Chinese Journal of Ship Research

舰船灵活性概述

- 付泽南,董晓明430064中­国舰船研究设计中心,湖北 武汉

摘 要: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。关键词:开放式体系结构;模块化;灵活性;快速响应能力中图分类­号:U674.7+02 文献标志码:A DOI:10.3969/j.issn.1673-3185.2017.05.002

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 Sethi[2-3]等将生产的灵活性分为­了机器和 11 1),灵活性、工艺灵活性、市场灵活性等 类(表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2造过­程中 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。 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4以下 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。80上世纪 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­2更加灵活的舰船。表 所示为一些成功的案例[5]。

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80任务舰船上,该系统的概念诞生自上­世纪 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9执行 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(Littoral [ ]获得快速的作战响应。濒海战斗舰 8 Combat Ship,LCS)正是针对这些目标而设­计的, StanFlex与 系统所采用的任务系统­及平台分离的LCS方­式类似, 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L­CS块配合 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] 10通过对 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1图 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。

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 Archi⁃ tecture,OA)与模块化开放式系统体­系结构(Mod⁃ ular 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OA耦合和高内聚的­系统结构。采用 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OA护­以及功能的变更降低门­槛。构建 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2)。该系统采用基于“基线(Baseline)”的螺一(图旋上升式开发方法,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OA POSIX,的作战系统转变为 系统,通过使用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­任统(Open Mission Systems,OMS)集 B-52务系 成到 CONECT (Combat NEtwork Communicat­ions的Techn­ology)系 OMS统中,其中 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。50 B-52 OA诞生于上世纪 年代的 轰炸机藉由 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。B-52这项针对 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。

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­5式。海军舰船实现的模块化­主要可以分为以下个子­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OA变­化。以美海军为例,随着 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OA对 建立相应的采购方式。OA OA的采购方式基于 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OA,许经验显示[19],为了更好地实现 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。OA除了 的采购方法外,美军的许多系统项目P­roductline)采购方法[20]。产品线是指为了满足特­定市场还采用了另一种­采购方法,即产品线(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2要­分为 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O­A大收益,而 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 OA )成本。两种方法均可显著降低­成本,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。2舰上系统主要分为 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。IT为了更好地为业务­流程提供 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2范,主要分为 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) XML XML Process Defini⁃提出的 过程定义语言( tion Language,XPDL),由 BEA,IBM和微软编制的B­usiness Process Execution业­务流程执行语言( 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Busine­ss Process Manage⁃务流程管理倡议组织( ment Initiation,BPMI )开发的业务流程建模与­标注(Business Process Modeling Notation,BPMN)。BPMN BPEL是基于图形符­号的设计语言,而 和XPDL则提供结构­化的模型和执行语义,二者的模IT型转换对­业务流程编制和 实现至关重要,目前BPMN BPEL XPDL也已经有许多­产品支持 向 和 BizAgi Process Modeler,JBoss转换,比如 公司的 公jBPM Alfresco Activiti司的 以及 公司的 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3),并的众多灵活性分析方­法进行了分析归纳(表给出了生产系统灵活­性评价的相关内容指标: 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Pe­nalty of Change,POC)成本,并利用变化成本(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PO­C 0,即变化成本为最大的灵­活度,此时的 值为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。POC 的值,Chryssolou­ris为了计算 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A 1 000佳。考虑下述情况:机器 每天生产 件产20 000品,其成本为 元,但其对于可能发生的变­化80% POC 20 000×80%=覆盖率达到了 ,其 值为16 000 B 10 000元;机器 每天生产 件产品,成本为100 000 20%,其POC 100 000×元,变化覆盖率为 值为20%=20 000 POC A较元;则从 的角度分析,机器B 4 000 POC,所以尽管机器B机器 节省了 的 的日A。产量较高,根据对灵活度的要求还­是选择机器POC基于 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5% POC 0,此 POC低 ,则二者的 差值为 时的 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 Ren[23]通过灵活点和一些软件­的灵和活性属性指标对­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2编码实现,因此,软件的结构可以认为由 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4活管理与知识以及­灵活的任务分配等 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C4ISR模型方­法对 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PO­C支并计算作战结果,然后再参考 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2­法应该包含 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S ={S1 S 2 S3  Sn}, 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M ={M1 M 2 M  Mn}, 3假设有一任务子集 M ,如果给定的系统单su­b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­M 中的所有任务,则该舰船的作战系统任­务覆sub盖率 P = M /M 。MC sub 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。POC前文中介绍过制­造业中评价灵活性的 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2性,此时需要对这 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。

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