王鑫、劉瑜 /中國(guó)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(jì)研究院

張浩 /中國(guó)航天系統(tǒng)科學(xué)與工程研究院

成熟度評(píng)價(jià)理論起源于美國(guó)，美國(guó)國(guó)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(guó)防機(jī)構(gòu)的武器裝備項(xiàng)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(fèi)投入大，帶來(lái)的突出問(wèn)題就是風(fēng)險(xiǎn)高。因此，亟需一套科學(xué)有效的方法，系統(tǒng)辨識(shí)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(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，客觀評(píng)價(jià)工程研發(fā)狀態(tài)，為管理決策提供依據(jù)。

本文對(duì)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(píng)價(jià)方法的內(nèi)涵及特點(diǎn)進(jìn)行了研究，系統(tǒng)分析了成熟度評(píng)價(jià)在我國(guó)航天領(lǐng)域的應(yīng)用情況，對(duì)比總結(jié)了相關(guān)成熟度評(píng)價(jià)的特點(diǎn)和適用范圍。面向航天工程研制特點(diǎn)，提出了成熟度評(píng)價(jià)體系在我國(guó)航天領(lǐng)域的實(shí)踐建議，對(duì)于高效益、高效率使用成熟度評(píng)價(jià)開(kāi)展航天工程項(xiàng)目管理具有重要借鑒意義。

一、成熟度評(píng)價(jià)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(guó)國(guó)家航空航天局提出，作為一種識(shí)別、評(píng)價(jià)、監(jiān)控技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)的方法，廣泛應(yīng)用于美國(guó)國(guó)家航空航天局、美國(guó)國(guó)防部、美國(guó)能源部、歐州航天局等機(jī)構(gòu)的項(xiàng)目管理，以最大限度地減少實(shí)施新技術(shù)時(shí)可能面臨的風(fēng)險(xiǎn)。2020 年，美國(guó)政府問(wèn)責(zé)署發(fā)布的《技術(shù)成熟度評(píng)估指南》對(duì)技術(shù)成熟度等級(jí)（TRL）的劃分及定義如表1 所示。

表1 美國(guó)政府問(wèn)責(zé)署對(duì)技術(shù)成熟度等級(jí)的劃分及定義

我國(guó)開(kāi)展技術(shù)成熟度相關(guān)研究工作也較早，前期以情報(bào)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(píng)價(jià)暫行辦法》（裝發(fā)〔2012〕1 號(hào)文），要求裝備管理部門(mén)或其委托的第三方評(píng)價(jià)機(jī)構(gòu)對(duì)不同類(lèi)型的裝備預(yù)先研究項(xiàng)目實(shí)施技術(shù)成熟度評(píng)價(jià)。同年，發(fā)布了GJB 7688—2012《裝備技術(shù)成熟度等級(jí)劃分及定義》和GJB 7689—2012《裝備技術(shù)成熟度評(píng)價(jià)程序》，并制定了運(yùn)載火箭、航天器等不同類(lèi)型航天裝備的技術(shù)成熟度評(píng)價(jià)指南。GJB 7688—2012 中技術(shù)成熟度等級(jí)劃分及定義如表2 所示。

表2 GJB 7688中技術(shù)成熟度等級(jí)劃分及定義

我國(guó)在航空、航天、核電等領(lǐng)域的項(xiàng)目管理中也應(yīng)用了技術(shù)成熟度評(píng)價(jià)。自2009 年開(kāi)始，中國(guó)航天科技集團(tuán)有限公司聯(lián)合軍兵種裝備部，依托中國(guó)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(kāi)展技術(shù)成熟度評(píng)價(jià)工作。目前，技術(shù)成熟度評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)模型最早由美國(guó)三軍聯(lián)合制造技術(shù)委員會(huì)于2001 年提出，主要為了彌補(bǔ)技術(shù)成熟度難以評(píng)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(guó)國(guó)防部頒布了第一版《制造成熟度手冊(cè)》（草案），之后持續(xù)更新發(fā)布。2008 年，美國(guó)國(guó)防部頒布DODI 5000.02 指令，制造成熟度被正式運(yùn)用到美軍項(xiàng)目采辦的管理過(guò)程中，作為采辦項(xiàng)目的強(qiáng)制性程序。美國(guó)國(guó)防部將制造成熟度等級(jí)（MRL）劃分為10 級(jí)，如表3 所示。

表3 美國(guó)國(guó)防部制造成熟度等級(jí)劃分

我國(guó)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(jí)劃分及定義》、GJB 8346—2015《裝備制造成熟度評(píng)價(jià)程序》，標(biāo)準(zhǔn)中將制造成熟度風(fēng)險(xiǎn)因素分為10 類(lèi)，如圖1 所示。

圖1 我國(guó)制造成熟度定義及主線示意圖

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

3.產(chǎn)品成熟度

產(chǎn)品成熟度是我國(guó)在航天實(shí)踐過(guò)程中創(chuàng)新發(fā)展的理論，最早于2003 年在實(shí)施產(chǎn)品工程工作時(shí)提出，旨在對(duì)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(guó)內(nèi)外相關(guān)成果和中國(guó)航天工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，航天科技集團(tuán)發(fā)布了集團(tuán)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，將單機(jī)產(chǎn)品成熟度等級(jí)（PML）劃分為8 級(jí)，如表4 所示。

表4 宇航單機(jī)產(chǎn)品成熟度等級(jí)劃分和定義

我國(guó)在北斗導(dǎo)航衛(wèi)星工程中開(kāi)展了產(chǎn)品成熟度評(píng)價(jià)工作，辨識(shí)了各個(gè)分系統(tǒng)及其產(chǎn)品的成熟程度，并對(duì)不同成熟度等級(jí)的產(chǎn)品施行分類(lèi)管理。

4.系統(tǒng)成熟度與集成成熟度

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

表5 系統(tǒng)成熟度等級(jí)（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(píng)價(jià)問(wèn)題而提出的概念，其等級(jí)定義如表6 所示。

表6 集成成熟度等級(jí)（IRL）劃分及定義

目前國(guó)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(shí)踐開(kāi)展相對(duì)較少。基于集成成熟度、產(chǎn)品成熟度評(píng)價(jià)的產(chǎn)品研制管理模式成功應(yīng)用于“實(shí)踐”十號(hào)衛(wèi)星，縮短了研制周期，降低了項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)。

二、幾種成熟度的異同點(diǎn)分析

上述幾種成熟度評(píng)價(jià)方法的共同點(diǎn)如下：

一是具有明確的評(píng)價(jià)目的。成熟度評(píng)價(jià)都是以識(shí)別工程項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)為目標(biāo)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)控制的一種管理工具。

二是具有豐富的評(píng)價(jià)信息。成熟度評(píng)價(jià)過(guò)程中采集的信息涵蓋設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、試驗(yàn)、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(xiàng)目的其他評(píng)價(jià)、考核。

三是具有可量化的評(píng)價(jià)結(jié)果。成熟度評(píng)價(jià)結(jié)果用等級(jí)量化表示了工程項(xiàng)目的進(jìn)展?fàn)顟B(tài)，其等級(jí)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(píng)價(jià)方法在評(píng)價(jià)對(duì)象、側(cè)重點(diǎn)等方面，具有顯著區(qū)別：

一是技術(shù)成熟度評(píng)價(jià)的對(duì)象是關(guān)鍵技術(shù)，重點(diǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)滿(mǎn)足工程實(shí)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(píng)價(jià)技術(shù)從理論研究到工程應(yīng)用的各個(gè)階段，還可依據(jù)技術(shù)成熟度各等級(jí)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(píng)價(jià)的對(duì)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(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)因素，包括工業(yè)基礎(chǔ)、設(shè)計(jì)、成本、質(zhì)量、人員等方面，可用于驗(yàn)證新技術(shù)轉(zhuǎn)化應(yīng)用能力，掌握工程項(xiàng)目制造能力的短板，是制造風(fēng)險(xiǎn)管理的有效抓手。

三是產(chǎn)品成熟度評(píng)價(jià)的對(duì)象是具有獨(dú)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(guò)程控制、使用環(huán)節(jié)的成熟程度，主要適用于評(píng)價(jià)從實(shí)物產(chǎn)品到可重復(fù)穩(wěn)定生產(chǎn)、高可靠產(chǎn)品的各個(gè)階段。

四是系統(tǒng)成熟度評(píng)價(jià)的對(duì)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(píng)價(jià)，得到系統(tǒng)的成熟程度，解決了單一成熟度評(píng)價(jià)不全面、多技術(shù)/制造/產(chǎn)品的聚合等問(wèn)題，從總體層面評(píng)價(jià)了工程項(xiàng)目的成熟情況。

三、成熟度評(píng)價(jià)實(shí)踐建議

由于中外航天工程研制模式、管理體制不同，國(guó)外的成熟度評(píng)價(jià)方法難以直接應(yīng)用到我國(guó)。當(dāng)前成熟度評(píng)價(jià)在我國(guó)航天領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)踐表明，成熟度評(píng)價(jià)方法對(duì)降低技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、加強(qiáng)項(xiàng)目管理發(fā)揮了重要作用。然而，已有的工程應(yīng)用是單獨(dú)針對(duì)技術(shù)、制造、產(chǎn)品的評(píng)價(jià)方法，因此，仍需立足我國(guó)國(guó)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(jí)的成熟度評(píng)價(jià)體系，用科學(xué)、規(guī)范的評(píng)價(jià)方法審查航天工程研制過(guò)程中新技術(shù)、新產(chǎn)品的成熟狀態(tài)，幫助設(shè)計(jì)師和管理者掌握研制攻關(guān)進(jìn)展情況，及時(shí)辨識(shí)風(fēng)險(xiǎn)，了解與預(yù)期目標(biāo)的差距。

1.建立具有我國(guó)航天特色的體系化成熟度評(píng)價(jià)方法

航天工程研發(fā)周期相對(duì)較長(zhǎng)，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(shí)間跨度長(zhǎng)達(dá)10 余年。目前的系統(tǒng)成熟度評(píng)價(jià)理論主要是基于技術(shù)成熟度理論發(fā)展而來(lái)的，對(duì)于系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)品缺乏覆蓋設(shè)計(jì)—制造—應(yīng)用等全過(guò)程、論證—方案—研制—定型等全周期風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)的全面度量。建議結(jié)合我國(guó)航天領(lǐng)域應(yīng)用特點(diǎn)，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(diǎn)，開(kāi)展適用于航天裝備的體系化成熟度評(píng)價(jià)方法。例如，在工程項(xiàng)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(duì)創(chuàng)新性強(qiáng)的關(guān)鍵技術(shù)開(kāi)展技術(shù)成熟度評(píng)價(jià)，辨識(shí)技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，為技術(shù)攻關(guān)提供可量化的評(píng)估結(jié)果，便于在關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)過(guò)程中找準(zhǔn)短板，牽引工程項(xiàng)目整體協(xié)調(diào)向前發(fā)展。在技術(shù)方案收斂閉合后，開(kāi)展制造成熟度評(píng)價(jià)，辨識(shí)材料、工藝、設(shè)備等制造環(huán)節(jié)的薄弱點(diǎn)，確保研制過(guò)程中制造風(fēng)險(xiǎn)可控。在工程項(xiàng)目研制、定型階段，針對(duì)關(guān)重產(chǎn)品開(kāi)展產(chǎn)品成熟度評(píng)價(jià)，有效評(píng)價(jià)產(chǎn)品研發(fā)狀態(tài)及風(fēng)險(xiǎn)。在工程項(xiàng)目實(shí)施過(guò)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(píng)價(jià)結(jié)果，開(kāi)展系統(tǒng)成熟度評(píng)價(jià)，有效把握分系統(tǒng)/系統(tǒng)的研制狀態(tài)。

2.結(jié)合試驗(yàn)鑒定要求，完善成熟度評(píng)價(jià)方法

航天裝備試驗(yàn)鑒定貫穿于裝備全壽命過(guò)程，是裝備建設(shè)、采購(gòu)、管理、發(fā)展的重要手段。在中國(guó)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(yàn)鑒定對(duì)于發(fā)現(xiàn)裝備問(wèn)題缺陷、保證發(fā)射質(zhì)量、提高裝備實(shí)戰(zhàn)適用性和有效性、促進(jìn)裝備改進(jìn)升級(jí)具有重要意義。現(xiàn)有的成熟度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、方法與試驗(yàn)鑒定的要求仍有差距，成熟度評(píng)價(jià)和試驗(yàn)鑒定三個(gè)環(huán)路聯(lián)系不緊密。建議將航天裝備成熟度評(píng)價(jià)與試驗(yàn)鑒定要求相結(jié)合，融入試驗(yàn)鑒定及現(xiàn)行檢驗(yàn)評(píng)估體系。成熟度評(píng)價(jià)結(jié)果可以作為試驗(yàn)鑒定的指標(biāo)參考，作為裝備各階段試驗(yàn)鑒定的決策支撐，為用戶(hù)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(xiǎn)和采辦費(fèi)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(píng)價(jià)納入項(xiàng)目管理程序

航天工程的研發(fā)規(guī)律和研發(fā)特點(diǎn)決定了飛行試驗(yàn)成功不代表技術(shù)成熟、技術(shù)成熟不代表設(shè)計(jì)可靠、設(shè)計(jì)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(duì)于轉(zhuǎn)階段等重大節(jié)點(diǎn)沒(méi)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(lái)巨大風(fēng)險(xiǎn)。建議根據(jù)航天工程項(xiàng)目的研發(fā)目標(biāo)和計(jì)劃安排，統(tǒng)籌規(guī)劃工程研發(fā)進(jìn)展，在研發(fā)過(guò)程中實(shí)施體系化成熟度評(píng)價(jià)，明確重大節(jié)點(diǎn)的成熟度等級(jí)要求，將成熟度評(píng)價(jià)納入工程項(xiàng)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(diǎn)決策管理提供方法手段支撐，確保工程按項(xiàng)目成熟規(guī)律開(kāi)展研發(fā)。

本文針對(duì)成熟度評(píng)價(jià)這一項(xiàng)目和風(fēng)險(xiǎn)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(píng)價(jià)方法的內(nèi)涵及其在我國(guó)航天領(lǐng)域的應(yīng)用情況，分析了幾種成熟度評(píng)價(jià)方法的特點(diǎn)和區(qū)別，就逐步完善具有我國(guó)航天特色的成熟度評(píng)價(jià)體系以及評(píng)價(jià)實(shí)踐提出了具體建議，對(duì)于科學(xué)高效開(kāi)展航天領(lǐng)域成熟度評(píng)價(jià)工作具有一定的指導(dǎo)意義。