系统更新所有重要计算机的相关程序。更新软件而非更换物理机可以大幅节省成本。

3）部件共享。一个系统或平台的部件可以与另一个系统或平台共享。部件共享可以简化后勤、降低成本和复杂度，并加快技术革新。此类模块化的一个应用方向是在多级舰船之间共享一个船体设计。

4）载机模块化。载机模块化指通过搭载到不同类型的平台提供某种任务能力，包括空中、水面和水下。这些载机采用标准接口和通用的加载、释放系统，使不同的舰船可以使用相同的载机。

5）任务模块化。任务包是区别于舰船标准设备和系统的一套任务负载部件。当要求舰船执行一项特定任务时，任务包被带上船并快速安装。通过使用开放系统和标准接口提高安装效率。这种类型的模块可以通过允许替换所需的单个部件来促进升级和现代化。

由上述模块化的分类可以看出模块化的特点，即可重用和使用通用标准的关键接口。模块化设计解耦了任务系统开发与平台的开发，以保证最新的任务系统技术可以用于船体而不用在建造过程中预先组装，这就为舰船搭载多任务包奠定了基础。

2.2 灵活的采购与供应链选择

设计方法上的改变必然会导致资源组织方式的改变，也就会涉及到采购与供应商选择方式的变化。以美海军为例，随着OA的引入，美海军开始将原本较为封闭与保守的采购策略逐渐向更加开放的多供应商的采购方式转变［17-18］。相较于封闭的系统，开放式系统更容易通过优质供应商提供的扩展部件获得更好的性能提升，而且由于采用松耦合的标准接口，系统的增、删、改更加容易，因此能够获得更快的迭代周期。OA能够带来诸如松散耦合、通用标准、公开接口等优势，这就要求在开发方式上由传统的以平台为主导向以能力为主导转变，但是技术上的转变还远远不够。为了实现前述的多供应商带来的成本效益，必须针对OA建立相应的采购方式。

OA的采购方式基于OA的诸多原则，允许众多供应商对通用的子系统模块进行竞标，从而系统能够以更低的成本获得更好的性能扩展。但采购方式的改革上会存在着一些阻力因素，这些阻力有时甚至会比技术改革的阻力更大。美海军的经验显示［19］，为了更好地实现OA，许多重大项目的采购改革都是由资深的采购负责人决断，将采购模式由长期供货商的供应模式逐步转变为以短平快为特点的独立采购模式。尽管有着这样的改革思路，但美海军的诸多项目还是无法完全采用OA的设计原则，其中有部分技术原因，但更多的还是来自采购及风险的原因。

除了OA的采购方法外，美军的许多系统项目还采用了另一种采购方法，即产品线（Productline）采购方法［20］。产品线是指为了满足特定市场或任务而设计制造的一组系统产品，这些产品的设计特性或核心部件相同或近似。在软件行业中，产品线方法充分证明了其在成本控制、部署过程、迭代周期等方面的优势。产品线采购方式主要分为2种形式：

1）系统拥有者购买供应商自己知识产权的产品线。这种形式要求供应商有现有的产品线且有能力完成系统要求的能力建设。

2）系统拥有者设计产品线并要求不同的供应商完成不同的部分，然后进行集成。这种形式要求系统拥有者自己设计产品线并将不同的产品分配给不同的供应商完成。

产品线采购方法在某一族产品时能够获得最大收益，而OA采购方法则是在单个系统持续集成时发挥作用，两种方法各有自己的优势，在二者皆可使用的场景下可以参考以下几点进行选择［19］：

1）成本。两种方法均可显著降低成本，OA方法通过引入供应商来提升竞争，但引入竞争的一个问题在于是否能够保证公平竞争，在系统开发过程中，除了开发新系统外，还存在许多遗留系统，所以在存在遗留系统的大系统内，往往会存在一些技术壁垒，使得新的供应商无法进行集成或者集成的成本很高。产品线采购方法则是通过将设计成本分摊到整个产品族来降低成本，相较于OA的采购方法，其区别主要在于随着产品数量的增加，节省的成本就越多，而后者节省的成本则是一个相对稳定的量。

2）交付时间。OA的采购方法是通过引入多供应商的竞争，从而带动某一类产品研发方法的创新来达到缩短交付时间。而产品线则是通过版本化的开发方式来实现快速交付。

3）产品质量。OA的产品质量保证主要来自于系统的软硬件独立性，高内聚、松耦合以及可集成的模块。而产品线采购方法的产品质量保证则是由于在某一个版本的产品中解决的问题在后续版本中自动得到了解决。

2.3 灵活的作战流程

当完成了平台与大系统的设计与采购，获得了舰船的子系统集合后，接下来就需要针对任务进行相应的系统组织与集成，这也是由以平台为主导向以任务为主导进行转变的关键。

舰上系统主要分为2种：职能系统与任务系统。职能系统主要满足舰上的基础设施服务，比如船—机—电（HM&E）、船员居住舱室的基础设施等，这类系统通常不会有太频繁的更迭周期，因此可以认为是较为“稳定”的，但这并不影响这类系统使用前述的设计和采购方式来获得后期可能存在的维护升级优势。任务系统则是指舰上的作战系统以及相应的基础设施，包括火炮、导弹、C4ISR等。为了完成某一项作战任务，这些作战系统通常会遵守一定的作战规则，这些规则一般用作战流程来表示。作战流程是为了完成某一特定作战目标而由不同设备和人员协同完成的一系列活动，且作战流程有着十分严格的时间要求，所以从作战任务开始到结束，流程的运转时间限制将决定流程的长度。因此在作战系统流程的设计与建模过程中，可以使用较为成熟的业务流程标准进行设计。

为了更好地为业务流程提供IT实现，许多厂家和组织为业务流程制定了许多技术标准和规范，主要分为2个方面：一是提供元模型以及执行语义的语言模型，包括由工作流管理联盟（WfMC）提出的XML过程定义语言（XML Process Definition Language，XPDL），由BEA，IBM和微软编制的业务流程执行语言（Business Process Execution Language，BPEL），这些语言通常基于结构化的XML（eXtensible Markup Language），XML语言人机可读，而且方便存储与分析，这也是在作战流程设计时可以利用的一大特性；二是方便业务流程设计人员编制图形化流程的建模方法，比如由业务流程管理倡议组织（Business Process Management Initiation，BPMI）开发的业务流程建模与标注（Business Process Modeling Notation，BPMN）。BPMN是基于图形符号的设计语言，而BPEL和XPDL则提供结构化的模型和执行语义，二者的模型转换对业务流程编制和IT实现至关重要，目前也已经有许多产品支持BPMN向BPEL和XPDL转换，比如BizAgi公司的Process Modeler，JBoss公司的jBPM以及Alfresco公司的Activiti等［21］。

3 灵活性的分析与评价

系统的性能指标量化分析对于系统的设计有着重要的作用，对灵活性这一指标进行分析有助于在系统设计与方案评估等方面进行决策。在制造领域有许多评价系统灵活性的方法，众多的评价方法说明这一领域的研究是生产系统甚至可以说是系统工程中一个重要的环节，另一方面也说明目前还没有一个被普遍接受的方法，只能针对系统的特质提供一种特定的评价方式。

3.1 制造领域的灵活性分析

在制造领域内，企业最关心的通常是生产系统能够带来的利润，在自动化生产系统日渐成熟的当前环境下，如何合理地应对波动的市场需求变化也就成了制造业内十分关注的一个重点。对于生产系统的灵活性分析，诸多院校、企业及科研人员都投入了大量的工作，文献［22］将生产系统的众多灵活性分析方法进行了分析归纳（表3），并给出了生产系统灵活性评价的相关内容指标：

表3 评价方法与指标的关系Table3 Matrix of evaluating methods and indices

1）根据系统的属性与关注点，分为工厂、工段、生产线和工位。

2）为了满足多维度的灵活性，在分析方法中，时间成本、货币成本和产品多样性这三者应有同样的权重。

3）评价方法必须能够跨行业使用，且结果可比较。

4）必须考虑产量灵活性、混合产品灵活性和扩展灵活性。

为了更好地应对制造领域内多层级的灵活度，Chryssolouris提出了一种针对制造系统的评价方法，其思想是计算系统需要进行改变时的额外成本，并利用变化成本（Penalty of Change，POC）作为评价的指数［22］。当一个制造系统在不增加更多成本的情况下执行更改时，可以认为该系统有最大的灵活度，此时的POC值为0，即变化成本为0；相反，如果系统更改带来更多的成本，则POC的值应该相应增加。

为了计算POC的值，Chryssolouris引入了事件树，通过每棵树的叶子节点（事件）以及发生的概率计算每种可能性的成本，并以最低的成本为最佳。考虑下述情况：机器A每天生产1 000件产品，其成本为20 000元，但其对于可能发生的变化覆盖率达到了80%，其POC值为20 000×80%= 16 000元；机器B每天生产10 000件产品，成本为100 000元，变化覆盖率为20%，其POC值为100 000× 20%=20 000元；则从POC的角度分析，机器A较机器B节省了4 000的POC，所以尽管机器B的日产量较高，根据对灵活度的要求还是选择机器A。

基于POC的评价方法对于一个需要灵活改变流程并计算成本的组织来说是可行的。但是一个比较关键的问题在于，POC的值依赖于成本与概率，当成本给定时，概率就显得尤为重要，以上述的两台机器为例，如果二者的变化覆盖率同时降低5%，则二者的POC差值为0，此时的POC方法就无法适用。

3.2 软件的灵活性分析

软件通常是为了实现某一些功能和业务而编写，但由于业务和功能需求常常会发生变化，因此软件也需要足够的灵活性来应对这些变化。与其他领域的灵活性相似，软件的灵活性也是为了让软件以更低的成本完成更多的任务，所以从宏观的角度分析，成本（时间和货币）与软件功能的丰富程度是一个比较简单的衡量灵活性的方式。

对于不同应用场景下的软件灵活性已有一些研究。Shen和Ren［23］通过灵活点和一些软件的灵活性属性指标对如何分析软件的灵活性进行了分析，并给出了一个基于该方法的工资计算软件灵活性分析的算例。软件通常使用编程语言来进行编码实现，因此，软件的结构可以认为由2部分组成，即静态部分和动态部分。静态部分包括软件的代码、框架等结构化部分，动态部分包括运行时的行为、业务流程和用户交互等［23］，进行软件设计时，通常希望静态部分在完成后仅暴露接口，接口内部则尽量不改动，因此要更加灵活地实现软件的功能扩展，就需要对动态部分进行修改，通过改变接口组织的方式实现软件的灵活性。如前文所述，业务流程管理系统可以通过预定义的规则对软件模块进行组织并进行业务流转，因此对于一个稍大规模的软件而言，其灵活性可以通过业务流程的灵活性来体现。Zhao［24］在研究业务流程管理系统时提出将系统的适应性与系统的通用性作为衡量软件灵活性的指标。Deiters［25］等则针对业务流程系统提出了流程灵活性、跨组织灵活性、灵活管理与知识以及灵活的任务分配等4个方面的内容。

3.3 作战系统的灵活性分析

舰船作战系统由多个子系统构成，这些子系统以特定的作战规则进行流转并完成作战任务，对作战系统的灵活性进行评价可以很好地反映舰船的灵活性。目前评价作战系统灵活性的研究并不多，张萌萌等［26］通过运用制造业中车间—产品模型方法对C4ISR系统的结构灵活性进行的分析是一个值得关注的方向，此外，利用业务流程管理对作战流程进行建模与评价也值得尝试。本研究将简单地阐述一种结合作战流程与制造业中的变化成本法对系统灵活性进行分析的方法。

基于前文的定义，作战系统是否灵活，可以通过判断这个系统是否能够通过尽可能少的改变完成尽可能多的任务来实现。作战任务通常都会按照一定的流程来实现，而作战流程包含很多个子流程，故可以将一个作战流程通过流程树的方式展开，将每一种可能的作战流程实例作为树的分支并计算作战结果，然后再参考POC方法的思路对作战结果和作战系统的成本进行综合分析。

一个基于变化成本的作战系统灵活度评价方法应该包含2个步骤：

1）建立作战系统包含的系统单元集合以及该作战系统可能完成的任务集合，计算出作战系统执行任务集合中每个任务的作战成功率PMission，当PMission的值大于某一要求的值时，便认为可以胜任该任务，胜任的任务集与任务全集的比值定义为任务覆盖率PMC。假设S为某舰上所有系统单元的全集，Sn表示集合中的子系统，则

M表示作战系统可能完成的任务的全集，Mn表示集合中的任务，则

假设有一任务子集Msub，如果给定的系统单元集合S在更改系统组成的情况下，利用集合中已有的系统单元子集执行任务并能够胜任集合Msub中的所有任务，则该舰船的作战系统任务覆盖率PMC=Msub/M。

2）为了提高任务覆盖率，可以通过增加成本的方式来增加系统的作战能力，也就是在作战系统建设时，通过高成本增加作战能力有可能提高任务覆盖率，但是对于灵活的舰船而言，希望尽可能通过投入更少的成本来完成更多任务，因此研究系统的灵活性需要综合考虑成本带来的影响。前文中介绍过制造业中评价灵活性的POC方法是通过变化覆盖率与成本的乘积来作为制造系统的灵活性指标，然而增加成本与提高任务覆盖率是正相关的，因此单纯的乘积无法反映系统的灵活性，此时需要对这2个属性值进行综合评价以给出量化指标，并通过量化指标进行比较选取。

4 结 语

高灵活性能够提高舰船的多任务能力，降低全寿命周期成本。相较于传统的舰船设计方式，灵活的舰船能够更快地完成现代化建设与改造，提高舰船的服役效率。灵活的舰船有着诸多的优点，至于是否一艘舰船的所有部分都要灵活的建造国外一些先进案例已经带来了一些能够参考的要素，比如模块化的标准站位、通用的计算机基础设施搭配标准的扩展软件、模块接入路由方式等。

如何选择合适的模块进行灵活制造是一个需要长期验证的过程，这对系统集成商和平台设计方都提出了很高的要求。对系统集成商而言，设计一个灵活的舰载系统首先需要根据功能进行系统的划分，整体把握系统的分布，并充分使用模块化的设计思想，除了软硬件能兼容船体接口外，还要为系统的后期维护、更新、更换提供很好的支持，最重要的一点是在系统设计时，区分需要不断更换、更新的部件以及需要常驻的部件，这也是让舰船保持在一个适当的灵活度的关键。而对于平台设计方而言，则要充分考虑系统的模块化特性，为系统的接入提供标准的接口，为武器的站位提供可灵活配置的空间。

建造灵活的舰船是一个复杂的系统工程，不仅需要平台和系统承建商有着优异的设计制造能力，还对整个工程建设的风险控制、供应商管控能力有着很高的要求。灵活的舰船不仅能提高海上的现代化作战能力，还能通过引入竞争刺激创新，一方面降低了技术成本与风险，另一方面能够不断提高设计方、制造方的综合建设能力，为整个海上装备的设计、制造、采购体系带来很好的促进作用。

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

［2］BROWNE J，DUBOIS D，RATHMILL K，et al.Classification of flexible manufacturing systems［J］.The FMS Magazine，1984，2（2）：114-117.

［3］SETHI A K，SETHI S P.Flexibility in manufacturing：a survey［J］.International Journal of Flexible Manufacturing Systems，1990，2（4）：289-328.

［4］BUZBYR A M.Littoral combat ship's modularity—the shape of things to come［J］.Defense Daily，2006，229（36）：1.

［5］ABOTT N，JANG T，LEAP D，et al.Flexible warships in foreign navies：applications for the future U.S navy surface combatants［Z］.ASNE，2015.

［6］SCOTT R.Versatility the key to Denmark's evolving navy［J］.Jane's Navy International，1999，104（8）.

［7］STURTEVANT G H，FLITTER L A，MARSHALL H L，et al.Flexible ships：affordable relevance over the ship's life cycle［J］.Naval Engineers Journal，2014，126（3）：53-66.

［8］WORKR O.Naval transformation and the littoral combat ship［R］.Washington，DC：Center for Strategic and Budgetary Assessments，2004.

［9］JACOBI F.Modular ship design［J］.Naval Forces，2003（1）：36-44.

［10］ZENG D D，ZHAO J L.Achieving software flexibility via intelligent workflow techniques［C］//Proceedings of the 35th Annual Hawaii International Conference on System Sciences.Big Island，HI，USA：IEEE，2002：606-615.

［11］GARYER S，ABBOTT J.Embracing change：reducing cost and maximizing mission effectiveness with the flexible warship［J］.Marine Technology，2014：22-28.

［12］A modular open systems approach（MOSA）to acquisition.program manager's guide，Version 2.0.open systems joint task force［EB/OL］.（2004-09）.http：// www.acqnotes.com/Attachments/Program%20Managers% 20Guide% 20to% 20Open% 20Systems，% 20Sept%202004.pdf.

［13］Open system architecture contract guidebook for program managers，Version 1.1［EB/OL］.（2013-05）.http：//acc.dau.mil/osaguidebook.

［14］李明.美海军开放式体系架构计算环境发展综述及启示［J］.计算机与数字工程，2012，40（12）：56-59.LI M.A survey of open architecture computing envi-ronment development in US navy［J］Computer and Digital Engineering，2012，40（12）：56-59（in Chinese）.

［15］SLEDGE C.A discussion on open-systems architecture［EB/OL］.（2015-11-23）.https：//insights.sei.cmu.edu/sei_blog/2015/11/a-discussion-on-opensystems-architecture.html.

［16］STREI T J.Overview of naval open systems：the plans，the approach，the promise，section 2.［C］// ASNE Day 2004 Alexandria，Virginia：Hyatt Recency Crystal City，2004.

［17］HOETKER G，SWAMINATHAN A，MITCHELL W.Modularity and the impact of buyer—supplier relationships on the survival of suppliers［J］.Management Science，2007，53（2）：178-191.

［18］KREMER G E O，MA J F，CHIU M C，et al.Product modularity and the design of closed-loop supply chains［C］//Supply Chain Forum，2013，14（2）：54-69.

［19］GUERTIN N，CLEMENTS P.Comparing acquisitions strategies：open architecture vs.product lines［C］// Proceedingsof the 7th Annual Acquisition Research Symposium.Monterey， CA：NavalPostgraduate School，2010.

［20］GUERTIN N，VANBENTHEM P.Open systems architecture applied to payloads and platforms for the flexible，modular warship［C］//Proceedings of ASNE Engineering America's Maritime Dominance.Arlington，Virginia，USA：ASNE，2015.

［21］辛鹏，荣浩.流程的永恒之道：工作流及BPM技术的理论、规范、模式及最佳实践［M］.北京：人民邮电出版社，2014.

［22］ROGALSKIS.Flexibility measurement in production systems：handling uncertainties in industrial production［M］.Berlin Heidelberg：Springer，2011.

［23］SHEN L M，REN S P.Analysis and measurement of softwareflexibility based on flexible points［C］//3rd Software Measurement European Forum 2006（SMEF 2006），Italy，2006.

［24］ZHAO L.Intelligent agents for flexibleworkflow systems［C］//Proceedings of the AIS Americas Conference on Information Systems.Baltimore，Maryland：AIS，1998：90-112.

［25］DEITERS W，GOESMANN T，LÖFFELER T.Flexibility in workflow management：dimensions and solutions［J］.International Journal of Computer Systems Science&Engineering，2000，15（5）：303-313.

［26］张萌萌，陈洪辉，罗爱民，等.基于动态调整的C4ISR系统结构灵活性分析［J］.系统工程与电子技术，2016，38（3）：563-568.ZHANG M M，CHEN H H，LUO A M，et al.C4ISR system structure flexibility analysis based on dynamic adjustment［J］.Systems Engineering and Electronics，2016，38（3）：563-568（in Chinese）.

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">网络出版时间：

时间：2017-9-26 11:12

付泽南，男，1990年生，硕士。研究方向：船舶信息系统集成与优化。E-mail：dantefu9001@163.com

董晓明（通信作者），男，1975年生，博士，高级工程师。研究方向：舰船作战系统，分布式仿真，计算机系统结构。E-mail：phdotd@gmail.com

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

付泽南，董晓明.舰船灵活性概述［J］.中国舰船研究，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.