陳政宏/潛艦國造是挑戰 也是良機

2018年06月11日 19:01

▲▼潛艦國造、國艦國造、造船公會、海運、貨櫃船。(圖/資料照)

▲圖為示意圖(《ETtoday新聞雲》資料照)。

造船早已現代化!下水儀式的誤解?
一般人看到風光的船舶下水儀式後,以為可以直接測試交船;或是看到船還會在碼頭邊繼續施工一陣子,可能會如某位飛彈專家,誤以為造船可以分階段設計,等造好船殼或船體再設計船上的其他裝備。但這兩個剛好相反的想法,都是對現代造船程序的誤解。

現代的造船法早已改變半世紀以上,已經與古代從頭到尾在單一船台或船塢施工、下水的方式有很大的不同。例如,大型船廠常用船段建造法,將船體與管路都分段在廠棚內先分塊施工,再吊到船塢內組裝,以縮短建造中船體在船塢的施工時間。在施工中的船可以下水後,再進行一些細部工程,這樣大幅提高了造船效率。

且為了結構安全與施工便利,主機等大型裝備必須在船體建造階段就安裝完成,不能事後再切割船體去吊裝施工。現代的造船工程必須、也能夠事先完整地考量,精密地計算與設計;這和飛彈專家想像中很久以前「可以先建造好船體,再思考裝備或子系統如何安裝在船體內」的情形大相逕庭。

無論是需耐受大風大浪的水面船艦,或是浮力、姿態控制相當重要的水下船艇,都是與飛機飛彈一樣需要考慮六個自由度運動的載具。其所需考量的非線性動力學的難度,也與飛行器相似,甚至因為風浪的外力是動態變化,而更複雜難解,但也已有可相當掌握的技術。

更基本的浮力與穩度、平衡與壓載等靜水性能,精確的設計與計算已是標準流程,正確的施工乃是必須。這些基本的造船設計原理,早已成為造船科系大學部專業必修及選修科目,對海軍與業界的工程師而言更是家常便飯。

複雜先進科技物的系統工程

造船工程的本質與航太工程相同,都是複雜的系統工程,仰賴全面而均質的工業技術水準,且在設計、建造與營運操作過程中,都有許多的人機互動,所以是個複雜的「社會技術系統」。潛艦比起太空船,需要抵抗更強烈的爆震,結構也要多承受數十個大氣壓力差,而太空船需要耐高溫與對抗較高的溫差。

兩者都需善用先進的材料與精密製程,整合複雜的電子及機電裝備,並各有複雜的流體力學、動力學、運動與操控問題,大概可並列為人類最複雜先進的科技物。

▲▼蔡英文去年3月登上海虎潛艦頂,主持潛艦國造簽約儀式。(圖/記者季相儒攝)

▲蔡英文登上海虎潛艦頂,主持潛艦國造簽約儀式。(圖/記者季相儒攝)

依據外國專家公開的資料顯示,在組建過程中,典型的飛彈約需1700工時組裝5千個零件,戰鬥機約5.7萬工時、3萬個零件,波音777客機約5萬工時、10萬個零件、40個子系統、550個供應商,巡防艦約120萬工時、17萬個零件、60個子系統、600個供應商。

相較之下,柴電動力潛艦如德國214型或澳洲柯林斯級潛艦,約需70~250萬工時、35~50萬個零件、108個子系統、1600個供應商,到大型的核動力戰術潛艦需要約800萬工時、95萬個零件,乃至最複雜的核動力彈道飛彈戰略潛艦,更是高達1200萬工時、100萬個零件。

我國的自製潛艦屬於柴電動力潛艦,其複雜程度大概可說比波音777複雜十倍以上,或比飛彈複雜數百倍。因此,自然非要使用系統工程的做法不可。

其實,智庫「全球台灣中心」(GTI)最近的報告中,只建議潛艦國造要吸取漢翔與中科院當年與國外廠商合作設計製造IDF (Indigenous Defense Fighter)戰鬥機的成敗經驗,並未提及應由誰主導系統工程。畢竟,負責載台(車、船、飛機)的廠商才是適合主導系統工程的部門,而非提供重要裝備或經驗豐富的供應者。

海軍、台船與中科院早已合作多年,三方對於軍艦的系統整合與合作並不陌生;台灣的造船工程師也早在1980年代就赴美學習,與美國的設計公司合作過胎死腹中的二代巡防艦忠義計畫,也有與外國廠商深度技術合作的經驗。

但潛艦比起飛彈、飛機、水面艦都更為複雜精密,尤須謹慎周密且全面,因此潛艦國造採用類似當年開發IDF、二代艦的模式,在先進國家的部分技術協助下完成設計與建造,部分關鍵零組件仍需購自先進國家,同時強化系統工程技術與管理也是重要關鍵。

▲▼蔡英文去年3月登上海虎潛艦頂,主持潛艦國造簽約儀式。(圖/記者季相儒攝)

▲圖為國軍海虎潛艦。(圖/記者季相儒攝)

亟需強化人才與基礎研發能量

但是今日與1980年代不同的是,當年有1979年初公布的〈科學技術發展方案〉協助,注重跨部門的整合與分工,連教育部、經濟部、交通部也都成立技術顧問室負責相關工作。而現在的國防工業發展,只偏重經濟、國防兩部門的工作,缺少整合教育部門的規劃。

當年曾到美國學習的年輕工程師也開始進入退休期,工程技術人力與經驗的斷層浮現。依照外國經驗,潛艦的設計人力需求,在專案啟動後7~8年會達到高峰,約為剛啟動初期的5~7倍。這其中將短缺約800名造船、機械、結構、機電等各類工程師,必須在從現在起的五年內補上。這些工程技術人力中,又以過去較受冷落的造船工程師缺額最為嚴重。

造船、造機計畫都需要十數年以上的發展,考量我國未來二十年間尚有更多種類的船、機開發案,各類少量但特殊工程人才,需要盡快招募培育;此外,用於實驗、測試、驗證的機構與設備等基礎建設是技術生根的關鍵,也需立刻投入並長期經營、維護。

為了中長期國防工業的持續發展、經驗傳承,乃至產業升級、技術擴散至民間相關部門等,現在開始強化有關船舶、水下載具、爆震的性能試驗、驗證之技術、設備與機構,以提升及儲備基礎研發能量,絕對是刻不容緩的。

潛艦國造、國艦國造、造船公會、海運、貨櫃船(圖/記者李孟璇攝)

▲圖為潛艦國造(圖/記者李孟璇攝)。

被忽略的忠告:保密資訊網

最後,GTI報告中最值得注意,但媒體卻較少報導的,是提到可以善用台灣相關中小企業的能量,以及資訊保密的問題。該報告即建議,我國要建立國防工業產業鏈內部的保密資訊網。利用軍需來匯聚台灣中小企業分散的強大能量,能讓一些技術力充沛、彈性,甚至為了愛國而願意承擔風險的中小企業,充分加入潛艦國造的供應鏈。

如此一方面可促進國防工業落地生根、發展軍民通用技術,另一方面利用軍需的高品質與高性能要求,促進傳統產業升級、經濟轉型發展,甚至減少失業與人才外流。

正因如此,保密資訊網及對民間參與者的適當保密措施,是潛艦國造與其他國防工業所必須要強化發展的。有了完善的規劃與執行,可讓參與的先進國家、政府、海軍較無掛慮,而能長久合作發展。

超乎想像的挑戰與良機
潛艦國造是個工程技術與管理的高難度挑戰,也是提升我國工業技術水準的良機,更是未來建立高級軍民通用科技產業鏈的重要基礎。它的複雜性與技術難度或許超乎一般人原先的想像,有不少技術上、社會運作上的挑戰;但是我國過去在長期不受保護的國際市場競爭下,累積了相當的船舶工程能力,大概也遠超過其他科技從業者的傳統印象與理解。

▲(圖/陳政宏提供)

▲(圖/陳政宏提供)

▲一些海空載具建造時間與零件數、工時的比較圖。IDS大約會落在柯林斯及與214型潛艦之間。(圖/陳政宏提供)

●陳政宏,國立成功大學系統及船舶機電工程學系副教授。以上言論不代表本網立場。88論壇歡迎網友參與,投稿請寄editor88@ettoday.net

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