摘要：国防科技工业具有新技术多、技术难度大、研发周期长、经费投入高等特点,采用先进管理手段,提高装备研发管理水平,是确保国防装备研制项目成功的重要保障。本文介绍技术成熟度的基本概念和内涵,总结其在国内外国防领域的应用情况。以某航天工程为例,论述技术成熟度在该工程中的主要做法和经验,以促进其在装备研制项目管理中的应用和推广。
关键词：国防装备; 技术成熟度; 航天工程;
Application of technology maturity in management of national defense equipment R&D program:a case of an aerospace project
MA Kuan GONG Maohua ZHOU Shaopeng
China Academy of Aerospace Systems Science and Engineering
Abstract：
National Defense S&T industry has some characteristics such as a variety of new technologies,technical diffi culties,long R&D cycle and high investment funds. The use of advanced management approaches,to improve the management of equipment R&D program are the key to ensure the and success of the national defense equipment R&D program. This paper investigates the basic concept and connotation of technology maturity,and summarizes the application of technology maturity in the field of national defense,Bsaed on a case of an aerospace project,it discusses the main practices and experiences of technology maturity in the project. In conclusion, technology maturity can be operated and applied in the management of national defense equipment R&D program
Keyword：
defense equipment; technology maturity; aerospace project;
引言
现代装备研制项目具有新技术多、技术难度大、研发周期长、经费投入高等特点,在项目研发过程中,常面临“拖进度、降性能、涨费用”等问题。分析发现,项目中采用不成熟的技术,是导致上述问题的关键原因,因此,需要一套科学、规范的评估方法来审查技术的成熟状态,帮助管理者掌握技术攻关进展情况,了解技术距离预期目标的差距并及时发现项目研发中的风险。
技术成熟度的概念起源于美国航空航天局(NASA),20世纪90年代基本趋于成熟;进入21世纪后,在美国国防部、美国航空航天局、美国国家审计署、欧空局等机构得到了广泛应用,作为一种度量技术成熟程度和识别技术风险的工具,在管理与控制重大武器项目的技术风险方面,发挥着重要作用。近几年,技术成熟度也引起了我国总装、国防科工局、航天等机构的重视,在前期试点应用的基础上,正在积极推广使用。本文简要介绍了技术成熟度的基本概念和内涵,总结了其在国内外国防领域的应用情况。以某航天工程中技术成熟度应用实践为例,阐述了技术成熟度在装备研制项目中的应用经验,以促进技术成熟度在国防科技工业的应用与推广。
一、技术成熟度概念与内涵
技术成熟度(Technology Readiness Lev el,TRL),是指技术相对于某个具体系统或项目而言所处的发展状态,反映了技术对于预期目标的满足程度。它通过技术成熟度等级,分阶段描述了一项技术从萌芽状态到成功应用于系统的成熟过程,构建以一套度量和评测技术成熟状态的通用标准,可用于量化评价特定技术的成熟程度。美国航空航天局制定的技术成熟度等级共分9个级别,其中1级最低,9级最高,具体见表1。
表1 美国航空航天局对TRL定义
表1 美国航空航天局对TRL定义
以美国航空航天局的技术成熟度等级划分及定义为基础,结合我国航天工程技术特点,形成了本地化的技术成熟度定义,见表2。
表2 本地化技术成熟度定义
该定义将技术从认知基本原理到成功应用的成熟过程划分为4个阶段9个级别:原理和技术概念验证(TRL1-3)、技术攻关和演示验证(TRL4-6)、产品开发和验证(TRL7-8)、产品应用(TRL9)。
二、技术成熟度在国防装备研制中的应用情况
(一)国外情况
技术成熟度作为国防装备研制项目的重要管理工具,能够有效的降低技术、经费及管理的风险,因此,开展技术成熟度评估逐渐成为国外国防采办的强制程序。目前,技术成熟度在美国国防部(Do D)、美国审计局(GAO)、美国航空航天局(NASA)、英国国防部、法国国防部等机构等得到了广泛应用。
1. 美国国防部(Do D)
20世纪90年代,美国许多武器型号的研制过程出现经费严重超支、工期严重延误、性能下降,甚至中途下马的现象。美国审计署(GAO)在对大量成功的项目和出现严重问题的项目进行分析后,认为一些重要技术尚未成熟到一定程度就进入工程研制阶段,是导致项目出现严重问题的重要原因。为此,GAO建议国防部采用NASA的技术成熟度。在GAO的建议下,2003年美国国防部发布了《国防部技术成熟度评价指南》,并于第二年将技术成熟度评价写入《国防部采办指南》,要求在装备采办过程中使用技术成熟度方法。
美国国防部将技术熟练度(TRL)作为武器装备采办过程的重要评价工具和控制手段,要求在装备采办的各里程碑节点,开展技术成熟度评价。其中,采办过程的里程碑A之前,应达到TRL 4级(建议性要求);里程碑B之前,须达到TRL 6级(强制性要求);里程碑C之前达到TRL 7级(建议性要求),如图1所示。
图1 美国国防采办项目研制阶段与TRL等级要求
2. 美国审计署(GAO)
美国审计署每年向美国国会报告重大国防采办项目的进展情况,技术成熟度是其评价国防项目的关键准则之一。2003年,GAO采用TRL评价了26个国防项目,2006年52个,2007年62个,2008年72个。实施技术成熟度评价的采办项目逐年增长。其中,2007年评价的62个武器系统项目涉及投资额超过9500亿美元,占国防部武器采办计划15000亿美元的三分之二。
3. 其他机构
除上述情况外,英国国防部、法国国防部、加拿大国防部、澳大利亚国防部、北大西洋公约组织等都制定了应用技术熟练度(TRL)的政策和指南,尤其是国际标准化组织(ISO)制定了空间项目技术成熟度评价标准,有效促进了技术成熟度在国防领域,特别是航空航天领域的应用推广。
(二)国内情况
近年,技术成熟度在国外的广泛应用引起了我国总装备部、国防科工局、各军工集团管理层的关注,并在国防重大科技工程中得到了试点应用和逐步推广。
1. 总装备部
总装备部作为我国国防装备研制项目的重要管理部门,十分重视技术成熟度的应用工作。2010年,总装备部载人航天办公室编制了《载人航天工程技术成熟度评估规范》,内容包括技术成熟度评价准则、评价方法、评价组织和流程等。2012年,总装备部颁布了有关技术成熟度的相关法规,以提高科学管理与决策水平为目的,要求在装备预研项目验收时组织技术成熟度评价,同时建议在项目研制过程中根据需要组织技术成熟度评价。同年,颁布了《装备技术成熟度等级划分及定义》和《装备技术成熟度评价程序》两项顶层国家军用标准,制定了装备技术成熟度的等级定义及其评价工作的一般过程和方法。在上述两项国军标的基础上,陆续制定了航天器、飞机和直升机、航空发动机、电子信息系统等多类相关装备的技术成熟度评估指南,用于指导我国装备研制工作。
2. 航天
作为国内最早研究和应用技术成熟度的领域之一,我国航天领域制定了包括航天器、运载火箭在内的多项技术成熟度应用指南和规范。航天科技集团公司等发布了《航天型号技术风险与控制要求》,明确要求将技术成熟度作为航天型号技术风险识别与分析的方法之一,以提高管理决策的科学性,降低新技术在工程中的应用风险。结合我国航天装备研制程序,航天装备的研制阶段划分及其与技术成熟度(TRL)对应关系如表3所示。
表3 航天装备研制阶段与TRL等级对应关系
3. 其他
除上述情况外,国防科工局要求在项目指南编制、立项论证和项目验收时进行技术成熟度评价,并填报技术成熟度评价报告;我国在航空、舰船、兵器装备等领域都制定了相应的技术成熟度评价准则并推广使用。
三、在某航天工程中的应用实践
作为国内最早开展技术成熟度研究与应用的单位之一,航天系统院支撑航天科技集团公司及工程两总系统对某航天工程中实施了基于技术成熟度的创新管理工作。在对该工程进行管理时,技术成熟度首先作为一把尺子,评估工程中各项关键技术发展现状,明确工程各阶段目标,掌握现状与目标之间差距;其次,作为一种工具,事前策划各阶段攻关内容和要求,以此加强计划精细化管理,帮助改善进度和经费管理,促进关键技术攻关和工程整体协调发展。以下介绍技术成熟度在该工程中的实施过程及主要做法和经验。
(一)TRL在某航天工程中的实施过程
技术成熟度在某航天工程中实施过程的主要环节包括以下几个步骤:
1. 研究技术成熟度方法,编写评价指南和案例
为应对该航天工程中技术多样性的问题,以本地化的TRL准则为基础,制定了该工程中五大技术领域的TRL评价准则以及各领域典型关键技术的评价案例。在评价准则的基础上,形成了各级的评价检查单,用于具体开展关键技术成熟度评价工作,表4为TRL4级评价检查单。
表4 TRL4评价检查单
2. 方法研讨和培训
面向管理机关、两总系统、专家组、设计师系统,开展技术成熟度方法的研讨和培训工作。尤其是针对被评单位,专门召开了两次技术成熟度培训会,确保相关技术人员理解技术成熟度的定义与内涵,了解具体工作过程,并明确相关工作要求。
3. 开展TRL评价试点
选取了8家单位的9个项目进行了技术成熟度的评价试点。首先由被评单位开展技术成熟度的自评价,然后进行规范化检查,修改自评报告,再分专业组织专家评审,形成评价意见。
4. 推广使用
在试点评价基础上,由两总系统建立工程的技术分解结构TBS,共梳理出XX项关键技术。针对上述关键技术,对其技术关键程度进行评价和分类,并划分为A(核心)、B(关键)、C(一般)三类。最后,对工程中的关键技术进行TRL信息采集,建立工程的关键技术攻关数据库,采用分类管理方式,对筛选出的A类关键技术严格开展TRL评价,组织专家进行审查。
(二)主要做法与经验
为促进技术成熟度在该航天工程管理过程中发挥实际作用,航天系统科学与工程研究院进行了大量的有益探索,以下就相关工作做具体介绍。
1. 对关键技术实施差异化管理
在传统航天工程管理过程中,对关键技术的识别主要取决于主观经验的判断,因而造成关键技术概念比较模糊,一般只有“是”和“否”两种状态,没有对技术关键程度进行区分,因此,对不同关键程度的技术,缺乏明确的差异化管理要求;同时根据主观经验筛选出的关键技术的颗粒度一般比较大,对关键技术辨识不够细、不够深,可能导致关键技术识别不准或疏漏,给工程研制带来隐患。
在基于技术成熟度实施创新管理工作时,首先根据技术关键程度两要素——技术重要性和技术困难度,分别制定评估准则,并将技术关键程度分为A、B、C三个级别,见图2;然后建立该项航天工程的技术结构分解,由多位专家根据评价准则打分,综合得出技术关键程度;最后根据结果,对最高级别的关键技术严格管理。
采用新做法的好处主要体现在以下几个方面:一、辨识方法更加规范和量化,尽可能避免漏选或错选关键技术;二、不仅辨识了是不是关键技术,还对技术关键程度进行评价和分类;三、对不同关键程度的技术实施有区别的管理,管理更有针对性。
表5 技术关键程度评价准则
2. 对技术研发目标实施量化管理
在传统航天工程管理过程中,技术攻关过程存在总目标、阶段目标、年度目标,但是往往将“突破关键技术”等模糊的目标,作为研发目标或检查目标完成情况的要求。因而造成目标比较定性和模糊,不利于加强检查和管理,可能导致不够成熟的技术提前转段,给工程研制带来风险。
在基于技术成熟度实施创新管理工作时,结合航天工程规划,按照技术成熟度6级要求制定了技术研发的总目标,按照技术成熟度3、4和5级要求制定了详细的阶段目标。
上述做法的好处主要体现在采用技术成熟度进一步明确了航天工程的总目标、各阶段目标要求,目标更量化,便于考核,体现了量化管理的特点,管理更规范。
3. 对关键技术攻关开展精细化事前策划
在传统航天工程管理过程中,对关键技术的攻关策划主要是编写关键技术攻关策划报告,但通常该类攻关策划缺少一套规范化、系统化方法,来帮助设计师系统按照技术成熟规律策划技术路线和攻关工作。
在基于技术成熟度实施创新管理工作时,按照阶段目标的技术成熟度要求,从技术状态、集成状态、验证环境三个维度,事前策划一项技术跨越技术成熟度相应级别,需要开展的技术攻关工作和相应的要求;在攻关过程中,将技术攻关现状与阶段目标从三个维度的逼真度进行对照和分析,明确进展、差距和不足。该做法使得攻关路线更清晰、攻关工作更聚焦、要求更明确,一步一个台阶,体现了精细化管理的特点。
4. 对技术研发进展开展有效检查
在传统航天工程管理过程中,对技术研发进展的检查体现在三个方面:组织专家进行开题评审、阶段检查、结题验收。但该类做法不利于检查和发现问题,技术管理相对比较粗放。
在基于技术成熟度实施创新管理工作时,采用了技术成熟度对技术研发工作进行事前策划、事中检查和事后评估,主要从技术状态、集成状态、验证环境三个维度,对标事前策划的攻关工作和要求,逐项检查攻关工作,明确进展和差距,发现问题加强管理。
上述做法的好处是采用统一的一把尺子对技术研发进展进行评价,比较容易暴露问题,同时,有利于横向比较不同技术之间的进展差异、有利于纵向衡量技术与研发目标的差距,能够通过加强计划和进度管理,促进整个工程的整体协调发展。
四、结语
实施技术成熟度管理是加强我国装备研制项目科研管理的重要举措,是适应国防装备自主发展的客观要求。为促进技术成熟度在装备研制项目管理中的应用,建议从以下方面开展工作。一是,在工程中分步推动技术成熟度应用,从制定评价规范,开展评价试点,逐步上升到管理办法;二是,在技术成熟度评价规范方面,一般需先制定顶层的、通用的评价准则,再制定不同技术领域的评价准则;三是,在工程应用时,需理解技术成熟度各级别的特点与实质,将TRL各级别要求,转化为研发人员可以理解的评价细则,采用本工程领域的专门术语进行解读;四是,有必要对TRL方法进行深入学习、积累经验,在应用前接受TRL方法培训或者由TRL专业队伍对应用和评价过程进行支撑。目前,探索基于技术成熟度的国防装备项目研制管理方法,初步取得了一定成果,积累了一些经验,但是推动我国航天工程实施技术成熟度管理并取得最佳实践还有很大的探索空间。
参考文献
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