適用于技術(shù)樹的技術(shù)成熟度等級條件制定方法

■ 寧懷松 劉太秋 王磊 杜桂賢 宋柳麗 / 中國航發(fā)動力所

為更好地把握、推動航空發(fā)動機技術(shù)研究工作，中國航發(fā)動力所開展了技術(shù)樹的建設(shè)和應(yīng)用工作，并使用技術(shù)成熟度作為技術(shù)發(fā)展情況的表征之一。提升技術(shù)樹中相關(guān)技術(shù)的成熟度評價結(jié)果的準確性和評價工作的效率，是技術(shù)樹得以有效利用的先決條件。

航空發(fā)動機的研發(fā)涉及大量復(fù)雜的多學(xué)科、多專業(yè)、綜合性很強的先進技術(shù)，而且研發(fā)周期長、風(fēng)險高、投資大，因此必須落實“產(chǎn)品與技術(shù)分離”：通過先期系統(tǒng)、深入地開展技術(shù)研究，夯實技術(shù)基礎(chǔ)，強化技術(shù)儲備，提前為發(fā)動機產(chǎn)品研發(fā)提供成熟的新技術(shù)，以降低研發(fā)風(fēng)險，并促進產(chǎn)品不斷改進完善、衍生發(fā)展。技術(shù)樹類似于技術(shù)的“家譜”，是發(fā)動機研發(fā)全生命周期中應(yīng)用到的技術(shù)的有序集合，涵蓋設(shè)計、制造、試驗、材料等全部專業(yè)領(lǐng)域，如圖1所示。通過技術(shù)樹，可基于產(chǎn)品研發(fā)需要，系統(tǒng)梳理各專業(yè)的技術(shù)，有效指導(dǎo)技術(shù)研究工作的開展，并促進已有能力的共享和重用；同時，技術(shù)樹可作為技術(shù)研究工作的“戰(zhàn)略地圖”和“看板”，清晰、及時地展現(xiàn)各項技術(shù)的研究進展，有效發(fā)現(xiàn)“短板”技術(shù)，明確攻關(guān)方向，提升技術(shù)研究項目論證和立項的科學(xué)性。技術(shù)樹中的技術(shù)是分層的，當(dāng)前，對最底層的基礎(chǔ)技術(shù)給出了其技術(shù)成熟度等級（TRL），如圖2所示。針對技術(shù)成熟度評價在技術(shù)樹中應(yīng)用時面臨的問題，按照“確定技術(shù)成熟度評價維度—將評價維度細化為通用屬性—完成技術(shù)樹中技術(shù)的聚類—將通用屬性轉(zhuǎn)化為具體屬性”的步驟，完善了技術(shù)成熟度等級條件制定的方法。

圖1 技術(shù)樹的架構(gòu)示例

圖2 技術(shù)樹中技術(shù)的層級示意

技術(shù)成熟度評價在技術(shù)樹中應(yīng)用時面臨的問題

技術(shù)成熟度是指技術(shù)相對于特定項目的研發(fā)需求所處的發(fā)展?fàn)顟B(tài)，反映了技術(shù)對于項目預(yù)期目標(biāo)的滿足程度，重點從技術(shù)的形態(tài)和驗證環(huán)境評估技術(shù)滿足項目應(yīng)用需求的情況，通常用技術(shù)成熟度等級表征[1-4]。

國軍標(biāo)（GJB ）7688—2012《裝備技術(shù)成熟度等級定義及劃分》給出了一套9級的技術(shù)成熟度定義，并在其附錄A中給出了技術(shù)成熟度等級條件（共計282條），為準確評判技術(shù)的成熟度等級提供了依據(jù)。需要注意的是，按照GJB 7688，相關(guān)技術(shù)成熟度等級條件的應(yīng)用對象主要是以發(fā)動機產(chǎn)品（包括硬件和機載嵌入式軟件）為技術(shù)載體（物化對象）的關(guān)鍵技術(shù)，這些等級條件用于技術(shù)樹中技術(shù)的成熟度評價時，還面臨如下問題。

一是適應(yīng)技術(shù)樹的實際情況。技術(shù)樹中的技術(shù)種類多樣且復(fù)雜，既包含了技術(shù)載體是發(fā)動機產(chǎn)品的技術(shù)，也包含仿真、試驗、通用基礎(chǔ)、材料工藝等方面的技術(shù)，需要針對技術(shù)樹的實際情況，制定合適的技術(shù)成熟度等級條件。

二是需要兼顧技術(shù)成熟度評價結(jié)果的準確性和效率。通常，技術(shù)成熟等級條件越細致，評價的準確性越高，但評價周期也相應(yīng)增加?？紤]到技術(shù)樹中技術(shù)數(shù)量眾多，顯然難以直接使用GJB 7688中提供的282項等級條件，而是要在滿足國軍標(biāo)核心要求的前提下，合理地確定等級條件的細化程度，以兼顧準確性和效率。

三是需要兼顧技術(shù)成熟度等級條件的準確性和適用范圍。技術(shù)成熟度評價時，通常需要對每項關(guān)鍵技術(shù)制定技術(shù)成熟度等級條件，但技術(shù)樹中有幾千項技術(shù)，考慮到管理成本，不可能針對每項技術(shù)均制定技術(shù)成熟度等級條件，需要對技術(shù)樹中的技術(shù)進行“聚類”，以便按類制定技術(shù)成熟度等級條件。

確定技術(shù)成熟度評價維度

根據(jù)GJB 7688中技術(shù)成熟度等級條件的關(guān)注重點及相關(guān)型號的技術(shù)成熟度評價工作經(jīng)驗，針對技術(shù)樹的實際情況，設(shè)置如下5個方面的評價維度。

一是技術(shù)載體的狀態(tài)。技術(shù)必須依附某項“載體”進行驗證，也就是技術(shù)載體，技術(shù)載體為技術(shù)的驗證提供平臺。

二是驗證環(huán)境。說明技術(shù)在什么“環(huán)境”下驗證，如仿真環(huán)境、試驗器、試車臺和飛行臺等。

三是驗證方式。說明技術(shù)的驗證方式，如分析、仿真和試驗等。以試驗為例，應(yīng)明確各成熟度等級應(yīng)完成的試驗工作，確定需開展的試驗項目及先后順序，應(yīng)注意“探邊摸底”試驗項目的開展。

四是驗證指標(biāo)要求。說明在各個成熟度等級要完成驗證的指標(biāo)，包括功能、性能、通用質(zhì)量特性和作戰(zhàn)適用性等，可結(jié)合發(fā)動機驗證工作的安排，對照需求，明確各等級要驗證的指標(biāo)。

五是應(yīng)用背景/需求的明確程度。本條主要針對技術(shù)樹的特點，落實“技術(shù)與產(chǎn)品互鎖”的要求。技術(shù)與產(chǎn)品的互鎖是指技術(shù)研究工作均來自產(chǎn)品研發(fā)的需要，瞄準在產(chǎn)品中的應(yīng)用，并且在完成相關(guān)研究工作后，技術(shù)可以應(yīng)用到產(chǎn)品研發(fā)中。按照上述理念，若某項技術(shù)沒有應(yīng)用背景/需求，則缺少了技術(shù)成熟度的對比標(biāo)準，不宜開展技術(shù)成熟度評價；同時，隨著技術(shù)成熟度等級的提升，相應(yīng)的應(yīng)用背景/需求也應(yīng)該更加明確、清晰。因此，該項內(nèi)容也反映了技術(shù)的成熟度程度，尤其是預(yù)先研究的相關(guān)技術(shù)。

將評價維度細化為通用屬性

對照技術(shù)樹的實際，對上述評價維度進行了細化，形成通用屬性，見表1。

表1 技術(shù)成熟度評價維度細化為通用屬性的示例

完成技術(shù)樹中技術(shù)的聚類

為提高效率和可操作性，本文提出技術(shù)“聚類”的概念：將技術(shù)樹中的技術(shù)按照一定的規(guī)則聚類后，針對該類技術(shù)，制定一套技術(shù)成熟度等級條件，用于該類別中所有技術(shù)的技術(shù)成熟度評價工作。

結(jié)合發(fā)動機研發(fā)實際，建議按照研發(fā)對象進行聚類，即將相關(guān)的技術(shù)聚類到研發(fā)對象上，這些研發(fā)對象是該類技術(shù)提升成熟度等級的驗證平臺。根據(jù)被聚類的技術(shù)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，可以同時在這個平臺上驗證，也可以分別驗證。

具體聚類要求如下：有獨立的/可驗證的功能性能等指標(biāo)的載體（可以是大組件，也可以是零件），根據(jù)各研發(fā)對象的特點，必要的話，可進一步細化，但要確?？蛇M行試驗驗證；以大組件為聚類的依據(jù)，圍繞大組件的實現(xiàn)，將技術(shù)樹中所有與之相關(guān)的技術(shù)進行聚類，作為同一類技術(shù)開展技術(shù)成熟度等級條件的制定；聚類時，不限定聚類的技術(shù)層級，但應(yīng)確保聚類后的同類技術(shù)，可以使用同一套等級條件。

將通用屬性轉(zhuǎn)化為具體屬性

表1所列的屬性是通用的屬性，還需要針對各類技術(shù)進一步的具體化，使用發(fā)動機研發(fā)的語言描述，形成具體屬性，方能用于技術(shù)成熟度評價。具體化的過程中，應(yīng)充分考慮技術(shù)的特點和發(fā)動機的研發(fā)實際，盡可能將相關(guān)內(nèi)容明確、細化，且應(yīng)滿足對應(yīng)原則、具體化原則和可操作性原則。

對應(yīng)原則。按照一一對應(yīng)原則，對使用的通用屬性進行具體化說明，將其轉(zhuǎn)換為符合所評價技術(shù)相應(yīng)工作內(nèi)容的具體屬性。轉(zhuǎn)換過程中，不能偏離表1所示通用屬性的要求。

具體化原則。針對不同技術(shù)，其技術(shù)載體、驗證環(huán)境、驗證方式、驗證指標(biāo)要求、應(yīng)用背景/需求等都有相應(yīng)的特殊性，在具體屬性的確定中，須將通用屬性中相關(guān)名詞術(shù)語轉(zhuǎn)換為符合技術(shù)特點的術(shù)語，且這些術(shù)語應(yīng)是專業(yè)人員均熟悉、不存在歧義的。

可操作性原則。具體屬性應(yīng)能使評價人員更加方便、準確的判別技術(shù)成熟度等級，從而使整個評價工作具有良好的可操作性。應(yīng)結(jié)合發(fā)動機的研發(fā)實際，進行具體化，采用發(fā)動機研發(fā)的語言進行描述，要能直接對應(yīng)到發(fā)動機研發(fā)的工作實際，并在專業(yè)內(nèi)部達成一致。

采用表格的方式將通用屬性具體化，每個評價維度使用一個表格進行細化。以 “技術(shù)載體狀態(tài)屬性”具體化為例給出示意，見表2。

表2 “技術(shù)載體狀態(tài)”屬性具體化示例

按照技術(shù)成熟度評價的5個維度，參照表2的方式，逐一確定成熟度評價具體屬性后，即可得到該類技術(shù)的技術(shù)成熟度等級條件。以噴管氣動設(shè)計類技術(shù)給出結(jié)果示例，具體見表3。

表3 噴管氣動設(shè)計類技術(shù)的技術(shù)成熟度等級條件

結(jié)束語

針對技術(shù)樹的實際，結(jié)合發(fā)動機型號技術(shù)成熟度評價工作經(jīng)驗，構(gòu)建了適用于技術(shù)樹的技術(shù)成熟度等級條件制定方法，在技術(shù)研究項目中進行了應(yīng)用，實現(xiàn)了預(yù)期目標(biāo)。后續(xù)，將結(jié)合產(chǎn)品研發(fā)體系建設(shè)工作，同試驗項目清單等工作結(jié)合，進一步豐富、完善等級條件，提升適用性和可操作性，并為型號的技術(shù)成熟度評價工作提供有效支撐。