海洋監(jiān)測設(shè)備的技術(shù)成熟度評價(jià)方法探討

孫 輝

(海司駐天津地區(qū)航保軍事代表室，天津 300042)

技術(shù)管理是海洋監(jiān)測設(shè)備研制過程的重要組成部分，現(xiàn)代海洋監(jiān)測設(shè)備技術(shù)含量高，導(dǎo)致其研制風(fēng)險(xiǎn)大，加強(qiáng)管理對提高設(shè)備質(zhì)量至關(guān)重要。借鑒國外在設(shè)備研制過程中先進(jìn)的技術(shù)管理方法，對改進(jìn)和提高我國海洋監(jiān)測設(shè)備采辦技術(shù)管理水平具有重要的意義。

技術(shù)成熟度等級(Technology Readiness Level，TRL)是衡量技術(shù)對項(xiàng)目目標(biāo)滿足程度的一種度量方法，美國國家航空航天局(National Aeronautics and Space Administration，NASA)開發(fā)的技術(shù)成熟度等級體系已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用在各類技術(shù)研發(fā)項(xiàng)目管理的立項(xiàng)、評審和決策等環(huán)節(jié)中，技術(shù)成熟度評價(jià)(Technology Readiness Assessment，TRA)的理論和方法得到了長足的發(fā)展，在美國、英國等國家的國防采辦中規(guī)定了技術(shù)成熟度等級的評價(jià)方法[1-4]。近年來，海洋科技界已經(jīng)開始探索技術(shù)成熟度等級在海洋監(jiān)測領(lǐng)域的應(yīng)用，特別是對海洋創(chuàng)新和海洋觀測系統(tǒng)的發(fā)展具有重要意義[5-6]。

本文首先闡述技術(shù)成熟度等級的的概念，并研究海洋監(jiān)測設(shè)備的技術(shù)成熟度評價(jià)方法，為我國海洋監(jiān)測設(shè)備的技術(shù)成熟度發(fā)展提供借鑒和參考。

1 技術(shù)成熟度評價(jià)方法

技術(shù)成熟度的概念是由美國NASA于20世紀(jì)70年代最先提出的，按照1995年NASA頒布的白皮書，可以將技術(shù)成熟度等級TRL劃分為9級：TRL1～TRL9，其中TRL1級的技術(shù)成熟度最低、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)最大，TRL9級的技術(shù)成熟度最高、風(fēng)險(xiǎn)最小。美國國防部(Department of Defense,DoD)在NASA九級TRL的基礎(chǔ)上，建立了新的TRL等級量表，兩個(gè)組織的TRL在使用方法上是相類似的，只是在對TRL的闡述上略有不同。本文介紹美國國防部的技術(shù)成熟度等級的定義與基本描述[2,4-5]:

1.1 TRL1

定義：觀察到了基本原理并且形成報(bào)告。

基本描述：這是最低水平的技術(shù)成熟度等級。在這個(gè)等級中，科學(xué)研究開始轉(zhuǎn)化為應(yīng)用研究和開發(fā)。

1.2 TRL2

定義：確切提出技術(shù)概念和/或應(yīng)用設(shè)想。

基本描述：一旦基本的原理被觀察到，這些特性的實(shí)際應(yīng)用可能被發(fā)明或確定。在這個(gè)等級中，應(yīng)用仍然是探索性的，并沒有實(shí)驗(yàn)證明或詳細(xì)的分析來支持推測，所以還處于理論上的研究階段。

1.3 TRL3

定義：分析和實(shí)驗(yàn)證明關(guān)鍵功能和/或特性的概念。

基本描述：主動(dòng)研究和開發(fā)已經(jīng)開始。這包括分析研究和實(shí)驗(yàn)室研究，對獨(dú)立技術(shù)要素的分析預(yù)測進(jìn)行確確實(shí)實(shí)的驗(yàn)證。

1.4 TRL4

定義：在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中驗(yàn)證組件和/或試驗(yàn)板。

基本描述：基本技術(shù)部件都集成起來構(gòu)成聯(lián)合工作組件，但是相對于最終系統(tǒng)的可信度較低。

1.5 TRL5

定義：在相關(guān)環(huán)境中驗(yàn)證組件和/或試驗(yàn)板。

基本描述：試驗(yàn)板的技術(shù)可信度顯著提高。基本技術(shù)部件與適當(dāng)?shù)默F(xiàn)實(shí)支持元素集成，使該技術(shù)可以在模擬環(huán)境中進(jìn)行測試。

1.6 TRL6

定義：在相關(guān)環(huán)境中演示驗(yàn)證系統(tǒng)/子系統(tǒng)模型或樣機(jī)。

基本描述：有代表性的模型或樣機(jī)系統(tǒng)在相關(guān)環(huán)境中進(jìn)行測試，代表了技術(shù)成熟度的重要提升。可以包括對樣機(jī)系統(tǒng)在一個(gè)技術(shù)可信度很高的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境或仿真的業(yè)務(wù)環(huán)境中進(jìn)行測試。

1.7 TRL7

定義：在業(yè)務(wù)環(huán)境中演示驗(yàn)證系統(tǒng)樣機(jī)。

基本描述：樣機(jī)已接近或達(dá)到預(yù)期的業(yè)務(wù)系統(tǒng)。代表了從TRL 6的重要提升，需要在業(yè)務(wù)環(huán)境中演示實(shí)際的系統(tǒng)樣機(jī)，包括在試驗(yàn)臺(tái)或試驗(yàn)基地進(jìn)行樣機(jī)的測試。

1.8 TRL8

定義：完成實(shí)際系統(tǒng)，并通過試驗(yàn)和演示驗(yàn)證。

基本描述：技術(shù)已被證明能在預(yù)期的使用環(huán)境中以最終形式工作。在幾乎所有情況下，這一技術(shù)成熟度等級代表真正的系統(tǒng)開發(fā)已經(jīng)結(jié)束。包括進(jìn)一步的系統(tǒng)測試和評估以確定它是否滿足設(shè)計(jì)規(guī)范。

1.9 TRL9

定義：實(shí)際系統(tǒng)通過成功地執(zhí)行任務(wù)而完成驗(yàn)證。

基本描述：技術(shù)以其最終形式在任務(wù)條件下得到實(shí)際應(yīng)用，如在業(yè)務(wù)測試和評估中所遇到的實(shí)際應(yīng)用。在幾乎所有的情況下，這一技術(shù)成熟度等級代表真正的系統(tǒng)開發(fā)中最后一次“故障修理”已經(jīng)結(jié)束。包括在業(yè)務(wù)化運(yùn)行條件下使用該系統(tǒng)。

技術(shù)成熟度等級（TRL）是一種清晰描述某一特定系統(tǒng)發(fā)展?fàn)顟B(tài)的方法，代表性地定義了某一特定技術(shù)成熟的9個(gè)等級，通過對每項(xiàng)技術(shù)的成熟度評價(jià)，提供了一種技術(shù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)和技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)管理的客觀手段。

2 海洋監(jiān)測設(shè)備的技術(shù)成熟度評價(jià)方法

海洋監(jiān)測中用到許多的新設(shè)備和新技術(shù)，海洋科技界近年來開始引入技術(shù)成熟度等級評價(jià)方法[5-6]。雖然美國DoD和NASA定義的TRL在其描述中是非常詳細(xì)的，因?yàn)檫@個(gè)特別的領(lǐng)域一直用這種等級體系很多年了，但是在海洋領(lǐng)域中，并不等于要完全照搬美國DoD和NASA的TRL體系。海洋科技界嘗試著探索技術(shù)成熟度等級在海洋監(jiān)測領(lǐng)域的應(yīng)用特點(diǎn)。

2.1 OS-TRL

2008年在德國舉行的海洋傳感器研討會(huì)（Ocean Sensors Workshop）上，傳感器開發(fā)人員和技術(shù)專家為了使DoD/NASA TRL分級適應(yīng)海洋儀器和觀測系統(tǒng)，建議把TRL9級的技術(shù)成熟度合并為4個(gè)海洋科學(xué)技術(shù)成熟度等級（Ocean Sciences Technology Readiness Levels,OS-TRL）。

2.1.1 OS-TRL1

總之，在地理教學(xué)中，教師必須不斷學(xué)習(xí)國內(nèi)外教育理論，密切注視教育發(fā)展的新動(dòng)向，認(rèn)真研究教學(xué)中存在的問題，把精力集中在課堂教學(xué)上，最大限度地提高每堂課的教學(xué)效率，實(shí)現(xiàn)輕“負(fù)擔(dān)”、高質(zhì)量。同時(shí)還要有較高的教育科研水平，把課堂教學(xué)當(dāng)作一門科學(xué)藝術(shù)來研究，改向經(jīng)驗(yàn)要效率為向教育科研要效率；改向題海戰(zhàn)術(shù)要質(zhì)量為向教學(xué)改革要質(zhì)量。

定義：概念驗(yàn)證和開發(fā)。

基本描述：這是最低水平的技術(shù)成熟度等級。在這個(gè)等級中，科學(xué)研究開始轉(zhuǎn)化為應(yīng)用研究和開發(fā)。一旦基本的原理被觀察到，實(shí)際應(yīng)用可能被發(fā)明或確定，應(yīng)用仍然是探索性的，尚沒有實(shí)驗(yàn)證明或詳細(xì)的分析來支持推測。開始主動(dòng)研究和開發(fā)，包括分析研究和實(shí)驗(yàn)室研究，對獨(dú)立技術(shù)要素的分析預(yù)測進(jìn)行確確實(shí)實(shí)的驗(yàn)證。OS-TRL1相當(dāng)于DoD/NASATRL1～3。

2.1.2 OS-TRL2

定義：研究樣機(jī)。

基本描述：基本技術(shù)部件與適當(dāng)?shù)默F(xiàn)實(shí)支持元素集成，使該技術(shù)可以在模擬環(huán)境中或相關(guān)環(huán)境中進(jìn)行測試。樣機(jī)儀器的成套設(shè)備用于收集技術(shù)研究過程中的數(shù)據(jù)或環(huán)境參數(shù)。OS-TRL2相當(dāng)于DoD/NASATRL4～7。

2.1.3 OS-TRL3

定義：商品化。

基本描述：技術(shù)已被證明能在預(yù)期的使用環(huán)境中以最終形式工作。設(shè)備可以進(jìn)行商業(yè)化生產(chǎn)，并有相應(yīng)的支持材料（可更換部件，操作手冊等）。OS-TRL3相當(dāng)于DoD/NASA TRL8。

2.1.4 OS-TRL4

定義：業(yè)務(wù)化。

基本描述：技術(shù)以其最終形式在持續(xù)的業(yè)務(wù)條件下得到實(shí)際應(yīng)用。獨(dú)立的第三方評價(jià)或應(yīng)用證明了可靠的長期野外運(yùn)行。OS-TRL4相當(dāng)于DoD/NASATRL9。

從OS-TRL3到OS-TRL4的過渡應(yīng)該包括單獨(dú)的測試、驗(yàn)證與核查。制造商或開發(fā)人員可以把他們的產(chǎn)品劃入適當(dāng)?shù)腡RL，但是必須提供有效的證明，如令人滿意的數(shù)據(jù)和文件材料。相較于原來的DoD/NASA TRL，OS-TRL認(rèn)為在任何情況下所有的階段都要通過[6]。

2.2 OOI-TRL

美國國家科學(xué)基金會(huì)（National Science Foundation，NSF）的海洋觀測計(jì)劃（Ocean Observatories Initiative，OOI）將實(shí)施互動(dòng)的綜合海洋觀測網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和運(yùn)營。OOI將承擔(dān)沿海、區(qū)域和全球尺度的海洋觀測，OOI網(wǎng)絡(luò)用45個(gè)不同類型的傳感器，包括分布在太平洋和大西洋的超過800個(gè)傳感器來獲取數(shù)據(jù)，OOI成功的基礎(chǔ)是要采用有效的、可靠的現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備[5]。

因此，OOI項(xiàng)目的科學(xué)家和傳感器工作組進(jìn)一步完善了2008年海洋傳感器研討會(huì)的OS-TRL，用五級TRL評估各類OOI核心傳感器在采購和部署中的風(fēng)險(xiǎn)，定義的技術(shù)成熟度等級OOI-TRL1～OOI-TRL5。

2.2.1 OOI-TRL1

定義：概念驗(yàn)證和開發(fā)。

基本描述：這是最低水平的技術(shù)成熟度等級。在這個(gè)等級中，科學(xué)研究開始轉(zhuǎn)化為應(yīng)用研究和開發(fā)。應(yīng)用仍然是探索性的，尚沒有實(shí)驗(yàn)證明或詳細(xì)的分析來支持推測，包括分析研究和實(shí)驗(yàn)室研究，對獨(dú)立技術(shù)要素的分析預(yù)測進(jìn)行確確實(shí)實(shí)的驗(yàn)證。OOI--TRL1相當(dāng)于DoD/NASA TRL1～3。

2.2.2 OOI-TRL2

定義：研究樣機(jī)。

基本描述：基本技術(shù)部件與適當(dāng)?shù)默F(xiàn)實(shí)支持元素集成，使該技術(shù)可以在模擬環(huán)境中或相關(guān)環(huán)境中進(jìn)行測試。樣機(jī)儀器的成套設(shè)備用于收集技術(shù)研究過程中的數(shù)據(jù)或環(huán)境參數(shù)。OOI-TRL2相當(dāng)于DoD/NASA TRL4～6。

2.2.3 OOI-TRL3

定義：研究驗(yàn)證。

基本描述：技術(shù)還沒有商品化，但顯然超出了樣機(jī)階段。多個(gè)儀器的成套設(shè)備已經(jīng)組合并在要求的環(huán)境條件下長時(shí)間部署。現(xiàn)有的出版物證明了數(shù)據(jù)的科學(xué)效用。OOI-TRL3相當(dāng)于DoD/NASATRL7～8。

2.2.4 OOI-TRL4

定義：商品化。

基本描述：技術(shù)已被證明能在預(yù)期的使用環(huán)境中以最終形式工作。設(shè)備可以進(jìn)行商業(yè)化生產(chǎn)，并有相應(yīng)的支持材料（可更換部件，操作手冊等）。OOI-TRL4相當(dāng)于DoD/NASA TRL8。

2.2.5 OOI-TRL5

定義：業(yè)務(wù)化。

基本描述：商品化或研究證實(shí)的技術(shù)以其最終形式在持續(xù)的業(yè)務(wù)條件下得到實(shí)際應(yīng)用。獨(dú)立的第三方評價(jià)或應(yīng)用證明了可靠的長期野外運(yùn)行。OOI-TRL5相當(dāng)于DoD/NASA TRL9。

美國OOI對海洋監(jiān)測設(shè)備的技術(shù)成熟度評價(jià)方法，與2008年OS-TRL相比之下，在研究過程中增加了驗(yàn)證階段OOI-TRL3，要求獲得數(shù)據(jù)的科學(xué)應(yīng)用證明，無疑是對海洋監(jiān)測設(shè)備的技術(shù)轉(zhuǎn)化為商品提出了更高的要求。OOI-TRL雖然簡化了DoD/NASA TRL，但是在技術(shù)驗(yàn)證、商品化和最終業(yè)務(wù)化階段，都對設(shè)備的技術(shù)成熟度評價(jià)方法提出了明確規(guī)定，為綜合海洋觀測網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和有效的、可靠的運(yùn)營奠定了基礎(chǔ)。OOI-TRL對于海洋監(jiān)測設(shè)備研制和海洋觀測系統(tǒng)的技術(shù)管理都是值得借鑒的。

3 結(jié)束語

借鑒國外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合國內(nèi)的實(shí)際情況，推行技術(shù)成熟度評價(jià)方法和研制過程管理是海洋監(jiān)測設(shè)備自主產(chǎn)品創(chuàng)新發(fā)展的必然選擇。發(fā)達(dá)國家多年來的實(shí)踐表明，使用技術(shù)成熟度評價(jià)方法可以使科研管理的精確度和科學(xué)性得以有效提高，有效縮短研制周期、降低研制成本，技術(shù)發(fā)展和設(shè)備采辦過程的風(fēng)險(xiǎn)大大降低。采用技術(shù)成熟度等級等工具對技術(shù)成熟情況進(jìn)行科學(xué)的評判，以此保證技術(shù)管理的科學(xué)性，促進(jìn)海洋監(jiān)測設(shè)備研制目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，保證設(shè)備盡快應(yīng)用于業(yè)務(wù)化工作。通過建立一整套科學(xué)規(guī)范的技術(shù)管理程序、標(biāo)準(zhǔn)和工具，來加強(qiáng)海洋監(jiān)測設(shè)備的研制過程管理，必將有助于促進(jìn)海洋監(jiān)測技術(shù)的整體發(fā)展。

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