宋太亮
艦船裝備保障性系統(tǒng)工程的新觀點(diǎn)
宋太亮
從用戶角度出發(fā),運(yùn)用系統(tǒng)工程的理論、技術(shù)和方法,重新認(rèn)識艦船保障性并提出一些新的觀點(diǎn)。通過研究得出結(jié)論,為了達(dá)到用戶的保障性目標(biāo)和要求,使設(shè)計(jì)的艦船裝備是可保障的,必須在艦船的全壽期中全面實(shí)施保障性系統(tǒng)工程。
保障性;系統(tǒng)工程;艦船總體
作者曾在《中國艦船研究》發(fā)表兩篇關(guān)于艦船保障性問題的文章,第一篇是:“艦船裝備保障性工程研究”[1],對艦船保障性及保障性工程進(jìn)行了初步研究,但是該文所研究的內(nèi)容,仍然屬于裝備綜合保障的范疇,也就是主要從最終形成保障系統(tǒng)的角度研究保障性問題。第二篇是:“讀 ‘總體者,集大成也’一文引起的思考”[2],該論文對保障性目標(biāo)進(jìn)行了詳細(xì)論述,并提出了作為艦船總體設(shè)計(jì)者應(yīng)當(dāng)從用戶任務(wù)需求出發(fā),利用系統(tǒng)工程的觀點(diǎn),統(tǒng)籌考慮影響保障性的各種問題,加強(qiáng)綜合權(quán)衡,最終實(shí)現(xiàn)性能、進(jìn)度、保障性、費(fèi)用之間的平衡。但是,該文主要從觀念和理念角度進(jìn)行探討,結(jié)合實(shí)際艦船裝備內(nèi)容不充分,缺乏可操作性強(qiáng)的工程方法。
經(jīng)過多年的探索研究和工程實(shí)踐,以及對國外文獻(xiàn)的系統(tǒng)分析,發(fā)現(xiàn)解決裝備的保障問題是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程,局部實(shí)施個(gè)別專業(yè)工程,如可靠性工程、維修性工程,不能從根本上解決問題。而且,盡管裝備管理體制和運(yùn)行機(jī)制發(fā)生了一些變革,但裝備建設(shè)的系統(tǒng)工程體制和運(yùn)行機(jī)制尚未形成,因而裝備建設(shè)的總體質(zhì)量和效益還有待進(jìn)一步提高,什么時(shí)候真正實(shí)施裝備建設(shè)系統(tǒng)工程了,真正重視了保障性、可靠性、安全性等問題,裝備建設(shè)才能躍上一個(gè)新的臺階。
為了從根本上解決裝備的保障性問題,必須實(shí)施裝備保障性系統(tǒng)工程。本文將結(jié)合艦船裝備特點(diǎn),對保障性問題進(jìn)行重新認(rèn)識,提出若干艦船裝備保障性系統(tǒng)工程的一些新觀點(diǎn)。
為了實(shí)現(xiàn)艦船裝備的保障性目標(biāo)[3],使艦船裝備易于和便于保障,必須更新傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)和保障觀念,運(yùn)用系統(tǒng)工程的理論、技術(shù)和方法,將保障性問題作為一個(gè)整體來考慮,加強(qiáng)多學(xué)科之間的統(tǒng)籌協(xié)調(diào),保證以可承受的費(fèi)用達(dá)到各保障、設(shè)計(jì)要素之間的平衡。為此,提出以下創(chuàng)新觀點(diǎn)。
保障性不是可有可無,是裝備執(zhí)行任務(wù)所必需的一種能力。過去,我們研制裝備時(shí),只重視裝備的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能,而忽視保障性等特性,造成的后果是可想而知的。
研究保障性問題首先研究保障。保障的定義為:“某單位為執(zhí)行各種任務(wù)而采取的各項(xiàng)保證措施與進(jìn)行的相應(yīng)活動的統(tǒng)稱”。保障是為系統(tǒng)任務(wù)服務(wù)的,按照任務(wù)保障劃分為使用保障、后勤保障、維修保障等。對于系統(tǒng)而言,保障可理解為:為使系統(tǒng)完成規(guī)定的任務(wù)而實(shí)施的技術(shù)和管理活動。
保障性的定義為:“保障性是指系統(tǒng)完成規(guī)定任務(wù)時(shí),按照計(jì)劃的保障方案和保障資源能夠發(fā)揮、保持、維持或恢復(fù)到規(guī)定狀態(tài)的能力度量”。從保障性的定義可以理解保障性的特點(diǎn)如下:
1)保障性要求追求高的系統(tǒng)執(zhí)行任務(wù)的能力。從保障性所滿足的要求可以明確它是使用能力的要求,這種能力可稱之為執(zhí)行任務(wù)的能力,因此保障性是一種能執(zhí)行任務(wù)能力的度量。
2)保障性的設(shè)計(jì)特性內(nèi)容很多,需要根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)研究其任務(wù)需求和使用過程,找出影響保障的各類設(shè)計(jì)因素。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特性是設(shè)計(jì)賦予系統(tǒng)的固有屬性,決定于設(shè)計(jì)所確定的技術(shù)狀態(tài),是系統(tǒng)設(shè)計(jì)確定的與保障有關(guān)的設(shè)計(jì)特性。
3)保障資源需要統(tǒng)籌規(guī)劃,以成套方式提供。保障資源內(nèi)容十分繁雜,必須完整成套地規(guī)劃這些資源并成套提供給用戶,才能達(dá)到任務(wù)能力的目的。分散零星的單項(xiàng)資源是達(dá)不到要求的,因此保障系統(tǒng)或保障資源系統(tǒng)成為保障性研究的特點(diǎn)。
4)達(dá)到保障性的目標(biāo)需要用系統(tǒng)工程的方法進(jìn)行研究。
5)實(shí)現(xiàn)保障性目標(biāo)是參與系統(tǒng)研制和保障各方面人員的共同責(zé)任。保障性的組成及其相互關(guān)系如圖1所示。
圖1保障性的組成及其相互關(guān)系
研究保障性問題,關(guān)鍵的是首先確定保障性目標(biāo),這個(gè)目標(biāo)必須從任務(wù)需求導(dǎo)出。保障性目標(biāo)在系統(tǒng)層次上全面考慮了裝備任務(wù)需求,根據(jù)任務(wù)需求導(dǎo)出的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、使用和保障方面的保障性設(shè)計(jì)要求,形成互相統(tǒng)籌協(xié)調(diào)的整體。為了達(dá)到保障性目標(biāo),需要多學(xué)科的共同努力。保障性系統(tǒng)工程所考慮的范圍可以從保障性目標(biāo)體現(xiàn)出來,不僅考慮主任務(wù)系統(tǒng),而且還考慮保障系統(tǒng);不僅考慮設(shè)計(jì),而且還考慮使用與保障問題。
表1給出了保障性目標(biāo)的范圍及與任務(wù)能力要求的相互關(guān)系。
過去我們提出要求太多,各項(xiàng)要求之間不協(xié)調(diào),有些要求在設(shè)計(jì)中難以控制,在試驗(yàn)中難以驗(yàn)收驗(yàn)證。必須將保障性目標(biāo)轉(zhuǎn)化成設(shè)計(jì)上可控制和可驗(yàn)證的保障性技術(shù)規(guī)范。保障性技術(shù)規(guī)范必須納入產(chǎn)品設(shè)計(jì)規(guī)范,并將保障性要求分配到合同約定的產(chǎn)品層次。
對于艦船裝備來說,保障性是與戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能同等重要的一項(xiàng)能力指標(biāo),保障性反映了艦船裝備能夠執(zhí)行任務(wù)的能力,如艦船有多少時(shí)間處于能執(zhí)行任務(wù)的狀態(tài),有多少艘艦可以出動;出動后能夠持續(xù)多長時(shí)間不發(fā)生故障;發(fā)生故障后需要多長時(shí)間能夠恢復(fù);保障資源和費(fèi)用能夠維持持續(xù)出動的能力多大等。這些能力是明顯區(qū)別于戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能的,是對戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能的發(fā)揮起重要保證和支持作用,對裝備效能的發(fā)揮和戰(zhàn)爭勝負(fù)起關(guān)鍵性作用。對于艦船裝備而言,頂層的保障性目標(biāo)要求(通常是系統(tǒng)層次的使用要求),可提出使用可用度、任務(wù)可靠性、保障系統(tǒng)供應(yīng)反應(yīng)時(shí)間和每使用小時(shí)的保障費(fèi)用。這些參數(shù)是與艦船的使用直接相關(guān)的,并可利用現(xiàn)場信息收集系統(tǒng),對這些參數(shù)進(jìn)行評估。將這四項(xiàng)參數(shù)通過任務(wù)剖面和產(chǎn)品功能框圖,分解和分配到軍方和承制單位約定的產(chǎn)品層次,對于復(fù)雜的艦船裝備,這些參數(shù)至少分解分配到關(guān)鍵的設(shè)備和關(guān)鍵的艦上可更換單元層次。這時(shí)參數(shù)主要包括平均故障間隔時(shí)間、艦上平均修復(fù)或者更換(安裝)時(shí)間、備件備品品種和數(shù)量限制、新的和改進(jìn)的保障設(shè)備的品種和數(shù)量限制等設(shè)計(jì)上可以控制的要求。對于產(chǎn)品可靠性和維修性設(shè)計(jì),需要區(qū)分硬件、軟件和電子元器件等不同的產(chǎn)品類型。對于機(jī)械產(chǎn)品需要研究其壽命問題;對于軟件可靠性問題則更為復(fù)雜,通常軟件測試和代碼走查是保證可靠性的有效方法;而對于電子元器件主要是按等級選擇問題,以及電子應(yīng)力篩選技術(shù)的應(yīng)用,目前還要考慮電子元器件的供貨問題及升級換代問題。
表1 保障性目標(biāo)、任務(wù)能力要求及要求之間的關(guān)系
保障性系統(tǒng)工程的定義是:在系統(tǒng)壽命周期內(nèi),以可承受的費(fèi)用,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)研制規(guī)定的保障性目標(biāo)所進(jìn)行的一系列技術(shù)和管理活動。保障性系統(tǒng)工程具有以下特點(diǎn):
1)整體性。保障性所闡述的能力是一個(gè)有組織的整體,即執(zhí)行任務(wù)的能力,也就是滿足保障性目標(biāo)。
2)相互性。為達(dá)到保障性目標(biāo)所涉及的諸多問題,如設(shè)計(jì)特性、保障資源以及相應(yīng)的費(fèi)用等問題是相互依存相互制約的,需要相互權(quán)衡分析、互相銜接才能解決。
3)層次性。實(shí)現(xiàn)保障性目標(biāo)的各項(xiàng)活動,包括各專業(yè)工程,貫穿于系統(tǒng)全壽期過程,在各個(gè)階段分別有其不同層次的要求與目的,層次上下相關(guān),并且與系統(tǒng)研制進(jìn)程同步協(xié)調(diào),以便達(dá)到保障性目標(biāo)。
4)邊界條件。邊界條件是系統(tǒng)分析的重要因素。實(shí)施保障性系統(tǒng)工程必須有一定的邊界條件,就是系統(tǒng)使用和保障所處的外部環(huán)境,包括使用環(huán)境(地理、氣候等)、使用條件(包括人員數(shù)量與技術(shù)等級等)以及其它保障條件等。
保障性系統(tǒng)工程的主要工作內(nèi)容如下:
1)確定保障性目標(biāo)和要求。從任務(wù)需求確定保障性目標(biāo)和要求,為系統(tǒng)設(shè)計(jì)和保障系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供設(shè)計(jì)依據(jù)和約束;
2)開展任務(wù)系統(tǒng)保障性設(shè)計(jì)。進(jìn)行保障性設(shè)計(jì),從設(shè)計(jì)上保證系統(tǒng)執(zhí)行任務(wù)的能力,減少對保障資源的依賴;
3)建立保障方案和保障系統(tǒng)。統(tǒng)籌考慮成套保障資源的研制,以保證在滿足用戶使用要求和適應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的同時(shí),使提供保障所需的資源最少;
4)保障性試驗(yàn)與評價(jià)。驗(yàn)證保障性要求的實(shí)現(xiàn)情況,評價(jià)保障系統(tǒng);
5)系統(tǒng)部署和運(yùn)行。進(jìn)行系統(tǒng)部署和運(yùn)行保障系統(tǒng),評估、監(jiān)控和改進(jìn)系統(tǒng)保障性;
6)保障性系統(tǒng)工程管理。確保各項(xiàng)工作最佳組合和有序進(jìn)行。
保障性系統(tǒng)工程活動流程圖及相互關(guān)系如圖2所示。
從圖2可看出,為了實(shí)現(xiàn)保障性目標(biāo)和要求,僅靠過去傳統(tǒng)的艦船設(shè)計(jì)、建造和安裝階段是不行的,必須在艦船全壽命過程中實(shí)施保障性系統(tǒng)工程。在現(xiàn)有管理體制和保障體制下,實(shí)施這項(xiàng)工作是非常困難的,但別無選擇,否則交付的裝備,將會在較長的時(shí)間內(nèi)形不成戰(zhàn)斗力。為了達(dá)到保障性目標(biāo),需要運(yùn)用系統(tǒng)工程的原理,建立全系統(tǒng)全壽命管理的機(jī)制,明確各部門的職責(zé)分工、工作關(guān)系和接口、階段放行準(zhǔn)則、各項(xiàng)工作的起止點(diǎn)、各階段的成果等,制定完整的壽命周期管理計(jì)劃。
保障性系統(tǒng)工程需要反復(fù)運(yùn)用系統(tǒng)工程的理論、技術(shù)和方法[4,5],以可承受的費(fèi)用實(shí)現(xiàn)保障性目標(biāo)。如圖3所示,保障性系統(tǒng)工程包括需求分析、功能分析、保障性分析、綜合、系統(tǒng)分析與控制5個(gè)方面的技術(shù)和工具的反復(fù)應(yīng)用。
保障性系統(tǒng)工程是一個(gè)復(fù)雜的綜合性的工程學(xué)科,需要在各學(xué)科之間進(jìn)行大量的綜合和權(quán)衡。保障性系統(tǒng)工程是系統(tǒng)工程的一個(gè)子工程,必須與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)工程、軟件工程、試驗(yàn)與評價(jià)、制造工程、壽命周期費(fèi)用、財(cái)政資源工程等學(xué)科有密切的接口,因此,必須時(shí)時(shí)刻刻協(xié)調(diào)好它們之間的接口關(guān)系,并將保障性技術(shù)規(guī)范納入產(chǎn)品設(shè)計(jì)規(guī)范、制造規(guī)范、試驗(yàn)規(guī)范,真正作為設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)等工作的組成部分,才能保證保障性技術(shù)規(guī)范真正設(shè)計(jì)到產(chǎn)品之中。保障性系統(tǒng)工程與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)工程的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)關(guān)系如圖4所示。
圖2 保障性系統(tǒng)工程活動流程圖
圖3 保障性系統(tǒng)工程分析過程
保障性系統(tǒng)工程是由若干專業(yè)工程組成的一項(xiàng)系統(tǒng)工程,可靠性工程、維修性工程、測試性工程、綜合保障工程等都是保障性系統(tǒng)工程下的子系統(tǒng)工程。單項(xiàng)子工程不能實(shí)現(xiàn)保障性目標(biāo),只有通過保障性系統(tǒng)工程,才能實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)專業(yè)工程之間的統(tǒng)籌協(xié)調(diào),才能實(shí)現(xiàn)保障性工程的目標(biāo)要求。
在保障性系統(tǒng)工程中,一項(xiàng)重要的工作是制定保障方案,但保障方案受到使用方案和設(shè)計(jì)方案的制約,必須達(dá)到這三個(gè)方案的相互協(xié)調(diào),所謂協(xié)調(diào)就是三個(gè)方案相互依存、相互關(guān)聯(lián)一致,如圖5所示。
對于艦船這種復(fù)雜的裝備,如何將保障性納入設(shè)計(jì)、建造和安裝過程是比較困難的工作,因?yàn)槿绱硕嗟膹S家和產(chǎn)品,最終都要安裝到船體內(nèi),因此設(shè)備性能要求高、接口關(guān)系復(fù)雜,某些設(shè)備達(dá)不到規(guī)定的保障性要求,就可能影響整個(gè)艦船性能的發(fā)揮。因此,必須對每項(xiàng)設(shè)備提出保障性設(shè)計(jì)要求和保障性專業(yè)要求,最后對設(shè)備考核合格后才能裝備到艦船上。與此同時(shí),要制定保障系統(tǒng)工程管理總計(jì)劃和實(shí)施計(jì)劃。
圖4 保障性系統(tǒng)工程與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)工程的統(tǒng)籌與協(xié)調(diào)
圖5 使用方案、設(shè)計(jì)方案和保障方案之間的協(xié)調(diào)
圖7 設(shè)計(jì)和保障決策對壽命周期費(fèi)用(LCC)的影響
對于性能先進(jìn)的艦船裝備來說,早期保障方案考慮是一個(gè)非常關(guān)鍵的問題。承制方保障是國外多年采用的方法,美軍近幾次局部戰(zhàn)爭,都有大量承包商的參與。我國裝備執(zhí)行重大試驗(yàn)和演習(xí)任務(wù)也離不開承制方的參與,關(guān)鍵是在早期方案設(shè)計(jì)時(shí),就要把如何對艦船進(jìn)行保障與艦船的運(yùn)用和設(shè)計(jì)結(jié)合起來考慮。在設(shè)計(jì)上為保障工作和保障資源預(yù)留空間和接口,對如何利用承制方事先有所考慮,這是我們過去設(shè)計(jì)中考慮比較欠缺的地方。
大量實(shí)踐表明,系統(tǒng)的使用與保障費(fèi)用占了整個(gè)壽命周期費(fèi)用的60%~80%,而且一旦系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成并凍結(jié),系統(tǒng)壽命周期費(fèi)用的構(gòu)成已經(jīng)確定,就失去了保障影響設(shè)計(jì)的機(jī)會。因此,在系統(tǒng)壽命周期的早期,應(yīng)當(dāng)盡早實(shí)施保障性系統(tǒng)工程,以保證保障要求影響系統(tǒng)設(shè)計(jì),最終實(shí)現(xiàn)保障性目標(biāo),如圖6和圖7所示。
作為保障性系統(tǒng)工程,達(dá)到保障性目標(biāo)是所有參與系統(tǒng)論證、研制和試驗(yàn)、設(shè)計(jì)與開發(fā)、使用與保障、供應(yīng)等方面所有人員的共同責(zé)任,采用團(tuán)隊(duì)開發(fā)模式,是最終實(shí)現(xiàn)保障性目標(biāo)要求的重要保證。
對于艦船裝備,有一些好的做法值得進(jìn)一步發(fā)揚(yáng)和改進(jìn),比如軍方有關(guān)人員參與的程度比較深,如參與審圖。團(tuán)隊(duì)工作模式是國外流行的模式,對保障性問題,關(guān)鍵是軍方使用和保障人員的早期參與,不僅參與論證,還要參與設(shè)計(jì)與試驗(yàn)。應(yīng)當(dāng)以某種形式明確各種人員參與艦船設(shè)計(jì)與建造的要求。
由于型號研制進(jìn)度和經(jīng)費(fèi)限制,往往存在試驗(yàn)和驗(yàn)證不充分的情況。雖然美國對可靠性工作一直比較重視,已開展了許多年,但是從使用試驗(yàn)與評價(jià)中發(fā)現(xiàn),大量裝備沒有達(dá)到規(guī)定的可靠性要求,所以最近采取了大量的措施,以保證產(chǎn)品的可靠性,其中試驗(yàn)與評價(jià)是重要的手段之一。
對于艦船裝備,由于最終的產(chǎn)品數(shù)量少,往往可能只有幾艘艦,甚至每艘艦可能還有不同的技術(shù)狀態(tài)。如何對其進(jìn)行保障性試驗(yàn)與評價(jià),作者建議至少可以采用如下措施:
1)重點(diǎn)控制關(guān)鍵重要設(shè)備的可靠性和維修性試驗(yàn)與評價(jià),以減少對保障的需求。對于這些設(shè)備進(jìn)行保障性試驗(yàn)與考核,達(dá)不到要求就不能裝船,同時(shí)對這些設(shè)備的關(guān)鍵件進(jìn)行專項(xiàng)試驗(yàn)與考核,如臺架試驗(yàn)、裝機(jī)考核等?!白プ£P(guān)鍵產(chǎn)品、抓住產(chǎn)品形成的關(guān)鍵過程,就能保證最終產(chǎn)品的質(zhì)量”,這是被實(shí)踐證明的最佳做法。
2)大量采用保障性建模與仿真技術(shù)。由于計(jì)算機(jī)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用,利用保障性建模與仿真來評價(jià)設(shè)備的保障性已成為可能。目前,國外已開發(fā)了大量的模型,應(yīng)用比較廣泛。在我國保障性建模與仿真技術(shù)應(yīng)用還不夠廣泛,應(yīng)當(dāng)加大措施推廣應(yīng)用。
保障性是系統(tǒng)執(zhí)行任務(wù)能力的度量,其影響因素非常廣泛。保障性系統(tǒng)工程是包括可靠性、維修性、測試性、綜合保障工程等專業(yè)工程的復(fù)雜的多學(xué)科的系統(tǒng)工程,其最終目標(biāo)是滿足保障性技術(shù)規(guī)范要求并實(shí)現(xiàn)保障性目標(biāo)。
隨著系統(tǒng)復(fù)雜程度的不斷提高,系統(tǒng)使用對保障的依賴程度越來越高,保障性系統(tǒng)工程的應(yīng)用范圍將更加寬泛。與此同時(shí),保障性系統(tǒng)工程是一個(gè)新興的工程學(xué)科,需要不斷實(shí)踐并加以完善,并且需要有更多的學(xué)者投入到這一工程學(xué)科的研究和實(shí)踐中來。
艦船作為我國重點(diǎn)發(fā)展的一種武器裝備,保障性系統(tǒng)工程有其特殊性,需要從頂層加強(qiáng)謀劃,從制度、組織、技術(shù)、人才等方面采取有力措施,才能起到較好的效果,才能保證艦船裝備部署后盡快形成戰(zhàn)斗力和保障能力,實(shí)現(xiàn)艦船裝備建設(shè)的又好又快發(fā)展。
[1] 宋太亮.艦船裝備保障性工程研究 [J].中國艦船研究,2006,1(1):9-12.
[2] 宋太亮.讀“總體者,集大成也”一文引起的思考[J].中國艦船研究,2008,3(3):10-13.
[3] JONES J V.Integrated logistics support handbook [M].TAB Books Inc, 1987.
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[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,研究員,博士生導(dǎo)師。研究方向:裝備保障性工程。E-mail:songtl123@126.com