从单项技术到系统集成——国外技术成熟度评价方法的探索与实践

从单项技术到系统集成

——国外技术成熟度评价方法的探索与实践

于晓伟 刘代军

摘要：本文介绍了目前国外系统集成成熟度评价方法研究的最新进展，包括加权法、技术成熟因子法、系统成熟度矩阵计算法、系统成熟度模版对比法等。

关键词：单项技术 系统集成 技术成熟度 评价方法

一、概述

国外对技术成熟度评价的研究和应用最早开始于20世纪70年代，至今已走过了探索研究、高速发展和全面应用几个阶段。目前，美国在使用现有标准和方法开展技术成熟度评价的同时，还着眼于技术和装备的实际需求，对技术成熟度评价标准进行深化研究，以进一步拓展其应用领域和适用范围。其中重要的一个表现方面就是技术成熟度评价从单项技术向技术集成应用和系统层面拓展。

美国目前的九级技术成熟度标准主要针对单项技术，没有考虑技术集成应用中多项技术之间相互对接带来的问题。但对于一个较为复杂的系统，即使单项技术都达到了预期的技术成熟等级，在系统总体层面仍会存在不确定和不成熟因素。对于技术成熟度评价在大系统层面的应用问题，美国采取了边探索边实践的策略。一方面，美国国防部仍在积极资助有关研究团体探索开发新的模型，以形成上述九级技术成熟度评价原则的拓展方法；另一方面，在技术成熟度评价工作中及时将研究成果应用于实践，以检验评价方法的成效。

二、评价方法的探索与实践

1、加权法

加权法是根据研制方的判断，按照各项关键技术在整个系统中的重要性大小，确定它们在整个项目中所占的比重。在判定了关键技术的成熟度等级之后，根据所确定的比重，将其成熟度等级进行加权，得到整个项目的技术成熟度等级。

T-50教练机的技术成熟度评价就是加权法在实践中的典型应用。该案例共确定了13项关键技术，分别是：空气动力学、结构、飞行控制、电子设备、详细系统、原型制造、测试和评估、座舱、推进系统、外形设计、系统概要、保障和支持系统、训练系统。根据研制方的判断，按照各项关键技术在整个系统中的重要性大小，确定了各关键技术在T-50项目中所占的比重，分别为：8%、8%、18%、15%、5%、5%、8%、5%、5%、5%、8%、5%、5%。技术成熟度评价过程如下：

首先，将13项关键技术进一步分解，得到649项子技术，并根据研制方的建议，确定各项子技术在对应关键技术中的权重。然后，对每项子技术，根据九级技术成熟度等级的定义，以及各项子技术的性能数据、演示验证情况和在其它飞机系统中的应用情况，确定出其技术成熟度等级。其次，对关键技术下各项子技术的成熟度加权，得到每项关键技术的成熟度等级。最后得到13项关键技术的成熟度，分别是：空气动力学7.9、结构7.5、飞行控制4.9、电子设备4.8、详细系统6.9、原型制造7.1、测试和评估6.9、座舱6.0、推进系统6.0、外形设计8.6、系统概要7.6、保障和支持系统5.7、训练系统

6.7。根据前面确定的各关键技术在整个项目中所占的比重，将各项关键技术的成熟度等级进行加权，得到整个项目的技术成熟度等级。对于T-50项目，最后计算出其技术成熟度等级为6.3。

2、技术成熟因子法

“技术成熟因子”是表征系统技术成熟度的量化指标，它是一个位于0～1之间的数值，其大小表示该系统距离所要求的技术成熟度还差多少。技术成熟因子越大，表示该系统距离所要求的技术成熟度越远。技术成熟因子取决于其所有关键技术的成熟度和风险等级，由各项关键技术需要达到的成熟等级、目前所处的成熟等级、目前所处的风险等级三个参数来计算。具体计算公式如下：

TRF=∑(gain)i×(risk)i/∑(goal)i×max{(risk)i}

i=1i=1nn （0） 其中，TRF是表征系统技术成熟度的技术成熟因子；n表示该系统包括的关键技术数目；（risk）i表示第i项关键技术的风险等级，比如定义三个风险等级，低风险等级数值为1，中风险等级数值为1.5，高风险等级数值为2；（goal）i表示第i项关键技术需要达到的成熟度等级；（gain）i表示第i项需要达到的成熟度等级与当前的成熟度等级之差。

美国太阳帆-太阳能电推进技术成熟度评价就采用了技术成熟因子法。对于太阳帆，确定的关键技术有轻重量结构部署与控制部组件技术、薄膜技术、环境控制部组件技术。对于太阳能电推进技术，确定的关键技术有离子推进器技术、千瓦功率组部件技术、环境控制组部件技术。表1显示了对太阳能电推进技术的离子推进器组部件技术

中各关键技术的成熟度评价过程：

表1：对离子推进器部组件中各关键技术的评价 离子推进器技术性能数据或实

的关键技术 际应用情况

特殊推动

长寿命 已经通过演示验证通过改变光学设计

可将生命周期延长

一倍，这已在推进

器中得到验证

其操作已经得到演

示验证

在生命周期测试

中，完成了30~40

次开、关动作 当前成熟度等级 （present）4 4 需要达到的成熟度等级（goal） 6 6 Gain=goal－present 2 2 风险等级低 低 多功能推进器 推进器开关 4 4 6 6 2 2 低 低

进而，在表1的基础上，运用（0）式计算出离子推进器组件的技术成熟度因子：

TRF=（2×1＋2×1＋2×1＋2×1）/（6×2＋6×2＋6×2＋6×2）=0.167

在计算出太阳帆和太阳能电推进各关键部组件的技术成熟因子之后，可进一步计算出太阳帆技术和太阳能电推进技术的成熟度因子。计算方法是，先将各关键组部件技术成熟因子计算式中的分子部分相加，再将所有分母部分相加，二者的比值即为太阳帆或太阳能电推进系统的技术成熟因子。在此案例中，太阳帆的轻重量结构部署与控制、薄膜、环境控制三个部组件的技术成熟因子分别是18.5/52、11/36、3.5/26，因此太阳帆的技术成熟因子TRF=（18.5+11+3.5）/（52+36+26）=0.29；太阳能电推进的离子推进器、千瓦功率组件、环境控制三个部组件的技术成熟因子分别为8/48、15.5/54、4/34，

因此太阳能电推进的技术成熟因子TRF=（8+15.5+4）/（48+54+34）=0.2。

3、系统成熟度矩阵计算法

技术成熟度评价从单项技术拓展到系统集成层面，人们关注的往往是复杂问题之间的相关性，通常涉及到多项技术间的相互作用。为了处理这些关系，国外学者在技术成熟度（TRL）概念基础上引入了综合成熟度（IRL）和系统成熟度（SRL）的概念。通过采用技术成熟度等级来衡量每个关键技术的技术成熟度，采用综合成熟度等级来衡量任何两种由技术成熟度等级评估技术的集成。综合成熟度等级目前发展为9级，与技术成熟度等级的理论基础相似。系统成熟度等级可以表示为技术成熟度等级和综合成熟度等级的函数。最终的系统成熟度等级指数能够提供系统总体开发的评估结果。

在任何系统中，每一种技术通过双向综合都与其它技术相关联。可以用一个方程式计算一种技术综合到另一种技术中的系统成熟度等级（SRL）。SRL是TRL和IRL值的函数，TRL表示技术，IRL表示相互作用，二者构成了系统。根据TRL和IRL值评估SRL值，国外提出了TRL和IRL指数的规范化矩阵。即，假设一个系统采用了n项技术，首先，用公式表达TRL矩阵，为[TRL]。该矩阵只有一栏TRL值，表示系统中采用的每一项技术。[TRL]的定义如(1)所示，TRLi表示技术i的TRL值。

其次，IRL矩阵是一个矩形对称矩阵(大小为n×n)，表示在系统中任意两种技术之间所有可能的综合。假设一个系统采用了n项技

术，[IRL]的定义如式(2)所示，IRL …… 此处隐藏：4014字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……