制造成熟度管理方法研究

高 原 高彬彬 董雅萍

(①北方科技信息研究所，北京 100089;②北京機床研究所，北京 100102)

在制造業(yè)項目管理中，制造風(fēng)險管理至關(guān)重要。如果這些風(fēng)險得不到有效管理和控制，將導(dǎo)致產(chǎn)品性能下降、成本增加、項目進度拖后。近幾年，美國軍方投入大量人力物力，針對武器裝備研制項目中的制造風(fēng)險，研究制定了制造成熟度等級(MRL，Manufacturing Readiness Levels)標準。2008年12月，美國國防部(DoD)頒布了最新國防采辦指令DoDI 5000.02，明確指出應(yīng)加強技術(shù)成熟度管理和制造成熟度評價。到目前為止，美軍一直在不斷修訂完善制造成熟度體系。

從美國的實際經(jīng)驗來看，制造成熟度能夠幫助處理產(chǎn)品技術(shù)和產(chǎn)品制造中存在的風(fēng)險，還可用來驗證并促進新技術(shù)的成功應(yīng)用，加強制造業(yè)項目管理。因此，研究和借鑒美國國防部的制造成熟度標準、評價方法與程序，推廣應(yīng)用制造成熟度量化評價，對完善我國科技項目評價體系，提高我國科研生產(chǎn)管理水平具有重要意義。

1 制造成熟度的發(fā)展過程

多年來，美國國防部采辦項目中，對于制造狀態(tài)和風(fēng)險評價采取了多種方式，如生產(chǎn)狀態(tài)審查、制造管理/生產(chǎn)能力審查等。但是在這些審查中，缺乏度量和描述制造風(fēng)險和成熟狀態(tài)的標準，并且在科技項目和采辦項目的早期階段也沒有進行這些審查。從上世紀90年代起，這些審查的頻率和嚴格程度已經(jīng)急劇降低。由于制造風(fēng)險管理力度不足，采辦人員的制造知識、技能和能力也隨之下降。制造風(fēng)險管理問題事實上幾乎從國防部的采辦文件中消失，對成本、進度和性能的影響也隨之顯現(xiàn)。

1995年，美國推出了技術(shù)成熟度(TRL，Technology Readinees Levels)的概念，并在西方國家的裝備采辦過程中廣泛應(yīng)用。TRL可作為度量和描述技術(shù)與設(shè)計風(fēng)險的工具，能夠深入判斷技術(shù)和設(shè)計潛在的問題和風(fēng)險。TRL對改進項目管理和減少項目進度延遲起到了重要作用，在一定程度上滿足了項目要求，降低了風(fēng)險，但是無法解決由于制造問題而導(dǎo)致的風(fēng)險。美國政府問責(zé)署(GAO)的研究表明，美國已經(jīng)為制造風(fēng)險管理能力的不足付出高昂的代價。例如，在2008年的《主要武器系統(tǒng)采辦評審報告》指出，96個項目，總采辦成本增加2 964億美元，增長幅度達到25%，而平均進度延遲22個月。報告顯示，在采辦的主要流程中，在關(guān)鍵決策點，缺乏制造知識是成本增加、進度延遲的首要原因。

為了彌補制造知識的不足，重建制造風(fēng)險管理能力，提高科技項目的技術(shù)轉(zhuǎn)化能力，能夠?qū)Ξa(chǎn)品生產(chǎn)的經(jīng)濟有效性進行評價，需要建立一種制造成熟度評價體系。因此，美國國防部(DoD)研究制定了制造成熟度等級(MRL)標準。在美國國防部的采辦策略中，一直就有與制造相關(guān)的內(nèi)容。DoDI 5000.02指令對采辦生命周期內(nèi)的制造問題有了新的政策要求，要求制造成熟度的管理貫穿于裝備采辦流程的各個階段。在裝備方案分析階段，該指令要求進行備選方案分析，以評價制造可行性;在技術(shù)開發(fā)階段，要求使用樣機或原型件來評價制造工藝;在工程與制造研發(fā)階段，要求關(guān)鍵制造工藝的成熟度應(yīng)在關(guān)鍵設(shè)計評審后進行評價，工程與制造研發(fā)階段應(yīng)該在制造工藝已經(jīng)在試生產(chǎn)環(huán)境得到有效驗證時才能結(jié)束;在生產(chǎn)與部署階段，要求制造過程處于可控狀態(tài)，沒有重大的制造風(fēng)險。

國防部高級科技管理人員認為，對于武器裝備采辦項目，及時、經(jīng)濟地把技術(shù)引入武器項目中，制造成熟度是關(guān)鍵。采用MRL等級標準進行制造成熟度評價和制定相關(guān)計劃，已經(jīng)成為國防部先期技術(shù)演示(ATD)項目和其他透明度較高的科研課題所必須進行的工作，這些項目的主管應(yīng)負責(zé)制造成熟度等級體系的建立和管理。

2 MRL和TRL密切相關(guān)

20世紀70年代美國NASA首先提出技術(shù)成熟度概念。20世紀80年代技術(shù)成熟度理論和評價方法得到進一步發(fā)展，NASA提出了技術(shù)成熟度等級標準和評價方法。20世紀90年代NASA將技術(shù)成熟度評價方法應(yīng)用于空間發(fā)展計劃。2000年以來，美國國防部將技術(shù)成熟度引入采辦條例，開始推行技術(shù)成熟度評價方法。當(dāng)前，技術(shù)成熟度評價方法已廣泛應(yīng)用于美國國防采辦和科研管理，并建立了較為完備的技術(shù)成熟度評價組織管理體系。美國應(yīng)用經(jīng)驗已經(jīng)證明，技術(shù)成熟度評價方法是一種普遍采用的強有力的科研管理工具，使得技術(shù)專家與科研管理人員能夠很好地結(jié)合起來，使科研資源分配更加合理，進一步提高科研管理的科學(xué)性。

TRL是一個衡量某一特定技術(shù)的成熟狀態(tài)的標準，TRL使得不同類別的技術(shù)之間可以進行成熟度的比較。TRL等級體系具有9個等級，其定義如下:

TRLl:基本原理已被發(fā)現(xiàn)和報告;

TRL2:技術(shù)概念和用途已被闡明;

TRL3:通過關(guān)鍵功能的實驗和分析，概念特性得到驗證;

TRL4:組件或試驗臺在實驗室環(huán)境中得到驗證;

TRL5:組件和試驗臺在相關(guān)環(huán)境中得到驗證;

TRL6:系統(tǒng)/子系統(tǒng)模型或原型機在相關(guān)環(huán)境中得到驗證;

TRL7:系統(tǒng)原型機通過現(xiàn)場驗證;

TRL8:實際系統(tǒng)完成，并在試驗和演示中得到驗證;

TRL9:實際系統(tǒng)通過現(xiàn)場驗證。

技術(shù)成熟度評價的評價對象和制造成熟度評價的評價對象有所不同。技術(shù)成熟度評價的評價對象是關(guān)鍵技術(shù)元素(CTE)，即這些元素在項目所采用的技術(shù)中是最基本、最關(guān)鍵的元素，或是新的技術(shù)元素，或者是項目以新的方式使用的比較成熟的技術(shù)元素。而制造成熟度評價的評價對象是制造，即制造工藝、材料、質(zhì)量、成本和生產(chǎn)設(shè)施等。產(chǎn)品的技術(shù)成熟度和制造成熟度的驗證環(huán)境和條件大致相同，但其著眼點不同。產(chǎn)品的技術(shù)成熟度驗證著重于基本原理、概念、功能和設(shè)計等。而產(chǎn)品的制造成熟度驗證則著重于產(chǎn)品的可制造性，產(chǎn)品能不能批量生產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量和成本能不能達到目標要求，最終能不能投入市場滿足客戶需要等。

制造成熟度和技術(shù)成熟度是密不可分的，MRL與TRL都是衡量相關(guān)風(fēng)險的標準。技術(shù)不成熟和設(shè)計不穩(wěn)定都將影響制造成熟狀態(tài)，這是經(jīng)常發(fā)生的事情。如果產(chǎn)品技術(shù)不成熟或設(shè)計不穩(wěn)定的話，制造成熟度就無從談起。因此，在每一個制造成熟度等級定義中都包含了相應(yīng)的技術(shù)成熟度等級，也就是說當(dāng)制造成熟狀態(tài)達到某一等級時，其技術(shù)成熟狀態(tài)必須達到相應(yīng)的技術(shù)成熟度等級。

3 制造成熟度等級劃分及其評價流程

3.1 MRL的等級劃分

自從美國國防部開始研究制定制造成熟度以來，已經(jīng)發(fā)布多個版本的手冊、指南草案。2001年美國聯(lián)合國防制造技術(shù)委員會(JDMTP)建立了一個由國防部和工業(yè)部門專家組成的工作組，開發(fā)了一套MRL定義標準。2003年9月，國防部在TRA手冊的附件中首次提出這套MRL定義。2007年2月，JDMTP發(fā)布了“制造成熟度等級指南(草案)”，進一步說明了制造成熟度理論、定義和評價方法。2009年5月，JDMTP發(fā)布了“制造成熟度評價手冊(草案)”，其目的是豐富制造成熟度理論的內(nèi)涵，在國防部內(nèi)部推行制造成熟度評價(MRA)。2010年1月又發(fā)布了《制造成熟度等級手冊》等。每次發(fā)布的文件對制造成熟度的相關(guān)內(nèi)容進行了一定的更新，但其主要的核心思想和內(nèi)容不變。綜合近幾年發(fā)布的各種文獻，總結(jié)其制造成熟度的等級劃分如下:

MRL1:確定基本原理;

MRL2:確定制造概念;

MRL3:制造概念得到驗證;

MRL4:具備在實驗室環(huán)境下生產(chǎn)技術(shù)驗證件的能力;

MRL5:具備在相關(guān)生產(chǎn)環(huán)境下生產(chǎn)零部件原型的能力;

MRL6:具備在相關(guān)生產(chǎn)環(huán)境下生產(chǎn)原型系統(tǒng)或子系統(tǒng)的能力;

MRL7:具備在典型生產(chǎn)環(huán)境下生產(chǎn)系統(tǒng)、子系統(tǒng)或部件的能力;

MRL8:試生產(chǎn)能力通過驗證，準備進入小批量生產(chǎn);

MRL9:小批量生產(chǎn)通過驗證，準備進入大批量生產(chǎn);

MRL10:大批量生產(chǎn)通過驗證，轉(zhuǎn)向精益生產(chǎn)。

在MRL的10個級別中，MRL1～MRL3對應(yīng)于方案分析階段之前的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究?；A(chǔ)研究著重于新材料與新工藝的確定，應(yīng)用研究則著重于新材料與新工藝的優(yōu)化。MRL4～MRL6的每一級的詳細定義中都有相應(yīng)的TRL等級。MRL定義中的某些要素可以直接用于先期技術(shù)演示(ATD)或制造技術(shù)(ManTech)等科技項目。MRL7～MRL10通常與科技項目(S＆T項目)無關(guān)，一般認為 MRL6已經(jīng)足夠支持技術(shù)轉(zhuǎn)移，因為科技項目通常不會對具有較高制造成熟度的技術(shù)進行投資。

3.2 MRL等級詳細定義

在2010年1月所發(fā)布的美國國防部的“制造成熟度等級手冊(草案)”中，詳細闡述了MRL的等級體系，共有10個等級，其詳細定義如下:

MRLl:確定基本原理

MRL1是制造成熟度的最低等級，其特征是以學(xué)術(shù)研究方式開始基礎(chǔ)研究。為了實現(xiàn)計劃目標，應(yīng)指出可能存在的制造能力不足和機遇。

MRL2:確定制造概念

MRL2等級的特征是確定新的制造概念，將基礎(chǔ)研究轉(zhuǎn)化為應(yīng)用研究。應(yīng)用研究包括確定所用材料和加工方法，進行書面研究和分析，開始研究產(chǎn)品的制造可行性和制造風(fēng)險。

MRL3:制造概念得到驗證

MRL3等級的特征是開始通過分析研究或?qū)嶒炇覍嶒?，驗證制造概念。此成熟度等級是指科研項目中的應(yīng)用研究和早期的制造技術(shù)開發(fā)。產(chǎn)品的制造可行性、材料的可加工性和加工工藝的可用性都已經(jīng)描述出來，但還需要進一步評價和驗證。在實驗室環(huán)境中，已經(jīng)開發(fā)出具備有限功能的實驗?zāi)Ｐ汀?/p>

MRL4:具備在實驗室環(huán)境下生產(chǎn)技術(shù)驗證件的能力

制造成熟度達到MRL4時，技術(shù)成熟度至少應(yīng)該達到TRL4，該等級表明已經(jīng)進入技術(shù)開發(fā)階段。此時，制造技術(shù)開發(fā)所需投資已經(jīng)確認;可制造性、可生產(chǎn)性和質(zhì)量保證措施已經(jīng)到位，能夠生產(chǎn)技術(shù)驗證件;原型機的制造風(fēng)險已經(jīng)確認，風(fēng)險降低計劃已經(jīng)制訂;目標成本已經(jīng)確定，制造成本動因也已經(jīng)確定;設(shè)計概念的可生產(chǎn)性評價已經(jīng)完成;所設(shè)計的關(guān)鍵性能參數(shù)已經(jīng)確定;工裝、設(shè)施、材料處理和技能的專用需求也已經(jīng)確定。

MRL 5:具備在相關(guān)生產(chǎn)環(huán)境下生產(chǎn)零部件原型的能力

制造成熟度達到MRL5時，技術(shù)成熟度至少應(yīng)該達到TRL5。這個制造成熟度等級表明工業(yè)基礎(chǔ)評價已完成，潛在的供應(yīng)商已得到確認;制造策略得到優(yōu)化并與風(fēng)險管理計劃集成于一體;使能/關(guān)鍵技術(shù)和組件的鑒定已經(jīng)完成;在生產(chǎn)相關(guān)環(huán)境下，原材料、工裝、試驗設(shè)備和人員技能都在零部件生產(chǎn)中得到驗證，但是有些制造工藝和方法還在開發(fā)中;制造技術(shù)開發(fā)計劃已經(jīng)啟動或正在進行;關(guān)鍵技術(shù)和零部件的可生產(chǎn)性評價正在進行;用于評價制造成本的模型已經(jīng)建立。

MRL6:具備在相關(guān)生產(chǎn)環(huán)境下生產(chǎn)原型系統(tǒng)或子系統(tǒng)的能力

制造成熟度達到MRL6時，技術(shù)成熟度至少應(yīng)該達到TRL6。這個制造成熟度等級通常表示科技開發(fā)已經(jīng)完成，可以進入初始系統(tǒng)設(shè)計。初始的制造方法已經(jīng)開發(fā)出來，大部分制造工藝已經(jīng)確認和描述，但是系統(tǒng)自身仍有重大工程和設(shè)計更改;關(guān)鍵零部件的初步設(shè)計和關(guān)鍵技術(shù)的可生產(chǎn)性評價已經(jīng)完成;原材料、工裝、設(shè)備和人員技能已經(jīng)在生產(chǎn)相關(guān)環(huán)境下、在系統(tǒng)和/或子系統(tǒng)生產(chǎn)中得到驗證;針對目標成本評價制造成本分析已進行，并且為達到成本要求或建立新的基線，項目風(fēng)險降低計劃已準備就緒。成本分析應(yīng)該包括設(shè)計折衷;進行可生產(chǎn)性研究，并制定系統(tǒng)開發(fā)計劃;工業(yè)能力評價(ICA)已經(jīng)完成;準備周期長且關(guān)鍵的供應(yīng)鏈組成已經(jīng)確認。

MRL7:具備在典型生產(chǎn)環(huán)境下生產(chǎn)系統(tǒng)、子系統(tǒng)或部件的能力

制造成熟度達到MRL7時，技術(shù)成熟度至少應(yīng)該達到TRL6或TRL7。將進行關(guān)鍵設(shè)計評審(CDR)后評價。系統(tǒng)的詳細設(shè)計工作正在進行;材料規(guī)范獲得批準，可用的原材料滿足試生產(chǎn)進度要求;制造工藝和方法已經(jīng)在生產(chǎn)典型環(huán)境下得到驗證;詳細的可生產(chǎn)性折衷研究和風(fēng)險評價正在進行;成本模型隨著詳細設(shè)計已經(jīng)更新，達到系統(tǒng)級并對照分配的目標進行了跟蹤;優(yōu)先考慮單位成本減少計劃，并正在進行;供應(yīng)鏈和供應(yīng)商質(zhì)量保證要素已經(jīng)得到評價，準備周期長的采購計劃已經(jīng)準備就緒;生產(chǎn)工裝和測試設(shè)備的設(shè)計和開發(fā)已經(jīng)啟動。

MRL8:試生產(chǎn)能力通過驗證，準備進入小批量試生產(chǎn)

制造成熟度達到MRL8時，技術(shù)成熟度至少應(yīng)該達到TRL7或TRL8。詳細系統(tǒng)設(shè)計已經(jīng)基本完成并足夠穩(wěn)定;所有的原材料都能滿足小批量生產(chǎn)進度要求;制造工藝和產(chǎn)品質(zhì)量已在試生產(chǎn)環(huán)境下得到驗證，并且可控，準備進入小批量生產(chǎn);任何已知的可生產(chǎn)性問題都不會對小批量生產(chǎn)造成重大風(fēng)險;詳細設(shè)計推動了工程成本模型的建立，并用實際數(shù)據(jù)對該模型進行了驗證;工業(yè)能力評價(ICA)已經(jīng)完成，供應(yīng)鏈已經(jīng)建立并且穩(wěn)定。

MRL9:小批量生產(chǎn)能力通過驗證，準備進入大批量生產(chǎn)

制造成熟度達到MRL9時，技術(shù)成熟度至少應(yīng)該達到TRL8或 TRL9，此技術(shù)成熟度等級表明系統(tǒng)、部件或零件已經(jīng)預(yù)先生產(chǎn)好或正在生產(chǎn)中，或已經(jīng)實現(xiàn)小批量試生產(chǎn)，準備進入大批量生產(chǎn)。所有系統(tǒng)工程/設(shè)計要求都應(yīng)該得到滿足，使系統(tǒng)更改達到最少;重要的系統(tǒng)設(shè)計特征穩(wěn)定，并在試驗與評價中得到驗證;可用的原材料滿足計劃的批量生產(chǎn)進度要求;在小批量生產(chǎn)環(huán)境下，質(zhì)量水平能夠滿足所設(shè)計的關(guān)鍵特征的容差要求;生產(chǎn)風(fēng)險監(jiān)控正在進行;小批量試生產(chǎn)成本目標已達到，根據(jù)實際數(shù)據(jù)，對學(xué)習(xí)曲線進行了分析;大批量生產(chǎn)成本模型已經(jīng)建立，并進行持續(xù)改進和更新。

MRL10:大批量生產(chǎn)能力通過驗證，轉(zhuǎn)向精益生產(chǎn)

MRL10是制造成熟度的最高等級，技術(shù)成熟度至少應(yīng)該達到TRL9級。此時工程/設(shè)計更改極少，通常只限于質(zhì)量和成本改進;系統(tǒng)、組件或零件正在大批量生產(chǎn)，并滿足工程、性能、質(zhì)量和可靠性要求;所有原材料、工裝、檢測和試驗設(shè)備、設(shè)施和人力都已滿足大批量生產(chǎn)要求;批量生產(chǎn)單位成本滿足目標要求，大批量生產(chǎn)所需資金充足;精益生產(chǎn)實踐已經(jīng)建立，持續(xù)過程改進正在進行。

3.3 影響制造成熟度的風(fēng)險因素

應(yīng)該怎樣描述成功制造?在制造過程中，風(fēng)險來自何處?美國國防部對成功制造進行了多維描述，明確指出制造風(fēng)險來自9個領(lǐng)域，這些領(lǐng)域通常稱為影響制造成熟度的風(fēng)險因素，它們是:

(1)技術(shù)和工業(yè)基礎(chǔ) 分析國家技術(shù)和工業(yè)基礎(chǔ)對產(chǎn)品的設(shè)計、開發(fā)、生產(chǎn)、運行、系統(tǒng)持續(xù)維護和最終報廢(環(huán)境影響因素)的支持能力。

(2)設(shè)計 掌握不斷演變的系統(tǒng)設(shè)計的成熟度與穩(wěn)定性及其對制造成熟度的任何影響。

(3)成本和資金 分析是否有足夠的資金投入，支持達到制造成熟度的目標等級，研究與實現(xiàn)制造成本目標有關(guān)的風(fēng)險。

(4)材料 分析與材料(包括基本材料/原材料、組件、半成品件和部件)相關(guān)的風(fēng)險。

(5)加工能力和控制 分析制造工藝不能反映關(guān)鍵特性設(shè)計意圖(可重復(fù)性和經(jīng)濟可承受性)的潛在風(fēng)險。

(6)質(zhì)量管理 分析質(zhì)量控制和進行持續(xù)改進的風(fēng)險和相應(yīng)管理計劃。

(7)制造人員 評價支持制造計劃所需人員的必備技能和可獲得性。

(8)設(shè)施 分析關(guān)鍵制造設(shè)施(主承包商、子承包商、供應(yīng)商、銷售商和維護/修理商)的能力與潛力。

(9)制造管理 分析從設(shè)計轉(zhuǎn)化為實際運行系統(tǒng)所需要的要素的管理情況，分析滿足項目的經(jīng)濟可承受性和可獲得性目標的全部要素。

上述關(guān)聯(lián)因素還可分解為若干子因素，用于詳細描述制造成熟度和制造風(fēng)險。也就是說，當(dāng)制造成熟度達到某一等級時，這9個領(lǐng)域的工作應(yīng)該達到的目標，這樣就有一個共同遵守的比較客觀的評價準則。例如當(dāng)試生產(chǎn)能力通過驗證，準備進入小批量試生產(chǎn)時，制造成熟度應(yīng)達到MRL8。MRL8的詳細定義就從9個方面說明了應(yīng)該完成哪些工作，只有完成了這些工作，制造成熟度等級才能評為MRL8，產(chǎn)品研制才可以進入小批量試生產(chǎn)。如果有些工作還沒有達到目標要求，制造成熟度等級就不能評為MRL8，產(chǎn)品研制就不能進入小批量試生產(chǎn)。同時，也為我們的制造成熟計劃指出了改進方向，只有把這些工作做好，才能小批量試生產(chǎn)。

3.4 制造成熟度評價流程

實施制造成熟度評價的目的是:(1)定義當(dāng)前制造成熟度級別;(2)確定制造狀態(tài)不成熟之處、有關(guān)制造風(fēng)險及其所需成本;(3)為制造成熟計劃和風(fēng)險降低計劃的制定提供有力根據(jù)。制造成熟度評價是利用制造成熟度等級體系，對制造風(fēng)險狀態(tài)獲得有效把握的重要措施。制造成熟度評價(MRA)的主要流程如圖1所示。

3.4.1 計劃與準備階段

(1)啟動評價準備工作

主要包括收集項目信息，確定評價范圍和日程，成立評價組，熟悉項目情況。通常政府計劃/項目辦公室應(yīng)該指導(dǎo)對主承包商的評價，主承包商應(yīng)該指導(dǎo)分承包商的評價。

(2)培訓(xùn)

針對相關(guān)人員，進行MRL相關(guān)知識的培訓(xùn)，包括MRL定義、方法等。

(3)確定目標

針對評價項目具體情況，確定評價對象及其MRL目標值等。

3.4.2 評價階段

(1)自評價

自評價過程應(yīng)確定將要使用的每個關(guān)鍵技術(shù)和制造方法的當(dāng)前MRL等級;計劃結(jié)束時，每個關(guān)鍵技術(shù)或制造方法的MRL將達到的目標等級;在先期技術(shù)演示(ATD)或技術(shù)概念演示(ACTD)時，哪個MRL等級適合提供該技術(shù)的原始設(shè)備制造商(OEMs)，以便在產(chǎn)品設(shè)計時選用。

(2)現(xiàn)場評價

現(xiàn)場評價時，應(yīng)該配備承包商人員，便于評價小組現(xiàn)場訪問;對于提供關(guān)鍵部件或子組件的公司，現(xiàn)場訪問不可行時，評價小組應(yīng)該認真分析承包商編寫的自評價報告。

現(xiàn)場評價能夠直接觀察車間活動的情況，能夠與承包商專家進行討論，這比從簡報或文獻中了解的情況更加真實。一般的現(xiàn)場評價流程如下:

①承包商介紹評審議程、評價進度和設(shè)備情況;

②評價組向承包商簡要說明現(xiàn)場訪問的目標和期望;

③承包商對他們的自評價結(jié)果進行總結(jié)和討論;

④評價小組及其成員現(xiàn)場訪問;

⑤評價小組成員和承包商與主題有關(guān)專家之間進行一對一討論或小組討論，討論重點應(yīng)放在關(guān)鍵領(lǐng)域;

⑥評價小組舉行內(nèi)部會議，記錄和討論觀察情況;

⑦評價小組向承包商簡要介紹討論結(jié)果。

對于小項目，可能由幾個人組成的小組花費一天的時間，就能完成現(xiàn)場訪問。重大項目則需要多次現(xiàn)場訪問，可能需要超過幾個月的時間，需要較大的團隊，但不是所有的成員都要參加每次現(xiàn)場訪問。

自評價和現(xiàn)場評價完成后，評價團隊完成評估報告并上交。這時制造成熟度的評價結(jié)果可以納入項目的信息中，供項目管理人員參考，項目管理人員可根據(jù)這些信息制定項目成熟化計劃。

4 制造成熟度評價的應(yīng)用

4.1 美國軍方應(yīng)用概況

制造成熟度(MRL)在美國軍方的應(yīng)用正在逐步擴大。在美軍武器裝備研制項目中，陸軍“未來戰(zhàn)斗系統(tǒng)”項目曾采用MRL;導(dǎo)彈防御局(MDO)在所有開發(fā)項目中都采用MRL;國防部相關(guān)發(fā)展計劃也都開始重視并采用MRL;空軍小企業(yè)創(chuàng)新研究計劃(SBIR)2009年的項目招標書中，已采用 MRL描述項目要求。如“鈦合金電子束增材制造工藝”項目，項目要求在第一階段，開發(fā)并驗證技術(shù)可行性，制造成熟度應(yīng)達到MRL4;在第二階段，具備初步試生產(chǎn)能力，制造成熟度應(yīng)達到MRL7。2009年，美國國防部發(fā)布的制造技術(shù)規(guī)劃(ManTech)最新戰(zhàn)略中，將“積極保證對可制造性和制造成熟度給于強有力的制度性關(guān)注”作為其4個戰(zhàn)略重點之一，并提出應(yīng)制定有效的政策和方法，推廣應(yīng)用制造成熟度管理和評價。2010年，制造技術(shù)規(guī)劃已采用MRL描述項目要求。一些主要的美國國防部武器系統(tǒng)供應(yīng)商和原始設(shè)備制造商(OEM)已采用MRL評價技術(shù)，使其成為產(chǎn)品研制的一部分。主承包商和其他OEM可以依據(jù)MRL評價結(jié)果來確定哪項技術(shù)能納入產(chǎn)品研制，以降低成本、進度和性能方面的風(fēng)險。

4.2 民用領(lǐng)域應(yīng)用情況

雖然制造成熟度最早由軍方提出并開發(fā)，最先在軍用領(lǐng)域應(yīng)用，但是制造成熟度的理念同樣適用于民用領(lǐng)域，近年來，民用領(lǐng)域多次嘗試采用制造成熟度評價來管控風(fēng)險，其中美國能源部(DoE)國家再生能源實驗室(NREL)的應(yīng)用最為典型。

NREL開發(fā)了適用于“氫燃料電池與基礎(chǔ)技術(shù)”(HFCIT)計劃和PEM(聚合物電解質(zhì)薄膜)燃料電池工業(yè)現(xiàn)狀的MRL等級體系。由于考慮了市場數(shù)據(jù)，NREL的 DoE PEM MRLs等級體系不同于國防部MRLs等級體系。DoD方法的重點是采辦，而 DoE PEM MRLs方法重點則放在PEM制造。

HFCIT計劃的制造成熟度評價效果如下:

(1)建立HFCIT的制造目標執(zhí)行情況的報道標準;

(2)與制造能力的薄弱環(huán)節(jié)和風(fēng)險范圍有關(guān)的信息能夠指出制造研究與開發(fā)的發(fā)展方向;

(3)能夠收集到由于知識產(chǎn)權(quán)和競爭的原因難于獲得的有關(guān)工業(yè)情況信息;

(4)由于參照所有國家標準和制造商企業(yè)標準，評價是全面的、恰當(dāng)?shù)?

(5)以制造成熟度為基礎(chǔ)，討論有關(guān)市場情況，使HFCIT計劃決策者，能夠識別各種燃料電池市場的最佳進入點和退出點;

(6)與其他同類制造商進行比較，對制造商能力進行不記名評價，評價是公正的。

NREL的制造成熟度等級體系與DoD的制造成熟度等級體系大致相同，共有10個等級，即 MRL1～MRL10。這兩個等級體系的定義有所不同，NREL的制造成熟度等級體系是從“制造可行性評價”到“大規(guī)模生產(chǎn)驗證”，制造狀況越成熟，制造成熟度等級就越高。小批量試生產(chǎn)的制造成熟度為MRL－7，這是支持PEM燃料電池系統(tǒng)或堆棧進入市場的生產(chǎn)等級;大規(guī)模生產(chǎn)(FRP)制造成熟度為MRL10，這是支持成熟市場所需的生產(chǎn)等級。

NREL的制造成熟度等級定義如下:

MRL－1:制造可行性已評價;

MRL－2:制造概念已定義;

MRL－3:制造概念已開發(fā);

MRL－4:實驗室制造工藝演示;

MRL－5:制造工藝開發(fā);

MRL－6:關(guān)鍵制造工藝原型建立;

MRL－7:原型制造系統(tǒng)建立;

MRL－8:制造工藝成熟度演示;

MRL－9:制造工藝得到驗證;

MRL－10:大規(guī)模生產(chǎn)得到驗證和精益生產(chǎn)實踐到位。

另外，在制造成熟度風(fēng)險因素方面，NREL對于風(fēng)險子因素的考慮與國防部不盡相同，其重點關(guān)注的風(fēng)險因素及子因素如下:

(1)技術(shù)和工業(yè)基礎(chǔ)的子因素:技術(shù)成熟度，分承包商和生產(chǎn)能力;

(2)設(shè)計的子因素:工程計劃是否支持不斷發(fā)展的設(shè)計制造?可制造設(shè)計，制造計劃是否對系統(tǒng)和部件的可生產(chǎn)性進行評價?工具設(shè)計計劃;

(3)物料的子因素:物料標準化，物料可用性和處理;

(4)成本和資金的子因素:按成本設(shè)計，成本動因，成本減少計劃;

(5)加工能力與控制的子因素:制造工藝，制造過程控制;

(6)質(zhì)量的子因素:質(zhì)量策略，供應(yīng)鏈質(zhì)量;

(7)制造人員的子因素:專門技能與培訓(xùn);

(8)設(shè)施的子因素:設(shè)施要求;

(9)制造計劃、調(diào)度與控制的子因素:制造策略和計劃。

在制造成熟度評價流程方面，NREL的評價流程和美國國防部大致相同。但是，NREL的制造成熟度評價具有自己的特色，NREL把評價工作的重點放在“承包商自評價”和“現(xiàn)場訪問”兩個環(huán)節(jié)上。NREL將制造成熟度評價成功地應(yīng)用于PEM燃料電池制造，其成功應(yīng)用經(jīng)驗值得我們借鑒。

5 啟示與建議

我國在產(chǎn)品研制、制造技術(shù)攻關(guān)、科研成果工程化過程中存在著諸如研制成本居高不下、研制周期拖后、批量生產(chǎn)問題突出等現(xiàn)象。制造風(fēng)險是否得到有效控制是影響科研項目成功與否的關(guān)鍵因素。

從美國的經(jīng)驗來看，積極推廣應(yīng)用技術(shù)成熟度TRL和制造成熟度MRL的量化評價，對降低制造風(fēng)險，提高科研成果的利用率起到了良好的作用。尤其是制造成熟度MRL，其重點是產(chǎn)品的可生產(chǎn)性，對于我國重大科技產(chǎn)品的研發(fā)制造以及制造企業(yè)的產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)管理具有更加重要的參考價值。因此，我國迫切需要建立制造成熟度標準和制造成熟度評價機制。

5.1 將制造成熟度管理思想引入科研管理和制造企業(yè)管理體系

加強風(fēng)險意識，控制成本，保證產(chǎn)品研制進度是制造企業(yè)關(guān)注的重點，是提升制造能力的關(guān)鍵。對于產(chǎn)品研制來說，目前我國科研管理和技術(shù)評價工作缺乏對整個研制過程的關(guān)鍵節(jié)點的有效控制和把握。目前，美軍已經(jīng)將制造成熟度評價納入采辦制度，成為國防采辦的依據(jù)。

我國也應(yīng)該高度重視制造成熟度管理，盡早將制造成熟度管理思想融入到科研管理和制造企業(yè)管理體系中。在項目招標、產(chǎn)品研制、技術(shù)開發(fā)、產(chǎn)品生產(chǎn)、成果評審中，考慮制造成熟度問題，將制造成熟度作為項目研究和實施效果的評價依據(jù)。因此，建議在科研管理和制造企業(yè)管理體系中引入并貫徹制造成熟度思想，即便目前制造成熟度量化評價體系尚未建立，也應(yīng)適當(dāng)采取定性評價，為未來成功實施制造成熟度量化評價奠定基礎(chǔ)。

5.2 通過研究制造成熟度評價典型實例，充分吸取國外先進經(jīng)驗

目前我國對制造成熟度評價的研究剛剛開始，其思想內(nèi)涵還未完全理解，主要是知識不夠全面，需要學(xué)習(xí)補充。研究幾個應(yīng)用實例是不夠的，實例越多，可以汲取的知識就越多，眼界就越寬闊。這樣做可以少走彎路，節(jié)約資源，加快應(yīng)用進程。在典型應(yīng)用實例的研究中，應(yīng)著重考慮以下幾方面:

(1)借鑒國外制造成熟度等級體系，結(jié)合我國科研管理和制造企業(yè)的實際情況，為我國制造成熟度等級體系的建立，提供切實可行的意見或方案。

(2)研究國外制造成熟度評價典型實例的成功經(jīng)驗與教訓(xùn)，對我國制造成熟度評價的起步和發(fā)展，十分有用。在起步階段，可以在中小型項目中，進行定性評價或模擬性評價，積累經(jīng)驗，逐步推廣。

(3)分析制造成熟度評價流程中的每個環(huán)節(jié)，流程中的大部分環(huán)節(jié)我們還是比較熟悉的，因為在我國科研項目評審中就是這樣做的，應(yīng)著重研究那些比較生疏的環(huán)節(jié)。

(4)借鑒國外經(jīng)驗時，應(yīng)實事求是，對其具體做法進行合理的選擇，例如對各種技術(shù)評審進行增刪或合并。適度的技術(shù)評審十分必要，過多的技術(shù)評審將浪費資源，拖延進度。

5.3 制造成熟度與技術(shù)成熟度管理并行推廣

以美國為代表的西方國家首先建立了技術(shù)成熟度TRL量化評價體系，并在推廣應(yīng)用中獲得了良好的效果，但是TRL不能描述技術(shù)轉(zhuǎn)移到生產(chǎn)過程中的問題。為補充TRL的不足，近幾年來才抓緊研究和制定制造成熟度評價體系，并不斷研究和完善TRL體系。與此同時，在美國國防部的采辦項目中推行了制造成熟度評價制度，并取得了良好的效果。

目前，我國國防科技工業(yè)借鑒先進國家經(jīng)驗，非常重視技術(shù)成熟度TRL評價體系的建立與推廣，國防科工局已經(jīng)開展了相關(guān)工作，就TRL的內(nèi)涵、作用、標準、評價方法等，對相關(guān)國防科研生產(chǎn)單位進行了培訓(xùn)，在相關(guān)科研項目立項過程中也開始初步采用TRL評價。但是我國在制造成熟度MRL標準制定和評價方面仍是空白，我們應(yīng)當(dāng)深入分析我國的需求，結(jié)合我國產(chǎn)品研發(fā)流程和生產(chǎn)特點，借鑒美軍的思想與經(jīng)驗，建立我國制造成熟度MRL標準與量化評價體系。在推行方式上，應(yīng)將TRL和MRL并行推廣，以滿足制造業(yè)立項論證和產(chǎn)品研制的要求。

5.4 推廣第三方獨立評審機制

采取第三方獨立評審機制是成功實施制造成熟度量化評價的關(guān)鍵措施。就目前我國工業(yè)的科研機構(gòu)設(shè)置情況來看，情報研究、成果推廣等機構(gòu)對制造裝備的科研生產(chǎn)事項、國內(nèi)外情況均有較好的了解，非常適合承擔(dān)第三方獨立評審工作。應(yīng)對這些機構(gòu)進行深入考察，選拔實力較好，具有潛力的單位培養(yǎng)為我國制造業(yè)的首批第三方獨立評審機構(gòu)，同時，這些機構(gòu)也可成為研究和建立制造成熟度評價體系，宣傳推廣制造成熟度管理的生力軍。

在第三方獨立評審機構(gòu)中，還應(yīng)配備與制造有關(guān)的多學(xué)科技術(shù)權(quán)威和專家，他們不僅通曉理論，了解國內(nèi)外發(fā)展情況，還應(yīng)具有豐富的科研和制造經(jīng)驗。這些專家可以是專職的，也可以是兼職的。當(dāng)然，他們參加某項目的制造成熟度評價小組時，他們必須與該項目無關(guān)，沒有利害關(guān)系，真正具有獨立地位。

5.5 加強MRL和MRA的宣傳與培訓(xùn)

要在制造業(yè)成功實施制造成熟度量化評價，應(yīng)大力加強MRL和MRA相關(guān)知識的宣傳與培訓(xùn)。由于MRL是一個新的概念，其體系結(jié)構(gòu)復(fù)雜，涉及內(nèi)容廣泛、專業(yè)性強，必須要使相關(guān)人員都能了解制造成熟度的理念、含義和要求，才能為制造成熟度量化評價的成功實施奠定基礎(chǔ)。另外，制造成熟度評價工作涉及的單位和人員眾多，MRL和MRA的培訓(xùn)工作必須覆蓋制造業(yè)內(nèi)廣大科研生產(chǎn)人員，其中包括來自管理機構(gòu)、科研部門、生產(chǎn)企業(yè)的科研管理人員、研發(fā)設(shè)計人員和工程技術(shù)人員等，從而為高效實施評價工作提供人力資源保證。

5.6 將建立制造成熟度管理體系作為一項系統(tǒng)工程重點考慮

在我國制造業(yè)建立制造成熟度管理體系是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程。在體系建設(shè)中，還有一些問題需要進一步商討，例如:

(1)建立相關(guān)的管理機構(gòu)，這些機構(gòu)可以是新建立的，也可以是現(xiàn)有管理機構(gòu)兼管;

(2)了解我國科技項目管理是如何降低和規(guī)避制造風(fēng)險，這是建立制造成熟度和制造風(fēng)險管理體系的基礎(chǔ);

(3)對于大型科研項目和復(fù)雜產(chǎn)品研制，全面實施制造成熟度評價十分必要;對于小型項目和比較簡單的產(chǎn)品，可以根據(jù)需要，針對幾個問題，實施局部制造成熟度評價，就可能滿足目標要求，從而提高評價效率。

(4)每個項目、每個企業(yè)都應(yīng)根據(jù)我國的制造成熟度等級體系標準，結(jié)合項目或企業(yè)的特點，制定自己的制造成熟度等級詳細定義，提高評價工作的可行性和有效性。

［1］OSD manufacturing technology program in collaboration with the joint service/industry MRL working group［R］.Manufacturing Readiness Level Deskbook，2010.

［2］WHEELER D，ULSH M.Manufacturing readiness assessment for fuel cell stacks and systems for the back－up power and material handling equipment emerging markets［R］.Technical Report NREL/TP －560 －45406，2009.

［3］JIM Morgan.Manufacturing Readiness Levels(MRLs)and Manufacturing Readiness Assessments(MRAs)［R］，2007.

［4］高彬彬，高原，高志強，等.美國國防部大力推行制造成熟度評估體系［J］.國防科技情報，2010(19).