Construction Physics

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提升海军舰艇采购效率

Brian Potter 和 Austin Vernon May 15, 2025

这是一项由 Austin Vernon 和我本人撰写的政策建议，旨在改进美国海军的造船流程。它是为 Rebuilding.tech 制作的，Rebuilding.tech 是一个由 IFP， FAI 和 American Compass 策划的技术工业政策剧本。

USS Iowa

如今，美国海军舰艇的建造周期通常远超计划，且大大超出原本就已高昂的成本预算。2018 年 GAO 的一份报告发现，超过 80% 的首制舰（一个系列的第一艘舰艇）和后续舰（该系列的后续舰艇）都超出预算，有时甚至超支严重。第一艘 Zumwalt-class destroyer 超出预算 38%，前两艘 Littoral Combat Ships 超出预算 150%。

同样，在 GAO 审查的八艘首制舰中，每一艘都延期交付，其中五艘延期交付两年或更长时间。延误和成本超支既浪费资源，又阻碍了海军的效能：减少这些问题意味着能更快地获得更多舰艇。

延误和成本超支部分源于海军的舰艇设计和采购流程。概括来说，海军为复杂的多用途舰艇制定高级别需求，然后将这些舰艇的设计外包给第三方承包商。一旦选定设计方案，就会将其转化为生产图纸（所谓的“详细设计”），用于生产舰艇。为了缩短交付舰艇所需的时间，通常在舰艇设计完成之前就开始舰艇建造。然而，这种策略经常适得其反：随着设计工作的完成，经常需要对在建舰艇进行更改，从而导致代价高昂且耗时的返工。

我们建议对该流程进行几项更改，以减少成本和进度增长，并以更快的速度和更低的成本可靠地交付舰艇。

  1. 海军应专注于用途更窄、更简单的舰艇，而不是具有昂贵且通常不必要功能的复杂多用途舰艇。
  2. 舰艇设计应由内部完成，而不是外包给第三方，NAVSEA 应将其海军建筑师团队从大约 300 人扩大到接近 1200 人。
  3. 在设计基本完成之前，不应开始舰艇的生产。

简化舰艇设计

美国海军最近的许多舰艇设计都是大型、复杂的多用途舰艇。海军期望同一艘舰艇能够猎捕海盗、对抗弹道导弹、追踪潜艇等等。常见的还有对舰艇任务来说不必要的高端功能。这些复杂的舰艇对舰艇设计能力、提高生产效率以及实现预算和进度目标产生了许多负面影响。回归更简单的舰艇将有助于海军按时并在预算内交付更多舰艇。

以下是一些范围膨胀的例子：

  1. Ford-class carriers 拥有与导弹驱逐舰雷达类似的高端雷达。然而，它们没有远程地对空导弹，它们被具有类似能力的护航舰艇所包围，而且这些雷达的辐射使它们更容易被探测、追踪和瞄准。这些系统的成本很高（包括支持系统后可能超过 10 亿美元），并且增加了设计复杂性和建造时间。
  2. 最近的 Burke-class destroyers 拥有广泛的直升机设施，尽管它们的主要作用是进攻性和防御性导弹的运载工具。直升机增加了舰艇的成本、重量和船员。2023 年首次推出的 Flight III 舰艇还在同一船体中塞入了更大的雷达。
  3. Littoral Combat Ship (LCS) 本应是万事通，通过更换模块来执行巡逻或扫雷等任务。但 LCS 舰艇正在经历快速提前退役，因为尝试承担如此多的角色损害了许多属性，而且设计模块被证明是行不通的。更糟糕的是，许多专业的舰艇角色，如扫雷，现在正在退役，没有替代品，因为 LCS 未能填补这一角色。
  4. 护卫舰通常比能力更强、成本更高的驱逐舰更小，武器也更少。但新的 Constellation-class frigate 将花费几乎与 Burke-class destroyer 一样多的钱，因为它具有广泛的雷达和导弹能力。这种臃肿的设计错失了一个机会，即通过在 Burke 的弱点（如反潜作战）方面发挥优势来补充 Burke。

额外的功能提高了成本，损害了可生产性，甚至可能损害舰艇的效能。

这种范围膨胀的一个可能原因是坚持“Distributed Maritime Operations”（DMO）原则。其逻辑是，传统的战斗群太容易受到大规模导弹袭击，因此海军优先考虑可以广泛分布的多功能舰艇（使其更难被瞄准），但仍然可以通过先进的网络连接能力协调其攻击。

更简单的舰艇仍然可以作为 2 到 3 艘舰艇的任务组在 DMO 中发挥作用。并且，减少设计开销和更小、更具针对性的舰艇设计也将允许建造更多舰艇。反过来，建造大量更简单的舰艇将有助于降低美国舰艇的成本，利用学习曲线效应。

过去，海军在更具针对性的舰艇设计方面取得了更大的成功。以下是两个小例子：

  1. Perry-class frigate 是一种经济实惠的舰艇，专为护航任务而设计，主要提供反潜和局部防空保护，避免了其他功能。该舰艇被证明很受欢迎：它可以成功执行其护航任务，它很坚固，并且低廉的采购和运营成本允许大量采购。Constellation-class 本可以填补这一角色，但却塞入了太多的功能。
  2. T-AGOS-class 是一种高度专业化的监视舰艇，用于从远处追踪敌方潜艇。该舰艇的显著特点是其小水线面双体船体，可为传感器提供稳定性。更稳定的船体显著提高了在恶劣海况下的任务能力。

对海军来说，一个更保守、可执行的计划可能如下所示：

每一种舰艇都将更经济实惠，可以批量生产，并且仍然能够维持舰队所需的所有能力。显然，这些不可能在一夜之间全部建成，但每一种都是海军采用更简单、更有针对性的舰艇设计的潜在一步。它们将更容易、更快、更便宜地设计和建造。海军的船体数量和整体能力可以在不大量增加资源的情况下提高。

内部设计

从历史上看，海军在内部完成了大部分舰艇设计。直到 1960 年代，海军舰艇的设计都是由海军部门（如船舶局）完成的。在 Robert McNamara 的 Total Package Procurement (TPP) 流程下，舰艇设计在 1960 年代后期和 1970 年代初期被短暂外包，但由于对 TPP 的不满，在 1970 年代被带回内部（现在由 Naval Sea Systems Command 或 NAVSEA 主持）。

海军内部设计

然而，在冷战结束后，在所谓的“采购改革”之后，海军舰艇设计能力被掏空。在 1990 年代，NAVSEA 雇用的海军建筑师人数从大约 1,200 人减少到不到 300 人，即使舰艇变得越来越复杂。现在，设计不是由内部完成，而是由第三方承包商根据海军提供的高级别需求完成。例如，濒海战斗舰由 Lockheed Martin 和 General Dynamics 设计，星座级护卫舰由 Fincantieri Marinette Marine 设计。

外包舰艇设计会产生几个问题。由于缺乏大量的美国造船市场、海军舰艇设计服务需求的自然高峰以及造船厂是否会赢得特定合同的不确定性，造船厂通常无法负担全职雇用大型设计团队的费用。例如，在 TPP 期间，未赢得造船合同的造船厂迅速解散了其设计团队，而赢得合同的造船厂一旦设计完成且舰艇已进入建造阶段，就让其设计团队萎缩。

类似的问题也发生在 Littoral Combat Ship 上。海军最初计划根据 Lockheed 的设计建造一艘舰艇，并根据 General Dynamics 的设计建造另一艘舰艇。这些“Flight 0”舰艇将进行测试并选择一个获胜者，该获胜者将继续生产为“Flight 1”舰艇。但承包商抱怨说，在最初的舰艇建造和选择获胜者之间维持其设计团队和生产线过于昂贵，因此又批准了两艘额外的 Flight 0 舰艇，以帮助弥合差距。

有效的舰艇设计需要有足够数量的熟练和经验丰富的船舶工程师和海军建筑师来设计舰艇。当这些团队没有得到维护时，知识和专业知识就会丢失，并且很难恢复。这可能导致美国海军舰艇的设计时间过长，而且通常设计不足。海军舰艇设计的性质使得这些团队难以在几个不同的造船厂中得到维护，而让海军执行这项工作是一个显而易见的解决方案。

随着设计的进行，舰艇需求也会发生变化，因为各种能力的成本影响和权衡变得更容易理解。海军舰艇很复杂，其性能通常难以简单量化：设计很少能从一组简单的规范中顺利进行。当海军拥有强大的设计部门时，可以更轻松地评估性能和成本的权衡，并随着设计的进行修改需求。当合同障碍将设计者和需求制定者分开时，这种修改会更加困难。更笼统地说，拥有一支庞大的设计专家团队可以使海军成为一个更明智的客户，并且不易受到委托代理问题的影响，即舰艇设计者和建造者以其自身的最大利益行事，而不是以海军的利益行事。

例如，Littoral Combat Ship 的初始要求指定了很高的最大速度和巡航范围，这需要一个复杂的推进系统，该系统使用柴油机和燃气轮机，并通过组合齿轮连接，以使其能够同时运行。这种推进系统的开发非常困难、昂贵且耗时，并且最终没有达到指定的速度和航程要求。这些速度要求最终被确定为不必要的高：如果随着速度、成本和复杂性的权衡变得明显，尽早修改要求可以避免这个问题。

相比之下，由海军内部设计的 FFG 7 Oliver Perry-class frigate 在驾驭海军舰艇设计中固有的复杂权衡方面要成功得多，正如 NAVSEA 前首席海军建筑师 Robert Keane 所指出的那样：

重量限制旨在控制采购成本，并迫使对主要舰艇特性进行妥协。这包括仅使用一根推进轴，这限制了速度并具有生存能力的影响。76 毫米主炮太小，无法为岸上部队提供海军炮火支援，但这并不是一项要求。为了适应 LAMPS III 直升机，只能安装相当平庸的船体安装声纳（拖曳阵列声纳进行了补偿）。提供了一个非常强大（对于当时而言）的 AAW 系统。安装了主动控制鳍，从而实现了与更大的舰艇相当的适航性能。舰队最初的负面反应很快被克服，并且这些舰艇证明非常受欢迎。

Keane 接着说，“在 FFG 7 早期设计阶段所做的权衡在行业主导的设计中或在设计竞赛中将是困难的，甚至是不可能的。”

我们在其他领域的大型、独特或半独特的政府资助项目中看到了拥有大量内部设计专业知识的重要性。Transit Costs Project 诊断出美国公共交通建设成本异常高的部分原因是由于缺乏内部专业知识来设计和管理项目。相比之下，西班牙拥有世界上最低的公共交通建设成本，并且其所有公共交通设计均由政府内部完成。加利福尼亚州的高铁灾难也归咎于类似缺乏内部专业知识和项目管理能力。

相反，1960 年代的阿波罗计划的成功可以部分归因于 NASA 强大的内部航空航天专业知识（在阿波罗计划的高峰期，NASA 雇用了大约 34,000 人)。Saturn V 火箭和 Apollo 航天器的最初设计均由 NASA 完成。NASA 密切监控其分包商的绩效，并在必要时进行干预。

项目进度

对于任何大型复杂项目，控制成本的一个关键方法是在施工开始之前尽可能明确地定义设计。当设计仍在纸上时，进行更改相对容易。一旦纸质设计变成了钢铁、设备和机械，进行更改就会困难得多且成本更高。先前的 GAO 报告指出，在开始舰艇建造之前实现基本设计完成是商业造船业中的标准最佳实践。并且，我们在其他领域中看到了在施工过程中进行设计更改的风险。由不断变化的监管环境驱动的不断设计更改是美国核电站建设成本急剧上升的部分原因。更广泛地说，在他的关于如何有效管理大型项目的书中，大型项目专家 Bent Flyvbjerg 指出，一个关键规则是在开始之前尽可能完整地完成设计和规划，以减少出现问题和延误的可能性。

据说亚伯拉罕·林肯曾说过，如果他有五分钟的时间来砍倒一棵树，他会用前三分钟来磨斧头。这正是大型项目的正确方法：投入大量的精力和努力进行规划，以确保交付顺利而迅速。

三思而后行：这是成功的秘诀……

在一个又一个的项目中，仓促、肤浅的规划之后是一个快速启动，这让每个人都感到高兴，因为已经破土动工。但不可避免地，该项目会遇到在规划中被忽视或未认真分析和处理的问题。人们跑来跑去试图解决问题。更多东西坏了。有更多的跑来跑去。我称之为“破损修复循环”。一个进入该循环的项目就像一只陷入焦油坑的猛犸象。

美国海军造船厂经常违反这一原则。上述 GAO 报告指出，对于大多数首制舰来说，施工在许多情况下与设计同时进行。在不幸的情况下，技术开发（应在设计工作之前进行）也同时进行。这种并发的表面目的是更快地建造舰艇，但当不可避免地出现重新设计和问题时，通常会导致严重的进度延误。

舰艇建造

通过在设计基本完成后才开始施工，可以更顺利地完成生产，减少重新设计和问题，并最终缩短进度和降低成本。

结论

这些建议相互加强。采用更简单的舰艇设计将缩短设计时间，并使其更容易在施工开始之前达到基本完成状态。由于技术或任务范围的变化，可以更快地设计和建造的更简单的舰艇不太可能需要在施工期间进行修改。强大的内部设计团队将更容易正确权衡不同功能的重要性、平衡成本、进度和能力，并且通常可以就如何设计舰艇以满足成本和进度目标做出更明智的决策。它还将使快速生成设计（由于快速反馈和对实际要求的了解）以及与造船厂沟通以解决设计问题变得更容易。

通过进行这些设计和采购变更，美国可以建造更多的舰艇，更快地建造舰艇，并以更低的成本建造舰艇。