大型武器系統(tǒng)的技術(shù)成熟度評(píng)估方法

丁 茹，何劍彬，彭 灝

(1.軍械工程學(xué)院裝備指揮與管理系，河北石家莊050003;2.中國(guó)國(guó)防科技信息中心，北京100142;3.太原衛(wèi)星發(fā)射中心，山西太原030027)

大型武器系統(tǒng)規(guī)模龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、技術(shù)含量高，其研制項(xiàng)目通常具有周期長(zhǎng)、投資大、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)高等特點(diǎn)。如果在預(yù)研階段沒(méi)有做好項(xiàng)目可行性的論證分析，或者對(duì)所使用新技術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)計(jì)不足，往往會(huì)出現(xiàn)“拖進(jìn)度、降性能、漲費(fèi)用”的問(wèn)題，甚至?xí)?dǎo)致整個(gè)項(xiàng)目的失敗［1］。因此，有必要在大型武器系統(tǒng)研制過(guò)程中采取全面而有效的風(fēng)險(xiǎn)控制措施，建立相應(yīng)的評(píng)估體制，來(lái)避免上述問(wèn)題的出現(xiàn)。

早在20世紀(jì)70－80年代，美國(guó)就開(kāi)展了技術(shù)成熟度評(píng)估(Technology Readiness Assessment，TRA)的相關(guān)研究，2000年以來(lái)，美國(guó)國(guó)防部將技術(shù)成熟度引入采辦條例，并開(kāi)始推進(jìn)TRA方法，初步形成了一套系統(tǒng)化的評(píng)價(jià)方法和操作程序。經(jīng)過(guò)30年的發(fā)展，TRA方法已經(jīng)成為國(guó)防部在國(guó)防采辦中普遍采用的新機(jī)制［2－5］。事實(shí)證明，使用TRA方法可以使科研管理的精確度和科學(xué)性得以有效提高，技術(shù)發(fā)展和系統(tǒng)采辦過(guò)程的風(fēng)險(xiǎn)大大降低。

1 技術(shù)成熟度等級(jí)劃分

技術(shù)成熟度等級(jí)(Technology Readiness Level，TRL)是指將武器系統(tǒng)研制中所使用的關(guān)鍵技術(shù)從發(fā)現(xiàn)并掌握原理到該技術(shù)在系統(tǒng)中的成功應(yīng)用劃分為不同的等級(jí)，它可以清晰描述武器系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)狀態(tài)和技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，從而對(duì)研制項(xiàng)目的科學(xué)管理和決策起到重要的參考作用。

參照美國(guó)國(guó)防采辦局關(guān)于技術(shù)成熟度的分級(jí)，并結(jié)合我國(guó)武器裝備研制特點(diǎn)與實(shí)際，可以將大型武器系統(tǒng)的技術(shù)成熟度標(biāo)準(zhǔn)定義為9級(jí)，如表1所示。

表1 9級(jí)技術(shù)成熟度等級(jí)定義

結(jié)合導(dǎo)彈武器裝備采辦的實(shí)際，可以規(guī)定:在關(guān)鍵技術(shù)成熟度達(dá)到5級(jí)時(shí)，可以進(jìn)行預(yù)研立項(xiàng);達(dá)到6級(jí)時(shí)，可以將技術(shù)開(kāi)發(fā)成果用于武器系統(tǒng)/分系統(tǒng)的初樣研制;達(dá)到7級(jí)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)技術(shù)開(kāi)發(fā)和產(chǎn)品(工程)研制之間的“無(wú)縫銜接”，即直接將技術(shù)開(kāi)發(fā)成果用于武器系統(tǒng)的正樣研制;當(dāng)達(dá)到9級(jí)時(shí)，標(biāo)志著關(guān)鍵技術(shù)在實(shí)際武器系統(tǒng)中得到成功應(yīng)用，可進(jìn)入產(chǎn)品定型和生產(chǎn)階段［6］。

2 大型武器系統(tǒng)技術(shù)成熟度評(píng)估方法

2.1 關(guān)鍵技術(shù)元素的確定

技術(shù)成熟度評(píng)估的對(duì)象是組成或者構(gòu)建系統(tǒng)的若干具體技術(shù)，也即關(guān)鍵技術(shù)元素(Critical Technology Element，CTE)。其被界定的規(guī)則為:如果擬開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)需要這項(xiàng)技術(shù)元素才能滿足作戰(zhàn)需求(在可接受的費(fèi)用和時(shí)間限制內(nèi))，且該技術(shù)元素是新穎的，或者其應(yīng)用是新穎的，或者在設(shè)計(jì)及驗(yàn)證過(guò)程中能夠降低系統(tǒng)技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，那么該項(xiàng)技術(shù)就是關(guān)鍵技術(shù)元素。

嚴(yán)格地確定關(guān)鍵技術(shù)元素，對(duì)于系統(tǒng)的發(fā)展與計(jì)劃的實(shí)現(xiàn)是很重要的。假如某項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)元素的發(fā)展需要很長(zhǎng)時(shí)間，在工程研制發(fā)展的開(kāi)始，不能為系統(tǒng)開(kāi)發(fā)帶來(lái)必要的成熟度，那么系統(tǒng)性能、計(jì)劃時(shí)間、總體費(fèi)用都要受到影響;另一方面，假如采取了極其保守的方法，將過(guò)多的技術(shù)界定為關(guān)鍵技術(shù)，那么資源分配可能傾向于發(fā)展成熟的極少技術(shù)。如果確定的關(guān)鍵技術(shù)元素?cái)?shù)量過(guò)多，那么就表示這項(xiàng)計(jì)劃離實(shí)現(xiàn)目標(biāo)太遠(yuǎn)?？梢酝ㄟ^(guò)以下步驟確定關(guān)鍵技術(shù)元素。

1)通過(guò)工作分解結(jié)構(gòu)(Work Break down Structure，WBS)進(jìn)行技術(shù)分解。WBS是一種工作包分解，它按照系統(tǒng)工程原理把武器裝備按系統(tǒng)、分系統(tǒng)、部件或者組件等進(jìn)行逐級(jí)分解，形成由具體工作和關(guān)鍵技術(shù)組成的樹(shù)狀結(jié)構(gòu)［7－8］。對(duì)于大型武器系統(tǒng)而言，可以按照從上到下的順序，由系統(tǒng)總體到各分系統(tǒng)再到組件進(jìn)行技術(shù)分解，最后確定哪些單項(xiàng)技術(shù)可以成為CTE。

2)根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能、結(jié)構(gòu)和作戰(zhàn)需求，在系統(tǒng)技術(shù)分類結(jié)構(gòu)(WBS)中，利用關(guān)鍵技術(shù)元素定義限定的條件，創(chuàng)建系統(tǒng)可能利用的CTEs初始列表。

3)由獨(dú)立的評(píng)審小組與項(xiàng)目管理辦公室協(xié)作，通過(guò)問(wèn)答的方式對(duì)初始列表中的某些項(xiàng)進(jìn)行增加或刪減，構(gòu)建CTEs候選項(xiàng)列表。

4)項(xiàng)目管理方與國(guó)防采辦決策層對(duì)關(guān)鍵技術(shù)元素候選項(xiàng)列表進(jìn)行審查和評(píng)估，并進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)整，從而確定最終的CTEs。

2.2 收集技術(shù)成熟度證據(jù)

每項(xiàng)確定的關(guān)鍵技術(shù)元素，需要相關(guān)數(shù)據(jù)和材料用以評(píng)估相應(yīng)的技術(shù)成熟度等級(jí)，即收集關(guān)鍵技術(shù)元素的成熟度證據(jù)。收集證據(jù)的過(guò)程應(yīng)該盡早開(kāi)始，在確定關(guān)鍵技術(shù)元素的同時(shí)，評(píng)審小組應(yīng)從項(xiàng)目負(fù)責(zé)人處獲得武器系統(tǒng)詳細(xì)的功能需求、設(shè)計(jì)方案，以及組件或分系統(tǒng)的試驗(yàn)內(nèi)容、環(huán)境、相關(guān)信息及數(shù)據(jù)，充分保障成熟度評(píng)估的需求。

2.3 技術(shù)成熟度等級(jí)的判定

獨(dú)立評(píng)審小組根據(jù)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人所提供的相關(guān)數(shù)據(jù)和自己收集的成熟度等級(jí)證據(jù)，對(duì)CTEs進(jìn)行獨(dú)立的評(píng)估。技術(shù)成熟度評(píng)估的最終結(jié)果將是一種數(shù)據(jù)，是評(píng)估系統(tǒng)中采用或者擬采用的關(guān)鍵技術(shù)元素成熟度相關(guān)的信息。這種評(píng)估結(jié)果并不預(yù)測(cè)這些技術(shù)的未來(lái)發(fā)展?fàn)顩r或者系統(tǒng)的未來(lái)性能，也不評(píng)估系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)或者綜合計(jì)劃的質(zhì)量，只是一份有關(guān)該系統(tǒng)技術(shù)完成情況的狀態(tài)報(bào)告，用來(lái)確定關(guān)鍵技術(shù)元素的當(dāng)前發(fā)展?fàn)顟B(tài)和預(yù)測(cè)項(xiàng)目的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。

在判定CTEs的成熟度等級(jí)時(shí)，評(píng)審小組應(yīng)由大型武器系統(tǒng)所涉及的多領(lǐng)域的專家組成。根據(jù)成員專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域分成若干分小組，讓這些分小組先進(jìn)行商討，然后向整個(gè)獨(dú)立評(píng)估小組提出其觀點(diǎn)。獨(dú)立評(píng)審小組組長(zhǎng)應(yīng)該盡量達(dá)成一致意見(jiàn)，以支持某項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的成熟度評(píng)估。

在評(píng)估過(guò)程中，也可利用綜合集成的方法，先從回答相關(guān)問(wèn)題來(lái)定性地進(jìn)行評(píng)估，然后由專家系統(tǒng)給出量化標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)這些標(biāo)準(zhǔn)對(duì)CETs打分，給出CETs的成熟度的量化等級(jí)，最后由評(píng)估小組成員對(duì)評(píng)估結(jié)果進(jìn)行討論并最終確定評(píng)估結(jié)果。

3 大型武器系統(tǒng)成熟度評(píng)估

1)簡(jiǎn)單加權(quán)評(píng)估法。設(shè)第i項(xiàng)CTE的技術(shù)成熟度為T(mén)RLi，則大型武器系統(tǒng)的成熟度SRL可由式(1)表示為

式中:wi為第i項(xiàng)CTE的技術(shù)成熟度權(quán)重;n為CTE的總數(shù)。

關(guān)鍵技術(shù)元素的成熟度越低，所需投入的研制費(fèi)用就越高，研制時(shí)間就越長(zhǎng)，其成本在總成本中的比重就越大，對(duì)整個(gè)項(xiàng)目進(jìn)度的影響也越大。因此，CTE技術(shù)成熟度的權(quán)重與其成本成正比，即

式中:Ci為第i項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)成本;Cs為大型武器系統(tǒng)研發(fā)總成本。

該方法適用于武器裝備子系統(tǒng)間關(guān)聯(lián)關(guān)系較為簡(jiǎn)單時(shí)，或僅用于粗略計(jì)算整個(gè)系統(tǒng)的系統(tǒng)成熟度。

2)系統(tǒng)集成評(píng)估法。在大型武器系統(tǒng)中需涉及到多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)元素，而某些CTE之間可能需要通過(guò)技術(shù)集成來(lái)達(dá)到武器系統(tǒng)的某項(xiàng)功能。當(dāng)2項(xiàng)(或多項(xiàng))技術(shù)集成時(shí)，就有必要考慮其接口標(biāo)準(zhǔn)、相互作用、兼容性、可靠性、系統(tǒng)性能等問(wèn)題［9－10］。因此，需要首先確定各項(xiàng)CTE間的集成關(guān)系，并據(jù)此確定出有集成關(guān)系的CTE之間的集成成熟度等級(jí)IRL(共9級(jí))。當(dāng)2項(xiàng)技術(shù)之間沒(méi)有出現(xiàn)集成時(shí)，IRL賦值0;當(dāng)2項(xiàng)技術(shù)之間有集成時(shí)，要充分考慮2項(xiàng)技術(shù)運(yùn)行的物理環(huán)境和外部條件，結(jié)合集成成熟度標(biāo)準(zhǔn)，為IRL賦值。在進(jìn)行集成成熟度矩陣計(jì)算時(shí)，同種技術(shù)之間的IRL為9。這樣，可以形成集成成熟度矩陣［IRL］n×n，再由式(3)計(jì)算得到系統(tǒng)成熟度矩陣，經(jīng)過(guò)式(4)規(guī)范化后可得出大型武器系統(tǒng)成熟度等級(jí)，表達(dá)式為

［1］劉旭蓉，侯妍，艾克武.美英武器裝備項(xiàng)目技術(shù)成熟度評(píng)估研究［J］.裝備指揮技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2005，16(6):48－52.

［2］US DoD.Operation of the Defense Acquisition System.［EB/OL］.(2002 －04 －05)［2010 －05 －21］.http://www.ncca.navy.mil/resources/dod5000 －2 － new.pdf.

［3］Deputy under Secretary of Defense for Science and Technology(DUSD(S＆T)).Technology Readiness Assessment(TRA)Deskbook［R］.Washington:US DoD，2003.

［4］Deputy Under Secretary of Defense for Science and Technology(DUSD(S＆T)).Technology Readiness Assessment(TRA)Deskbook［R］.Washington:US DoD，2005.

［5］Deputy under Secretary of Defense for Science and Technology(DUSD(S＆T)).Technology Readiness Assessment(TRA)Deskbook［R］.Washington:US DoD，2009.

［6］朱毅麟.開(kāi)展技術(shù)成熟度研究［J］.航天標(biāo)準(zhǔn)化，2008(2):12－14.

［7］格雷戈里 T，豪根.有效的工作分解結(jié)構(gòu)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2005:38－42.

［8］胡楊博，莫蓉，常智勇，等.基于工作分解結(jié)構(gòu)復(fù)雜多級(jí)項(xiàng)目的進(jìn)度監(jiān)控技術(shù)研究［J］.現(xiàn)代制造工程，2008(2):16－19.

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