（中國(guó)航天系統(tǒng)科學(xué)與工程研究院，北京 100048）

1 引言

航天工程主要面臨兩方面風(fēng)險(xiǎn)：一是不成熟的技術(shù)；二是不成熟的制造能力。國(guó)外采用技術(shù)成熟度（TRL）和制造成熟度（MRL）評(píng)價(jià)方法，有助于管理和應(yīng)對(duì)這兩大風(fēng)險(xiǎn)。其中，TRL 起源于美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA），進(jìn)入21世紀(jì)以后，被美國(guó)國(guó)防部（DoD）、能源部（DoE）和問(wèn)責(zé)辦公室（GAO）等機(jī)構(gòu)廣泛使用。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)也開(kāi)展了TRL 研究和應(yīng)用，已經(jīng)制定了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、指南和法規(guī)，出版了相關(guān)著作［1］，在我國(guó)航天、航空等國(guó)防科技工業(yè)得到了應(yīng)用，其作用和價(jià)值已經(jīng)初步得到認(rèn)可。在TRL得到廣泛應(yīng)用的背景下，美國(guó)國(guó)防部制定了一種對(duì)制造能力和制造風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)的方法［2］——MRL。

本文首先介紹了美國(guó)MRL 方法的產(chǎn)生背景、基本內(nèi)容和采辦要求，分析了其應(yīng)用特點(diǎn)。從我國(guó)航天制造的特點(diǎn)和面臨的挑戰(zhàn)出發(fā)，論述MRL 在我國(guó)航天的應(yīng)用價(jià)值和局限性。立足國(guó)情，借鑒國(guó)外制定MRL的基本思路，研究提出了航天MRL方法，制定了航天MRL等級(jí)定義和各級(jí)評(píng)價(jià)檢查單，并提出了開(kāi)展航天MRL 研究應(yīng)用的相關(guān)建議，以期推動(dòng)航天工程制造風(fēng)險(xiǎn)管理和制造能力提升。

2 美國(guó)國(guó)防部的MRL方法

美國(guó)國(guó)防部提出MRL 的概念主要有兩個(gè)背景：一是在美國(guó)眾多出現(xiàn)嚴(yán)重問(wèn)題的航天和國(guó)防采辦項(xiàng)目中，制造問(wèn)題和制造風(fēng)險(xiǎn)成為重要原因之一。例如，美國(guó)NASA 對(duì)1960至2000年間，50個(gè)太空系統(tǒng)的失敗原因進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)在眾多導(dǎo)致系統(tǒng)失敗的原因中，生產(chǎn)制造以及對(duì)生產(chǎn)制造的試驗(yàn)驗(yàn)證是僅次于設(shè)計(jì)的第二大失敗要素［3］；此外，根據(jù)美國(guó)問(wèn)責(zé)辦公室的報(bào)告［4］，在國(guó)防采辦項(xiàng)目的關(guān)鍵決策點(diǎn)，缺乏制造知識(shí)是導(dǎo)致項(xiàng)目“漲經(jīng)費(fèi)”和“拖進(jìn)度”的重要原因。二是過(guò)去國(guó)防采辦項(xiàng)目一般采用生產(chǎn)就緒評(píng)審和制造能力評(píng)審等方法對(duì)制造狀態(tài)和風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，但是這種評(píng)審缺乏統(tǒng)一的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，而且通常在項(xiàng)目研制的后期開(kāi)展，在項(xiàng)目研制前期缺少對(duì)制造的評(píng)價(jià)。

因此，在TRL得到廣泛應(yīng)用的背景下，美國(guó)國(guó)防部針對(duì)在采辦項(xiàng)目中如何評(píng)價(jià)制造能力和管理制造風(fēng)險(xiǎn)，尤其提前識(shí)別和規(guī)避進(jìn)入批生產(chǎn)階段以后的制造風(fēng)險(xiǎn)，制定了MRL 評(píng)價(jià)指南［2］，并且在國(guó)防采辦項(xiàng)目管理中推行。

2.1 MRL的等級(jí)劃分及術(shù)語(yǔ)解釋

MRL用來(lái)表示項(xiàng)目中關(guān)鍵制造的成熟程度，它量化反映了制造能力對(duì)于項(xiàng)目目標(biāo)的滿足程度。MRL等級(jí)，是對(duì)制造成熟程度進(jìn)行度量和評(píng)測(cè)的一種標(biāo)準(zhǔn)。MRL 劃分為10個(gè)等級(jí)，隨著制造成熟度等級(jí)的提高，制造能力需要逐步在更加逼真的生產(chǎn)環(huán)境中完成驗(yàn)證。它涵蓋了從提出制造概念到形成批量生產(chǎn)和精益化生產(chǎn)能力的全過(guò)程，體現(xiàn)了從研制到生產(chǎn)的一般發(fā)展過(guò)程。美國(guó)國(guó)防部的MRL 等級(jí)劃分及各級(jí)定義見(jiàn)表1。

表1 美國(guó)國(guó)防部的MRL等級(jí)劃分及定義Table 1 Definitions of MRLs of DoD

2.2 MRL的評(píng)價(jià)要素和各采辦階段的要求

MRL主要通過(guò)系統(tǒng)梳理9大制造要素，評(píng)價(jià)識(shí)別MRL級(jí)別。這9大制造要素分別是技術(shù)和工業(yè)基礎(chǔ)、設(shè)計(jì)、成本和投資、材料、工藝能力和控制、質(zhì)量管理、制造人員、設(shè)施、制造管理。一些制造要素還可以繼續(xù)細(xì)分為若干制造風(fēng)險(xiǎn)子要素，如表2所示。

表2 美國(guó)國(guó)防部的MRL評(píng)價(jià)要素Table 2 MRL threads and sub-threads

續(xù)表

在MRL評(píng)價(jià)要素的基礎(chǔ)上，美國(guó)國(guó)防部進(jìn)一步制定了9大制造要素在各個(gè)MRL 級(jí)別的具體要求［2］，這些要求體現(xiàn)了MRL 各級(jí)別的成熟特征和不同級(jí)別的差異，是制定MRL 檢查單，進(jìn)而評(píng)價(jià)MRL時(shí)的重要依據(jù)。

美國(guó)國(guó)防部要求［4］，在采辦項(xiàng)目的A、B、C三個(gè)里程碑決策點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)工程技術(shù)評(píng)審并建立與制造相關(guān)的成功標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)展MRL 評(píng)價(jià)，識(shí)別制造風(fēng)險(xiǎn)，制定制造成熟計(jì)劃。各采辦決策點(diǎn)對(duì)MRL和TRL級(jí)別的要求如圖1所示。

圖1 美國(guó)國(guó)防采辦項(xiàng)目階段與成熟度級(jí)別要求Fig.1 Relationship of MRLs to system milestones，TRLs，and technical reviews

2.3 制造成熟度與技術(shù)成熟度和產(chǎn)品成熟度的關(guān)聯(lián)關(guān)系

從圖1可以看出，MRL 與TRL 這兩個(gè)概念的相關(guān)性很強(qiáng)，類似“手拉手”的關(guān)系。一般情況下，制造準(zhǔn)備的進(jìn)展情況取決于TRL 和設(shè)計(jì)穩(wěn)定狀態(tài)，如果產(chǎn)品技術(shù)或設(shè)計(jì)不穩(wěn)定，制造成熟就無(wú)從談起。同時(shí)，驗(yàn)證技術(shù)成熟所需的技術(shù)載體需要通過(guò)制造來(lái)完成，制造工藝達(dá)不到要求，技術(shù)同樣無(wú)法成熟。因此，對(duì)每一級(jí)的MRL 都包含了相應(yīng)一級(jí)的TRL要求，即TRL 是MRL 的先決條件。但二者側(cè)重點(diǎn)不同，TRL 注重設(shè)計(jì)過(guò)程，強(qiáng)調(diào)通過(guò)技術(shù)載體的試驗(yàn)驗(yàn)證形成設(shè)計(jì)基線，但技術(shù)載體的制造過(guò)程，實(shí)際上處于黑箱狀態(tài)。MRL 關(guān)注技術(shù)向產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化過(guò)程，關(guān)注在相應(yīng)的TRL 時(shí)，產(chǎn)品制造對(duì)工藝、設(shè)備、成本等的相關(guān)要求。它著眼于將設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為最終產(chǎn)品的制造工藝和制造系統(tǒng)的成熟程度，從制造的視角提供了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和衡量準(zhǔn)則，對(duì)制造技術(shù)、系統(tǒng)或分系統(tǒng)的成熟度進(jìn)行評(píng)價(jià)，系統(tǒng)梳理制造和生產(chǎn)過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)因素，可在項(xiàng)目制造風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與管理方面發(fā)揮作用。

產(chǎn)品成熟度主要針對(duì)航天單機(jī)產(chǎn)品，它吸收了TRL和MRL的相關(guān)理念，研究產(chǎn)品從立項(xiàng)到生產(chǎn)定型的整個(gè)過(guò)程，強(qiáng)調(diào)從試樣（正樣）到生產(chǎn)定型之間的反復(fù)迭代［5］。產(chǎn)品成熟度是TRL 和MRL 的綜合集成，但注重產(chǎn)品重復(fù)生產(chǎn)使用和定型改進(jìn)。TRL和MRL相對(duì)來(lái)說(shuō)對(duì)設(shè)計(jì)和制造更具針對(duì)性，對(duì)研制的早期階段也給予了較多的關(guān)注，也適用于對(duì)預(yù)研項(xiàng)目成熟度的評(píng)估。產(chǎn)品的成熟離不開(kāi)技術(shù)的成熟和制造的成熟，或者說(shuō)只有當(dāng)技術(shù)成熟和制造成熟到一定程度才有產(chǎn)品的成熟。

3 美國(guó)MRL在我國(guó)航天的應(yīng)用價(jià)值和局限性分析

1）我國(guó)航天的制造特點(diǎn)和面臨的挑戰(zhàn)

我國(guó)航天制造從生產(chǎn)批量方面可以分為兩類：第一類是以單件或小批量生產(chǎn)為主的制造，例如戰(zhàn)略武器、運(yùn)載火箭、衛(wèi)星、飛船和探測(cè)器；第二類是以形成批量生產(chǎn)能力為主要特點(diǎn)的制造，例如戰(zhàn)術(shù)武器。制造特點(diǎn)也可以分為兩類：一類是以制造難度大為主要特點(diǎn)；另一類是以批生產(chǎn)難度大為主要特點(diǎn)。

我國(guó)航天工業(yè)在制造能力建設(shè)方面已經(jīng)取得了一定的成就，但是航天制造仍然面臨一些挑戰(zhàn)，主要有3個(gè)方面：①產(chǎn)品能否制造出來(lái)的挑戰(zhàn)，即采用已有或新的制造技術(shù)、工藝和設(shè)備，能否制造出性能穩(wěn)定的產(chǎn)品；②產(chǎn)品能否實(shí)現(xiàn)批產(chǎn)的挑戰(zhàn)，即對(duì)有批產(chǎn)能力要求的產(chǎn)品，能否建立起現(xiàn)代化的生產(chǎn)線，更好地滿足批生產(chǎn)的要求；③如何促進(jìn)和監(jiān)督制造技術(shù)成熟的挑戰(zhàn)，尤其是缺乏對(duì)制造技術(shù)的成熟狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)、分級(jí)和監(jiān)督的方法。

2）MRL在我國(guó)航天的應(yīng)用價(jià)值

MRL 可以發(fā)揮兩個(gè)方面的作用：一是通過(guò)MRL評(píng)價(jià)可以促進(jìn)航天制造能力提升，幫助工程研制隊(duì)伍和管理部門更加客觀、量化地掌握制造能力發(fā)展情況，找出制造能力的短板和制約制造能力提升的瓶頸，通過(guò)制定制造成熟計(jì)劃，促進(jìn)問(wèn)題解決，加速制造能力提升，為航天制造能力提升機(jī)制建設(shè)提供幫助；二是通過(guò)MRL 評(píng)價(jià)可以加強(qiáng)航天工程的制造風(fēng)險(xiǎn)管理，可以更系統(tǒng)、更規(guī)范化、更量化地檢查和評(píng)價(jià)航天工程在制造技術(shù)和制造能力方面已經(jīng)具備的基礎(chǔ)、存在的問(wèn)題和風(fēng)險(xiǎn)，通過(guò)明確預(yù)研和工程研制各階段的準(zhǔn)入和準(zhǔn)出的MRL 等級(jí)要求，實(shí)現(xiàn)用“小資金”和“小時(shí)間”化解“大預(yù)算”和“拖進(jìn)度”的風(fēng)險(xiǎn)，提高管理效益。

3）直接采用國(guó)外MRL方法存在的問(wèn)題

通過(guò)前文分析可知，美國(guó)國(guó)防部的MRL 方法主要關(guān)注以形成批生產(chǎn)能力為特點(diǎn)的制造。美國(guó)NASA主要關(guān)注能否制造出單件、小批量產(chǎn)品的技術(shù)能力，采用TRL進(jìn)行評(píng)價(jià)。我國(guó)航天產(chǎn)品的類型跨度大，兼有以上兩種制造的特點(diǎn)。如果直接采用美國(guó)國(guó)防部的MRL對(duì)制造技術(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)，對(duì)于單件、小批量生產(chǎn)、制造難度大為主的制造類型不能直接適用。如果直接采用TRL對(duì)制造技術(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)，不能突出制造成熟的特點(diǎn)。因此，需要結(jié)合我國(guó)航天制造的特點(diǎn)進(jìn)行創(chuàng)新，構(gòu)建相應(yīng)的航天MRL方法。

4 構(gòu)建我國(guó)航天MRL方法

基于對(duì)美國(guó)國(guó)防部的MRL 方法及其適用性分析，融合NASA 采用的TRL方法，面向我國(guó)航天工程構(gòu)建MRL方法，主要介紹航天MRL等級(jí)定義和各級(jí)MRL評(píng)價(jià)檢查單。

4.1 航天MRL等級(jí)定義及有關(guān)術(shù)語(yǔ)解釋

航天MRL定義如表3所示。涵蓋了研制和批生產(chǎn)兩個(gè)階段。在研制階段，MRL重點(diǎn)關(guān)注能否制造出性能穩(wěn)定的產(chǎn)品，同時(shí)逐步考慮將來(lái)批生產(chǎn)的問(wèn)題；在批生產(chǎn)階段，MRL重點(diǎn)關(guān)注生產(chǎn)能力是否滿足要求，同時(shí)也解決研制階段對(duì)制造認(rèn)識(shí)不足的問(wèn)題。

表3 航天MRL等級(jí)定義Table 3 Definitions of MRLs for Chinese space industry

4.2 MRL評(píng)價(jià)檢查單

MRL評(píng)價(jià)檢查單，是用于對(duì)制造對(duì)象具體開(kāi)展MRL評(píng)價(jià)的規(guī)范檢查單，依據(jù)MRL各級(jí)定義、內(nèi)涵和要求制定，是確定制造對(duì)象成熟度等級(jí)的準(zhǔn)則和依據(jù)，它的檢查項(xiàng)囊括了各級(jí)實(shí)現(xiàn)制造成熟目標(biāo)所需完成的基本任務(wù)。檢查單具有通用性，不針對(duì)被評(píng)價(jià)的具體關(guān)鍵制造技術(shù)，但它是制定具體被評(píng)價(jià)關(guān)鍵制造技術(shù)評(píng)價(jià)細(xì)則的基礎(chǔ)。例如，MRL 3級(jí)的評(píng)價(jià)檢查單見(jiàn)表4。

表4 MRL3級(jí)評(píng)價(jià)檢查單Table 4 Assessment checklist for MRL 3

5 我國(guó)航天開(kāi)展MRL研究和應(yīng)用的建議

完善我國(guó)航天MRL 方法并發(fā)揮實(shí)際作用，需要一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程。本文在此介紹我國(guó)航天開(kāi)展MRL研究和應(yīng)用的建議。

1）繼續(xù)完善航天MRL評(píng)價(jià)方法

美國(guó)從開(kāi)始研究成熟度方法到首次出版《制造成熟度手冊(cè)》［2］，歷時(shí)6年。MRL 方法是一套針對(duì)制造風(fēng)險(xiǎn)和制造能力的系統(tǒng)管理方法?？v向看，它貫穿了從產(chǎn)生制造需求到形成批產(chǎn)能力的制造成熟全過(guò)程；橫向看，它包括了從基礎(chǔ)設(shè)施、工藝方法、材料與設(shè)備供應(yīng)到質(zhì)量控制和成本管理等各個(gè)制造成熟相關(guān)領(lǐng)域。一方面，結(jié)合我國(guó)航天制造特征，對(duì)MRL過(guò)程進(jìn)行量化分級(jí)并輻射到各個(gè)相關(guān)制造領(lǐng)域，是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程；另一方面，制定有效的應(yīng)用模式和流程，對(duì)完善與推廣成熟度方法的應(yīng)用有重要作用。因此，有必要在吸收國(guó)外研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際，進(jìn)一步梳理包括制造要素在內(nèi)的級(jí)別特征，研究各級(jí)MRL 評(píng)價(jià)檢查單等，完善航天MRL的量化評(píng)價(jià)方法，使之科學(xué)有效。

2）研究制定我國(guó)航天MRL評(píng)價(jià)規(guī)范

美國(guó)的《制造成熟度手冊(cè)》已經(jīng)出版并持續(xù)修訂更新多次，對(duì)MRL方法的完善、推廣與應(yīng)用起到了重要作用。MRL作為一種通用的制造能力量化分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，必須具備一定的統(tǒng)一性，才能用于制造信息溝通，發(fā)揮不同制造對(duì)象間的級(jí)別對(duì)比作用。有必要通過(guò)學(xué)習(xí)、借鑒和融合美國(guó)國(guó)防部和NASA 的成熟度方法，根據(jù)不同產(chǎn)品的制造和批產(chǎn)特點(diǎn)，突出制造成熟的特征，形成統(tǒng)一的、適用我國(guó)航天的MRL方法和規(guī)范。

3）結(jié)合重大航天工程開(kāi)展MRL應(yīng)用試點(diǎn)

理論結(jié)合實(shí)踐，才能得到檢驗(yàn)與提升。在初步具備MRL方法之后，結(jié)合重大航天工程開(kāi)展MRL應(yīng)用試點(diǎn)，一方面檢驗(yàn)其作用，另一方面根據(jù)實(shí)際工作中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化與完善，確保該方法能夠真正為工程管理、技術(shù)管理、風(fēng)險(xiǎn)管理提供支撐。建議選取MRL 評(píng)價(jià)試點(diǎn)的原則：一是制造難度大；二是生產(chǎn)能力急需提升；三是覆蓋復(fù)合材料結(jié)構(gòu)、金屬材料結(jié)構(gòu)、光機(jī)電一體化、電子元器件等主要制造類型。

4）逐步建立起MRL評(píng)價(jià)和提升機(jī)制

在航天產(chǎn)品和重大工程中，開(kāi)展對(duì)關(guān)鍵制造技術(shù)（含批產(chǎn)能力）的分析與識(shí)別工作。提出型號(hào)和重大工程主要研發(fā)階段關(guān)鍵制造技術(shù)的成熟度要求，作為轉(zhuǎn)階段的重要條件之一，并在轉(zhuǎn)階段時(shí)進(jìn)行MRL評(píng)價(jià)。在評(píng)價(jià)基礎(chǔ)上，確定成熟度發(fā)展目標(biāo)，制定制造成熟計(jì)劃，逐步建立完善的成熟度提升機(jī)制，加速航天制造能力提升。

6 結(jié)束語(yǔ)

TRL 和MRL 評(píng)價(jià)方法具有重要的應(yīng)用價(jià)值［6］，有助于應(yīng)對(duì)航天工程面臨的兩大風(fēng)險(xiǎn)，促進(jìn)國(guó)家科技計(jì)劃項(xiàng)目管理［7］，是航天系統(tǒng)工程在理論方法上的新拓展與應(yīng)用。目前，通過(guò)總結(jié)國(guó)外經(jīng)驗(yàn)，支撐相關(guān)單位在重大專項(xiàng)工程中探索基于MRL 的研制管理方法研究和應(yīng)用，已經(jīng)取得了一定成果，積累了部分經(jīng)驗(yàn)，但推動(dòng)我國(guó)航天工程實(shí)施成熟度管理并形成最佳實(shí)踐還具有很大的探索空間。

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