艦船研制項目中電磁兼容設計系統的技術成熟度評估

馮婷婷，萬海軍，湯仕平，成偉蘭

(海軍電磁兼容研究檢測中心，上海 200235)

0 引言

在艦船研制過程中，全艦的電磁兼容設計工作尤為重要，常會影響到艦船的總體性能和戰術水平的發揮。在艦船研制的方案設計、技術設計和施工設計階段，對電磁兼容設計總體方案和關鍵技術攻關進展情況的評估是一項較為艱難的工作，長期以來沒有形成成熟規范的評估方法。這對艦船研制工作順利轉階段，以及成本、進度等的控制將造成嚴重影響，為研制工作埋下隱患。

2005年5月，美國國防部公布了新版的《技術就緒水平評估手冊》［1］。該手冊指出，在系統研制開始之前，系統中要采用的技術必須是“成熟”的。一般情況下，被認為“成熟”的技術，必須已被用于一個系統、子系統或部件中，在一種相關的或實際運行的環境中試驗過，并且已經表現出了足夠好的應用效能。因此，需要一個度量結構來評估技術成熟度，需要一個過程來確保只有成熟的技術才被引入系統研制。我們可以將該手冊中的思想引入艦船電磁兼容技術評估工作，使之成為艦船研制過程中電磁兼容技術成熟度評估的依據。

1 技術成熟度評估

技術成熟度水平(TRL)最初由美國航空航天局(NASA)在1995年提出。2001年6月，美國國防部正式采用TRL進行技術成熟度評測，并于2003年頒布軍事采辦條例DOD5000.2［2］，把TRL法律化，從而確立了進行技術成熟度評估的地位。美國國防部的《國防采辦指南 (DAG)》將TRL確定為描述技術成熟度的度量結構，并提出了系統地進行技術成熟度評估的過程和方法。

美軍武器裝備采辦管理框架中，技術成熟度是決定一個項目階段轉折的重要因素之一，也是影響項目風險的重要因素。技術成熟度的確定通過技術成熟度水平 (TRL)來度量。對項目關鍵技術的成熟度評估通常會在某個決策點之前的階段充分進行，從而為采辦過程提供技術成熟度信息。

技術成熟度水平 (TRL)是將關鍵技術從掌握基本原理到定型裝備和經過作戰檢驗劃分成9個等級，每個成熟度水平等級都有相應的標志和指標，它為技術成熟度評估提供了客觀的描述方法和度量標準，目的是要簡要清晰地表達發開狀態和技術風險。對特定的技術而言，具體的TRL值有多種選擇，只要運用適當，就能取代含糊的表達，為成熟度評估提供可參照的標尺。由于TRL原有的準則主要針對硬件與系統，對于其他非硬件項目，例如軟件技術、信息安全技術、實踐與方法類技術較難適用。因此，美軍在原有的TRL框架下研究并擴展了其應用范圍，即對不同的技術評估，可對TRL進行適當的擴展理解。經過分析，成熟度水平 (TRL)的等級分類及基本描述如表1所示。

表1 技術成熟度水平 (TRL)的等級分類及基本描述Tab.1 Technology readiness levels(TRL)class and basic definition

2 艦船電磁兼容設計系統的技術成熟度評估

2.1 艦船電磁兼容性控制程序中的評估里程碑

艦船電磁兼容性控制應貫穿艦船研制、建造、使用的全壽命期，而艦船電磁兼容設計的技術成熟度評估卻應在艦船研制階段完成，根據艦船電磁兼容性要求中的艦船電磁兼容控制程序，確定適用于艦船研制過程的電磁兼容技術評估里程碑 (見圖1)。

圖1 海軍艦船研制過程的電磁兼容技術評估里程碑Fig.1 Technology assessment milestone of EMC in the naval ships development course

在里程碑A之前，應進行艦船研制過程中與電磁兼容有關的關鍵技術識別。對每種候選方案涉及的所有電磁兼容技術進行謹慎分析和判斷，確保這些技術可獲得或可開發，識別出現有成熟技術和難以實現或不可能實現的性能，充分考慮替代技術。重點考察技術的成熟度、風險和成熟化需求。

在設計階段1和設計階段2末，分別進行第2次和第3次技術成熟度評估，評估結果合格后才能通過里程碑B1和B2。通過里程碑B1和B2的電磁兼容性技術成熟度評估需要包括艦船研制該階段的電磁兼容主要技術信息。例如:電磁兼容性工作分解結構 (WBS)、展示電磁兼容關鍵技術元素和試驗結果的體系結構圖等。

通過里程碑B后，艦船工程正式進入首制艦建造和試驗階段。該階段進行艦船建造，設備裝船、系統集成、系泊和航行試驗等工作。這一階段應確認在給定的環境中，艦船總體電磁兼容性能不存在明顯的設計和制造上的風險，可以滿足電磁兼容性設計指標要求和作戰性能要求。在到達里程碑C前，應進行第4次技術成熟度評估，本次評估應確保之前暴露的任何技術缺陷都已解決，任何電磁兼容性關鍵技術都是成熟的。

2.2 關鍵技術識別

艦船研制中的電磁兼容技術成熟度評估是系統化和基于TRL九級度量結構的成熟度評測過程，評估的對象是艦船研制中的電磁兼容技術，包括若干具體技術，也即關鍵技術元素。1個技術元素被界定為關鍵技術元素應具備2個條件［3］:艦船依賴該技術元素滿足作戰需求和該技術元素本身是新穎的或該技術的應用是新穎的。通常艦船總體電磁兼容性設計負責人通過電磁兼容性工作分解結構 (WBS)來識別關鍵技術元素。可以從性能、制造工藝、材料、測量技術、加工技術以及基礎設施等角度，辨別各種技術是不是關鍵技術。

2.3 電磁兼容性工作分解結構 (WBS)

借鑒GJB 2116－1994中對工作分解結構的定義［4］，電磁兼容性工作分解結構是指在艦船型號研制過程中，對電磁兼容設計工作自上而下逐級分解形成的一個層次體系。該層次體系以艦船研制中的電磁兼容設計為中心，由技術 (硬件和軟件)項目、服務項目和資料項目組成。該結構應能完全限定電磁兼容設計工作，并表示出各項工作之間以及它們與最終的艦船電磁兼容設計工作之間的關系。圖2是典型的艦船電磁兼容設計系統綱要工作分解結構，該圖僅分解到第3級，實際上，根據實際情況，WBS圖應繼續細致分解下去，直到得到無法再分解的單項支撐技術或工作，評估人員根據WBS圖的最后分解結果進行關鍵技術識別。另外，該分解結構是典型化的標準結構，在對具體的艦船型號工程進行電磁兼容設計系統工作分解時，應對其中的某些部分剪裁。

圖2 艦船電磁兼容設計系統綱要工作分解結構 (WBS)Fig.2 Summary work breakdown structure(WBS)for EMC design system of naval ships

圖2中前2層的含義如下:

1)艦船電磁兼容設計系統是指為有效開展艦船電磁兼容設計工作所需要的技術、服務、設備和設施的綜合體;

2)艦船電磁兼容設計是指艦船研制中與電磁兼容有關的所有技術設計工作，包括:總體、系統、設備等電磁兼容設計內容;

3)系統和工程項目管理為指導和控制艦船電磁兼容設計工作進行的技術和管理控制以及相關的工程業務管理;

4)系統試驗和評定是指為了獲得或驗證艦船電磁兼容性能方面的工程數據，所開展的試驗與評定;

5)資料是指合同規定交付的與電磁兼容設計相關的使用資料;

6)保障設備及設施是指與艦船電磁兼容性設計保障工作相關的車輛、設備、工具，設施等，也包括與它們有關的設計、研制，生產、建造工作。

2.4 艦船電磁兼容性設計成熟度評估實例

2.4.1 艦船電磁兼容性設計分解

對整個艦船研制工程中的電磁兼容性設計系統而言，成熟度評估工作龐大復雜，通常需要根據型號研制的具體情況，將WBS圖中第3層繼續分解。其中，艦船電磁兼容設計的分解通常可以根據分解成的典型化標準結構進行剪裁。根據工程實踐經驗，該典型化標準結構可參見圖3。

2.4.2 技術成熟度評估

根據WBS圖中對艦船電磁兼容設計部分的關鍵技術分解情況，結合TRL標準，可以對每1項關鍵技術的成熟度進行評價。針對艦船電磁兼容設計系統中各項關鍵技術成熟度水平的TRL分析系統還需要根據技術復雜性和多樣性進行詳細設計和專家評審，特別是要防止部門和行業偏見，在準則制定過程中，應該得到一個各方都能理解的一致的解釋。下面針對圖3中艦船電磁兼容設計各項關鍵技術，給出示例性的評分準則 (見表2)。

圖3 艦船電磁兼容設計分解的典型化結構Fig.3 Typical normal framework for design breakdown of naval ships EMC

以Ri表示艦船總體電磁兼容設計技術的成熟度水平，Rij表示單項技術成熟度水平，aij表示單項關鍵技術的加權系數。加權系數表示各個關鍵技術的成熟度對整個技術成熟度的影響權重。確定加權系數的方法通常有專家打分法、層次分析法及灰色關聯分析法等。因此加權求和后可獲得總體技術成熟度水平可表示為

表2 艦船電磁兼容設計TRL評價Tab.2 TRL assessment for EMC design of naval ships

艦船電磁兼容設計技術的成熟度水平R可表示為

成熟度水平低于0.3屬于低水平，0.3～0.6屬于中等水平，高于0.6屬于中高水平。根據計算的成熟度水平決定是否進入研制的下一個階段。

3 結語

艦船研制周期長、風險大，對研制過程中的電磁兼容設計進行技術成熟度評估有利于避免技術脫節和風險控制，有利于艦船總體方案的評估和優選。本文提出的基于TRL的艦船電磁兼容技術成熟度評估使得評估工作量化，更易判斷，排除了很多主觀判斷的因素，可為海軍型號工程中的評估工作提供參考。

［1］DEPARTMENT OF DEFENSE.Technology readiness assessment deskbook［M］.Prepared by the Deputy Under Secretary of Defense for Science and Technology，May 2005.

［2］DEPARTMENT OF DEFENSE INSTUCTION 5000.02:Operation of the Defense Acquisition System［S］，May 2003.

［3］張小京，鄭萬里，等.技術成熟度等級風險評估方法簡介［J］.海軍裝備，2005，(6):39 －41.

［4］GJB2116－1994.武器裝備研制項目工作分解結構［S］.國防科學技術工業委員會.

［5］凌雄征.臺灣武器采辦流程引入關鍵技術成熟度評估研究——以導彈系統研制為例［D］.臺灣:逢甲大學，2005.