■ 金慧萍/中國航發(fā)動控所 孫楊慧/中國航發(fā)商發(fā) 劉曉松/中國航發(fā)動力所 張超凡/中國航發(fā)渦輪院 于加輝/中國航發(fā)東安 遲杰/ 中國航發(fā)哈軸

技術(shù)成熟度是衡量技術(shù)對項目目標(biāo)滿足程度的一種度量方法，是項目風(fēng)險管理的重要手段。通過對技術(shù)成熟度等級的演變歷程、技術(shù)成熟度的應(yīng)用情況開展研究，得出技術(shù)成熟度評價在航空發(fā)動機研制中的切入點與著力點。

技術(shù)成熟度是衡量技術(shù)對項目目標(biāo)滿足程度的一種度量方法，是項目風(fēng)險管理的一種有力手段。從當(dāng)前能獲取到的公開材料來看，技術(shù)成熟度評價工作在國防采辦的項目管理中的應(yīng)用較多且取得了明顯的效果，但在航空發(fā)動機領(lǐng)域的應(yīng)用及效果還鮮有報道。本文以航空發(fā)動機為對象，通過調(diào)研與分析，研究技術(shù)成熟度在航空發(fā)動機產(chǎn)品研制中的應(yīng)用場景、應(yīng)用目的以及在實施技術(shù)成熟度評價過程中采用的標(biāo)準(zhǔn)、方法及工作的組織形式，提出技術(shù)成熟度評價在航空發(fā)動機研制過程中的應(yīng)用建議。

技術(shù)成熟度概念的提出

20世紀60年代末，美國國家航空航天局（NASA）在一份報告中指出，預(yù)算成本的增加與進度的拖延是產(chǎn)品研制項目中普遍存在的現(xiàn)象，并提出在未來的產(chǎn)品研制項目中引入新技術(shù)時，需要開展技術(shù)準(zhǔn)備就緒評審，由此提出了技術(shù)成熟度等級（TRL）的概念。隨后，美國國防部（DoD）、歐洲航天局（ESA）、國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）等均以此為基礎(chǔ)，發(fā)展了面向各自領(lǐng)域的技術(shù)成熟度等級。在技術(shù)成熟度評價細則方面，美國空軍研究實驗室（AFRL）、NASA等機構(gòu)做了大量的工作，提出了TRL計算器，推動了技術(shù)成熟度在產(chǎn)品研制中的應(yīng)用。

2001年至今，美國國防部在美國審計署（GAO）的建議下，通過DoD.2-R《重大防務(wù)采辦項目和重大自動化信息系統(tǒng)采辦項目強制程序》和DoDI5000.2《國防部采辦系統(tǒng)運行》等一系列法規(guī)，逐步將技術(shù)成熟度引入到國防采辦項目的管理當(dāng)中，同時發(fā)布了《技術(shù)成熟度評價手冊》，用于規(guī)范技術(shù)成熟度評價工作，這一系列舉措也得到了其他國家的效仿。當(dāng)前，在重大的研制項目或采辦項目中應(yīng)用技術(shù)成熟度評價來降低項目的風(fēng)險，已經(jīng)成為工業(yè)方、采辦方的共識。

在科研計劃管理和航空領(lǐng)域方面，以NASA、波音等標(biāo)桿企業(yè)為主要代表，探索并實踐了基于技術(shù)成熟度的科研管理模式。將技術(shù)成熟度評價用于重大科研項目管理當(dāng)中，比較典型的例子有早期木星探測器、下一代運輸系統(tǒng)等，技術(shù)成熟度在技術(shù)發(fā)展路線圖以及項目的重大決策中都有體現(xiàn)。

技術(shù)成熟度評價的標(biāo)準(zhǔn)

NASA技術(shù)成熟度等級

TRL劃分及定義最早由NASA的薩?。⊿adin）提出，并于1989年正式發(fā)布。之后，曼金斯（Mankins）在此基礎(chǔ)上對TRL進行了擴展，由原來的7級擴展到當(dāng)前的9級，形成9級TRL定義，并于1995年在TRL白皮書一文中正式發(fā)布，其中包括了對TRL各等級定義的描述及應(yīng)達到的標(biāo)準(zhǔn)。

DOD技術(shù)成熟度等級

1996—1999年，GAO的多份研究報告顯示，由于DoD在產(chǎn)品開發(fā)中采用了技術(shù)成熟度較低的新技術(shù)，導(dǎo)致項目存在很大的風(fēng)險。因此，GAO建議在將新技術(shù)導(dǎo)入前，采用TRL標(biāo)準(zhǔn)對其進行評價。

2001年，DoD要求重大的武器裝備采辦項目采用技術(shù)成熟度進行評價。同年，DoD發(fā)布的國防采辦條例DoD D5000.1和DoD I5000.2中給出了技術(shù)成熟度評價的指導(dǎo)意見。

在此背景下，DoD在NASA的TRL理論基礎(chǔ)上研究并形成了一套自己的TRL定義，并于2003年正式發(fā)布了《技術(shù)成熟度評價手冊》。此后在2005年、2009年、2011年分別進行了三次補充修訂。其中2011年更名為《技術(shù)成熟度評價指南》。

DOE技術(shù)成熟度等級

GAO在2007年發(fā)布了一份關(guān)于美國能源部（DOE）項目執(zhí)行情況的報告，其中指出DOE過早引入未成熟的技術(shù)是導(dǎo)致項目預(yù)算增加及進度拖延的一個關(guān)鍵原因。GAO建議DOE借鑒NASA與DoD的技術(shù)成熟度評價方法來評估DOE重大項目中新技術(shù)的成熟程度。在此背景下，DOE也編制了一套TRL定義，并于2008年發(fā)布了《技術(shù)成熟度評價指南》。

ESA技術(shù)成熟度等級

ESA在2008年針對航天項目發(fā)布了《空間應(yīng)用技術(shù)成熟度評價手冊》，其中也制定了一套TRL 1～9級的定義。

ISO技術(shù)成熟度等級

ISO在2013年11月發(fā)布了一份《航天系統(tǒng)：技術(shù)成熟度等級及評價準(zhǔn)則定義》標(biāo)準(zhǔn)（ISO 16290）。該標(biāo)準(zhǔn)由ESA、歐洲空間研究與技術(shù)中心（ESTEC）牽頭組織編寫，成員包括美國、法國、日本、英國、德國、巴西和烏克蘭等7個國家約30名代表，它是第一份國際性的技術(shù)成熟度標(biāo)準(zhǔn)。

國軍標(biāo)GJB 7688

進入21世紀以來，技術(shù)成熟度評價方法也逐漸引起了國內(nèi)的關(guān)注。結(jié)合國內(nèi)長期的科研和工程實踐經(jīng)驗并基于對國外技術(shù)成熟度等級理論的跟蹤研究，在國防科技領(lǐng)域，國家科技部，總裝備部裝備論證中心、技術(shù)基礎(chǔ)局，工業(yè)和信息化部先后組織編制了《裝備技術(shù)成熟度等級定義及劃分》和《裝備技術(shù)成熟度評價程序》（GJB7688/7689）。

技術(shù)成熟度等級定義的差異性分析

對比NASA、DoD、DOE、ESA、ISO 16290以及GJB 7688這6個機構(gòu)頒布的TRL定義可看出，其本質(zhì)涵義是基本相同的，都選擇了相同的技術(shù)成熟起點和終點，并且將技術(shù)成熟度劃分為9級（其他5個機構(gòu)的TRL定義都是基于NASA的9級TRL發(fā)展而來）。6個機構(gòu)TRL定義之間的差異在于其表述形式上，結(jié)合了各自所涉及的技術(shù)領(lǐng)域及技術(shù)特點：NASA、ESA是以空間系統(tǒng)的設(shè)備類技術(shù)為背景的；DoD適用于更廣泛的裝備技術(shù)；DOE在借鑒DoD的基礎(chǔ)上，結(jié)合了能源技術(shù)的特點；ISO 16290則是面向航天技術(shù)領(lǐng)域，對各個機構(gòu)的TRL定義進行了統(tǒng)一（通用性較強）；GJB 7688的TRL定義由于也是針對裝備技術(shù)，與DoD的基本相同。6個機構(gòu)TRL定義在表述上的差異可以歸為“技術(shù)載體”和“驗證環(huán)境”這兩方面，表1歸納了6個機構(gòu)針對TRL 4～8的技術(shù)載體及驗證環(huán)境，由于TRL 1～3技術(shù)載體和驗證環(huán)境比較明確，且差異不大；TRL 9均是“實際系統(tǒng)”執(zhí)行“使用任務(wù)”，并無差異。因此，主要的差異表現(xiàn)在TRL 4～8之間。

表1 各機構(gòu)針對TRL定義的差異性分析

技術(shù)成熟度的應(yīng)用

在國防采辦業(yè)務(wù)中的應(yīng)用

美國DOD 強調(diào)只有成熟的技術(shù)才能應(yīng)用于擬采辦的設(shè)備中。技術(shù)管理過程在于確保這種技術(shù)的成熟性，然后才能將技術(shù)交付產(chǎn)品開發(fā)。該過程首先是概念研究，對未來產(chǎn)品的市場機會和客戶需求的持續(xù)評估，以評估新技術(shù)或產(chǎn)品配置改進的可行性，從而在最佳程度上滿足客戶要求。概念上的研究有助于確定和優(yōu)選技術(shù)，產(chǎn)生完整的技術(shù)組合。如圖1所示，一般在里程碑A提出技術(shù)開發(fā)策略，在里程碑B、C強制開展技術(shù)成熟度評價，以促進方案優(yōu)化。自2000年以來，DOD 的國防采辦程序進行了多次調(diào)整，但無論如何調(diào)整，采辦項目基本上可分為概念研究、技術(shù)開發(fā)、工程研制、生產(chǎn)部署四個階段，每個階段對技術(shù)成熟度有不同的要求。

概念研究階段（A）：為了滿足特定的需求，在該階段需要考慮大量的與特定概念或技術(shù)選擇方案有關(guān)的可用技術(shù)，為技術(shù)開發(fā)階段提供足夠多的技術(shù)選擇方案。在概念研究階段，技術(shù)成熟度一般要達到TRL 3 。

技術(shù)開發(fā)階段（B）：經(jīng)過技術(shù)攻關(guān)，在該階段各項技術(shù)必須達到關(guān)鍵的技術(shù)指標(biāo)要求，確保對系統(tǒng)性能的實現(xiàn)有足夠把握。在該階段需要明確項目的關(guān)鍵技術(shù)，并達到適當(dāng)?shù)募夹g(shù)成熟度等級，通常至少應(yīng)達到TRL 5。經(jīng)驗表明，只有在相對真實的運行環(huán)境中對技術(shù)開展驗證才能揭示技術(shù)存在的問題，因而也有人建議關(guān)鍵技術(shù)在該階段需要達到TRL 7，即系統(tǒng)原型需要在實際運行環(huán)境中通過驗證。

工程研制階段（C）：系統(tǒng)的需求和關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)要求應(yīng)十分明確，一般會有幾個備選的技術(shù)方案，為設(shè)計定型提供較為靈活的途徑。在該階段一般要進行系統(tǒng)集成和系統(tǒng)的驗證，以確認系統(tǒng)已達到了設(shè)計的要求，技術(shù)成熟度要求達到TRL 8 。

生產(chǎn)部署階段：從工程研制階段到生產(chǎn)部署階段是一個重要的轉(zhuǎn)折點，一般要求達到TRL 8 時才可以轉(zhuǎn)入生產(chǎn)部署階段。技術(shù)需要在真實系統(tǒng)上經(jīng)過應(yīng)用驗證，技術(shù)成熟度應(yīng)達到TRL 9 。

圖1 DOD技術(shù)成熟度評價點

技術(shù)成熟度在科研項目管理中的應(yīng)用

NASA 在制定技術(shù)發(fā)展路線中，應(yīng)用由目的、目標(biāo)、技術(shù)挑戰(zhàn)和方法構(gòu)成的GOTChA 方法，識別項目/產(chǎn)品中的關(guān)鍵技術(shù)，針對每個候選技術(shù)，使用技術(shù)卡片描述該技術(shù)的關(guān)鍵信息，建立候選技術(shù)與能力、任務(wù)的追溯關(guān)系。通過引入技術(shù)成熟度，一方面給出當(dāng)前的技術(shù)成熟度水平；另一方面制定技術(shù)交付時需要達到的技術(shù)成熟度水平，從而識別差距，通過結(jié)合當(dāng)前的研究基礎(chǔ)、資源等，更合理地定義技術(shù)的交付時間。另外，NASA 在技術(shù)路線圖規(guī)劃過程中，通過技術(shù)成熟度建立技術(shù)的演進圖以及不同技術(shù)譜系之間的支撐關(guān)系，實現(xiàn)對技術(shù)的追溯以及技術(shù)狀態(tài)的管理。

技術(shù)成熟度在航空發(fā)動機研制中的應(yīng)用

為了較為系統(tǒng)地了解航空發(fā)動機企業(yè)在產(chǎn)品研制過程中的技術(shù)成熟度應(yīng)用場景、應(yīng)用效果、技術(shù)成熟度評價過程及組織方式等，本文對GE、羅羅等行業(yè)標(biāo)桿企業(yè)開展了針對性研究和分析，結(jié)合調(diào)研的結(jié)果，歸納標(biāo)桿企業(yè)在航空發(fā)動機研制過程中技術(shù)成熟度的應(yīng)用場景、技術(shù)成熟度評價過程以及應(yīng)用效果等。

GE公司技術(shù)成熟度應(yīng)用情況

GE 公司的產(chǎn)品/技術(shù)研發(fā)類項目在立項前需要開展技術(shù)成熟度評價，確定是否具備立項條件，或評估需要多久才具備立項條件。技術(shù)的成熟度是作為一個關(guān)鍵的風(fēng)險評估項，在項目轉(zhuǎn)階段評審時評估技術(shù)風(fēng)險是否可以接受。技術(shù)開發(fā)過程在GE 公司是應(yīng)用技術(shù)發(fā)展周程（TDC）過程，來定義期望的技術(shù)成熟度, 該過程與新產(chǎn)品導(dǎo)入（NPI）過程中的階段門評審關(guān)聯(lián)。TDC 過程定義了不同階段（從階段1～階段7）技術(shù)開發(fā)的活動及檢查項。階段1～ 階段7 與階段門1～階段門9 對應(yīng)，就形成了對應(yīng)的成熟度。在新技術(shù)向產(chǎn)品導(dǎo)入的過程中，對技術(shù)的成熟度要求會有差異性，通常需要權(quán)衡技術(shù)風(fēng)險與技術(shù)可產(chǎn)生的收益，包括對產(chǎn)品、對企業(yè)未來競爭力的影響等。GE 有多代技術(shù)實施計劃，該實施計劃根據(jù)多代產(chǎn)品實施計劃的需求，識別出關(guān)鍵技術(shù)元素。技術(shù)規(guī)劃委員會負責(zé)增加/修改關(guān)鍵技術(shù)元素。技術(shù)規(guī)劃委員會成員來自于工程項目部、工程材料技術(shù)研究室、制造工藝技術(shù)部等。GE 公司參與TRL 評價的成員主要包括：NPI 領(lǐng)導(dǎo)團隊、NPI 實施團隊、TDC 實施團隊、技術(shù)應(yīng)用團隊、技術(shù)規(guī)劃委員會、投資委員會等。

羅羅公司技術(shù)成熟度應(yīng)用情況

羅羅公司在產(chǎn)品的立項及轉(zhuǎn)階段評審過程中，技術(shù)風(fēng)險是關(guān)鍵考核項，技術(shù)成熟度評價是風(fēng)險管理的主要活動。羅羅公司的技術(shù)成熟度等級與產(chǎn)品研制階段沒有統(tǒng)一的對應(yīng)關(guān)系，結(jié)合羅羅公司的產(chǎn)品研制階段的劃分可以認為，在產(chǎn)品項目啟動時技術(shù)成熟度要達到2；階段1完成時，技術(shù)成熟度達到3或4；階段2完成時，技術(shù)成熟度達到5或者6 ；在階段3完成時，技術(shù)成熟度達到7或者8；在階段5，技術(shù)成熟度會達到9。技術(shù)和產(chǎn)品開發(fā)階段與技術(shù)成熟度的對應(yīng)關(guān)系通常如圖2和圖3所示。羅羅公司的技術(shù)成熟度等級與產(chǎn)品研制階段的對應(yīng)關(guān)系取決于風(fēng)險管理的要求，例如，某項技術(shù)如果對滿足客戶的要求有很大的影響，則有可能在階段1結(jié)束時就要求該技術(shù)的成熟度達到4或者5。

根據(jù)對行業(yè)標(biāo)桿技術(shù)成熟度應(yīng)用情況的調(diào)研情況，可以得出：

● 技術(shù)成熟度評價通常是作為風(fēng)險評估與管理的工具之一，在項目立項階段通常會開展技術(shù)成熟度評價，識別當(dāng)前的技術(shù)風(fēng)險并評估是否具備立項的條件；

● 在新技術(shù)向新產(chǎn)品導(dǎo)入的過程中，通過開展技術(shù)成熟度評價，預(yù)測由于新技術(shù)的引入對產(chǎn)品或項目可能造成的潛在風(fēng)險，為決策提供依據(jù)；

● 在決策新技術(shù)是否可以向產(chǎn)品導(dǎo)入的過程中，技術(shù)成熟度不是唯一的準(zhǔn)入/準(zhǔn)出標(biāo)準(zhǔn)，企業(yè)通常會從技術(shù)對產(chǎn)品的安全性、經(jīng)濟性，以及新技術(shù)的應(yīng)用對企業(yè)市場地位提升、對客戶需求的滿足等多個方面綜合考慮；

● 在新技術(shù)向產(chǎn)品導(dǎo)入的過程中，須針對技術(shù)準(zhǔn)備就緒度水平低的技術(shù)短板開展技術(shù)成熟度提升活動，使其在規(guī)定的時間內(nèi)達到相應(yīng)的水平；

圖2 典型的產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)準(zhǔn)備就緒度準(zhǔn)入水平

圖3 技術(shù)開發(fā)各階段成熟度對應(yīng)關(guān)系

● 技術(shù)成熟度等級與研制階段的對應(yīng)關(guān)系，會根據(jù)可接受的風(fēng)險水平來定義，由于同一個技術(shù)對不同產(chǎn)品、項目的影響不同，因此沒有統(tǒng)一的對應(yīng)關(guān)系。

技術(shù)成熟度在航空發(fā)動機研制中的應(yīng)用建議

推進技術(shù)成熟度管理方法在國內(nèi)的應(yīng)用，應(yīng)考慮國內(nèi)外產(chǎn)品研發(fā)基礎(chǔ)和模式的差異。國外發(fā)動機在進入工程研發(fā)階段時，新技術(shù)應(yīng)用率一般不大于5%，且備選技術(shù)充足；國內(nèi)型號研制過程中新技術(shù)占比較大，備選技術(shù)不足。國外標(biāo)桿企業(yè)均已成功開發(fā)多型產(chǎn)品，其全生命周期的數(shù)據(jù)、模型、機理庫經(jīng)過多輪迭代，已形成成熟的工程技術(shù)體系；國內(nèi)尚無一型發(fā)動機具有完整的生命周期數(shù)據(jù)和模型，機理研究薄弱，工程技術(shù)體系尚不完整。因此，在借鑒標(biāo)桿的基礎(chǔ)上，要針對項目具體情況制定本土化的技術(shù)成熟度評價及管理模式，技術(shù)成熟度管理應(yīng)嵌入產(chǎn)品全生命周期流程，在合適的時間，以合適的方法，用于合適的對象。

合理設(shè)置評價時機

在型號項目需求分析與定義階段開展技術(shù)成熟度評價，識別新技術(shù)和短板，提出技術(shù)成熟度提升內(nèi)容和目標(biāo)。這種識別應(yīng)是全系統(tǒng)的，考慮全生命周期內(nèi)的各種使用場景，使產(chǎn)品開發(fā)周期、活動、資源投入的策劃更加客觀和科學(xué)。在型號項目初步設(shè)計和詳細設(shè)計時，對關(guān)鍵技術(shù)開展成熟度評價和管理，減少試制與驗證階段及適航取證過程的技術(shù)風(fēng)險。在預(yù)研項目指南中應(yīng)明確技術(shù)成熟度目標(biāo)等級，在任務(wù)書編制、課題驗收階段進行技術(shù)成熟度評價和管理，有助于進一步明確預(yù)研技術(shù)的應(yīng)用對象，匹配工程應(yīng)用的需求。

技術(shù)成熟度概念應(yīng)用于關(guān)鍵路徑管理

充分利用關(guān)鍵技術(shù)元素可物化的特點，促進技術(shù)開發(fā)成果在實驗室環(huán)境、相關(guān)環(huán)境以及典型使用環(huán)境下的完整驗證和測試，積累工程數(shù)據(jù)，透析工程機理。

充分利用技術(shù)成熟度評價準(zhǔn)則對機理、能力、驗證深度的全方位要求，對承接項目關(guān)鍵任務(wù)的供應(yīng)商，建議將技術(shù)成熟度評價納入供應(yīng)商管理中，及時暴露技術(shù)短板和缺陷，有的放矢地開展外包任務(wù)的過程管控。

型號項目應(yīng)重視技術(shù)向產(chǎn)品準(zhǔn)入的門檻值，一般不應(yīng)低于TRL6。預(yù)研課題應(yīng)重視技術(shù)向工程的準(zhǔn)出門檻，一般不應(yīng)低于TRL5,并為實現(xiàn)技術(shù)門檻而開展技術(shù)成熟度提升工作。

在不同的開發(fā)階段應(yīng)用不同的技術(shù)成熟度評價模式

組織應(yīng)根據(jù)各型號項目具體情況采取不同的技術(shù)成熟度識別和評價模型。一般建議在需求分析和定義階段，針對新功能、構(gòu)型和有挑戰(zhàn)的指標(biāo)采用GOTChA方法識別關(guān)鍵技術(shù)，開展成熟度評估，實施技術(shù)成熟度提升工作。在關(guān)鍵設(shè)計和詳細設(shè)計階段：一是對前階段關(guān)鍵技術(shù)進行回歸評價；二是根據(jù)本階段的開發(fā)情況，應(yīng)用技術(shù)篩查法篩查關(guān)鍵技術(shù)元素，開展項目自評價或?qū)＜医M評價，對達不到門檻的關(guān)鍵技術(shù)實施成熟度提升計劃。

在不簡化關(guān)鍵技術(shù)全生命周期應(yīng)用環(huán)境和內(nèi)在相互影響的條件下，盡可能簡化評價細則和管理過程。建議項目組以“自評價+專家評審”的工作模式。不在評價方式、規(guī)模上投入過多的人力。根據(jù)評價結(jié)果，應(yīng)將精力、資源聚焦在技術(shù)缺陷和短板的提升上。

無論采用GOTChA還是技術(shù)篩查法，產(chǎn)品各層級在識別出本級具有的技術(shù)目標(biāo)和挑戰(zhàn)后，應(yīng)將本級作為關(guān)鍵技術(shù)元素，實施技術(shù)驗證與成熟度提升，將應(yīng)對技術(shù)挑戰(zhàn)所采取的技術(shù)以及下一級產(chǎn)品技術(shù)（包括軟件技術(shù)與硬件技術(shù)），從技術(shù)的可行性方面設(shè)置評價細則。評價維度應(yīng)包括：機理透析、模型仿真、樣件、測量指標(biāo)、通過準(zhǔn)則、測試環(huán)境、技術(shù)的可重復(fù)性等。

結(jié)束語

技術(shù)成熟度評價是衡量技術(shù)準(zhǔn)備就緒度的工具，該工具在重要的預(yù)研和型號項目管理中為預(yù)防承制方技術(shù)能力不足而出現(xiàn)的“漲、拖、降”風(fēng)險產(chǎn)生了積極的作用。本文從技術(shù)成熟度等級的演變過程入手，對比了國內(nèi)外不同機構(gòu)的技術(shù)成熟度等級的差異，闡述技術(shù)成熟度等級提出的背景及應(yīng)用價值。接下來，對國外標(biāo)桿企業(yè)技術(shù)成熟度評價的應(yīng)用場景、組織模式以及技術(shù)成熟度等級與產(chǎn)品研制階段的對應(yīng)關(guān)系開展研究，歸納了技術(shù)成熟度評價在產(chǎn)品研制中的切入點與著力點。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合國內(nèi)發(fā)動機的研發(fā)模式與研制基礎(chǔ)，提出了技術(shù)成熟度在航空發(fā)動機研制中的應(yīng)用建議。