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瓦良格改造的工程意义

“瓦良格”号被拖带到中国后，一直停靠在大连。近年来，网上不断流传“瓦良格”号修复和改装的图片和消息。“瓦良格”号在中国海军的地位、战术使用和中国海军的未来战略成为经久不衰的热门话题，但在这一切发生之前，“瓦良格”号必须修复，并按照中国海军的要求改造。这不是一件简单的任务。
“瓦良格”号落户中国的时候，是一艘空壳子，连起码的自航能力都没有，更谈不上电子系统和武器装备。要从这样一个起点开始修复，这是对没有研制航母经验的中国造船工业的巨大挑战，当然也是巨大的机会。坊间一直流传中国从乌克兰获得了“瓦良格”号的全套图纸和设计资料，有人就开始遐想，既然有了全套图纸和资料，就可以容易地修复“瓦良格”号，安装所有缺失的设备，可以很快形成战斗力。但事情不那么简单。
修复有两种基本方法，一是按照原设计，使用原配套设备和原规格材料，将破损或者缺失的系统和构件修复，这将使“瓦良格”号恢复原设计性能；二是趁修复的机会，结合最新技术和适合的代用技术，实际上在修复的过程中同时完成升级。
第一个路子相对简单，但对于中国依然是困难重重。即使中国从乌克兰得到了“瓦良格”号的全套图纸和设计资料，也不能排除有很多关键资料缺失。乌克兰自己的资料到底有多全就是一个很大的问号。俄罗斯在为印度改装“戈尔什科夫”号的过程中，大量遇到图纸和资料缺失或对不上的问题，严重影响改装的进度。沈飞在苏-27 的引进生产中，也遇到过类似问题，以至于沈飞被迫在几个车间的地面上，把所有对不上的部件摊开，把俄罗斯专家招来一个一个核对，迫使俄罗斯方面承认问题，用了一年多时间，更改了超过一半的图纸和超过 80% 的工装，才使引进生产得以继续。这还是现在还在生产中的苏-27，而不是已经停产 20 年的老产品。这不一定是俄罗斯方面故意捣鬼，更可能是设计局提供的资料版本落后于生产线的实际，而引进套件是从共青团城的生产线上按照最新标准生产的。苏联技术传统对于图纸资料的完整性和精确性向来比较散漫，尤其对原始设计完成后的改动所涉及的图纸和技术资料更新比较“自由主义”，只有当事人对更改的原因、过程、结果比较清楚，换了一个人，可能就两眼一摸黑了。这个问题在苏联解体导致技术队伍流散以后更加严重。 “瓦良格”号的图纸资料和船坞里的实际脱节将不奇怪，而中国想把专家招来都无从入手。
即使不算舰体本身资料缺失问题，从造船厂角度来说，除非在本厂建造，否则关键系统（如雷达、战斗管理、动力、升降机、舰载武器）只有安装尺寸、重量、配套系统等衔接方面的数据和图纸，并没有也不需要有分系统、部件到元器件水平的设计和制造相关的图纸和技术资料，而这些资料是按原样恢复“瓦良格”号的关键。
“瓦良格”号在乌克兰停工是由于苏联解体，所以未完成部分不仅设备没有到货，连重新订货都不可能。即使中国引进配套系统没有政治上的障碍，相关工厂也不一定有能力继续供货，事实上连这些工厂是否还存在都成问题。已经完成但被拆除的部分更加不可能，部分关键系统已经装舰但在被拖往中国前被拆除，这个事实本身就说明了俄罗斯和乌克兰当局不愿意这些技术流到中国。这样，修复的工作量就扩大到配套系统，需要重复整个建造“瓦良格”号的军工基础，工作量很大，而且和中国已有的军工体系平行。唯一合理的做法是不拘泥于原设计，大量使用中国技术和设备。
还有一个值得注意的问题是“瓦良格”号的时代。这是苏联 80 年代的技术水平，从姐妹舰“库兹涅佐夫”号的情况来看，直接复原的“瓦良格”号的话，技术上将严重落后，尤其是电子技术。不管是雷达还是战斗管理，“库兹涅佐夫”号的水平不超过 60-70 年代美国水平，这是不可接受的。另外，“瓦良格”号和“库兹涅佐夫”号一样，计划在飞行甲板下安装 12 管垂直发射的 P-700（北约代号 SS-N-19）远程反舰导弹和 24 管垂直发射的 3K95（北约代号 SA-N-9）防空导弹（总备弹 192 枚），这些不是中国海军的标准装备，中国也没有计划引进。航母装备重型导弹火力是苏联海军的独特做法，中国海军并不认同，但把这些空间转用于其它舰载系统或者更多的机库空间的话，就远远不是简单修复所能做到的了。
“瓦良格”号是中国第一次修建航母，不管考虑如何周全，肯定在实际过程中会有遗憾，或者有更有潜力但尚未成熟的新技术来不及装用，需要在修复过程中就预留升级余地。“瓦良格”号是中国海军的第一艘航母，但不会是唯一一艘航母，中国将建造更多更好的航母。“瓦良格”号改装、升级的经验是非常宝贵的基础，而简单修复就获益不多。这些因素都决定了“瓦良格”号的修复只能走第二条道路，也就是说，大量采用中国技术、材料和系统，在修复的过程中，实际上重新设计，全面改装和升级，使之符合中国海军的需要。但第二条路的艰难也是显而易见的，中国不仅需要吃透“瓦良格”号的原设计和建造，还需要改进、升级和整合大量全新技术。
改进、升级的基础是深度掌握原设计基础和设计思维过程，不光要知其然，还要知其所以然，才谈得上改装和升级的青出于蓝而胜于蓝。
“瓦良格”号的设计是根据苏联海军的战术需要确定的。假象作战海区、假象作战对象、飞机起飞重量、飞机出动强度、甲板上飞机停放数量、甲板上作业方式、机库内飞机停放数量、机库内作业方式、维修区安排、生活区安排、指挥区安排、舰载武器的种类、数量和位置、飞行控制要求、舰载武器火力控制要求、护航舰队的指挥和协调要求等一系列设计基础需要按照中国海军的要求重新确认，结果可能会对“瓦良格”号的设计有所调整。
取消重型反舰和防空导弹后，甲板下和舰桥前后的空间需要重新划分，甲板结构也要重新做过。中国海军对航母额定舰员和生活区的要求可能导致对生活舱室的重新划分。装用中国的雷达和战斗管理系统，也需要对相关舱室重新安排。按照中国海军对航母自卫火力的需要和可用的现有装备，甲板周边武器站的位置、性质要重新安排；中国的雷达、升降机和动力系统的大小、重量都可能和原设计有所不同，这些都将改变全舰重量分布，甚至改变总重量和吃水，需要对稳定性、损管、抗沉性等重新考虑，还要对供电、暖通、电磁兼容等重新考虑，这相当于在舰壳、舰桥基本几何尺度确定的条件下全盘重新设计了。
在大的方面，动力、电子和其他大型系统的结构安装要求要重新确认，可能需要做必要的改动。另外，还要同时安装相关的管线。管线的布置实际上相当讲究，既要紧凑，又要留有空间可以维修，或者在紧急的时候堵漏；高温管线和制冷管线要分开，电力线和信号线要分开，主要线和备份线要分开；要避免不必要的转折、扭转、死角，又要尽量利用边角空间；要减少接口以减少泄漏，又要留有足够的接口以便于整段拆换，还要为未来扩充升级预留接口；高压管线还要在关键地方安装泄压阀，尽量控制事故超压的危害；万一管线泄漏、爆炸，要避免几根主要管线一起受到损坏。这些管线的排布设计需要对舰内结构精确测绘，精确计算。即使在计算机辅助设计的今天，也时常有管线到安装的时候对不上的问题，这是对设计和工艺人员功力的考验。
功能设计主要是围绕具体功能，目的是要保证功能的有效实现。但这还不够，接下来要做危害评估和操作性分析。所有设备、管线、结构都要详细分解，考虑局部失效、故障、泄露、起火、爆炸、腐蚀、破损时，是不是会引起更大范围甚至全局性的灾难性事故。如果有这样的可能，需要如何用更改设计、报警和连锁保护系统或操作规程来避免灾害扩散。比如说，燃油管从油泵到烧嘴这一段，可以按照压力过高/过低、温度过高/过低、流量过高/过低、断油、油管进水/进空气、倒流等情况，科学确定可能与不可能，再针对可能的危害制定相应措施，比如加强监测、系统冗余或者加高材质等级，直到危害降低到可以接受的程度。根据灾害的危害等级，有的只要考虑一个故障模式就够了，但危害较大的情况需要考虑双重组合甚至多重组合模式。用福岛核电站作例子，核电站本身的设计是考虑到地震因素的，但没有考虑到地震加海啸的因素，尤其是没有考虑到海啸的超常浪高，这是一个危害评估失败的例子。
更进一步的可靠性设计可以使用概率和故障树理论，根据每一个节点的故障概率，计算系统的故障概率。然后反过来根据对系统故障概率的要求，反推分系统乃至节点的故障概率要求，这样反复迭代，最后在设计上确保可靠性。所谓平均无故障工作时间、平均修复时间就是这样出来的。
危害评估是一个极其繁琐、枯燥的过程，但也是一个非常关键的过程。根据这个过程得到的数据，可以对断电、爆炸、漏水、火灾、通道坍塌、控制失灵、浓烟等紧急情况科学制定应急操作规程，明确规定抢救措施，指定平时抢救器材的位置和准备状态，避免临时抱佛脚、拍脑袋。美国海军军舰的抗战损性和抗沉性特别好，“斯塔克”号护卫舰在波斯湾挨了一枚“飞鱼”导弹，严重倾斜；“科尔”号驱逐舰在亚丁被炸了一个大洞，丧失自航能力；“旧金山”号潜艇在海底撞山，艇首撞没了；“哈特福德”号潜艇上浮时和水面船只相撞，可以穿透北冰洋冰层的坚固围壳也撞歪了；这些舰艇都没有沉没，设计时的危害评估和由此制定的危害控制手段功不可没。“瓦良格”号作为高价值军舰，这样的系统的危害评估和科学制定的危害控制手段也必不可少。
危害评估和操作性分析的另一部分是操作性。军舰到了海上，不沉只是最起码的要求，还要能打仗。对于官兵来说，就是要有完整的操作规程。操作规程需要涵盖具体功能的启动、关停、模式转换、功能操作等，还要包括典型故障的识别和对应保障部门的呼叫办法。操作规范的目的不是束缚人们的主观能动性，而是减少操作中的随意性，避免不必要的人为错误。对于航母来说，飞机在甲板上和机库里的调度是很有艺术性的事情，只有严格按照操作规程，才能避免不必要的堵塞或者碰撞。装弹、卸弹、加油、加气都有操作规程，飞机、系统、弹药的维修有操作规程，舰载武器系统的交战更有操作规程，这些规程和修复设计交替进行，互相迭代，两者都需要在“瓦良格”号开始修复之前就制定，修复设计才有明确目标指引，否则冲突和返工不可避免。
这些还不包括缺失的配套设备的重新设计和制造的过程，也没有包括施工和安装过程的考虑。在功能上合理的设计不一定便于安装或者维修，舱口尺寸或者安装顺序不对，设备可能根本安装不进去。便于安装也不一定便于维修，需要经常维修的设备要安装在容易接触的位置才好，而不至于需要大动干戈拆卸很多挡路的设备才能做维修。系统投运也要预先计划，这不是汽车，一点火挂档就可以走。需要对分系统逐级投运，然后局部联动调试，最后才谈得上生火出航。投运规划和安装规划应该紧密结合，不但节约时间，同步进行，还可以及早发现问题，便于修补。
这一切前期功课都准备停当了，真的开始动手修复时，还要根据具体情况和新获得的经验调整计划，同时舰员培训、战术研究和舰队搭配也要同步进行。
“瓦良格”号生不逢时，大部分完成时苏联解体了，然后在黑海海水里一泡12年，拖到中国的时候已经锈迹斑斑。修复“瓦良格”号远远不是除锈、把缺失设备补全那么简单。“瓦良格”号见证了苏联海军建设的盛极而衰，也见证了中国海军走向大洋。“瓦良格”号在中国重生，要是有一天能和俄罗斯太平洋舰队的同名师弟海上握手，一定很有意思。

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瓦良格改造的工程意义

“瓦良格”号被拖带到中国后，一直停靠在大连。近年来，网上不断流传“瓦良格”号修复和改装的图片和消息。“瓦良格”号在中国海军的地位、战术使用和中国海军的未来战略成为经久不衰的热门话题，但在这一切发生之前，“瓦良格”号必须修复，并按照中国海军的要求改造。这不是一件简单的任务。
“瓦良格”号落户中国的时候，是一艘空壳子，连起码的自航能力都没有，更谈不上电子系统和武器装备。要从这样一个起点开始修复，这是对没有研制航母经验的中国造船工业的巨大挑战，当然也是巨大的机会。坊间一直流传中国从乌克兰获得了“瓦良格”号的全套图纸和设计资料，有人就开始遐想，既然有了全套图纸和资料，就可以容易地修复“瓦良格”号，安装所有缺失的设备，可以很快形成战斗力。但事情不那么简单。
修复有两种基本方法，一是按照原设计，使用原配套设备和原规格材料，将破损或者缺失的系统和构件修复，这将使“瓦良格”号恢复原设计性能；二是趁修复的机会，结合最新技术和适合的代用技术，实际上在修复的过程中同时完成升级。
第一个路子相对简单，但对于中国依然是困难重重。即使中国从乌克兰得到了“瓦良格”号的全套图纸和设计资料，也不能排除有很多关键资料缺失。乌克兰自己的资料到底有多全就是一个很大的问号。俄罗斯在为印度改装“戈尔什科夫”号的过程中，大量遇到图纸和资料缺失或对不上的问题，严重影响改装的进度。沈飞在苏-27 的引进生产中，也遇到过类似问题，以至于沈飞被迫在几个车间的地面上，把所有对不上的部件摊开，把俄罗斯专家招来一个一个核对，迫使俄罗斯方面承认问题，用了一年多时间，更改了超过一半的图纸和超过 80% 的工装，才使引进生产得以继续。这还是现在还在生产中的苏-27，而不是已经停产 20 年的老产品。这不一定是俄罗斯方面故意捣鬼，更可能是设计局提供的资料版本落后于生产线的实际，而引进套件是从共青团城的生产线上按照最新标准生产的。苏联技术传统对于图纸资料的完整性和精确性向来比较散漫，尤其对原始设计完成后的改动所涉及的图纸和技术资料更新比较“自由主义”，只有当事人对更改的原因、过程、结果比较清楚，换了一个人，可能就两眼一摸黑了。这个问题在苏联解体导致技术队伍流散以后更加严重。 “瓦良格”号的图纸资料和船坞里的实际脱节将不奇怪，而中国想把专家招来都无从入手。
即使不算舰体本身资料缺失问题，从造船厂角度来说，除非在本厂建造，否则关键系统（如雷达、战斗管理、动力、升降机、舰载武器）只有安装尺寸、重量、配套系统等衔接方面的数据和图纸，并没有也不需要有分系统、部件到元器件水平的设计和制造相关的图纸和技术资料，而这些资料是按原样恢复“瓦良格”号的关键。
“瓦良格”号在乌克兰停工是由于苏联解体，所以未完成部分不仅设备没有到货，连重新订货都不可能。即使中国引进配套系统没有政治上的障碍，相关工厂也不一定有能力继续供货，事实上连这些工厂是否还存在都成问题。已经完成但被拆除的部分更加不可能，部分关键系统已经装舰但在被拖往中国前被拆除，这个事实本身就说明了俄罗斯和乌克兰当局不愿意这些技术流到中国。这样，修复的工作量就扩大到配套系统，需要重复整个建造“瓦良格”号的军工基础，工作量很大，而且和中国已有的军工体系平行。唯一合理的做法是不拘泥于原设计，大量使用中国技术和设备。
还有一个值得注意的问题是“瓦良格”号的时代。这是苏联 80 年代的技术水平，从姐妹舰“库兹涅佐夫”号的情况来看，直接复原的“瓦良格”号的话，技术上将严重落后，尤其是电子技术。不管是雷达还是战斗管理，“库兹涅佐夫”号的水平不超过 60-70 年代美国水平，这是不可接受的。另外，“瓦良格”号和“库兹涅佐夫”号一样，计划在飞行甲板下安装 12 管垂直发射的 P-700（北约代号 SS-N-19）远程反舰导弹和 24 管垂直发射的 3K95（北约代号 SA-N-9）防空导弹（总备弹 192 枚），这些不是中国海军的标准装备，中国也没有计划引进。航母装备重型导弹火力是苏联海军的独特做法，中国海军并不认同，但把这些空间转用于其它舰载系统或者更多的机库空间的话，就远远不是简单修复所能做到的了。
“瓦良格”号是中国第一次修建航母，不管考虑如何周全，肯定在实际过程中会有遗憾，或者有更有潜力但尚未成熟的新技术来不及装用，需要在修复过程中就预留升级余地。“瓦良格”号是中国海军的第一艘航母，但不会是唯一一艘航母，中国将建造更多更好的航母。“瓦良格”号改装、升级的经验是非常宝贵的基础，而简单修复就获益不多。这些因素都决定了“瓦良格”号的修复只能走第二条道路，也就是说，大量采用中国技术、材料和系统，在修复的过程中，实际上重新设计，全面改装和升级，使之符合中国海军的需要。但第二条路的艰难也是显而易见的，中国不仅需要吃透“瓦良格”号的原设计和建造，还需要改进、升级和整合大量全新技术。
改进、升级的基础是深度掌握原设计基础和设计思维过程，不光要知其然，还要知其所以然，才谈得上改装和升级的青出于蓝而胜于蓝。
“瓦良格”号的设计是根据苏联海军的战术需要确定的。假象作战海区、假象作战对象、飞机起飞重量、飞机出动强度、甲板上飞机停放数量、甲板上作业方式、机库内飞机停放数量、机库内作业方式、维修区安排、生活区安排、指挥区安排、舰载武器的种类、数量和位置、飞行控制要求、舰载武器火力控制要求、护航舰队的指挥和协调要求等一系列设计基础需要按照中国海军的要求重新确认，结果可能会对“瓦良格”号的设计有所调整。
取消重型反舰和防空导弹后，甲板下和舰桥前后的空间需要重新划分，甲板结构也要重新做过。中国海军对航母额定舰员和生活区的要求可能导致对生活舱室的重新划分。装用中国的雷达和战斗管理系统，也需要对相关舱室重新安排。按照中国海军对航母自卫火力的需要和可用的现有装备，甲板周边武器站的位置、性质要重新安排；中国的雷达、升降机和动力系统的大小、重量都可能和原设计有所不同，这些都将改变全舰重量分布，甚至改变总重量和吃水，需要对稳定性、损管、抗沉性等重新考虑，还要对供电、暖通、电磁兼容等重新考虑，这相当于在舰壳、舰桥基本几何尺度确定的条件下全盘重新设计了。
在大的方面，动力、电子和其他大型系统的结构安装要求要重新确认，可能需要做必要的改动。另外，还要同时安装相关的管线。管线的布置实际上相当讲究，既要紧凑，又要留有空间可以维修，或者在紧急的时候堵漏；高温管线和制冷管线要分开，电力线和信号线要分开，主要线和备份线要分开；要避免不必要的转折、扭转、死角，又要尽量利用边角空间；要减少接口以减少泄漏，又要留有足够的接口以便于整段拆换，还要为未来扩充升级预留接口；高压管线还要在关键地方安装泄压阀，尽量控制事故超压的危害；万一管线泄漏、爆炸，要避免几根主要管线一起受到损坏。这些管线的排布设计需要对舰内结构精确测绘，精确计算。即使在计算机辅助设计的今天，也时常有管线到安装的时候对不上的问题，这是对设计和工艺人员功力的考验。
功能设计主要是围绕具体功能，目的是要保证功能的有效实现。但这还不够，接下来要做危害评估和操作性分析。所有设备、管线、结构都要详细分解，考虑局部失效、故障、泄露、起火、爆炸、腐蚀、破损时，是不是会引起更大范围甚至全局性的灾难性事故。如果有这样的可能，需要如何用更改设计、报警和连锁保护系统或操作规程来避免灾害扩散。比如说，燃油管从油泵到烧嘴这一段，可以按照压力过高/过低、温度过高/过低、流量过高/过低、断油、油管进水/进空气、倒流等情况，科学确定可能与不可能，再针对可能的危害制定相应措施，比如加强监测、系统冗余或者加高材质等级，直到危害降低到可以接受的程度。根据灾害的危害等级，有的只要考虑一个故障模式就够了，但危害较大的情况需要考虑双重组合甚至多重组合模式。用福岛核电站作例子，核电站本身的设计是考虑到地震因素的，但没有考虑到地震加海啸的因素，尤其是没有考虑到海啸的超常浪高，这是一个危害评估失败的例子。
更进一步的可靠性设计可以使用概率和故障树理论，根据每一个节点的故障概率，计算系统的故障概率。然后反过来根据对系统故障概率的要求，反推分系统乃至节点的故障概率要求，这样反复迭代，最后在设计上确保可靠性。所谓平均无故障工作时间、平均修复时间就是这样出来的。
危害评估是一个极其繁琐、枯燥的过程，但也是一个非常关键的过程。根据这个过程得到的数据，可以对断电、爆炸、漏水、火灾、通道坍塌、控制失灵、浓烟等紧急情况科学制定应急操作规程，明确规定抢救措施，指定平时抢救器材的位置和准备状态，避免临时抱佛脚、拍脑袋。美国海军军舰的抗战损性和抗沉性特别好，“斯塔克”号护卫舰在波斯湾挨了一枚“飞鱼”导弹，严重倾斜；“科尔”号驱逐舰在亚丁被炸了一个大洞，丧失自航能力；“旧金山”号潜艇在海底撞山，艇首撞没了；“哈特福德”号潜艇上浮时和水面船只相撞，可以穿透北冰洋冰层的坚固围壳也撞歪了；这些舰艇都没有沉没，设计时的危害评估和由此制定的危害控制手段功不可没。“瓦良格”号作为高价值军舰，这样的系统的危害评估和科学制定的危害控制手段也必不可少。
危害评估和操作性分析的另一部分是操作性。军舰到了海上，不沉只是最起码的要求，还要能打仗。对于官兵来说，就是要有完整的操作规程。操作规程需要涵盖具体功能的启动、关停、模式转换、功能操作等，还要包括典型故障的识别和对应保障部门的呼叫办法。操作规范的目的不是束缚人们的主观能动性，而是减少操作中的随意性，避免不必要的人为错误。对于航母来说，飞机在甲板上和机库里的调度是很有艺术性的事情，只有严格按照操作规程，才能避免不必要的堵塞或者碰撞。装弹、卸弹、加油、加气都有操作规程，飞机、系统、弹药的维修有操作规程，舰载武器系统的交战更有操作规程，这些规程和修复设计交替进行，互相迭代，两者都需要在“瓦良格”号开始修复之前就制定，修复设计才有明确目标指引，否则冲突和返工不可避免。
这些还不包括缺失的配套设备的重新设计和制造的过程，也没有包括施工和安装过程的考虑。在功能上合理的设计不一定便于安装或者维修，舱口尺寸或者安装顺序不对，设备可能根本安装不进去。便于安装也不一定便于维修，需要经常维修的设备要安装在容易接触的位置才好，而不至于需要大动干戈拆卸很多挡路的设备才能做维修。系统投运也要预先计划，这不是汽车，一点火挂档就可以走。需要对分系统逐级投运，然后局部联动调试，最后才谈得上生火出航。投运规划和安装规划应该紧密结合，不但节约时间，同步进行，还可以及早发现问题，便于修补。
这一切前期功课都准备停当了，真的开始动手修复时，还要根据具体情况和新获得的经验调整计划，同时舰员培训、战术研究和舰队搭配也要同步进行。
“瓦良格”号生不逢时，大部分完成时苏联解体了，然后在黑海海水里一泡12年，拖到中国的时候已经锈迹斑斑。修复“瓦良格”号远远不是除锈、把缺失设备补全那么简单。“瓦良格”号见证了苏联海军建设的盛极而衰，也见证了中国海军走向大洋。“瓦良格”号在中国重生，要是有一天能和俄罗斯太平洋舰队的同名师弟海上握手，一定很有意思。