成熟度評價體系及其在我國航天領(lǐng)域的實踐研究

王鑫、劉瑜 /中國航天系統(tǒng)科學(xué)與工程研究院

王俊偉、朱雄峰 /北京特種工程設(shè)計研究院

張浩 /中國航天系統(tǒng)科學(xué)與工程研究院

成熟度評價理論起源于美國，美國國家航空航天局最早提出技術(shù)成熟度概念，隨后發(fā)展了制造成熟度、系統(tǒng)成熟度等，并在各大國防機(jī)構(gòu)的武器裝備項目以及學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)的研究課題中得到應(yīng)用。航天領(lǐng)域是典型的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，航天工程的顯著特征是復(fù)雜度高、工作環(huán)境嚴(yán)酷、技術(shù)難度大、經(jīng)費投入大，帶來的突出問題就是風(fēng)險高。因此，亟需一套科學(xué)有效的方法，系統(tǒng)辨識航天工程中由于技術(shù)基礎(chǔ)薄弱、制造條件欠缺、系統(tǒng)匹配不足等帶來的風(fēng)險，客觀評價工程研發(fā)狀態(tài)，為管理決策提供依據(jù)。

本文對技術(shù)成熟度、集成成熟度、系統(tǒng)成熟度、制造成熟度、產(chǎn)品成熟度等評價方法的內(nèi)涵及特點進(jìn)行了研究，系統(tǒng)分析了成熟度評價在我國航天領(lǐng)域的應(yīng)用情況，對比總結(jié)了相關(guān)成熟度評價的特點和適用范圍。面向航天工程研制特點，提出了成熟度評價體系在我國航天領(lǐng)域的實踐建議，對于高效益、高效率使用成熟度評價開展航天工程項目管理具有重要借鑒意義。

一、成熟度評價體系

1.技術(shù)成熟度

技術(shù)成熟度的概念最早于1974 年由美國國家航空航天局提出，作為一種識別、評價、監(jiān)控技術(shù)風(fēng)險的方法，廣泛應(yīng)用于美國國家航空航天局、美國國防部、美國能源部、歐州航天局等機(jī)構(gòu)的項目管理，以最大限度地減少實施新技術(shù)時可能面臨的風(fēng)險。2020 年，美國政府問責(zé)署發(fā)布的《技術(shù)成熟度評估指南》對技術(shù)成熟度等級（TRL）的劃分及定義如表1 所示。

表1 美國政府問責(zé)署對技術(shù)成熟度等級的劃分及定義

我國開展技術(shù)成熟度相關(guān)研究工作也較早，前期以情報研究為主，隨后進(jìn)入迅速發(fā)展階段。在技術(shù)成熟度法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)方面，原總裝備部于2012 年發(fā)布了《裝備預(yù)先研究技術(shù)成熟度評價暫行辦法》（裝發(fā)〔2012〕1 號文），要求裝備管理部門或其委托的第三方評價機(jī)構(gòu)對不同類型的裝備預(yù)先研究項目實施技術(shù)成熟度評價。同年，發(fā)布了GJB 7688—2012《裝備技術(shù)成熟度等級劃分及定義》和GJB 7689—2012《裝備技術(shù)成熟度評價程序》，并制定了運(yùn)載火箭、航天器等不同類型航天裝備的技術(shù)成熟度評價指南。GJB 7688—2012 中技術(shù)成熟度等級劃分及定義如表2 所示。

表2 GJB 7688中技術(shù)成熟度等級劃分及定義

我國在航空、航天、核電等領(lǐng)域的項目管理中也應(yīng)用了技術(shù)成熟度評價。自2009 年開始，中國航天科技集團(tuán)有限公司聯(lián)合軍兵種裝備部，依托中國航天系統(tǒng)科學(xué)與工程研究院在航天重大工程中持續(xù)開展技術(shù)成熟度評價工作。目前，技術(shù)成熟度評價已拓展應(yīng)用于載人航天等其他重大工程中。

2.制造成熟度

制造成熟度評價模型最早由美國三軍聯(lián)合制造技術(shù)委員會于2001 年提出，主要為了彌補(bǔ)技術(shù)成熟度難以評估裝備生產(chǎn)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和有效性的不足。2007 年，美國國防部頒布了第一版《制造成熟度手冊》（草案），之后持續(xù)更新發(fā)布。2008 年，美國國防部頒布DODI 5000.02 指令，制造成熟度被正式運(yùn)用到美軍項目采辦的管理過程中，作為采辦項目的強(qiáng)制性程序。美國國防部將制造成熟度等級（MRL）劃分為10 級，如表3 所示。

表3 美國國防部制造成熟度等級劃分

我國也頒布了制造成熟度的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，如GJB 8345—2015《裝備制造成熟度等級劃分及定義》、GJB 8346—2015《裝備制造成熟度評價程序》，標(biāo)準(zhǔn)中將制造成熟度風(fēng)險因素分為10 類，如圖1 所示。

圖1 我國制造成熟度定義及主線示意圖

我國航天制造兼具批量生產(chǎn)和單件/小批量生產(chǎn)的特點，在研制與生產(chǎn)過程中重點關(guān)注人、機(jī)、料、法、環(huán)、測等六大要素，結(jié)合這些特點，我國航天領(lǐng)域?qū)W者研究提出一種適用于我國航天的制造成熟度評價模型，并將其運(yùn)用于我國航天某重大工程，開展了某典型復(fù)合材料等產(chǎn)品的制造成熟度評價。

3.產(chǎn)品成熟度

產(chǎn)品成熟度是我國在航天實踐過程中創(chuàng)新發(fā)展的理論，最早于2003 年在實施產(chǎn)品工程工作時提出，旨在對產(chǎn)品研制、生產(chǎn)及使用全壽命周期的所有要素進(jìn)行度量和控制。2010 年，在綜合國內(nèi)外相關(guān)成果和中國航天工程實踐經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，航天科技集團(tuán)發(fā)布了集團(tuán)級標(biāo)準(zhǔn)，將單機(jī)產(chǎn)品成熟度等級（PML）劃分為8 級，如表4 所示。

表4 宇航單機(jī)產(chǎn)品成熟度等級劃分和定義

我國在北斗導(dǎo)航衛(wèi)星工程中開展了產(chǎn)品成熟度評價工作，辨識了各個分系統(tǒng)及其產(chǎn)品的成熟程度，并對不同成熟度等級的產(chǎn)品施行分類管理。

4.系統(tǒng)成熟度與集成成熟度

系統(tǒng)成熟度通過描述系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和技術(shù)間的作用關(guān)系來度量系統(tǒng)的成熟程度，其等級定義如表5所示。

表5 系統(tǒng)成熟度等級（SRL）劃分及定義

集成成熟度用于衡量技術(shù)之間集成關(guān)系成熟程度，它是為了解決系統(tǒng)成熟度評價問題而提出的概念，其等級定義如表6 所示。

表6 集成成熟度等級（IRL）劃分及定義

目前國內(nèi)外關(guān)于集成成熟度、系統(tǒng)成熟度的研究主要集中在理論和方法研究，工程應(yīng)用實踐開展相對較少?；诩沙墒於?、產(chǎn)品成熟度評價的產(chǎn)品研制管理模式成功應(yīng)用于“實踐”十號衛(wèi)星，縮短了研制周期，降低了項目經(jīng)費。

二、幾種成熟度的異同點分析

上述幾種成熟度評價方法的共同點如下：

一是具有明確的評價目的。成熟度評價都是以識別工程項目的風(fēng)險為目標(biāo)，進(jìn)而實現(xiàn)風(fēng)險控制的一種管理工具。

二是具有豐富的評價信息。成熟度評價過程中采集的信息涵蓋設(shè)計、生產(chǎn)、試驗、使用等各方面的要素，信息內(nèi)容豐富，可以有力支撐工程項目的其他評價、考核。

三是具有可量化的評價結(jié)果。成熟度評價結(jié)果用等級量化表示了工程項目的進(jìn)展?fàn)顟B(tài)，其等級內(nèi)涵也表征了當(dāng)前狀態(tài)距離目標(biāo)狀態(tài)的差距。

上述幾種成熟度評價方法在評價對象、側(cè)重點等方面，具有顯著區(qū)別：

一是技術(shù)成熟度評價的對象是關(guān)鍵技術(shù)，重點評價技術(shù)滿足工程實現(xiàn)和性能目標(biāo)的情況，包括基本原理、概念、功能等，主要適用于評價技術(shù)從理論研究到工程應(yīng)用的各個階段，還可依據(jù)技術(shù)成熟度各等級定義制定技術(shù)的成熟路線圖，科學(xué)規(guī)劃技術(shù)研發(fā)路徑。

二是制造成熟度評價的對象是制造能力和制造技術(shù)等，著眼于梳理技術(shù)向產(chǎn)品轉(zhuǎn)化過程中的風(fēng)險因素，包括工業(yè)基礎(chǔ)、設(shè)計、成本、質(zhì)量、人員等方面，可用于驗證新技術(shù)轉(zhuǎn)化應(yīng)用能力，掌握工程項目制造能力的短板，是制造風(fēng)險管理的有效抓手。

三是產(chǎn)品成熟度評價的對象是具有獨立物理構(gòu)型和明確外部接口的產(chǎn)品，不僅關(guān)注技術(shù)和制造的成熟程度，還包括過程控制、使用環(huán)節(jié)的成熟程度，主要適用于評價從實物產(chǎn)品到可重復(fù)穩(wěn)定生產(chǎn)、高可靠產(chǎn)品的各個階段。

四是系統(tǒng)成熟度評價的對象是分系統(tǒng)或系統(tǒng)，利用集成成熟度，將技術(shù)、制造、產(chǎn)品成熟度等進(jìn)行綜合評價，得到系統(tǒng)的成熟程度，解決了單一成熟度評價不全面、多技術(shù)/制造/產(chǎn)品的聚合等問題，從總體層面評價了工程項目的成熟情況。

三、成熟度評價實踐建議

由于中外航天工程研制模式、管理體制不同，國外的成熟度評價方法難以直接應(yīng)用到我國。當(dāng)前成熟度評價在我國航天領(lǐng)域的應(yīng)用實踐表明，成熟度評價方法對降低技術(shù)風(fēng)險、加強(qiáng)項目管理發(fā)揮了重要作用。然而，已有的工程應(yīng)用是單獨針對技術(shù)、制造、產(chǎn)品的評價方法，因此，仍需立足我國國情軍情，建立具有航天特色的覆蓋技術(shù)、制造、產(chǎn)品、分系統(tǒng)、系統(tǒng)多層級的成熟度評價體系，用科學(xué)、規(guī)范的評價方法審查航天工程研制過程中新技術(shù)、新產(chǎn)品的成熟狀態(tài)，幫助設(shè)計師和管理者掌握研制攻關(guān)進(jìn)展情況，及時辨識風(fēng)險，了解與預(yù)期目標(biāo)的差距。

1.建立具有我國航天特色的體系化成熟度評價方法

航天工程研發(fā)周期相對較長，從前期技術(shù)攻關(guān)、預(yù)研、研制到批產(chǎn)交付、使用保障時間跨度長達(dá)10 余年。目前的系統(tǒng)成熟度評價理論主要是基于技術(shù)成熟度理論發(fā)展而來的，對于系統(tǒng)級產(chǎn)品缺乏覆蓋設(shè)計—制造—應(yīng)用等全過程、論證—方案—研制—定型等全周期風(fēng)險點的全面度量。建議結(jié)合我國航天領(lǐng)域應(yīng)用特點，綜合技術(shù)成熟度、制造成熟度、產(chǎn)品成熟度、系統(tǒng)成熟度等不同視角，以及航天工程全壽命周期不同階段的工作重點，開展適用于航天裝備的體系化成熟度評價方法。例如，在工程項目預(yù)研攻關(guān)階段，由于航天研制繼承與創(chuàng)新并存，技術(shù)發(fā)展不均衡，針對創(chuàng)新性強(qiáng)的關(guān)鍵技術(shù)開展技術(shù)成熟度評價，辨識技術(shù)風(fēng)險，為技術(shù)攻關(guān)提供可量化的評估結(jié)果，便于在關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)過程中找準(zhǔn)短板，牽引工程項目整體協(xié)調(diào)向前發(fā)展。在技術(shù)方案收斂閉合后，開展制造成熟度評價，辨識材料、工藝、設(shè)備等制造環(huán)節(jié)的薄弱點，確保研制過程中制造風(fēng)險可控。在工程項目研制、定型階段，針對關(guān)重產(chǎn)品開展產(chǎn)品成熟度評價，有效評價產(chǎn)品研發(fā)狀態(tài)及風(fēng)險。在工程項目實施過程中，綜合集成技術(shù)成熟度、制造成熟度、產(chǎn)品成熟度的評價結(jié)果，開展系統(tǒng)成熟度評價，有效把握分系統(tǒng)/系統(tǒng)的研制狀態(tài)。

2.結(jié)合試驗鑒定要求，完善成熟度評價方法

航天裝備試驗鑒定貫穿于裝備全壽命過程，是裝備建設(shè)、采購、管理、發(fā)展的重要手段。在中國航天已進(jìn)入高密度發(fā)射常態(tài)化階段的背景下，航天裝備試驗鑒定對于發(fā)現(xiàn)裝備問題缺陷、保證發(fā)射質(zhì)量、提高裝備實戰(zhàn)適用性和有效性、促進(jìn)裝備改進(jìn)升級具有重要意義。現(xiàn)有的成熟度評價標(biāo)準(zhǔn)、方法與試驗鑒定的要求仍有差距，成熟度評價和試驗鑒定三個環(huán)路聯(lián)系不緊密。建議將航天裝備成熟度評價與試驗鑒定要求相結(jié)合，融入試驗鑒定及現(xiàn)行檢驗評估體系。成熟度評價結(jié)果可以作為試驗鑒定的指標(biāo)參考，作為裝備各階段試驗鑒定的決策支撐，為用戶客觀掌握裝備性能與作戰(zhàn)能力提供幫助，降低技術(shù)風(fēng)險和采辦費用，縮短采辦周期，促進(jìn)裝備快速形成戰(zhàn)斗力。

3.加強(qiáng)政策指引，將成熟度評價納入項目管理程序

航天工程的研發(fā)規(guī)律和研發(fā)特點決定了飛行試驗成功不代表技術(shù)成熟、技術(shù)成熟不代表設(shè)計可靠、設(shè)計可靠不代表產(chǎn)品合格、產(chǎn)品合格不代表系統(tǒng)協(xié)調(diào)。以往的航天工程對于轉(zhuǎn)階段等重大節(jié)點沒有明確的量化考核指標(biāo)，可能導(dǎo)致不夠成熟的技術(shù)提前轉(zhuǎn)階段、不夠成熟的產(chǎn)品上天，給工程研制帶來巨大風(fēng)險。建議根據(jù)航天工程項目的研發(fā)目標(biāo)和計劃安排，統(tǒng)籌規(guī)劃工程研發(fā)進(jìn)展，在研發(fā)過程中實施體系化成熟度評價，明確重大節(jié)點的成熟度等級要求，將成熟度評價納入工程項目管理鏈條，為預(yù)研階段技術(shù)攻關(guān)量化管理、研制階段精細(xì)化管理、重大節(jié)點決策管理提供方法手段支撐，確保工程按項目成熟規(guī)律開展研發(fā)。

本文針對成熟度評價這一項目和風(fēng)險管理工具，全面研究總結(jié)了技術(shù)成熟度、制造成熟度、產(chǎn)品成熟度、集成成熟度、系統(tǒng)成熟度評價方法的內(nèi)涵及其在我國航天領(lǐng)域的應(yīng)用情況，分析了幾種成熟度評價方法的特點和區(qū)別，就逐步完善具有我國航天特色的成熟度評價體系以及評價實踐提出了具體建議，對于科學(xué)高效開展航天領(lǐng)域成熟度評價工作具有一定的指導(dǎo)意義。