引言
“頂層設計”的概念起源于系統工程，隨著對其關鍵地位與作用的認識日趨深入，目前已在科技創新、產品型號設計、行業發展規劃、體系建設等領域得到越來越廣泛的應用。雖然不同領域中，頂層設計有不同的內涵，但它們有一個共同的特點，就是針對某個對象，從系統角度進行全面規劃與設計。雖然“頂層設計”被頻繁使用，但其概念的內涵和外延并沒有統一的認識。本文以艦船裝備為對象，分析其頂層設計的目的、意義和主要內容，從而為這一概念的正確應用提供依據。
1 艦船裝備頂層設計的意義
現代艦船裝備研究領域不僅限于總體設計及建造本身，還擴展到艦船裝備全壽期的綜合研究及周邊產品與設施的設計，擔負著引領整個領域技術發展的責任。傳統的經驗設計方法已不能適應艦船技術的快速發展與變化，應發展以系統工程原理為基礎的頂層設計方法，提高工程研究開發的技術水平。
把工程對象作為系統，以專業工程為基礎，利用系統工程的原理與方法，突出全系統與全壽期的特點，體現科學理論與經驗知識相結合，多學科相結合的特點，以現代設計理論、方法為指導，適應新時期艦船研究開發的要求，是艦船裝備頂層設計研究的基本指導思想。
1．1 艦船裝備的有序發展
艦船裝備的發展包括發展戰略規劃、未來型號的探索研究以及主要系統與特種設備的探索性研究。這些任務大多具有一個共同的特點，即需要探索與研究的領域遠遠超出目前研究所涉及的范圍，目標與設計變量都不確定，起點高，概念新，性能要求高。為了保證發展的科學性，有效規避研制風險，需要強化頂層設計思想，進行科學的規劃與論證，促進艦船裝備良性有序發展。
1．2解決艦船裝備發展中的關鍵問題
隨著科技進步以及軍事斗爭形勢的發展，在海軍艦船裝備上應用高新技術的需求也日益迫切。裝備的科技含量提高，進一步加大了系統工程問題的復雜性。學科或技術領域之間的影響程度擴大，研制周期加長，研制采購費用膨脹，技術性能提高帶來的經費需求與國防預算有限的矛盾日益突出。在這種形勢下，傳統的以總體工程(包括總布置、水動力性能、結構等專業工程)為基礎，以標準規范為指導，以人工經驗為主要決策手段的設計體系已無法滿足現代艦船快速發展與變化的需求，迫切需要發展一種結合傳統的總體工程和現代系統工程設計、優化與決策技術的設計方法，實現從研制系統工程頂層出發指導全壽期工程研制工作的專門技術，即頂層設計技術。
2 艦船裝備頂層設計概念分析
2．1頂層設計涉及到的概念
為便于討論，本文對頂層設計涉及到的一些概念進行規定：
裝備發展戰略：是對于未來一個時期裝備發展的總體謀劃，包括對未來一定時期艦船裝備整體作戰效能的基本取向，對平臺、動力等技術發展以及裝備保障技術體系規劃在高層次、大系統、全方位等方面進行綜合籌劃。
型號系統：與研制艦船裝備型號有關的概念模型、設計方案和研制樣機等，其功能、結構、屬性等方面均不穩定，必須經過一系列開發過程，以期達到完善，并最終發展為裝備型號。型號系統可包括平臺、動力、其他各一級系統、新概念特種設備等。
裝備型號：已通過定型設計，并可進行批量生產的及納入部隊裝備編制體制中的裝備。
專業工程：傳統的學科專業和工程技術，如總體設計、水動力性能、結構力學、隱身性、機械、動力、武備等。
模型：系統某一方面本質屬性的描述，已確定的形式(如文字、符號、圖表、實物、數學公式等)提供關于該系統的知識。
系統分析：運用建模及預測、優化、仿真、評價等技術對系統的各有關方面進行定性與定量相結合的分析，為選擇最優或滿意的系統方案提供決策依據的分析研究過程。
功能分析與分配：根據需求分析總結出的裝備作戰使命和總體功能要求，進一步做功能上的分解，直至明確系統構成要素的基本使用功能(功能基線)，以及與基本使用功能對應的性能要求，為進行型號系統的構成要素分析和作戰使用性能指標體系分析提供依據，同時為后續論證壽命周期綜合中的可靠性、維修性、保障性等工程的有關指標提供分析依據。
系統綜合：以功能分析和功能分配的結果為依據制定方案或形成設計的過程，將功能和性能要求轉化為能在規定的性能參數范圍內執行要求功能的物理體系結構。
概念設計：根據需求并對預設目標進行充分的理解后，根據裝備全生命周期各個階段的要求，確定設計理念，構想實現目標的途徑和方法，采用適合預設目標的表達形式，構成多種可行方案，評價和決策最優方案，并將其作為詳細設計的依據的一種設計過程。
2．2頂層設計的研究對象
艦船裝備發展的早期開展頂層設計，除會對全壽命周期費用產生重要影響外，對艦船裝備系統的方案確定、關鍵技術分解、可靠性、研制周期等均有非常重要的影響。
頂層設計貫穿了艦船裝備的全系統全壽期，但影響力、發揮的作用等均有所不同，其中有2個方面的工作尤為重要，即艦船裝備的發展戰略和未來新型艦船的探索與規劃。
由于裝備型號的概念只能用于已定型的裝備，是功能、結構、屬性等方面已經確定了的武器裝備系統，是軍隊裝備管理的對象。而裝備發展戰略和型號系統的各方面屬性均處于不確定狀態，是屬于待開發的系統。因此，本文中頂層設計的主要研究對象，是艦船裝備發展戰略和艦船型號系統。
2．3頂層設計的內涵
目前，頂層設計的提法比較普遍和流行，國內外很多設計和研究單位在不同領域開展了研究。歸納起來，一個通用的定義就是運用系統工程的原理和方法，進行自頂向下的系統設計，確定戰略目標(包括遠景目標和階段性目標)以及實現目標的途徑，構想系統方案和確定系統技術要求，并以可承受的費用滿足進度要求。但應用于不同領域，其內涵卻不盡相同，這是由不同領域內研究對象的分析側重點不同而客觀形成的結果。
1)裝備發展戰略的頂層設計
裝備發展戰略的頂層設計，是以軍事戰略方針、未來作戰樣式、面臨的軍事技術威脅、武器裝備發展現狀、技術發展基礎和國家經濟承受能力等頂層影響為依據，對武器裝備發展的方向、重點和體系構成進行的研究設計。
2)型號系統的頂層設計
由于工程對象的不同，所要求的輸入、過程和輸出成果不盡相同，但基本原理相通。
根據海軍的需求，研究國內外相關艦船技術發展的現狀和趨勢以及國情，從頂層和大系統化的角度，把待研制的工程對象(裝備型號或型號系統)作為一個大系統，對研制過程中面臨的各方面問題，如總體、性能、結構、材料、動力、生產條件、設備制造、技術構成、管理體系等進行軍事分析、技術分析、可靠性分析、全壽期費用分析，策劃出完成該項系統工程的整體框架、規劃；進行功能分析與分解，開展概念設計，構想系統方案和確定系統技術要求，形成基于不同要求和性能的備選方案，并進行評價；分解關鍵技術并進行權衡；最后形成研制總要求。
3 頂層設計的研究內容
3．1 艦船裝備發展戰略頂層設計
通過對艦船裝備發展歷史的總結、現狀分析和未來預測，確定艦船裝備在未來一定時期內發展的戰略方向和重點，制定規劃和計劃，并提出保障艦船裝備按既定目標發展的機制，保證可持續發展。
艦船裝備發展戰略頂層設計的一個最重要的任務，就是制訂艦船裝備的型譜化系列和支撐技術體系框架。主要包括以下內容：
1)需求分析。包括安全環境、軍事威脅、未來海戰場主要特征和作戰樣式、艦船作戰任務和作戰環境、作戰能力、艦船裝備現狀、需求構想等方面的分析。
2)發展條件分析。包括經濟條件、科技條件、國外艦船發展的經驗與教訓、我國艦船發展的經驗與教訓等方面的分析。
3)發展方向與重點。包括艦船裝備發展目標、指導思想與發展原則、發展思路、發展方向和發展重點等方面的分析。
4)技術發展分析。包括制約艦船裝備發展的瓶頸技術、支撐預期發展的艦船裝備研制的關鍵技術、對艦船裝備未來發展具有重大影響的前沿技術、具有重大創新的新興技術以及為改進現役艦船裝備性能的實用技術開發項目等方面的分析。
5)裝備體制與系列的論證。包括艦船裝備系列構成、預期作戰能力、裝備優化、費用與作戰使用性能指標等方面的分析。
6)發展戰略方案集成與綜合評估。包括艦船裝備發展規劃備選方案、裝備發展計劃備選方案、技術可行性、綜合評估等方面的分析。
3．2艦船型號系統頂層設計
艦船型號系統的頂層設計，是在艦船裝備發展戰略的指導下，對艦船型號系統進行的全面規劃與開發，其頂層設計的主要內容如下：
1)需求分析。包括作戰需求和裝備需求等方面的分析。
2)作戰使用性能的論證。包括核潛艇系統概念分析、環境因素分析和系統功能分析與分配。
3)可靠性、維修性、保障性的頂層分析與綜合權衡。
4)方案綜合。包括系統結構分析、備選方案的概念設計、各種系統屬性和物理屬性的分析以及可行性分析。
5)戰術技術指標的論證。包括性能分析和指標體系分析。
6)備選方案的評價。包括效能分析和費用分析等。
7)決策分析。包括決策準則的確立、準則間的比較、選擇滿意的決策方案、關鍵技術的分解與提出等。
8)型號系統頂層設計中的優化。涉及到頂層設計全過程的優化，對論證過程中的各學科之問的耦合效應進行分析，并利用這些耦合效應對系統進行優化合成。
4 頂層設計模式
4．1頂層設計的基本模式
頂層設計以系統工程理論的引入為基礎，結合艦船裝備大系統的特點，包括以下過程：問題分析、方案提出、方案評估。艦船裝備頂層設計的一般模式如圖1所示。
根據頂層設計的基本模式，可提出艦船裝備發展戰略和艦船裝備型號系統頂層設計的一般過程，實際應用中可根據具備的條件剪裁使用。
4．2艦船裝備發展戰略頂層設計一般過程
發展戰略頂層設計以未來一定時期內艦船裝備持續、穩定發展為主要目標，既是作為國家武器裝備總體發展戰略的支撐，又具有相對的獨立性。其基本過程如圖2所示。
圖1 頂層設計基本模式
圖2 發展戰略頂層設計一般過程
4．3 艦船裝備型號系統頂層設計一般過程
型號系統頂層設計將完成以未來新型艦船的研究為核心的系統論證、概念方案設計和優化、主要物理性能分析、裝備效能分析和任務需求定義等，其基本過程如圖3所示。
圖3 型號系統頂層設計一般過程
5 結語
頂層設計在戰略規劃和未來新型艦船裝備的開發中起著規劃和牽引作用，是整個艦船系統工程工作的重要組成部分。概念設計是艦船裝備頂層設計中的重要工作，用于指導型號規劃、型號工程方案設計及詳細設計。在頂層設計研究中應做到有所為有所不為，針對不同的研究對象，抓住主要矛盾，確保艦船裝備發展規劃的科學性和前瞻性，以及艦船裝備研制方案的可行性與周密性。
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本文標題：艦船裝備研制中的頂層設計
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