基于TRL的航發(fā)線束研制管理

林殿夫，于慧敏，陳宏超，李 聰，夏赫蓬

(沈陽興華航空電器有限責(zé)任公司，遼寧沈陽，110144)

1 引言

技術(shù)成熟度(Technology Readiness Level,簡稱TRL)是評價技術(shù)的成熟程度的量化系統(tǒng)，為開展技術(shù)成熟度評價(Technology Readiness Assessment,簡稱TRA)做鋪墊，是對研制流程中的技術(shù)風(fēng)險進(jìn)行識別、評估、分析。美國國家審計局就曾發(fā)表報告指出：美國國防部在項目采辦過程中應(yīng)用的新技術(shù)的成熟度較低，研制項目承受的風(fēng)險較大，大多數(shù)武器系統(tǒng)開發(fā)失敗的主要原因在于將不成熟技術(shù)應(yīng)用于武器系統(tǒng)[1]。在一些航空發(fā)動機(jī)線束中，各元器件、防護(hù)材料的技術(shù)已日趨成熟，但在線束層級上仍有不確定因素，因此TRA是十分必要和迫切的。

2 TRL的發(fā)展現(xiàn)況

2.1 TRL的起源與內(nèi)容

國際上對技術(shù)成熟度的探索始于20世紀(jì)70年代，由美國NASA在航空領(lǐng)域中正式提出并應(yīng)用。技術(shù)成熟度等級的評價工作即是對裝備技術(shù)的成熟程度進(jìn)行評價的一套方法、流程和程序。它能及時識別技術(shù)的成熟程度，是裝備技術(shù)開發(fā)者的評估手段，同時也是科研型號管理工作中普遍采取的評估方法，是確保型號研制能夠支持里程碑節(jié)點(diǎn)的重要工具。

2.2 TRL在國內(nèi)的發(fā)展情況

TRL是“舶來品”，此前在西方已得到長期發(fā)展，而在我國航空裝備的領(lǐng)域中尚處于起步階段。在大力投入自主創(chuàng)新研究的進(jìn)程中，科研人員正面臨著諸多不確定因素，TRL已經(jīng)成為制約航空裝備發(fā)展的關(guān)鍵因素之一。我國于2012年相繼頒布了GJB 7688-2012《裝備技術(shù)成熟度等級劃分及定義》和GJB 7689-2012《裝備技術(shù)成熟度評價程序》，由于國內(nèi)研制流程與技術(shù)狀態(tài)管理和西方國家存在顯著差異，航空發(fā)動機(jī)線束也與整機(jī)、系統(tǒng)級裝備存在差異，因此在開展各個配套層級產(chǎn)品的TRA工作時，必須在充分理解TRL內(nèi)涵的基礎(chǔ)上，植根于實際情況，因地制宜，切記生搬硬套。

3 TRL的適用范圍

一部分人認(rèn)為，TRL等同于項目的風(fēng)險評估，其實不然。TRL只是幫助識別項目中的一些技術(shù)風(fēng)險區(qū)域，但風(fēng)險評估不僅限于技術(shù)領(lǐng)域，例如在航發(fā)線束產(chǎn)品中元器件、原材料所需要的采購資金和采購周期，而且風(fēng)險等級也須綜合考量風(fēng)險發(fā)生的概率，例如Q/FDL-127發(fā)動機(jī)線束的技術(shù)危害嚴(yán)重程度達(dá)20，但發(fā)生概率僅為0.2，故風(fēng)險評估指數(shù)=20×0.2=4，屬于D級風(fēng)險，可以為用戶接受。但TRL并不考慮產(chǎn)生后果的概率，因此TRL僅能夠作為分析風(fēng)險的參考與依據(jù)之一。

還有一部分人認(rèn)為，TRL評價可以取代設(shè)計評審，其實不然。TRL是衡量技術(shù)等級的一個要素[2]，更偏重于宏觀，僅可作為項目經(jīng)理的管理工具，但設(shè)計評審更偏重于技術(shù)細(xì)節(jié)，針對航發(fā)線束所涉及的一切具體技術(shù)問題需要進(jìn)行全盤的剖析。同時，TRA的輸出結(jié)果TRL僅僅是線束產(chǎn)品的一種技術(shù)狀態(tài)，而設(shè)計評審還要求其為后續(xù)研制計劃和改進(jìn)辦法。

4 TRL的等級劃分

4.1 美國NASA的TRL標(biāo)準(zhǔn)

美國NASA將航天領(lǐng)域的技術(shù)成熟度劃分為9個級別，如下所述：

(1)基本原理被發(fā)現(xiàn)和被報告：科學(xué)理論開始轉(zhuǎn)向應(yīng)用研究；

(2)技術(shù)概念和用途被闡明：理論是推測性的，尚未經(jīng)過詳細(xì)設(shè)計分析和驗證；

(3)關(guān)鍵功能和特性的概念驗證：開始應(yīng)用研究，開展實驗室研究，硬件包括未集成的部件；

(4)實驗室環(huán)境下的基礎(chǔ)部件/原件樣機(jī)驗證：與最終系統(tǒng)采用的部件相比，部件“保真度”較低；

(5)相關(guān)環(huán)境下的部件/原理樣機(jī)驗證：部件試驗環(huán)境達(dá)到“高保真度”；

(6)相關(guān)環(huán)境下的系統(tǒng)/子系統(tǒng)模型或樣機(jī)驗證：系統(tǒng)在“高保真度”的實驗室環(huán)境或仿真的作戰(zhàn)環(huán)境下進(jìn)行試驗；

(7)模擬使用環(huán)境下的原型機(jī)驗證：原型機(jī)在模擬作戰(zhàn)環(huán)境下驗證；

(8)系統(tǒng)完成技術(shù)試驗和驗證：系統(tǒng)研制階段結(jié)束；

(9)系統(tǒng)完成使用驗證：系統(tǒng)以其最終的形式在作戰(zhàn)試驗中得到驗證。

4.2 我國航發(fā)裝備的TRL標(biāo)準(zhǔn)

我國航發(fā)系統(tǒng)在開展TRA時，結(jié)合自身特點(diǎn)細(xì)化了每個等級的判定依據(jù)，其內(nèi)容一般如下：

(1)基本原理提出和發(fā)現(xiàn)；

(2)技術(shù)應(yīng)用研究；

(3)完成概念驗證，如葉柵試驗、燃燒室頭部試驗等；

(4)完成模擬部件試驗，如壓氣機(jī)性能試驗，燃燒室扇形試驗；

(5)完成部件/核心機(jī)試驗，指全尺寸、全狀態(tài)部件試驗；

(6)完成系統(tǒng)水平驗證，驗證機(jī)試驗，包括驗證機(jī)高空臺試驗；

(7)完成飛行試驗驗證；

(8)發(fā)動機(jī)定型/取證；

(9)完成使用驗證。

5 TRL在航發(fā)線束中的實施

5.1 航發(fā)線束TRL的內(nèi)涵

如今，整機(jī)線束互聯(lián)系統(tǒng)(簡稱EWIS)已上升為系統(tǒng)級別，但航發(fā)線束仍處于附件級別，因此筆者認(rèn)為后者有必要在TRA的廣度上展開更多，材料、設(shè)計、工藝、加工、專利商標(biāo)等方面都屬于廣義上的技術(shù)范疇。因此，上述指標(biāo)納入TRA工作是較為合理的，具體結(jié)合企業(yè)實際進(jìn)行剪裁；此外，航發(fā)線束主要由連接器、尾部附件、導(dǎo)線、護(hù)套以及其它結(jié)構(gòu)件組成，這些附件的技術(shù)是否成熟可靠也影響著航發(fā)線束的技術(shù)成熟度；航發(fā)線束及其附件經(jīng)過理論驗證、試驗室驗證、隨系統(tǒng)驗證、隨整機(jī)驗證，是評定TRL的關(guān)鍵性標(biāo)志。

圖1 航發(fā)線束TRA的三個維度

同時，由于航發(fā)線束直接配套給航空發(fā)動機(jī)，因此為與航空發(fā)動機(jī)的TRA實現(xiàn)技術(shù)對接，航發(fā)線束的TRA標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)與航發(fā)看齊，近似等同于或略高于4.2章所述的各級別標(biāo)準(zhǔn)，使之可行。

5.2 實施航發(fā)線束TRA的時機(jī)

圖2 航發(fā)線束TRA工作開展時間示意圖

航發(fā)線束的重要性不言而喻，相關(guān)的TRA工作開展得越早越好，最佳效果是將技術(shù)問題提前暴露，以降低技術(shù)問題帶來的風(fēng)險和影響，確保產(chǎn)品的設(shè)計與制造規(guī)范化。在項目立項論證階段和重要里程碑式節(jié)點(diǎn)之前均應(yīng)分別開展TRA工作，涉及產(chǎn)品重大的結(jié)構(gòu)狀態(tài)變更時也應(yīng)根據(jù)具體情況開展，并將TRA的結(jié)果納入到相關(guān)評審結(jié)論中。另外，在生產(chǎn)定型階段還應(yīng)開展制造成熟度評價(簡稱MRA)。

5.3 航發(fā)線束TRA的流程

航發(fā)線束的研制單位可視情組建技術(shù)成熟度評價的機(jī)構(gòu)，可由領(lǐng)導(dǎo)小組、工作小組、評審小組等組成，TRA的具體流程如下：

(1)在項目立項之前，由技術(shù)負(fù)責(zé)人編制航發(fā)線束的技術(shù)路線圖，設(shè)定以TRL為指標(biāo)的階段目標(biāo)[3]；

(2)工作小組提出技術(shù)成熟度評價的申請，技術(shù)負(fù)責(zé)人自述項目來源、應(yīng)用背景、研制進(jìn)展等情況，最核心的內(nèi)容是完成技術(shù)結(jié)構(gòu)分解，識別出航發(fā)線束在設(shè)計、制造中的關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)，并自行評估等級；

(3)評審小組對關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析、評價，形成意見，最終確定該項目的TRL等級。評審形式不限，企業(yè)可針對某型號線束組織專項評審，也可定期集中組織多個型號線束的TRL評審；

(4)隨著對該技術(shù)研究的深入以及技術(shù)應(yīng)用產(chǎn)品的更新?lián)Q代，TRL會呈現(xiàn)動態(tài)變化，工作小組應(yīng)建立全周期的管理機(jī)制。

5.4 航發(fā)線束TRA的計算方法

TRA工作應(yīng)設(shè)置評審專家組，專家人數(shù)不宜過少，以降低偶然性。由于各位評審專家的研究方向不同，可根據(jù)某專家在航發(fā)線束領(lǐng)域的權(quán)威性標(biāo)定其權(quán)重值，權(quán)重值的標(biāo)定應(yīng)考量其研究貢獻(xiàn)、業(yè)內(nèi)口碑等。

為滿足技術(shù)對接的需求，航發(fā)線束的TRL各級別評價標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)以我國航發(fā)裝備的TRL標(biāo)準(zhǔn)為主體，但具體還應(yīng)結(jié)合該線束產(chǎn)品的配套等級以及其配套系統(tǒng)的頂層文件內(nèi)容而制定，參考技術(shù)項目管理模型(TPMM)等工具。

5.5 航發(fā)線束TRA的重點(diǎn)

航發(fā)線束的用途多種多樣，使用環(huán)境數(shù)不勝數(shù)，具有很強(qiáng)的獨(dú)特性、復(fù)雜性、專業(yè)性，客觀上給航發(fā)線束的TRA工作帶來一定難度，對此提出如下工作重點(diǎn)：

(1)建立TRL制度與標(biāo)準(zhǔn)體系，切實將TRA工作與已有的研制流程相融合，使TRA能夠真正發(fā)揮作用，提升企業(yè)對航發(fā)線束的風(fēng)控能力與科研能力，未進(jìn)行TRA的項目限制參與立項論證；

(2)建設(shè)專家評審團(tuán)隊，TRL在國內(nèi)的應(yīng)用尚未完全普及，除了挖掘本企業(yè)內(nèi)的TRA人才庫，還可聘用第三方機(jī)構(gòu)，組建一支既熟悉航發(fā)線束技術(shù)特點(diǎn)又明晰技術(shù)成熟度管理方法的TRA隊伍，用以支撐評價；

(3)注意TRL的使用范圍，例如技術(shù)成熟度不等同于技術(shù)的成熟。一項在特定系統(tǒng)中應(yīng)用的具有較高成熟度的技術(shù)在用于另一種系統(tǒng)中使可能不夠成熟[4]；

(4)目前基于模型的系統(tǒng)工程(簡稱MBSE)已成為科研領(lǐng)域的一種發(fā)展趨勢，將TRL應(yīng)用于線束研發(fā)企業(yè)的技術(shù)譜系和產(chǎn)品譜系，可使航發(fā)線束的相關(guān)技術(shù)得到量化，使技術(shù)狀態(tài)更加明晰，為MBSE的應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。

6 TRA在航發(fā)線束中的演示案例

針對在研的某航發(fā)線束，分析和整理其技術(shù)狀態(tài)，以開展TRA工作。以下為TRA對照檢查表，作為TRA評審的依據(jù)。

TRA 對照檢查表

7 總結(jié)

航發(fā)線束產(chǎn)品的研制周期長，復(fù)雜程度和成本耗費(fèi)也越來越高，本文結(jié)合TRL與TRA在近年在航發(fā)、航空、航天等科研領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀，針對航發(fā)線束的技術(shù)成熟度進(jìn)行闡述和分析，提出了航發(fā)線束產(chǎn)品研制中TRL的一種管理方法模型，并提供了某航發(fā)線束的TRA對照檢查案例，以更加明確TRA的流程管理，航發(fā)線束的科研管理者可以此為參考。只有明確技術(shù)成熟度等級，才可加快航空發(fā)動機(jī)線束的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。