艦船總體設(shè)計(jì)流程分析

徐 青

中國(guó)艦船研究設(shè)計(jì)中心，湖北武漢 430064

0 引 言

水面戰(zhàn)斗艦艇不僅是戰(zhàn)斗的堡壘，而且是流動(dòng)的國(guó)土，漂浮的城市，更是信息化條件下陸、海、空、天、潛體系作戰(zhàn)中的一個(gè)重要節(jié)點(diǎn)。艦船總體設(shè)計(jì)是水面戰(zhàn)斗艦艇研制重要的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其設(shè)計(jì)流程決定了艦船總體設(shè)計(jì)的優(yōu)劣和效率，因此，分析和梳理總體設(shè)計(jì)流程至關(guān)重要。

1 艦船總體設(shè)計(jì)基本概念與主要特點(diǎn)

艦船總體設(shè)計(jì)是以滿(mǎn)足艦船作戰(zhàn)使用要求為目標(biāo)，在多種約束條件下，以規(guī)范和經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，利用系統(tǒng)工程的方法，綜合考慮各種要素，應(yīng)用計(jì)算、仿真、試驗(yàn)等手段，進(jìn)行多學(xué)科、多目標(biāo)優(yōu)化的反復(fù)迭代的創(chuàng)新活動(dòng)。

艦船總體設(shè)計(jì)是一門(mén)綜合集成技術(shù)［1］，是艦船總體技術(shù)的核心技術(shù)。艦船總體設(shè)計(jì)不僅僅只考慮船舶本身的性能，更重要的是要綜合考慮艦載系統(tǒng)、設(shè)備的關(guān)鍵性能，按照“設(shè)備服從系統(tǒng)、系統(tǒng)服從總體、總體服從大局”的原則和科學(xué)的方法，應(yīng)用功能集成、信息集成、網(wǎng)絡(luò)集成、軟件集成等多種集成技術(shù)即綜合集成技術(shù)，將各分離的系統(tǒng)設(shè)備、功能和信息等集成為相互關(guān)聯(lián)的、統(tǒng)一和協(xié)調(diào)的有機(jī)的整體“艦船這一大系統(tǒng)”，使得資源達(dá)到充分共享，實(shí)現(xiàn)艦船的集中、高效和便利的管理。

艦船總體設(shè)計(jì)不僅是一門(mén)技術(shù)，而且是一門(mén)藝術(shù)。她通過(guò)艦船建筑造型藝術(shù)和色彩美學(xué)的綜合應(yīng)用，仿佛是譜寫(xiě)著一部海上流動(dòng)的樂(lè)章，傳承著海軍的傳統(tǒng)文化。她使得艦船不僅僅是一種威武的作戰(zhàn)裝備，更是一件凝聚眾多設(shè)計(jì)師智慧和想象力的藝術(shù)品。

艦船總體設(shè)計(jì)作為一門(mén)工程學(xué)科，其主要特點(diǎn)概括如下：

1）綜合性

艦船總體設(shè)計(jì)是將艦船作為一個(gè)綜合的系統(tǒng)工程來(lái)研究其內(nèi)部規(guī)律和它與外界有關(guān)因素的關(guān)系，是總體布置、建筑美學(xué)、航行性能、結(jié)構(gòu)、材料、動(dòng)力、電力、電子、武器等各種知識(shí)的大集合。艦船總體設(shè)計(jì)涉及到圖形學(xué)、水動(dòng)力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電磁學(xué)、信息學(xué)、戰(zhàn)術(shù)學(xué)、人因工程學(xué)等多個(gè)學(xué)科的知識(shí)，是一個(gè)涉及工程領(lǐng)域最多、知識(shí)面最廣的學(xué)科，需要綜合運(yùn)用艦船戰(zhàn)術(shù)、戰(zhàn)斗器材、航海性能、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、建造工藝、專(zhuān)用裝備等各有關(guān)學(xué)科的知識(shí)，是典型的綜合學(xué)科［2］。

2）整體性

艦船作為一個(gè)大系統(tǒng)，由各功能分系統(tǒng)組成，各分系統(tǒng)內(nèi)部具有強(qiáng)耦合關(guān)系，以實(shí)現(xiàn)其功能。艦船總體設(shè)計(jì)以資源整合、共享、分配、調(diào)度等手段，在各分系統(tǒng)內(nèi)部強(qiáng)耦合關(guān)系的基礎(chǔ)上，將各分系統(tǒng)有機(jī)集成為一個(gè)整體，使艦船成為一個(gè)高度綜合的一體化系統(tǒng)。

3）靈活性

艦船設(shè)計(jì)存在多維設(shè)計(jì)空間，需進(jìn)行多目標(biāo)因素的平衡，因此設(shè)計(jì)中多方案的權(quán)衡取舍是一項(xiàng)痛苦抉擇的過(guò)程，即設(shè)計(jì)人員面臨的是多種方案都能滿(mǎn)足同一套戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能指標(biāo)要求，只是目標(biāo)的排序不同，在設(shè)計(jì)上存在相對(duì)的靈活性，往往需要對(duì)多種方案進(jìn)行分析評(píng)估，從中求得“多方相對(duì)滿(mǎn)意”的方案［3］。

4）風(fēng)險(xiǎn)性

一方面，隨著技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，創(chuàng)新技術(shù)的首次工程化應(yīng)用總是極具風(fēng)險(xiǎn)。艦船研制周期長(zhǎng)，通常新研系統(tǒng)和設(shè)備與艦船總體處于同步研制階段，其狀態(tài)不斷變化，新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，用戶(hù)要求不斷變化，總體方案處于一種動(dòng)態(tài)的調(diào)整過(guò)程，技術(shù)狀態(tài)難以控制，給總體設(shè)計(jì)帶來(lái)技術(shù)、進(jìn)度和費(fèi)用等風(fēng)險(xiǎn)。另一方面，有限的總體資源與不斷增長(zhǎng)的需求之間的矛盾也會(huì)給總體設(shè)計(jì)帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)。訂貨方既希望艦員有良好的生活和工作環(huán)境，也希望艦船具有較強(qiáng)的打擊和抗打擊能力，同時(shí)要符合國(guó)際公約的要求。受艦船總體資源限制，在總體資源的配置過(guò)程中，權(quán)衡需求與現(xiàn)實(shí)資源之間的關(guān)系，給總體研制目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)帶來(lái)一定的風(fēng)險(xiǎn)性。

5）復(fù)雜性

艦船總體設(shè)計(jì)不僅要完成大量的計(jì)算、仿真、試驗(yàn)及圖紙的設(shè)繪，還要開(kāi)展大量的工程協(xié)調(diào)、平衡和迭代，與陸軍的戰(zhàn)車(chē)、空軍的戰(zhàn)機(jī)等裝備總體設(shè)計(jì)相比，艦船總體研制的復(fù)雜性呈幾何級(jí)數(shù)增加。圖1是美國(guó)研究人員得出的各類(lèi)裝備研制工作量圖［4］，充分說(shuō)明了艦船總體研制的復(fù)雜性。

圖1 艦船與其它裝備工作量比較圖Fig.1 Comparison of manufacturing time of warship with other equipment

艦船總體設(shè)計(jì)的綜合性、整體性、靈活性、風(fēng)險(xiǎn)性和復(fù)雜性的顯著特點(diǎn)，決定了艦船總體設(shè)計(jì)決不是一蹴而就，而是一個(gè)需要進(jìn)行反復(fù)迭代、螺旋式上升，逐次逼近最終目標(biāo)的過(guò)程。

2 總體設(shè)計(jì)階段及主要成果

艦船總體設(shè)計(jì)過(guò)程一般分為概念設(shè)計(jì)、方案設(shè)計(jì)、深化方案設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)、施工設(shè)計(jì)等若干個(gè)階段［5］。

2.1 概念設(shè)計(jì)階段

概念設(shè)計(jì)是按照海軍艦船裝備的發(fā)展規(guī)劃，通過(guò)研究國(guó)內(nèi)艦船技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀和趨勢(shì)，從艦船的總體、性能、結(jié)構(gòu)、材料、機(jī)電、武器、設(shè)備制造、技術(shù)構(gòu)成、生產(chǎn)條件、管理體系等方面進(jìn)行軍事分析、技術(shù)分析和經(jīng)濟(jì)分析，策劃工程研制的整體框架、規(guī)劃；以軍事需求為核心，通過(guò)概念設(shè)計(jì)，確定艦船的初步總體技術(shù)方案，凝練關(guān)鍵技術(shù)，給出艦船的概念圖像，以此為基礎(chǔ)編制新研艦船的“主要戰(zhàn)術(shù)使用性能指標(biāo)”。

本階段的成果：總體及主要系統(tǒng)方案論證報(bào)告；總體概念設(shè)計(jì)圖樣、文件；主要戰(zhàn)術(shù)使用性能指標(biāo)。

2.2 方案設(shè)計(jì)階段

方案設(shè)計(jì)是針對(duì)艦船概念設(shè)計(jì)初步方案，選定主要系統(tǒng)、設(shè)備和材料，開(kāi)展總體方案設(shè)計(jì)，落實(shí)“主要戰(zhàn)術(shù)使用性能指標(biāo)”中的各項(xiàng)要求、指標(biāo)和目標(biāo)。方案設(shè)計(jì)往往也要作多方案比較，經(jīng)多次反復(fù)分析、修改。重大的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題要通過(guò)模型試驗(yàn)、必要的原理性樣機(jī)試制，最終確定總體技術(shù)方案。編制可靠性大綱、安全性大綱、標(biāo)準(zhǔn)化大綱等文件。

方案設(shè)計(jì)的成果：“總體技術(shù)方案”，方案設(shè)計(jì)圖樣、文件。

2.3 深化方案設(shè)計(jì)階段

深化方案設(shè)計(jì)是根據(jù)方案設(shè)計(jì)結(jié)果，通過(guò)進(jìn)一步的計(jì)算和試驗(yàn)，對(duì)艦船的相關(guān)性能進(jìn)一步的核準(zhǔn)，完成深化方案設(shè)計(jì)的圖樣和技術(shù)文件；形成“研制總要求”；總體設(shè)計(jì)單位向系統(tǒng)技術(shù)責(zé)任單位和設(shè)備承制廠（所）提出艦船環(huán)境條件、兼容性和隱身性等設(shè)計(jì)要求，并進(jìn)行接口協(xié)調(diào)，武器系統(tǒng)精度分配等工作；落實(shí)主要系統(tǒng)、設(shè)備、材料等的研制、選型。

深化方案設(shè)計(jì)的成果：設(shè)計(jì)圖樣和技術(shù)文件。

深化方案設(shè)計(jì)審查通過(guò)后，編制艦船總體的“研制總要求”。

2.4 技術(shù)設(shè)計(jì)階段

技術(shù)設(shè)計(jì)是按研制總要求和審圖機(jī)構(gòu)審查認(rèn)可的深化方案設(shè)計(jì)成果，及可靠性大綱、維修性大綱、安全性大綱、標(biāo)準(zhǔn)化大綱及綜合保障計(jì)劃等要求，進(jìn)一步深化設(shè)計(jì)和模型（模擬）試驗(yàn)、驗(yàn)證，解決設(shè)計(jì)中的各種主要技術(shù)問(wèn)題，確定總體技術(shù)狀態(tài)；確定系統(tǒng)、設(shè)備的訂貨清單；進(jìn)一步協(xié)調(diào)，并基本固化艦船總體與系統(tǒng)、設(shè)備間的接口要求、精度分配等；運(yùn)用可靠性技術(shù)、維修性技術(shù)和優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行艦船及其系統(tǒng)設(shè)計(jì)；根據(jù)可靠性大綱，編制關(guān)鍵件（特性）、重要件（特性）項(xiàng)目明細(xì)表。

技術(shù)設(shè)計(jì)的成果：技術(shù)設(shè)計(jì)圖樣和技術(shù)文件。

技術(shù)設(shè)計(jì)審查通過(guò)后，編制形成“艦船總體技術(shù)規(guī)格書(shū)”。

2.5 施工設(shè)計(jì)階段

施工設(shè)計(jì)是確定艦船的建造方案、工藝措施，編制工藝文件及繪制總體施工圖樣，同時(shí)也要解決艦船總體布置、建造中的各種技術(shù)細(xì)節(jié)問(wèn)題。

施工設(shè)計(jì)的成果：完整的施工圖樣、文件。

2.6 完工設(shè)計(jì)階段

完工設(shè)計(jì)是根據(jù)建造、試驗(yàn)、試航和交付部隊(duì)中的實(shí)際情況，將完工狀態(tài)反映到圖紙和文件中，與總體使用文件一起形成完整的完工文件。

完工設(shè)計(jì)的成果：完整的完工文件、圖紙。

2.7 維修設(shè)計(jì)階段

維修設(shè)計(jì)是編制艦船裝備基地級(jí)維修所需的各種圖樣和技術(shù)文件資料（包括紙質(zhì)文件和電子文件，簡(jiǎn)稱(chēng)維修資料）。維修資料規(guī)定了艦船裝備維修的程序和方法。

維修設(shè)計(jì)階段的成果：艦員級(jí)、基地級(jí)維修資料及維修方案等。

3 總體設(shè)計(jì)方法分析

常用的艦船總體設(shè)計(jì)方法為基于經(jīng)驗(yàn)和規(guī)范的方法。隨著艦船總體設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展，基于最優(yōu)化理論、仿真及試驗(yàn)驗(yàn)證的總體設(shè)計(jì)方法在艦船總體設(shè)計(jì)中得到廣泛應(yīng)用。

3.1 基于經(jīng)驗(yàn)和規(guī)范的設(shè)計(jì)方法

以母型設(shè)計(jì)法、統(tǒng)計(jì)資料法、規(guī)范設(shè)計(jì)法等為特征的基于經(jīng)驗(yàn)和規(guī)范的設(shè)計(jì)方法，是在艦船總體設(shè)計(jì)中，選擇以往成功設(shè)計(jì)、建造并經(jīng)過(guò)服役考驗(yàn)的同類(lèi)型艦船作為母型，并利用各種統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、經(jīng)驗(yàn)公式和圖表等資料，同時(shí)考慮國(guó)際和國(guó)內(nèi)有關(guān)艦船設(shè)計(jì)方面的規(guī)范和公約作為準(zhǔn)則進(jìn)行總體設(shè)計(jì)的方法。

該方法的優(yōu)點(diǎn)是能借鑒實(shí)船的優(yōu)良性能，總體設(shè)計(jì)結(jié)果可靠受控；缺點(diǎn)是母型船的特性可能會(huì)遺傳到新設(shè)計(jì)艦船，總體優(yōu)化設(shè)計(jì)不足。

3.2 基于最優(yōu)化理論的設(shè)計(jì)方法

以逐次近似法、最優(yōu)化方法、多學(xué)科優(yōu)化方法等為特征的基于最優(yōu)化理論的設(shè)計(jì)方法。艦艇涉及的系統(tǒng)復(fù)雜、技術(shù)領(lǐng)域眾多，艦艇總體設(shè)計(jì)過(guò)程是一個(gè)多系統(tǒng)綜合集成、多特性平衡匹配、多組織協(xié)同設(shè)計(jì)、多階段逐次逼近的復(fù)雜過(guò)程。因而，基于最優(yōu)化理論的艦船總體設(shè)計(jì)方法是解決復(fù)雜總體問(wèn)題的先進(jìn)途徑。

該方法強(qiáng)調(diào)艦艇總體諸多性能的權(quán)衡與折中，體現(xiàn)對(duì)多門(mén)類(lèi)技術(shù)的考慮與綜合、對(duì)多學(xué)科間耦合效應(yīng)的反映與處理。

3.3 基于仿真及試驗(yàn)的設(shè)計(jì)方法

以仿真設(shè)計(jì)法、試驗(yàn)驗(yàn)證法、演示驗(yàn)證法等為特征的基于仿真及試驗(yàn)的設(shè)計(jì)方法［6］，是以采用仿真分析、模型試驗(yàn)驗(yàn)證及縮比或1：1演示驗(yàn)證為手段，通過(guò)仿真或試驗(yàn)預(yù)報(bào)及評(píng)估艦船總體性能并指導(dǎo)艦船設(shè)計(jì)的總體設(shè)計(jì)方法。該方法能全面預(yù)報(bào)及評(píng)估艦船綜合性能，具有設(shè)計(jì)依據(jù)充分、結(jié)果可信度高的特點(diǎn)。

上述3種艦船總體設(shè)計(jì)方法各有所長(zhǎng)，但并非完全獨(dú)立，總體設(shè)計(jì)成功的艦船，往往是上述3種方法綜合應(yīng)用的結(jié)果。

4 總體設(shè)計(jì)流程分析

艦船總體各設(shè)計(jì)階段中，方案設(shè)計(jì)和技術(shù)設(shè)計(jì)是艦船總體設(shè)計(jì)過(guò)程中的重要階段。方案設(shè)計(jì)是確定艦總體技術(shù)方案的關(guān)鍵階段，決定著后續(xù)總體、系統(tǒng)設(shè)計(jì)的技術(shù)方向。技術(shù)設(shè)計(jì)則是總體設(shè)計(jì)中固化技術(shù)狀態(tài)的重要階段。為了說(shuō)明艦船總體設(shè)計(jì)過(guò)程，本文綜合上述兩個(gè)設(shè)計(jì)階段重點(diǎn)，依次說(shuō)明各階段主要開(kāi)展的工作。

4.1 總體設(shè)計(jì)流程

艦船總體設(shè)計(jì)流程見(jiàn)圖2。

4.2 方案設(shè)計(jì)階段工作

方案設(shè)計(jì)階段主要根據(jù)下發(fā)的主要作戰(zhàn)使用性能要求開(kāi)展總布置草圖設(shè)計(jì)、主要船型參數(shù)確定、型線設(shè)計(jì)、船型設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)型式及主要構(gòu)架尺寸、總布置中的區(qū)域劃分和電子武備及主要艙室布置，落實(shí)主要作戰(zhàn)使用性能的戰(zhàn)技指標(biāo)。

4.2.1 規(guī)劃總體布置

根據(jù)初步總體方案確定的主要武器、電子設(shè)備、動(dòng)力裝置、電力設(shè)備、輔機(jī)設(shè)備及船舶裝置等裝艦尺寸和數(shù)量，初步規(guī)劃總體布置，形成總布置草圖。

圖2 艦船總體設(shè)計(jì)流程Fig.2 Overall warship design process

4.2.2 確定主要參數(shù)

根據(jù)艦艇的排水量、航速、初穩(wěn)性、操縱性、主機(jī)艙的布置、船體結(jié)構(gòu)形式等確定艦的主要總體參數(shù)。

4.2.3 型線設(shè)計(jì)

一般可以設(shè)計(jì)多個(gè)線型進(jìn)行比較。這一過(guò)程中，要同時(shí)考慮浮力、穩(wěn)性、快速性、耐波性、強(qiáng)度、艙容與總布置、電子武備使用要求、經(jīng)濟(jì)性等是否基本滿(mǎn)足要求。型線設(shè)計(jì)的基本要求［7］包括：

1）綜合考慮總布置的要求。型線設(shè)計(jì)時(shí)必須綜合考慮總布置對(duì)甲板面積和艙室容積的需求。必要時(shí)，可以降低性能方面的要求來(lái)滿(mǎn)足布置和使用的需要。

2）保證良好的航行性能。除了某些特殊要求的情況外，一般將快速性這一因素放在首位，同時(shí)兼顧穩(wěn)性、耐波性和操縱性。

3）考慮船體結(jié)構(gòu)的合理性和工藝性。船體外板曲面的曲率，艏柱與球鼻艏的過(guò)渡，尾部抬升點(diǎn)等要便于建造。尤其是在船舶首尾的型線設(shè)計(jì)時(shí)，不必要的復(fù)雜曲面，不僅增加建造的工時(shí)，而且不易保證施工的質(zhì)量，影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度。

4）考慮外觀造型。水線以上的首尾輪廓，甲板邊線以及外露的折角線都應(yīng)考慮造型方面的美觀要求。

4.2.4 總體性能初步分析

包括采用CFD或模型試驗(yàn)方法進(jìn)行航行性能分析；進(jìn)行排水量及重量重心分析；進(jìn)行完整穩(wěn)性分析等。

4.2.5 確定船型

基于以上總體仿真、計(jì)算及模型試驗(yàn)，通過(guò)不斷優(yōu)化型線設(shè)計(jì)，確定能較好平衡各總體性能的型線方案，并留有適當(dāng)總體設(shè)計(jì)裕量，包括排水量裕量、穩(wěn)性裕量、航速裕量、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度裕量等。

4.2.6 開(kāi)展艦區(qū)域劃分及重要艙室布置

主要包括：

1）區(qū)域劃分。主橫水密隔壁、防火區(qū)域、各功能區(qū)域、氣密區(qū)域等劃分方案。

2）重要艙室布置。機(jī)艙、電站、武器系統(tǒng)艙室、彈藥艙、雷達(dá)艙室、駕駛室、舵機(jī)艙、機(jī)電集控室、作戰(zhàn)指揮室、報(bào)房、主要指控艙室、廚房、餐廳、高級(jí)軍官住室等艙室布置方案。

4.2.7 艦總體建筑造型設(shè)計(jì)

在艦區(qū)域劃分、重要艙室布置以及艦面設(shè)施布置的基礎(chǔ)上，開(kāi)展艦總體建筑造型設(shè)計(jì)，考慮的主要因素包括：

1）艦型的優(yōu)美和威武。不但要選擇和諧的包絡(luò)線，形成優(yōu)美的布局，使艦艇的外形更富有迷人的韻律；更要選擇規(guī)律的力線，形成威武的氣勢(shì)，使艦艇的外形富有動(dòng)感的節(jié)奏。

2）結(jié)構(gòu)的可實(shí)現(xiàn)性。確保結(jié)構(gòu)受力的合理和結(jié)構(gòu)施工的可實(shí)現(xiàn)性。

3）隱蔽性。艦總體造型應(yīng)有利于實(shí)現(xiàn)雷達(dá)波、紅外和光的隱蔽性。

4）兼容性。艦總體造型應(yīng)有利于各類(lèi)傳感器的布置，并使其具有良好的電磁兼容性。

5）安全性。艦總體造型應(yīng)使武器系統(tǒng)具有良好的射界，并確保武器發(fā)射對(duì)周邊的設(shè)施沒(méi)有損害。

6）重量重心。艦總體造型應(yīng)有利于減輕結(jié)構(gòu)重量，并有利于設(shè)備降低重心高。

由方案設(shè)計(jì)流程可見(jiàn)，在艦船方案設(shè)計(jì)階段，通過(guò)總布置需求分析及對(duì)各種船型參數(shù)的權(quán)衡，確定艦主尺度和主要船型系數(shù)，并進(jìn)行船型參數(shù)的綜合優(yōu)選，據(jù)此開(kāi)展初步型線設(shè)計(jì)；通過(guò)一系列計(jì)算、仿真及模型試驗(yàn)進(jìn)行總體性能分析，并考慮一定的設(shè)計(jì)裕量，進(jìn)而確定船型；進(jìn)行區(qū)域劃分及重要艙室布置，并通過(guò)開(kāi)展仿真及試驗(yàn)進(jìn)行艦總體建筑造型設(shè)計(jì)。

按照艦船研制周期，方案設(shè)計(jì)周期最短，但方案設(shè)計(jì)是艦船總體設(shè)計(jì)最重要和最關(guān)鍵的階段。在該階段，需要進(jìn)行大量的多方案對(duì)比及權(quán)衡分析，包括艦船的主尺度、船型系數(shù)、部分裝備的取舍、重要裝備的裝艦數(shù)量、主要系統(tǒng)的配置方案、總布置的合理性等等。該階段的設(shè)計(jì)工作將直接影響艦船的綜合效能，并決定后續(xù)設(shè)計(jì)階段的方向。

4.3 技術(shù)設(shè)計(jì)階段工作

技術(shù)設(shè)計(jì)階段主要在基本確定的船型方案、總布置區(qū)域劃分及重要艙室布置方案的基礎(chǔ)上全面落實(shí)研制總要求中的技術(shù)指標(biāo)，繪制詳細(xì)的甲板分層分艙圖紙，進(jìn)行總體綜合性能核算，編制詳細(xì)的技術(shù)文件及圖紙，固化設(shè)備、系統(tǒng)和總體技術(shù)狀態(tài)。

4.3.1 分層分艙設(shè)計(jì)

包括甲板層的劃分及繪制各層甲板的詳細(xì)布置方案。本階段主要包括大量的總布置協(xié)調(diào)工作及各專(zhuān)業(yè)、系統(tǒng)的支撐性工作，具體包括如下。

1）結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)：

（1）靜強(qiáng)度仿真及計(jì)算；

（2）動(dòng)強(qiáng)度仿真及計(jì)算；

（3）新型材料結(jié)構(gòu)應(yīng)用仿真及試驗(yàn)；

（4）結(jié)構(gòu)安全性、生命力仿真及計(jì)算；

（5）武器天線設(shè)備適裝性仿真及計(jì)算。

2）動(dòng)力專(zhuān)業(yè)：

（1）動(dòng)力艙段的總布置仿真；

（2）軸系布置及強(qiáng)度仿真；

（3）動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)、排氣通道仿真；

（4）進(jìn)排氣系統(tǒng)氣動(dòng)性能仿真；

（5）進(jìn)氣系統(tǒng)對(duì)壓氣機(jī)進(jìn)口均勻性仿真；

（6）外界風(fēng)速、風(fēng)向及排氣對(duì)艦船進(jìn)氣口壓力分布影響仿真；

（7）動(dòng)力系統(tǒng)大型設(shè)備維修通道仿真。

3）電氣專(zhuān)業(yè)：

（1）全艦電力負(fù)荷計(jì)算；

（2）配電中心及配電室布置協(xié)調(diào)；

（3）應(yīng)急及直流配電的布置協(xié)調(diào)。

4）船舶裝置專(zhuān)業(yè)：

（1）人員流動(dòng)、物資流動(dòng)仿真；

（2）生活保障設(shè)施布置協(xié)調(diào)；

（3）船舶裝置布置協(xié)調(diào)。

5）船舶輔助系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)：

（1）空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的布置協(xié)調(diào)；

（2）消防系統(tǒng)的布置協(xié)調(diào)；

（3）損管系統(tǒng)的布置協(xié)調(diào)；

（4）機(jī)艙通風(fēng)系統(tǒng)協(xié)調(diào)；

（5）食品冷藏系統(tǒng)的布置協(xié)調(diào)；

（6）彈庫(kù)安全布置協(xié)調(diào)。

6）作戰(zhàn)系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)：

（1）各類(lèi)傳感器布置協(xié)調(diào)；

（2）各類(lèi)武器系統(tǒng)布置協(xié)調(diào)；

（3）指揮部位的協(xié)調(diào)。

7）直升機(jī)艦面系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)：

（1）直升機(jī)起降部位的布置協(xié)調(diào)；

（2）機(jī)庫(kù)的布置方案協(xié)調(diào)；

（3）其它航空保障艙室布置協(xié)調(diào)。

4.3.2 固化總布置圖

基于仿真、計(jì)算及檢查等支撐性工作，最終確定滿(mǎn)足各項(xiàng)使用要求的總布置方案，各系統(tǒng)在此基礎(chǔ)上開(kāi)展系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主要包括系統(tǒng)的原理設(shè)計(jì)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)、系統(tǒng)的布置圖及線路圖、系統(tǒng)設(shè)備明細(xì)表、管路及電纜走向、系統(tǒng)試驗(yàn)冊(cè)等。

4.3.3 確定艦總體綜合性能

本階段總體綜合性能主要包括居住性、兼容性、隱蔽性、生命力、作戰(zhàn)能力及作戰(zhàn)保障能力等。

4.3.4 編制總體設(shè)計(jì)文件

主要包括：總體說(shuō)明書(shū)（如總說(shuō)明書(shū)、作戰(zhàn)能力說(shuō)明書(shū)、兼容性說(shuō)明書(shū)、隱蔽性說(shuō)明書(shū)等）、計(jì)算書(shū)（如穩(wěn)性、不沉性、自給力、操縱性、續(xù)航力計(jì)算書(shū)等）；總布置圖、型線圖、結(jié)構(gòu)圖、艙室布置圖、器械布置圖等；設(shè)備明細(xì)表、電纜冊(cè)等。

由艦船技術(shù)設(shè)計(jì)流程可見(jiàn)，在技術(shù)設(shè)計(jì)階段艦總體與主要系統(tǒng)、系統(tǒng)之間、系統(tǒng)內(nèi)部均需開(kāi)展大量的協(xié)調(diào)性工作，以保證總布置的合理性、艦總體綜合性能及系統(tǒng)性能指標(biāo)的落實(shí)，在此基礎(chǔ)上對(duì)艦總布置進(jìn)行固化，確定艦總體綜合性能，并最終固化技術(shù)狀態(tài)，形成設(shè)計(jì)圖樣和技術(shù)文件。

5 總體設(shè)計(jì)技術(shù)展望

5.1 技術(shù)成熟度的評(píng)估與權(quán)衡將是成功的總體設(shè)計(jì)的關(guān)鍵

設(shè)計(jì)人員的好奇心是技術(shù)創(chuàng)新的原始動(dòng)力，總體設(shè)計(jì)中對(duì)新技術(shù)的跟蹤、收集、綜合、理解和實(shí)踐將是總體設(shè)計(jì)創(chuàng)新的必經(jīng)之路。

總體設(shè)計(jì)人員跟蹤、了解艦載系統(tǒng)、設(shè)備的研制現(xiàn)狀及規(guī)劃，必要時(shí)參與系統(tǒng)、設(shè)備的研制，發(fā)揮艦總體的牽引作用將是提高總體設(shè)計(jì)水平的基礎(chǔ)。

總體設(shè)計(jì)人員做好技術(shù)創(chuàng)新與技術(shù)現(xiàn)實(shí)性的權(quán)衡，對(duì)技術(shù)的成熟度開(kāi)展深入分析，平衡好新技術(shù)與成熟技術(shù)之間的辯證關(guān)系，逐步化解風(fēng)險(xiǎn)，是將理想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)的關(guān)鍵。

5.2 仿真和試驗(yàn)將是提高總體設(shè)計(jì)水平的數(shù)據(jù)支撐

為適應(yīng)未來(lái)裝備發(fā)展需求，總體設(shè)計(jì)必將用到許多新技術(shù)，因此，先期開(kāi)展新船型、新材料、新工藝的預(yù)先研究，增強(qiáng)技術(shù)儲(chǔ)備，將是實(shí)現(xiàn)艦船跨越式發(fā)展的先決條件。

通過(guò)綜合應(yīng)用計(jì)算、仿真、模型試驗(yàn)?zāi)酥翆?shí)尺度演示驗(yàn)證等手段［8］開(kāi)展新技術(shù)應(yīng)用研究，積累數(shù)據(jù)，將是化解新技術(shù)應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)的科學(xué)之路。

開(kāi)展總體方案試驗(yàn)驗(yàn)證理論方法研究，包括模型尺度、試驗(yàn)環(huán)境條件、試驗(yàn)結(jié)果分析、試驗(yàn)誤差傳遞和分配等，將是確?？傮w驗(yàn)證試驗(yàn)可行、有效的基礎(chǔ)。

開(kāi)展艦總體及系統(tǒng)的演示驗(yàn)證工作，包括新船型的船舶性能、結(jié)構(gòu)方案、集成優(yōu)化后的使用流程、信息傳遞、能量傳遞等，將是確保艦總體及系統(tǒng)方案合理可行最直接的方法。

5.3 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的修訂和維護(hù)將是提高總體設(shè)計(jì)水平的保障

對(duì)外技術(shù)合作成果的消化和吸收，轉(zhuǎn)化并擴(kuò)大現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的覆蓋范圍，將是快速提升總體設(shè)計(jì)水平的歷史經(jīng)驗(yàn)。

借鑒民船規(guī)范和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，定期對(duì)現(xiàn)行總體設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行修訂和維護(hù)，從而適應(yīng)艦總體設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展。

適應(yīng)新技術(shù)、新材料、新方法、新工藝、新設(shè)備的發(fā)展，必將制定一批新的艦船總體設(shè)計(jì)規(guī)范。

通過(guò)型號(hào)產(chǎn)品研制、預(yù)研等必將帶動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的修訂和完善。

5.4 與國(guó)內(nèi)外的行業(yè)交流將是提高總體設(shè)計(jì)水平的有效途徑

加強(qiáng)艦船總體設(shè)計(jì)技術(shù)行業(yè)內(nèi)外的交流，將為提高艦艇總體設(shè)計(jì)技術(shù)水平提供動(dòng)力和更新理念。

加強(qiáng)艦船機(jī)電設(shè)備及電子設(shè)備的交流，將為提高我國(guó)裝艦設(shè)備的可靠性、自動(dòng)化等提供借鑒。

加強(qiáng)與國(guó)外的交流，將縮短與世界先進(jìn)艦艇總體設(shè)計(jì)技術(shù)的差距。

5.5 民用和商用技術(shù)的借用將是提高總體設(shè)計(jì)水平的捷徑

借鑒民用船舶總體設(shè)計(jì)理念，將使得水面戰(zhàn)斗艦艇總體設(shè)計(jì)技術(shù)日趨完善。

借鑒民用和商用設(shè)備的研制思路，必將提高艦艇設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性、可靠性和先進(jìn)性。

5.6 與使用方的互動(dòng)將是提高總體設(shè)計(jì)水平的必由之路

使用者是設(shè)計(jì)師永遠(yuǎn)的老師，不是設(shè)計(jì)引導(dǎo)消費(fèi)，就是消費(fèi)促進(jìn)設(shè)計(jì)，因此，與使用方的互動(dòng)將是提高總體設(shè)計(jì)水平的必由之路。

設(shè)計(jì)是第三產(chǎn)業(yè)，周到細(xì)致的服務(wù)精神，以人為本的理念［9］必將貫穿設(shè)計(jì)的全過(guò)程。

［1］邵開(kāi)文，張駿.總體者，集大成也［J］.中國(guó)艦船研究，2008，3（1）：1-4，12.SHAO K W，ZHANG J.Warship design and integration［J］.Chinese Journal of Ship Research，2008，3（1）：1-4，12.

［2］邵開(kāi)文，馬運(yùn)義.艦船技術(shù)與設(shè)計(jì)概論［M］.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2005.

［3］BROWN A J，THOMAS M.Reengineering the naval ship concept design process［C］//From Research to Reality in Ship Systems Engineering Symposium，ASNE，1998.

［4］General Dynamics Electric Boat.The VIRGINIA class submarine program：a case study［M］.General Dynamics Electric Boat，2002.

［5］尤子平.艦船總體系統(tǒng)工程的數(shù)字化思考［J］.艦船科學(xué)技術(shù)，2008，30（1）：26-28.YOU Z P.Think of digitized integrated naval ship system engineering［J］.Ship Science and Technology，2008，30（1）：26-28.

［6］GOMEZ J M.Warship combat system selection methodology based on discrete event simulation［D］.Monterey，CA：Naval Postgraduate School，2010.

［7］方學(xué)智，劉厚森，劉增榮.船舶設(shè)計(jì)原理［M］.武漢：華中理工大學(xué)出版社，1998.

［8］程新安，王天明.船舶裝備建模與仿真發(fā)展趨勢(shì)研究［J］.艦船科學(xué)技術(shù)，2002，24（2）：45-49.CHENG X A，WANG T M.A research on future development of technologies in M&S of ships equipments［J］.Ship Science and Technology，2002，24（2）：45-49.

［9］張祥瑞.“以人為本”理念在大型艦船設(shè)計(jì)中的應(yīng)用［J］.船舶，2004（6）：5-9.ZHANG X R.The applications of the human-orientation concept in design of large ships［J］.Ship and Boat，2004（6）：5-9.