劉曉松，王桂華，劉慶東，賈淑芝，史妍妍

（中國航發(fā)沈陽發(fā)動(dòng)機(jī)研究所，沈陽110015）

航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)成熟度評價(jià)方法應(yīng)用研究

劉曉松，王桂華，劉慶東，賈淑芝，史妍妍

（中國航發(fā)沈陽發(fā)動(dòng)機(jī)研究所，沈陽110015）

為提升中國航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制項(xiàng)目中技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)的管控能力，支撐項(xiàng)目決策，根據(jù)中國航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制特點(diǎn)，結(jié)合國外技術(shù)成熟度評價(jià)的成功經(jīng)驗(yàn)，提出了1套適用于中國航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制的技術(shù)成熟度評價(jià)方法，重點(diǎn)針對航空發(fā)動(dòng)機(jī)全生命研制周期內(nèi)的技術(shù)成熟度等級控制要求、關(guān)鍵技術(shù)元素的識別方法、技術(shù)成熟度等級評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)成熟度評價(jià)工具等方面進(jìn)行了介紹。通過選取典型項(xiàng)目作為試點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)證，證明該方法有效、可行，能夠?qū)崿F(xiàn)項(xiàng)中技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)的識別與管控,為中國航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制中技術(shù)成熟度評價(jià)方法的應(yīng)用提供借鑒。

技術(shù)成熟度；關(guān)鍵技術(shù)元素；技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)；航空發(fā)動(dòng)機(jī)

0 引言

技術(shù)成熟度評價(jià)方法是1種基于技術(shù)發(fā)展成熟規(guī)律、采用標(biāo)準(zhǔn)化測量等級對技術(shù)成熟度程度進(jìn)行測評的系統(tǒng)化過程和程序。該方法確定的技術(shù)成熟度能夠有效地反映單項(xiàng)技術(shù)相對于某個(gè)項(xiàng)目的預(yù)期目標(biāo)的滿足程度[1-2]。20世紀(jì)80年代末，該方法由美國NASA在航天技術(shù)領(lǐng)域率先提出入并使用；1999年，美國國防部引入該方法，并在其項(xiàng)目采辦中推廣應(yīng)用[3]。目前，技術(shù)成熟度評價(jià)方法已成為歐美發(fā)達(dá)國家在國防采辦和科研管理中廣泛采用的1種評估方法，也是產(chǎn)品開發(fā)和技術(shù)研究承擔(dān)機(jī)構(gòu)作為技術(shù)評估的手段，更是控制技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，確保裝備研制質(zhì)量，支持里程碑決策的重要工具之一[4-7]。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)作為技術(shù)高度復(fù)雜的綜合集成系統(tǒng)，其研制存在很大風(fēng)險(xiǎn)[8]。在既要提升發(fā)動(dòng)機(jī)性能和可靠性，又必須采用新技術(shù)的前提下,在航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制過程中選擇采用何種新技術(shù)，如何有效地評估新技術(shù)成熟度水平，成為控制發(fā)動(dòng)機(jī)研制技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

本文針對中國航空發(fā)動(dòng)機(jī)的研制特點(diǎn)，提出用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制的技術(shù)成熟度評價(jià)方法，主要針對航空發(fā)動(dòng)機(jī)全生命研制周期內(nèi)的技術(shù)成熟度控制、關(guān)鍵技術(shù)元素識別方法、成熟度評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、評價(jià)工具等方面內(nèi)容進(jìn)行介紹。

1 全生命周期技術(shù)成熟度控制要求

參考國外軍工產(chǎn)品研制的技術(shù)成熟度評價(jià)成功經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合中國對武器裝備研制階段的劃分[9-10]，以及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中對技術(shù)成熟度評價(jià)的規(guī)定[11-12]，根據(jù)中國航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制的特點(diǎn)，制定航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)成熟度評價(jià)要求。

1.1 技術(shù)成熟等級要求

航空發(fā)動(dòng)機(jī)全生命周期內(nèi)研制劃分為7個(gè)階段、3個(gè)里程碑以及若干決策點(diǎn)，研制階段、里程碑、決策點(diǎn)設(shè)置如圖1所示。技術(shù)成熟度等級要求主要結(jié)合這些里程碑、評審點(diǎn)制定，按照技術(shù)成熟度控制方的不同，將技術(shù)成熟度評價(jià)要求劃分為軍方控制點(diǎn)和研制單位自控點(diǎn)2條線。

圖1 全生命周期內(nèi)技術(shù)成熟度等級要求

1.1.1 軍方控制點(diǎn)及技術(shù)成熟度等級要求

軍方控制點(diǎn)主要依托航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制中的3個(gè)里程碑，其具體的技術(shù)成熟度等級要求如下。

里程碑A：型號立項(xiàng)的決策點(diǎn)，在項(xiàng)目立項(xiàng)評審前，項(xiàng)目中應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)需通過原理樣件驗(yàn)證，并確認(rèn)技術(shù)的重要特征和參數(shù)，技術(shù)成熟度等級至少要達(dá)到3級；

里程碑B：進(jìn)入產(chǎn)品工程研制的決策點(diǎn)，在項(xiàng)目的方案評審前，項(xiàng)目中應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)至少要在技術(shù)驗(yàn)證機(jī)或模擬發(fā)動(dòng)機(jī)工作環(huán)境部件實(shí)驗(yàn)器上得到驗(yàn)證，技術(shù)成熟度等級至少要達(dá)到5級；

里程碑C：發(fā)動(dòng)機(jī)完成主要設(shè)計(jì)的決策點(diǎn)，在項(xiàng)目的設(shè)計(jì)定型評審前，項(xiàng)目中應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)需經(jīng)過驗(yàn)證且被證明在其能夠在最終形式和預(yù)期條件下工作，技術(shù)成熟度等級至少要達(dá)到8級。

1.1.2 研制單位自控點(diǎn)及技術(shù)成熟度等級要求

研制單位自控點(diǎn)的設(shè)置相對靈活，除滿足軍方門控點(diǎn)要求外，其它決策點(diǎn)可根據(jù)項(xiàng)目具體的進(jìn)展情況視情開展技術(shù)成熟度等級評價(jià)。其主要決策點(diǎn)的技術(shù)成熟度等級要求如下。

原型機(jī)研制決策點(diǎn)：工程驗(yàn)證機(jī)向原型機(jī)轉(zhuǎn)段的決策點(diǎn)，要求項(xiàng)目應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)成熟度等級至少達(dá)到6級；

大批生產(chǎn)決策點(diǎn)：進(jìn)入批量生產(chǎn)階段的決策點(diǎn)，要求項(xiàng)目應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)在真實(shí)環(huán)境下得到驗(yàn)證，技術(shù)成熟度等級達(dá)到9級。

1.2 對風(fēng)險(xiǎn)技術(shù)的應(yīng)對措施

按照技術(shù)成熟度等級要求，對不滿足技術(shù)成熟度等級的關(guān)鍵技術(shù)，可采取以下3種應(yīng)對措施[13]：

措施1：推遲對應(yīng)的評審；

措施2：用滿足要求的替代技術(shù)；

措施3：將不成熟度的技術(shù)帶入下一階段。

如項(xiàng)目管理方選擇措施3，研制單位應(yīng)一并提交1份技術(shù)成熟度提升計(jì)劃，闡明技術(shù)成熟度所能達(dá)到項(xiàng)目要求等級所需開展的驗(yàn)證、資源、時(shí)間等內(nèi)容，并將計(jì)劃納入下一階段的項(xiàng)目科研計(jì)劃中推進(jìn)實(shí)施。

通過制定航空發(fā)動(dòng)機(jī)全生命周期各里程碑、決策點(diǎn)的技術(shù)成熟度等級要求，結(jié)合風(fēng)險(xiǎn)技術(shù)的應(yīng)對措施的實(shí)施，可以實(shí)現(xiàn)對項(xiàng)目中的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)有效管控，從管理角度提升產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量。

2 關(guān)鍵技術(shù)元素識別

關(guān)鍵技術(shù)元素的識別是技術(shù)成熟度評價(jià)中的重要環(huán)節(jié)，也是項(xiàng)目開展技術(shù)成熟度評價(jià)的基礎(chǔ)，可確定需要進(jìn)行技術(shù)成熟度評價(jià)的關(guān)鍵技術(shù)元素，輸出項(xiàng)目的關(guān)鍵技術(shù)元素清單。通常關(guān)鍵技術(shù)元素識別所需時(shí)間占整個(gè)評價(jià)時(shí)間的60%～70%[14]。

針對航空發(fā)動(dòng)機(jī)項(xiàng)目研制，在每次技術(shù)成熟度評價(jià)開展前均需對相應(yīng)研制階段的關(guān)鍵技術(shù)元素進(jìn)行識別：既不能保守，將相對成熟的技術(shù)識別為關(guān)鍵技術(shù)，導(dǎo)致項(xiàng)目管理成本的增加；又不能將相對不成熟的技術(shù)排除到關(guān)鍵技術(shù)元素之外，導(dǎo)致項(xiàng)目的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)得不到有效識別和控制。

關(guān)鍵技術(shù)元素的識別通?；陧?xiàng)目的技術(shù)分解結(jié)構(gòu)，其目的是確保項(xiàng)目所應(yīng)用技術(shù)被全面、完整地梳理出來。同時(shí)，通過技術(shù)分解結(jié)構(gòu)可控制梳理技術(shù)的“顆粒度”，技術(shù)分解得過細(xì)，會增大技術(shù)成熟度評價(jià)的工作量，提升管理成本，分解太粗則起不到識別技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)的目的。

技術(shù)分解結(jié)構(gòu)的構(gòu)建需基于項(xiàng)目的工作分解結(jié)構(gòu)[15]，分析發(fā)動(dòng)機(jī)的主要的功能構(gòu)成，梳理發(fā)動(dòng)機(jī)的子系統(tǒng)、部件級產(chǎn)品構(gòu)成，需分解至項(xiàng)目的技術(shù)狀態(tài)項(xiàng)的層次。根據(jù)各子系統(tǒng)級、部件級的功能、性能指標(biāo)，明確其實(shí)現(xiàn)的技術(shù)途徑，從而確定實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)、分系統(tǒng)和部件級產(chǎn)品的技術(shù)。航空發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)分解結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)分解結(jié)構(gòu)

在項(xiàng)目的技術(shù)分解結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，對技術(shù)進(jìn)行篩選，確定存在風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵技術(shù)元素，對關(guān)鍵技術(shù)元素的篩選除滿足其基本要求外，還要具備新穎性和重要性的特點(diǎn)，經(jīng)篩選形成初步的關(guān)鍵技術(shù)清單。其具體的篩選準(zhǔn)則見表1。

表1 單項(xiàng)CTE初步篩選準(zhǔn)則

基于初步篩選的關(guān)鍵技術(shù)清單，通過界定每個(gè)關(guān)鍵技術(shù)元素的應(yīng)用環(huán)境，判斷每項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)元素的應(yīng)用環(huán)境是否有重大變化，協(xié)調(diào)確定最終的關(guān)鍵技術(shù)元素清單。

3 技術(shù)成熟度評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

技術(shù)成熟度評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是成熟度評價(jià)方法的核心，包括技術(shù)成熟度等級定義和技術(shù)成熟度等級評價(jià)準(zhǔn)則2部分內(nèi)容。

技術(shù)成熟度等級定義描述的是關(guān)鍵技術(shù)元素相對項(xiàng)目預(yù)期目標(biāo)的滿足程度的度量，通常在技術(shù)成熟度評價(jià)過程中用于關(guān)鍵技術(shù)元素技術(shù)成熟度等級的初判，航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制的技術(shù)成熟度等級定義、描述以及含義見表2。

表2 航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)成熟度等級含義

技術(shù)成熟度等級評價(jià)準(zhǔn)則是對技術(shù)成熟度等級各級包含工作的更為細(xì)致的劃分，在技術(shù)成熟度評價(jià)過程中用于關(guān)鍵技術(shù)元素技術(shù)成熟度等級的詳判，可通過逐條對照的方法判定關(guān)鍵技術(shù)元素是否達(dá)到相應(yīng)的等級。航空發(fā)動(dòng)機(jī)的評級準(zhǔn)則是根據(jù)表2描述的航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)成熟度等級定義，參照通用的技術(shù)成熟度評價(jià)準(zhǔn)則編制的[11]，航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制的技術(shù)成熟度6級的部分評價(jià)準(zhǔn)則見表3。

表3 航空發(fā)動(dòng)機(jī)TRL6評價(jià)準(zhǔn)則

4 技術(shù)成熟度評價(jià)工具

為提高技術(shù)成熟度評價(jià)工作效率，規(guī)范航空發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)成熟工作行為，采用信息化的方式集成技術(shù)成熟度等級的評判要求、評價(jià)流程以及評價(jià)準(zhǔn)則，開發(fā)航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)成熟度評價(jià)工具，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的評價(jià)要求的設(shè)定，技術(shù)成熟度等級的初判、詳判，評價(jià)結(jié)果的自動(dòng)計(jì)算、評價(jià)信息的存儲等功能。

技術(shù)成熟度評價(jià)工具的使用流程及工具的部分操作界面分別如圖3、4所示。

圖3 技術(shù)成熟度評價(jià)工具使用流程

5 應(yīng)用情況

選取航空發(fā)動(dòng)機(jī)某研制項(xiàng)目的論證階段作為試點(diǎn)，應(yīng)用該方法開展了其工程適用性的驗(yàn)證。

項(xiàng)目在論證過程中，存在其關(guān)鍵技術(shù)識別不全面，識別的關(guān)鍵技術(shù)的“顆粒度”不一致，關(guān)鍵技術(shù)狀態(tài)缺乏量化的考核方法等問題，直接影響項(xiàng)目技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)的識別與控制，進(jìn)而影響到項(xiàng)目的決策。

針對上述問題，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)根據(jù)全生命周期內(nèi)的技術(shù)成熟度控制要求，確定了該階段的關(guān)鍵技術(shù)元素的成熟度等級至少應(yīng)達(dá)到TRL3，即全部關(guān)鍵技術(shù)元素至少要經(jīng)過可行性分析，以及試驗(yàn)件的驗(yàn)證。

圖4 航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)成熟度評價(jià)工具部分界面

項(xiàng)目負(fù)責(zé)人召集各專業(yè)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人，依據(jù)關(guān)鍵技術(shù)元素識別方法，完成了項(xiàng)目論證階段的關(guān)鍵技術(shù)的識別，形成了關(guān)鍵技術(shù)元素清單，并依據(jù)技術(shù)成熟度評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，開展了關(guān)鍵技術(shù)元素技術(shù)成熟度等級的自評價(jià)，確定了各關(guān)鍵技術(shù)元素的成熟度等級。實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵技術(shù)元素的有效識別以及成熟狀態(tài)的量化。

依據(jù)技術(shù)成熟度評價(jià)結(jié)果，對照該階段技術(shù)成熟度控制要求，將技術(shù)成熟度等級低于TRL3的關(guān)鍵技術(shù)元素確定為項(xiàng)目論證階段的主要的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)；針對各技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)分別制定技術(shù)成熟度的提升計(jì)劃，并將其納入科研管理計(jì)劃，結(jié)合計(jì)劃的實(shí)施達(dá)到對項(xiàng)目技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)識別與管控的目的，為項(xiàng)目的決策起到了重要的支撐作用。

6 總結(jié)

（1）關(guān)鍵技術(shù)元素的識別是技術(shù)成熟度等級評價(jià)的基礎(chǔ)，通過構(gòu)建適于航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制的技術(shù)分解結(jié)構(gòu)，結(jié)合關(guān)鍵技術(shù)的識別準(zhǔn)則，可以實(shí)現(xiàn)對關(guān)鍵技術(shù)完整、有效的識別；

（2）技術(shù)成熟度等級評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是技術(shù)成熟度評價(jià)的核心，合理制定航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)成熟度評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，可將項(xiàng)目中的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)“量化”，為技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)的管控提供依據(jù)；

（3）通過制定航空發(fā)動(dòng)機(jī)全生命周期內(nèi)各里程碑、決策點(diǎn)的技術(shù)成熟度等級要求，識別并評價(jià)關(guān)鍵技術(shù)的成熟度等級，結(jié)合風(fēng)險(xiǎn)技術(shù)的應(yīng)對措施，可實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)的有效管控。

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Study of Technology Readiness Assessment Methods in the Development of Aeroengine

LIU Xiao-song,WANG Gui-hua，LIU Qing-dong,JIA Su-zhi，SHI Yan-yan
（AECC Shenyang Engine Research Institute,Shenyang 110015,China）

In order to improve the capacity of control risk in Chinese aeroengine development and provide the basis of the decision making,a readiness assessment method that was used in aeroengine development was presented by taking the advanced theory and practical abroad as reference.The method included the technology readiness level control required in the life cycle of aeroengine development,critical technology element identification,technology readiness assessment criterion,technology readiness assessment tool and so on,and the method was proved reasonable and feasible through one pilot project.It will be a useful reference to technology readiness assessment in Chinese aeroengine development.

technology readiness；critical technology element；technology risk；aeroengine

V 268.7

A

10.13477/j.cnki.aeroengine.2016.06.014

2016-07-21基金項(xiàng)目：國家重大基礎(chǔ)研究項(xiàng)目資助

劉曉松（1983），男，碩士，工程師，主要從事系統(tǒng)工程、項(xiàng)目管理工作；E-mail：896210184@qq.com。

劉曉松，王桂華，劉慶東，等.航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)成熟度評價(jià)方法應(yīng)用研究[J].航空發(fā)動(dòng)機(jī)，2016,42（6）：90-94.LIU Xiaosong，WANG Guihua，LIU Qingdong，et al.Study of technology readiness assessment methods in the development of aeroengine[J].Aeroengine，2016,42（6）：90-94.

（編輯：栗樞）