大型武器系統的技術成熟度評估方法

丁 茹，何劍彬，彭 灝

(1.軍械工程學院裝備指揮與管理系，河北石家莊050003;2.中國國防科技信息中心，北京100142;3.太原衛星發射中心，山西太原030027)

大型武器系統規模龐大、結構復雜、技術含量高，其研制項目通常具有周期長、投資大、技術風險高等特點。如果在預研階段沒有做好項目可行性的論證分析，或者對所使用新技術的風險預計不足，往往會出現“拖進度、降性能、漲費用”的問題，甚至會導致整個項目的失敗［1］。因此，有必要在大型武器系統研制過程中采取全面而有效的風險控制措施，建立相應的評估體制，來避免上述問題的出現。

早在20世紀70－80年代，美國就開展了技術成熟度評估(Technology Readiness Assessment，TRA)的相關研究，2000年以來，美國國防部將技術成熟度引入采辦條例，并開始推進TRA方法，初步形成了一套系統化的評價方法和操作程序。經過30年的發展，TRA方法已經成為國防部在國防采辦中普遍采用的新機制［2－5］。事實證明，使用TRA方法可以使科研管理的精確度和科學性得以有效提高，技術發展和系統采辦過程的風險大大降低。

1 技術成熟度等級劃分

技術成熟度等級(Technology Readiness Level，TRL)是指將武器系統研制中所使用的關鍵技術從發現并掌握原理到該技術在系統中的成功應用劃分為不同的等級，它可以清晰描述武器系統的開發狀態和技術風險，從而對研制項目的科學管理和決策起到重要的參考作用。

參照美國國防采辦局關于技術成熟度的分級，并結合我國武器裝備研制特點與實際，可以將大型武器系統的技術成熟度標準定義為9級，如表1所示。

表1 9級技術成熟度等級定義

結合導彈武器裝備采辦的實際，可以規定:在關鍵技術成熟度達到5級時，可以進行預研立項;達到6級時，可以將技術開發成果用于武器系統/分系統的初樣研制;達到7級時，可實現技術開發和產品(工程)研制之間的“無縫銜接”，即直接將技術開發成果用于武器系統的正樣研制;當達到9級時，標志著關鍵技術在實際武器系統中得到成功應用，可進入產品定型和生產階段［6］。

2 大型武器系統技術成熟度評估方法

2.1 關鍵技術元素的確定

技術成熟度評估的對象是組成或者構建系統的若干具體技術，也即關鍵技術元素(Critical Technology Element，CTE)。其被界定的規則為:如果擬開發的系統需要這項技術元素才能滿足作戰需求(在可接受的費用和時間限制內)，且該技術元素是新穎的，或者其應用是新穎的，或者在設計及驗證過程中能夠降低系統技術風險，那么該項技術就是關鍵技術元素。

嚴格地確定關鍵技術元素，對于系統的發展與計劃的實現是很重要的。假如某項關鍵技術元素的發展需要很長時間，在工程研制發展的開始，不能為系統開發帶來必要的成熟度，那么系統性能、計劃時間、總體費用都要受到影響;另一方面，假如采取了極其保守的方法，將過多的技術界定為關鍵技術，那么資源分配可能傾向于發展成熟的極少技術。如果確定的關鍵技術元素數量過多，那么就表示這項計劃離實現目標太遠。可以通過以下步驟確定關鍵技術元素。

1)通過工作分解結構(Work Break down Structure，WBS)進行技術分解。WBS是一種工作包分解，它按照系統工程原理把武器裝備按系統、分系統、部件或者組件等進行逐級分解，形成由具體工作和關鍵技術組成的樹狀結構［7－8］。對于大型武器系統而言，可以按照從上到下的順序，由系統總體到各分系統再到組件進行技術分解，最后確定哪些單項技術可以成為CTE。

2)根據系統設計功能、結構和作戰需求，在系統技術分類結構(WBS)中，利用關鍵技術元素定義限定的條件，創建系統可能利用的CTEs初始列表。

3)由獨立的評審小組與項目管理辦公室協作，通過問答的方式對初始列表中的某些項進行增加或刪減，構建CTEs候選項列表。

4)項目管理方與國防采辦決策層對關鍵技術元素候選項列表進行審查和評估，并進行進一步調整，從而確定最終的CTEs。

2.2 收集技術成熟度證據

每項確定的關鍵技術元素，需要相關數據和材料用以評估相應的技術成熟度等級，即收集關鍵技術元素的成熟度證據。收集證據的過程應該盡早開始，在確定關鍵技術元素的同時，評審小組應從項目負責人處獲得武器系統詳細的功能需求、設計方案，以及組件或分系統的試驗內容、環境、相關信息及數據，充分保障成熟度評估的需求。

2.3 技術成熟度等級的判定

獨立評審小組根據項目負責人所提供的相關數據和自己收集的成熟度等級證據，對CTEs進行獨立的評估。技術成熟度評估的最終結果將是一種數據，是評估系統中采用或者擬采用的關鍵技術元素成熟度相關的信息。這種評估結果并不預測這些技術的未來發展狀況或者系統的未來性能，也不評估系統結構、設計或者綜合計劃的質量，只是一份有關該系統技術完成情況的狀態報告，用來確定關鍵技術元素的當前發展狀態和預測項目的技術風險。

在判定CTEs的成熟度等級時，評審小組應由大型武器系統所涉及的多領域的專家組成。根據成員專業技術領域分成若干分小組，讓這些分小組先進行商討，然后向整個獨立評估小組提出其觀點。獨立評審小組組長應該盡量達成一致意見，以支持某項關鍵技術的成熟度評估。

在評估過程中，也可利用綜合集成的方法，先從回答相關問題來定性地進行評估，然后由專家系統給出量化標準，根據這些標準對CETs打分，給出CETs的成熟度的量化等級，最后由評估小組成員對評估結果進行討論并最終確定評估結果。

3 大型武器系統成熟度評估

1)簡單加權評估法。設第i項CTE的技術成熟度為TRLi，則大型武器系統的成熟度SRL可由式(1)表示為

式中:wi為第i項CTE的技術成熟度權重;n為CTE的總數。

關鍵技術元素的成熟度越低，所需投入的研制費用就越高，研制時間就越長，其成本在總成本中的比重就越大，對整個項目進度的影響也越大。因此，CTE技術成熟度的權重與其成本成正比，即

式中:Ci為第i項關鍵技術的研發成本;Cs為大型武器系統研發總成本。

該方法適用于武器裝備子系統間關聯關系較為簡單時，或僅用于粗略計算整個系統的系統成熟度。

2)系統集成評估法。在大型武器系統中需涉及到多項關鍵技術元素，而某些CTE之間可能需要通過技術集成來達到武器系統的某項功能。當2項(或多項)技術集成時，就有必要考慮其接口標準、相互作用、兼容性、可靠性、系統性能等問題［9－10］。因此，需要首先確定各項CTE間的集成關系，并據此確定出有集成關系的CTE之間的集成成熟度等級IRL(共9級)。當2項技術之間沒有出現集成時，IRL賦值0;當2項技術之間有集成時，要充分考慮2項技術運行的物理環境和外部條件，結合集成成熟度標準，為IRL賦值。在進行集成成熟度矩陣計算時，同種技術之間的IRL為9。這樣，可以形成集成成熟度矩陣［IRL］n×n，再由式(3)計算得到系統成熟度矩陣，經過式(4)規范化后可得出大型武器系統成熟度等級，表達式為

［1］劉旭蓉，侯妍，艾克武.美英武器裝備項目技術成熟度評估研究［J］.裝備指揮技術學院學報，2005，16(6):48－52.

［2］US DoD.Operation of the Defense Acquisition System.［EB/OL］.(2002 －04 －05)［2010 －05 －21］.http://www.ncca.navy.mil/resources/dod5000 －2 － new.pdf.

［3］Deputy under Secretary of Defense for Science and Technology(DUSD(S＆T)).Technology Readiness Assessment(TRA)Deskbook［R］.Washington:US DoD，2003.

［4］Deputy Under Secretary of Defense for Science and Technology(DUSD(S＆T)).Technology Readiness Assessment(TRA)Deskbook［R］.Washington:US DoD，2005.

［5］Deputy under Secretary of Defense for Science and Technology(DUSD(S＆T)).Technology Readiness Assessment(TRA)Deskbook［R］.Washington:US DoD，2009.

［6］朱毅麟.開展技術成熟度研究［J］.航天標準化，2008(2):12－14.

［7］格雷戈里 T，豪根.有效的工作分解結構［M］.北京:機械工業出版社，2005:38－42.

［8］胡楊博，莫蓉，常智勇，等.基于工作分解結構復雜多級項目的進度監控技術研究［J］.現代制造工程，2008(2):16－19.

［9］Brian J S.Defining an Integration Readiness Level for Defense Acquisition［D］.Hoboken，NJ:Stevens Institute of Technology.2009.

［10］Sauser B，Ramirez M J E，Magnaye R，et al.A Systems Approach to Expanding Technology Readiness within Defense Acquisition［J］.International Journal of Defense Acquisition Management，2008(1):39 －58.