陳政宏／潛艦國造是挑戰 也是良機
▲圖爲示意圖（《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，以爲可以直接測試交船；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，誤以爲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臺或船塢施工、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。
且爲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，甚至因爲風浪的外力是動態變化，而更復雜難解，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，早已成爲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。
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，大概可並列爲人類最複雜先進的科技物。
▲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。
我國的自制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「全球檯灣中心」(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，負責載臺(車、船、飛機)的廠商纔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、臺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；臺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劃，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、水面艦都更爲複雜精密，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。
▲圖爲國軍海虎潛艦。（圖／記者季相儒攝）
但是今日與1980年代不同的是，當年有1979年初公佈的〈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，在專案啓動後7~8年會達到高峰，約爲剛啓動初期的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爲嚴重。
造船、造機計劃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，需要儘快招募培育；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。
爲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。
▲圖爲潛艦國造（圖／記者李孟璇攝）。
最後，GTI報告中最值得注意，但媒體卻較少報導的，是提到可以善用臺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。利用軍需來匯聚臺灣中小企業分散的強大能量，能讓一些技術力充沛、彈性，甚至爲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。
▲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