基于技術成熟度的關鍵技術攻關策劃研究與實踐

李 亮，王婷婷，初洪宇，姜 歡，涂積奇

（1. 中國運載火箭技術研究院，北京，100076；2. 中國航天系統(tǒng)科學與工程研究院，北京，100037；3. 空間物理重點實驗室，北京，100076）

0 引 言

技術成熟度，是指技術相對于某個系統(tǒng)或項目而言所處的發(fā)展狀態(tài)，它反映了技術對于預期目標的滿足程度。其概念最早由美國航空航天局（NASA）在20 世紀70 年代提出，后來在美國的重大項目管理中得到了推廣應用，成為了評價國防項目進展狀態(tài)、制定項目技術發(fā)展路線圖、識別技術風險、選擇技術方案等的重要支撐手段和工具。國外技術成熟度的深入研究和廣泛應用，也引起了中國相關管理機構的重視，并在部分項目的立項、驗收等節(jié)點開展了技術成熟度評價。但無論是評價方法還是在工程應用中的深度、廣度，較之國外還有一定的差距。

某科技工程在面臨研究領域基礎理論薄弱、關鍵技術難度及跨度大、保障條件不足等困難與挑戰(zhàn)，通過系統(tǒng)地策劃應用成熟度的管理理念，開展了技術成熟度評價方法的研究與應用，降低了研制風險，并在實踐過程中不斷完善成熟度的理論與方法。通過近十年的研究與實踐，以“基于技術成熟度的關鍵技術攻關策劃與評估”為核心的技術研發(fā)管理方法，在控制技術風險、加強對工程的研制指導、推動工程的實施、提高工程管理決策的科學和合理性等方面，發(fā)揮了重要作用，成為了該工程研制風險管控強有力的輔助工具之一。

1 實施背景

相對于傳統(tǒng)的航天預研工程，該工程關鍵技術攻關涉及的技術類型更多，數(shù)量更大；關鍵技術普遍成熟度水平不高，且發(fā)展不均衡；技術自主創(chuàng)新性非常強，技術攻關缺少可以借鑒的經驗；關鍵技術攻關難度很大，且持續(xù)時間長。上述問題給工程管理帶來了巨大的挑戰(zhàn)，也對關鍵技術攻關與技術風險管理和控制工作提出了更高的要求：在關鍵技術攻關管理上抓住關鍵和短板，工程全局的角度牽引關鍵技術攻關整體協(xié)調推進，科學合理的制定技術地研發(fā)路線，成為工程亟需解決的問題。

為了應對上述關鍵技術攻關管理挑戰(zhàn)，工程創(chuàng)新性地引入了基于技術成熟度的管理方法，通過在工程中實施“基于技術成熟度的關鍵技術攻關策劃及關鍵節(jié)點考核評估”管理模式，面向工程的關鍵技術進行了覆蓋全周期的技術成熟度攻關策劃、節(jié)點檢查及事后評價。實踐證明，該管理方法為關鍵技術的量化及精細化管理發(fā)揮了重要作用，為工程任務圓滿完成打下了堅實的基礎。

2 技術路線

某工程基于技術成熟度的關鍵技術攻關策劃源于航天工程中的技術攻關策劃，但二者亦有不同之處?；诩夹g成熟度的關鍵技術攻關策劃是以技術成熟度（Technology Readiness Level，TRL），作為貫穿整項工作的主線，將成熟度等級及各級要求作為籌劃、評價攻關工作和攻關效果的重要標準。其主要內容是，依據工程規(guī)劃綱要和任務書，制定該工程關鍵技術在各階段的技術成熟度目標及要求，再基于技術成熟度等級的要求對關鍵技術攻關工作進行策劃，梳理從當前的技術成熟度、等級發(fā)展，到目標技術成熟度等級的全部技術攻關工作任務、工作要求及工作計劃。主要分為6 個方面工作，見圖1。

圖1 基于TRL 的關鍵技術攻關策劃與評估技術路線Fig.1 Technical Route of Key Technology Breakthrough Planning and Evaluation Based on TRL

基于技術成熟度的關鍵技術攻關策劃與評估工作，核心是對工程全部關鍵技術進行分類管理，基于技術成熟度開展關鍵技術全周期的“攻關策劃、節(jié)點檢查、事后評估”，與工程研制“同策劃、同部署、同實施、同評價”。

3 實施流程

基于技術成熟度的關鍵技術攻關策劃與評估的具體實施流程如下。

3.1 建立工程技術信息數(shù)據庫

首先，依托工程總體單位建立某工程技術信息數(shù)據庫。

3.1.1 開展工程技術結構分解

技術結構分解（Technology Breakdown Structure，TBS）體現(xiàn)了整個工程的分解結構和產品集成層次或集成過程，從系統(tǒng)、分系統(tǒng)、單機到部件，自頂向下逐級進行技術分解，作為整個工程技術范疇的一個全視角樹形結構，體現(xiàn)技術的可追溯性，對于管理機關全面掌握整個工程的技術起到重要作用。

3.1.2 建立技術信息數(shù)據庫

在通過專家評審或者自評確定工程的技術清單后，通過信息采集的方式，由各承研單位填寫技術信息采集表，在總體單位進行匯總，建立工程技術信息數(shù)據庫。數(shù)據庫包含技術狀態(tài)信息、集成狀態(tài)信息、主要試驗及驗證環(huán)境信息、技術風險信息等內容。

3.2 對關鍵技術進行分類

制訂“技術關鍵性分類辦法”，依托專家組對技術信息數(shù)據庫中的技術進行分類，從重要性和困難度兩個維度出發(fā)，將關鍵技術按照關鍵程度分為重大（A類）、重點（B 類）、一般（C 類）3 個級別。其中，重要性主要根據關鍵技術對工程目標的影響程度和是否具有替換路徑進行劃分，困難度主要依據關鍵技術在理論、技術和驗證等方面的難易程度進行區(qū)分。

按照關鍵程度對技術實施差異化管理。對所有A類技術實施“精細化”管理，深入開展基于技術成熟度的關鍵技術攻關策劃，制定里程碑節(jié)點，并在相應計劃節(jié)點組織評審；對B 類技術實施“重點”管理，在里程碑節(jié)點及工程轉段時開展全面的技術成熟度評價；對C 類技術實施“一般”管理，基于各階段的技術成熟度目標，在工程轉段時開展技術成熟度評價。

3.3 確定關鍵技術攻關的TRL 目標

分解某工程總目標和各階段目標要求，確定關鍵技術的TRL 目標，是基于TRL 進行關鍵技術攻關策劃的工作基礎。關鍵技術在各階段的TRL 目標，不僅包含該項技術在該階段結束時所需要達到TRL 等級，還包括該TRL 等級對關鍵技術成熟狀態(tài)的要求。

主要途徑是，確定工程研制總目標與TRL 等級的映射關系；按照工程整體進度安排，分別確定各研制階段關鍵技術應達到的TRL 等級。如：單項關鍵技術攻關階段、多項關鍵技術集成演示驗證階段等對應的TRL 等級。通過應用此方法，在充分參考國外最佳實踐的基礎上，確定了該工程全部技術應達到TRL6 級，階段目標為達到TRL3 級、4 級和5 級。

3.4 編寫基于TRL 的關鍵技術攻關策劃報告

基于TRL 的關鍵技術攻關策劃，是按照技術成熟度所反映的技術成熟規(guī)律和對技術成熟過程的要求，策劃工程關鍵技術在全生命周期的攻關路線。主要工作內容和方案如下。

a）評價關鍵技術的初始TRL 等級。

根據關鍵技術初始的技術研發(fā)狀態(tài)，以及階段攻關目標的要求，客觀評價當前關鍵技術達到的TRL 等級，確定關鍵技術在各個階段擬達到的目標TRL 等級。

b）制定技術成熟度評價細則。

基于各個TRL 等級的通用要求，結合關鍵技術全生命周期成熟過程的特點，從技術狀態(tài)、集成狀態(tài)、驗證環(huán)境、驗證的功能和性能等維度出發(fā)，制定關鍵技術達到各TRL 等級的評價細則。

c）梳理關鍵技術攻關的主要途徑和工作任務。

按照初始TRL 等級、目標等級和所跨越TRL 等級的評價細則要求，制定關鍵技術攻關的主要技術途徑及方案，將其分解到應當完成的工作任務和標志性成果中，包括技術研究、產品研制和試驗驗證等方面。

d）確定技術成熟時間表。

制定各項關鍵技術由當前TRL 等級達到目標TRL等級時間表，制定各項工作任務計劃，形成關鍵技術攻關甘特圖或計劃網絡圖。

e）進行攻關風險分析和應對措施策劃。

根據關鍵技術成熟過程中面臨的問題及難點，進行關鍵技術攻關風險辨識、分析和綜合評估，擬定風險應對措施。

3.5 制定關鍵節(jié)點考核確認計劃

為了保證關鍵技術攻關策劃實施的有效性，針對策劃中明確的關鍵時間節(jié)點，制定考核確認計劃，并在這些關鍵時間節(jié)點上對關鍵技術進行考核。

關鍵節(jié)點的考核確認計劃的主要內容包括以下幾點。

a）考核節(jié)點。

根據關鍵技術突破里程碑事件或者工程研制的標志性重要時間節(jié)點，確定開展考核的時間，一般每年至少選取1～2 個考核節(jié)點。

b）考核內容。

關鍵技術的發(fā)展現(xiàn)狀與攻關策劃報告中技術攻關內容、標志性成果、預期TRL 等級的一致性，以及技術風險和風險應對情況等。

c）考核方式。

考核主要采取專家評審與自評價相結合的方式，明確考核的組織方、專家評審與自評價組織形式等。

3.6 開展關鍵節(jié)點的考核評估

關鍵節(jié)點考核評估是指，在工程關鍵節(jié)點上，對標基于技術成熟度的關鍵技術攻關策劃報告，開展技術成熟度跟蹤評價，為有效推進后續(xù)工作提供支撐。

通過開展關鍵節(jié)點考核評估，a）從技術成熟度的多個特征維度，全面系統(tǒng)地評估各項關鍵技術的攻關進展；b）通過與事前攻關策劃對比分析，找出攻關進展與攻關目標之間的差距，明確后續(xù)研發(fā)及管理工作的重點；c）梳理出當前攻關中存在的技術風險和瓶頸性問題，明確各項關鍵技術達到或預計達到目標技術成熟等級的時間表，促進工程按計劃穩(wěn)步推進。

4 組織體系

技術成熟度評價任務涉及管理、工程、專業(yè)服務等方面，由評價方、被評方、專家組和評價機構共同協(xié)作完成，各方密切配合，發(fā)揮各自優(yōu)勢，共同推動成熟度評價工作順利有序開展。各方組織與職責如下：

a）評價方。

由工程歸口管理機構人員構成，主要職責包括：發(fā)布評價任務，審核評價實施方案；確定研制任務的最終和各階段技術成熟度等級要求；組建專家組，確定評價機構；評價工作組織協(xié)調，對評價工作進行監(jiān)督檢查。

b）被評方。

由工程各關鍵技術攻關任務承研單位人員構成，主要職責包括：依據任務要求，制定工作計劃，落實成熟度評價工作人員；完成技術成熟度自評價及基于技術成熟度的工作策劃；配合開展技術成熟度專家評價，配合完善技術成熟度評價報告。

c）專家組。

由各領域具有代表性的技術、管理專家構成，主要職責包括：審查技術關鍵程度評價結果；審查關鍵技術成熟度評價準則；審查技術成熟度評價結果；審查基于技術成熟度的工作策劃。

d）評價機構。

由成熟度評價研究與實施的專業(yè)機構人員構成，主要職責包括：起草評價工作計劃和實施方案；提供技術成熟度評價方法與信息采集模板；采集處理評價信息、編寫評價報告；組織實施全過程評價工作，為被評方和專家組提供技術成熟度評價的技術支持。

其中，專家組是評價實施過程中的責任主體。為保證評價結果的科學性，專家組的構建至關重要。專家組遴選的原則如圖2 所示。

圖2 專家組遴選原則Fig.2 Selection Principle of Expert Group

5 評價方法

技術成熟度評價包括技術成熟度自評價和專家評價兩個環(huán)節(jié)，下文對技術成熟度評價方法進行介紹。

5.1 技術成熟度自評價等級判定方法

技術成熟度自評價等級判定方法可以概括為：當某關鍵技術被評為TRL級時，它必須滿足TRL （-1）級和TRL級的所有技術成熟屬性要求，不滿足TRL（+1）級的技術成熟屬性要求。同時，滿足TRL級的各項評價準則。其評價步驟如下：

a）根據各個等級的技術成熟屬性初評是否為TRL級。當判斷某關鍵技術為TRL級時，它必須滿足以下公式。

且：

b）根據關鍵技術評價準則判斷該技術是否達到TRL級。

假設（，，…，）為判斷某關鍵技術是否符合TRL級評價準則的函數(shù)，其中（,,…，）為各項評價準則，則有：

（，，…,）=（a）∩（b）∩…（m） （5）且：

式中（為單獨判斷該產品的評價準則是否符合TRL級的函數(shù)，符合為“1”，不符合為“0”。有且只有當全部為1 時，（，，…，）=1

5.2 技術成熟度專家評價方法

為了科學、高效地家評價工作，得到準確的評價結果，制定了如下的專家評價方法：

a）確定專家的權威系數(shù)。

針對同一項關鍵技術，由于專家的理論專長、實踐經驗、對學科的熟悉程度等各不相同，因此每位專家的評價結果對于最終的評價結果有不同的貢獻度，即各位專家具有不同的權威系數(shù)。專家權威系數(shù)體現(xiàn)了評估專家意見的可信度。專家權威系數(shù)如表1所示。

表1 專家權威系數(shù)Tab.1 Expert Authority Coefficient

在評價專家的權威系數(shù)時，首先對專家的權威系數(shù)建立評估指標體系，包括對學科的熟悉程度、理論水平、實踐經驗、資歷、公平公正性共5 項指標，然后制定各項指標的量化評價標準。

由評價方組織對每位專家進行打分，每位專家的權威系數(shù)C為以上5 項指標得分的平均值，即：

c）得到專家評價結果。

針對某項關鍵技術，每位專家分別對關鍵技術成熟度開展專家評價，基于專家的權重及其對關鍵技術的評價結果，基于線性加權平均法計算出關鍵技術的成熟度（Technology Readiness Levels，TRL）評價結果，即：

6 主要創(chuàng)新

某工程基于技術成熟度的攻關策劃與評估工作，相比傳統(tǒng)的技術成熟度評價工作以及關鍵技術攻關策劃工作有了顯著的創(chuàng)新，主要體現(xiàn)在以下方面：

a）技術成熟度的應用模式轉變。

在國內外技術成熟度的應用實踐中，采取的都是技術成熟度“事后評估”的模式，即對工程關鍵技術的階段性或整體進展情況進行檢查評估，評價達到的技術成熟度等級，發(fā)現(xiàn)問題與風險。

將技術成熟度評價的應用模式由單純“事后評價”模式轉變?yōu)椤肮リP策劃、節(jié)點檢查、事后評估”相結合的模式，以攻關策劃為基礎，事中檢查重點明確攻關進展和差距，及時發(fā)現(xiàn)問題并跟蹤閉環(huán)；事后評估重點考察關鍵技術是否達到了目標要求的技術成熟度級別，以及是否存在影響后續(xù)型號研制問題或風險。這種應用模式是創(chuàng)新性的。

b）關鍵技術攻關策劃與評估方式的轉變。

針對傳統(tǒng)的航天工程在關鍵技術管理、技術研發(fā)目標管理、關鍵技術攻關策劃以及技術研發(fā)進展的檢查等方面存在的問題，均開展了探索與創(chuàng)新，主要做法以及創(chuàng)新點如表2 所示。

表2 基于TRL 的關鍵技術攻關策劃與評估的做法與創(chuàng)新點Tab.2 Practice and Innovaton of Key Technology Breakthrough Planning and Evaluation based on TRL

7 實施成效

在某工程關鍵技術攻關管理實踐中，通過開展基于技術成熟度的關鍵技術攻關策劃與評估工作，取得的主要成效體現(xiàn)在如下方面：

a）按照關鍵程度對技術進行分級實施差異化管理，使關鍵技術辨識方法更加規(guī)范和量化，避免漏選或錯選一些關鍵技術，有助于對不同關鍵程度的技術實施差異化管理，針對性更強。

b）使用技術成熟度工具對攻關目標進行量化管理。采用技術成熟度這把“尺子”分解某工程總目標和各階段目標要求，確定關鍵技術的TRL 目標，攻關工作更量化，管理更規(guī)范，同時便于考核。

c）基于技術成熟度開展關鍵技術攻關策劃，幫助設計師系統(tǒng)按照技術成熟規(guī)律梳理技術路線，逐步完成技術攻關工作，使得關鍵技術攻關路線更清晰、工作更聚焦、要求更明確，體現(xiàn)了精細化管理的特點。

d）通過開展關鍵節(jié)點的技術成熟度評價工作，加強了攻關過程的精細化管理，有助于管理機關及時了解技術攻關進展，掌握現(xiàn)狀與目標之間差距，有針對性的加強計劃和進度管理，提高管理精細化程度和決策科學性，促進整個工程的整體協(xié)調發(fā)展。

8 結束語

通過持續(xù)在某工程關鍵技術攻關全周期開展基于技術成熟度的關鍵技術攻關策劃與評估工作，科學、規(guī)范地策劃了工程各項關鍵技術的攻關工作，一方面，幫助設計師隊伍按照技術成熟規(guī)律系統(tǒng)策劃技術攻關工作，及時發(fā)現(xiàn)技術攻關過程中存在的問題與技術風險；另一方面，幫助管理機關及時掌握關鍵技術攻關進展，促進工程整體協(xié)調向前推進，避免不成熟技術提前轉段。從而為研制隊伍的技術攻關工作指明了路線，為管理機關提供了管理和控制工程技術風險的抓手，為關鍵技術全面突破發(fā)揮了重要的支撐作用。