◎ 中國航天系統(tǒng)科學(xué)與工程研究院 章 威 謝偉華 包彥明 常 青

當(dāng)前，運(yùn)載火箭發(fā)射具有發(fā)射密度高、時間緊、任務(wù)重、重型運(yùn)載火箭研發(fā)難度大等特點(diǎn)，如何減少技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，提高研發(fā)效率顯得尤為重要。針對這個問題，美英等國推行了技術(shù)成熟度評價(jià)，對裝備技術(shù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)進(jìn)行定量評價(jià)，識別其中的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，為裝備采辦項(xiàng)目轉(zhuǎn)段決策提供支撐，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和軍事效益。目前，技術(shù)成熟度評價(jià)已被國際上許多國家作為技術(shù)管理的重要“抓手”，用于科技立項(xiàng)、過程檢查、項(xiàng)目驗(yàn)收和采辦等重要環(huán)節(jié)。例如，美國、歐盟等國家已經(jīng)將技術(shù)成熟度評價(jià)應(yīng)用在武器裝備采辦、航天工程的項(xiàng)目管理中，并逐步擴(kuò)大到先進(jìn)制造、環(huán)境保護(hù)、核電工程、油氣開發(fā)、醫(yī)藥研制、航空航天、武器裝備、電子器件等諸多領(lǐng)域[1]。

本文在研究國內(nèi)外技術(shù)成熟評價(jià)方法的基礎(chǔ)上，建立了運(yùn)載火箭技術(shù)成熟度評價(jià)模型，對技術(shù)成熟度等級、評價(jià)準(zhǔn)則、評價(jià)體系和評估方法進(jìn)行定義和構(gòu)建，并基于熵權(quán)和模糊綜合評價(jià)方法對運(yùn)載火箭技術(shù)成熟評鑒進(jìn)行了算例演示。

一、 技術(shù)成熟度概述

技術(shù)成熟度（Technology Readiness Level，TRL）是國際上廣泛使用的對重大科技攻關(guān)和工程項(xiàng)目的技術(shù)研發(fā)進(jìn)展進(jìn)行量化評價(jià)的方法。它將一項(xiàng)技術(shù)從基本原理到成功應(yīng)用的成熟過程劃分為4個階段，共9個級別：第一階段是原理和技術(shù)概念驗(yàn)證階段（TRL1—TRL3）；第二階段是技術(shù)攻關(guān)和演示驗(yàn)證階段（TRL4—TRL6）；第三階段是產(chǎn)品開發(fā)和驗(yàn)證階段（TRL7—TRL8）；第四階段是產(chǎn)品使用驗(yàn)證階段（TRL9）。其中技術(shù)成熟度共9級，其定義為：TRL1指觀察到并報(bào)道了與該項(xiàng)技術(shù)有關(guān)的基本原理；TRL2指形成了技術(shù)概念和/或應(yīng)用設(shè)想；TRL3指在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中通過分析和試驗(yàn)的手段進(jìn)行關(guān)鍵性功能驗(yàn)證和/或概念驗(yàn)證；TRL4指在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中對部件或者面包板進(jìn)行了驗(yàn)證；TRL5指在相應(yīng)的環(huán)境中對部件或者面包板進(jìn)行了驗(yàn)證；TRL6指系統(tǒng)/分系統(tǒng)的模型或者原型在相應(yīng)的地面或者空間環(huán)境中進(jìn)行了演示；TRL7指在空間環(huán)境中對系統(tǒng)原型進(jìn)行了演示；TRL8指實(shí)際系統(tǒng)完成研制，并通過地面或空間的試驗(yàn)和演示取得了“飛行資格”；TRL9指通過成功執(zhí)行任務(wù)，實(shí)際系統(tǒng)得到了飛行驗(yàn)證[2]。

進(jìn)入21世紀(jì)后，越來越多的機(jī)構(gòu)開始研究和使用技術(shù)成熟度評價(jià)方法。例如，美國國防部（DoD）、美國審計(jì)署、美國能源部、美國衛(wèi)生與公眾服務(wù)部、法國國防部、英國國防部、北大西洋公約組織和歐空局等機(jī)構(gòu)，普遍制定了不同領(lǐng)域的技術(shù)成熟度評價(jià)準(zhǔn)則，一些機(jī)構(gòu)或組織還制定了技術(shù)成熟度使用要求和指南。技術(shù)成熟度評價(jià)能夠?yàn)楣芾聿块T掌握技術(shù)攻關(guān)進(jìn)展、識別技術(shù)短板、避免不夠成熟的技術(shù)提前轉(zhuǎn)入下一個研制階段等提供技術(shù)管理工具。

二、 國內(nèi)外應(yīng)用情況

（一）國外應(yīng)用情況

美國國防部（DoD）先后制定了2003、2005、2009、2011共4個版本的技術(shù)成熟度評價(jià)指南，用于指導(dǎo)國防采辦項(xiàng)目開展技術(shù)成熟度評價(jià)工作；該指南除了包括宇航、艦船類技術(shù)等評價(jià)準(zhǔn)則外，同時，還包括醫(yī)藥類技術(shù)成熟度評價(jià)準(zhǔn)則，如生物醫(yī)藥、醫(yī)療器械、醫(yī)療信息系統(tǒng)的研究、開發(fā)、測試和評估等。美國空間實(shí)驗(yàn)室（AFRL）研究編寫了關(guān)于技術(shù)成熟度評價(jià)的書籍。美國國家航空航天局（NASA）系統(tǒng)工程手冊中明確了技術(shù)成熟度的9級定義、評估矩陣和評估流程。美國導(dǎo)彈防御局（MDA）在美國國防部（DoD）技術(shù)成熟度評價(jià)指南的基礎(chǔ)上，研究制定了技術(shù)成熟度評價(jià)檢查清單，用以提高技術(shù)成熟度評價(jià)實(shí)施過程中的可操作性和準(zhǔn)確性。2005年9月，美國國土安全部（DHS）制定了技術(shù)成熟度評估的項(xiàng)目管理模型，該模型包括評價(jià)過程中各級評估的問題檢查單、完成標(biāo)準(zhǔn)和關(guān)鍵交付物等。2008年，NASA發(fā)布了新版的程序文件《NASA研究項(xiàng)目、技術(shù)項(xiàng)目和工程管理要求》，規(guī)定了技術(shù)成熟度的9級定義及其評估流程。同年，歐空局（ESA）發(fā)布了空間項(xiàng)目技術(shù)成熟度手冊，詳細(xì)給出了技術(shù)成熟度的各級內(nèi)涵，進(jìn)行技術(shù)成熟度評價(jià)時需要回答的關(guān)鍵問題，以及提供的證據(jù)要求。2013年，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO發(fā)布了“空間項(xiàng)目技術(shù)成熟度定義和評價(jià)準(zhǔn)則”[3]。

國外通過技術(shù)成熟度評價(jià)實(shí)踐，總結(jié)出項(xiàng)目各階段的技術(shù)成熟度等級要求。例如，美國國防部（DoD）提出當(dāng)方案研究階段結(jié)束轉(zhuǎn)入技術(shù)開發(fā)階段時，關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)達(dá)到TRL4級，即達(dá)到里程碑決策點(diǎn)A；采辦項(xiàng)目由技術(shù)開發(fā)階段轉(zhuǎn)入系統(tǒng)演示與開發(fā)階段，關(guān)鍵技術(shù)通過相關(guān)環(huán)境演示驗(yàn)證可達(dá)到TRL6級，即達(dá)到里程碑決策點(diǎn)B；采辦項(xiàng)目由系統(tǒng)開發(fā)與演示階段轉(zhuǎn)入生產(chǎn)與部署階段，關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)達(dá)到TRL7級，即達(dá)到里程碑決策點(diǎn)C。此外，美國國會立法要求NASA對進(jìn)入重大系統(tǒng)開發(fā)合同的技術(shù)應(yīng)達(dá)到TRL6級。

（二）國內(nèi)應(yīng)用情況

近年來，技術(shù)成熟度評價(jià)在國內(nèi)也逐步得到了研究和推廣應(yīng)用，在諸多方面發(fā)揮了重要的作用，其作用和價(jià)值得到了廣泛認(rèn)可。2009年，國防科技工業(yè)局制定下發(fā)了《軍工核心能力重大項(xiàng)目技術(shù)成熟度評價(jià)報(bào)告審核程序》，要求把技術(shù)成熟度評價(jià)報(bào)告作為重大項(xiàng)目指南編制和項(xiàng)目立項(xiàng)的重要依據(jù)之一。原國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局和國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會聯(lián)合發(fā)布了《科學(xué)技術(shù)項(xiàng)目評價(jià)通則》（GB/T22900—2009），此標(biāo)準(zhǔn)采用技術(shù)就緒水平（即技術(shù)成熟度）作為一種量化管理的方法，對基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究和開發(fā)研究這3類項(xiàng)目的投入產(chǎn)出效率進(jìn)行了評價(jià)。2012年，原總裝備部制定了《裝備預(yù)先研究技術(shù)成熟度評價(jià)暫行辦法》等法規(guī)，以及配套的國家軍用標(biāo)準(zhǔn)（GJB7688—2012《裝備技術(shù)成熟度等級劃分及定義》、GJB7689—2012《裝備技術(shù)成熟度評價(jià)程序》）。2013年，原總裝備部開始組織并研究制定9個不同裝備類型的技術(shù)成熟度評價(jià)指南。同時結(jié)合重大工程，研究制定專門的技術(shù)成熟度評價(jià)規(guī)范，如專項(xiàng)工程技術(shù)成熟度評價(jià)規(guī)范、載人航天工程技術(shù)成熟度評估規(guī)范[4]。2013年，中國工程院在國家科技重大專項(xiàng)中期評估工作中，采用了技術(shù)成熟度方法對民口10個國家科技重大專項(xiàng)的關(guān)鍵核心技術(shù)進(jìn)行評價(jià)。2014年和2015年，科學(xué)技術(shù)部科技評估中心在國家科技重大專項(xiàng)年度監(jiān)督評估中也采用技術(shù)成熟度方法對10個國家科技重大專項(xiàng)的關(guān)鍵核心技術(shù)進(jìn)行評價(jià)。中國石油天然氣集團(tuán)公司研究制定了油氣勘探類、油氣開發(fā)類、工程類技術(shù)（石油地球物理）、工程類技術(shù)（測井）、工程類技術(shù)（鉆井）5類技術(shù)的技術(shù)成熟度評價(jià)準(zhǔn)則。2015年，在國家能源局核電司的支持下，國家核電技術(shù)公司聯(lián)合中國航天系統(tǒng)科學(xué)與工程研究院制定《核電技術(shù)成熟度評價(jià)規(guī)范》國家核電行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。目前，我國諸多行業(yè)正在開展技術(shù)成熟度方法研究工作，部分行業(yè)已制定其行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

三、 運(yùn)載火箭技術(shù)成熟評價(jià)方法

（一）項(xiàng)目技術(shù)分解

項(xiàng)目技術(shù)分解是開展技術(shù)成熟度評價(jià)的基礎(chǔ)，由項(xiàng)目總負(fù)責(zé)人牽頭篩選。利用技術(shù)成熟度方法對某運(yùn)載火箭進(jìn)行評估的首要工作就是技術(shù)分解，將項(xiàng)目分解成若干個關(guān)鍵技術(shù)。在確定各關(guān)鍵單項(xiàng)技術(shù)成熟度的基礎(chǔ)上，可對項(xiàng)目整體技術(shù)成熟度進(jìn)行評價(jià)，得到技術(shù)成熟度等級。

（二）關(guān)鍵技術(shù)選擇

通過對比項(xiàng)目技術(shù)分解結(jié)構(gòu)中的技術(shù)，篩選出關(guān)鍵技術(shù)。判斷某項(xiàng)技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù)的一般原則是此技術(shù)是一種全新或新穎的技術(shù)，或者以全新或新穎的方式使用的技術(shù)，對實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)成功開發(fā)或決定項(xiàng)目成敗必須突破且無可替代的技術(shù)。

（三）評價(jià)準(zhǔn)則制定

本文按照技術(shù)成熟度通用等級的定義，結(jié)合運(yùn)載火箭的技術(shù)成熟規(guī)律，包括方案階段、初樣、試樣等各研制階段的特點(diǎn)，制定了運(yùn)載火箭的技術(shù)成熟度評價(jià)準(zhǔn)則，并以氫氧發(fā)動機(jī)推進(jìn)技術(shù)為例進(jìn)行說明，見表1。

（四）熵權(quán)法及模糊綜合評價(jià)方法

1.熵權(quán)法

將某運(yùn)載火箭技術(shù)分解成各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，采用熵權(quán)法確定各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的權(quán)重。熵的概念最早由Shannon提出，他同時提出一個對離散信息源產(chǎn)生的信息量進(jìn)行度量的公式，用于度量系統(tǒng)狀態(tài)的無序和混亂程度。

表1 運(yùn)載火箭等級定義及案例說明

在有m個評價(jià)指標(biāo)、n個被評價(jià)對象的評估問題（以下簡稱（m，n））情況下，將第i個評價(jià)指標(biāo)的熵定義為：

式中，k=1/lnn；當(dāng)rij=0時，可令rijlnrij=0。

將熵權(quán)作為單項(xiàng)技術(shù)的權(quán)重，其表示在給定被評價(jià)對象集及確定各評價(jià)指標(biāo)后，各指標(biāo)在競爭意義上的相對激烈程度系數(shù)。在技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)評估過程中，如果評價(jià)因素對評判集中各評語的隸屬度值相差較大，此時信息熵值較少，熵權(quán)較大，說明該因素在評價(jià)中的作用較大。

2.模糊綜合評價(jià)方法

模糊綜合評價(jià)方法適用于模糊概念，且又能量化的評價(jià)問題，其基本原理如下：

給定模糊子集A和評價(jià)項(xiàng)目U，對于一個函數(shù)R（u），且R（u）∈[0，1]，則稱為待評價(jià)項(xiàng)目U相對于A的隸屬矩陣。

假設(shè)評語集為：

評價(jià)對象Xi相對于評語集的隸屬度為rij，以此構(gòu)建隸屬度矩陣。隸屬度是多個評價(jià)主體對某個評價(jià)對象在某方面做出某種程度可能性的認(rèn)可度。

3.關(guān)鍵技術(shù)成熟度評價(jià)矩陣構(gòu)建

采用模糊綜合評價(jià)方法對某運(yùn)載火箭項(xiàng)目關(guān)鍵技術(shù)成熟度等級進(jìn)行評價(jià)，假設(shè)待評價(jià)關(guān)鍵技術(shù)數(shù)量為m，待評價(jià)問題（技術(shù)成熟度等級達(dá)到程度）為n。評語集u=（TRL1，TRL2，…，TRLn），由相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜覍Ω麝P(guān)鍵技術(shù)相對評語集的支持程度進(jìn)行評價(jià)，形成技術(shù)成熟度隸屬矩陣：

對隸屬度矩陣進(jìn)行歸一化處理，其中：

根據(jù)信息熵的定義，在上述各評價(jià)指標(biāo)隸屬度基礎(chǔ)上，通過公式（1）計(jì)算指標(biāo)熵權(quán)：

其中，wi越大表示該技術(shù)在某運(yùn)載火箭系統(tǒng)中的作用越大。

技術(shù)成熟度綜合評分總得分為：TRL=（TRLn，TRLn-1，…，TRL1）ST，S=wR，S為指標(biāo)綜合隸屬度，可通過此公式計(jì)算得出某運(yùn)載火箭的技術(shù)成熟度等級。

四、 案例應(yīng)用

（一）構(gòu)建項(xiàng)目關(guān)鍵技術(shù)分解結(jié)構(gòu)

本文基于熵權(quán)法及模糊綜合評價(jià)的技術(shù)成熟度評價(jià)方法對某運(yùn)載火箭在××年××月研制過程中的技術(shù)成熟度水平進(jìn)行評價(jià)。圖1是某運(yùn)載火箭關(guān)鍵技術(shù)分解情況。

圖1 某運(yùn)載火箭關(guān)鍵技術(shù)分解情況

（二）運(yùn)載火箭關(guān)鍵技術(shù)隸屬度矩陣構(gòu)建

基于運(yùn)載火箭，選擇相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的5名專家，對項(xiàng)目涉及的關(guān)鍵技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)行篩選，確定8項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，并對各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)開展技術(shù)成熟度專家評價(jià)。技術(shù)成熟度等級劃分采用了上述的9級方法，構(gòu)建關(guān)鍵技術(shù)成熟度評語集，形成技術(shù)成熟度評價(jià)隸屬度矩陣。矩陣的數(shù)據(jù)從左到右為技術(shù)TRL9級到TRL1級依次排列，矩陣中的數(shù)字表示贊同此級別的專家人數(shù)，例如，矩陣中的第一行表明，有2位專家認(rèn)為此項(xiàng)技術(shù)達(dá)到了TRL7級，有2位專家認(rèn)為此項(xiàng)技術(shù)達(dá)到了TRL6級，一位專家認(rèn)為此項(xiàng)技術(shù)為TRL5級。

將其進(jìn)行歸一化處理：

隸屬度rij為專家對此項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)在相應(yīng)技術(shù)成熟度等級上的認(rèn)可程度，且

（三）運(yùn)載火箭關(guān)鍵技術(shù)熵權(quán)及成熟度等級評價(jià)

（1） 計(jì)算各關(guān)鍵技術(shù)熵權(quán)系數(shù)。根據(jù)公式 （1），可得到8個指標(biāo)的權(quán)重向量w=（0.1145，0.125，0.125，0.1145，0.157，0.1145，0.125，0.125）。

（2）計(jì)算運(yùn)載火箭技術(shù)成熟度等級。根據(jù)公式（2）計(jì)算運(yùn)載火箭技術(shù)成熟度水平為：TRL=[9，8，7，6，5，4，3，2，1]·RT·wT=6.24，評價(jià)結(jié)果顯示該項(xiàng)目技術(shù)成熟度等級為6+級，項(xiàng)目關(guān)鍵技術(shù)已突破，無顛覆性風(fēng)險(xiǎn)，可以申請型號轉(zhuǎn)段評審。

五、 結(jié)論與展望

技術(shù)成熟度方法作為一種量化考核管理方法，在我國國防領(lǐng)域已得到了廣泛的應(yīng)用，但目前尚未發(fā)現(xiàn)應(yīng)用技術(shù)成熟度在運(yùn)載火箭開展評價(jià)的文章。本文參考國內(nèi)外技術(shù)成熟度的發(fā)展應(yīng)用情況，結(jié)合運(yùn)載火箭研發(fā)實(shí)際，提出了一個較全面的技術(shù)成熟度評價(jià)方法，包括技術(shù)分解、關(guān)鍵技術(shù)選擇、評價(jià)準(zhǔn)則制定，以及基于熵權(quán)和模糊綜合評價(jià)的綜合集成方法，在得到各關(guān)鍵技術(shù)等級的基礎(chǔ)上，綜合集成計(jì)算出某運(yùn)載火箭的技術(shù)成熟度等級，并通過示例驗(yàn)證了方法的實(shí)用性和有效性，為運(yùn)載火箭開展技術(shù)成熟度評價(jià)提供了借鑒。