于坤炎1，周悅2，趙祥君1，黃韜1
（1.軍事交通學院軍用車輛系，天津 300161，2.總裝科研訂購部車船科訂局，北京 100034）
摘 要：開展裝備項目技術成熟度評估是裝備采辦中降低裝備研制風險的重要手段之一。論文在關鍵技術成熟度評估的基礎上提出了車輛裝備項目技術成熟度評估的概念，給出了項目技術成熟度等級標準；分析研究了車輛裝備項目技術成熟度評估方法，并通過實例演示了項目技術成熟度評估方法的應用。該方法不僅考慮到關鍵技術的成熟度，還包含了項目系統(tǒng)各組件間的相互關系以及項目系統(tǒng)的成熟狀態(tài)，可以定量地綜合評估車輛裝備項目研發(fā)水平，便于合理安排項目進度，為車輛裝備采辦提供更為全面的決策依據(jù)，有效降低研制風險。
關鍵詞：車輛裝備； 技術成熟度； 項目技術成熟度評估
車輛裝備研制項目中擬采用的關鍵技術的技術成熟度是衡量其技術開發(fā)狀態(tài)滿足裝備預期發(fā)展目標程度的尺度。通過技術成熟度評估，能夠客觀評定關鍵技術成熟度等級，準確把握裝備預研攻關的進展情況和技術狀態(tài)，綜合分析存在的問題和差距，為提高裝備預研的科學決策和項目管理水平提供支撐。目前，針對關鍵技術的技術成熟度評估已經(jīng)開展了較多的研究工作，為降低裝備項目研制技術風險，美軍、英軍等在其裝備（包括車輛裝備）研發(fā)過程中廣泛采用了技術成熟度評估（Technology Readiness Assessment，TRA）方法。我軍從“十二五”開始在裝備技術研究和型號研制中引入技術成熟度評估機制，并在航空航天及核心軍事裝備領域進行了相關研究。但是，在我軍車輛裝備領域，針對項目技術成熟度評估（Project Readiness Assessment，PRA）尚為空白，需要進行深入探索和研究。為此，分析、研究我軍車輛裝備項目的技術成熟度評估方法，對于我軍在新時期開展車輛裝備建設具有重要的借鑒與指導意義。
1 項目技術成熟度評估的相關內(nèi)容
1.1 項目技術成熟度評估的目標
車輛裝備作為軍隊重要的地面機動平臺，為保證部隊完成各類軍事和非軍事行動任務所賦予的能力需求越來越多（從原來的戰(zhàn)術機動性、環(huán)境適應性、可靠性維修性等擴展到戰(zhàn)略機動性、防護能力以及信息化能力），所要求的性能指標也越來越高。為滿足眾多的能力需求，現(xiàn)代車輛裝備項目必然采用更多更加復雜、先進的關鍵技術，表現(xiàn)為一個復雜的技術系統(tǒng)。對于一個復雜技術系統(tǒng)來說，即使各個單項關鍵技術都達到了預期的技術成熟度等級，在系統(tǒng)總體層面仍然會存在不確定和不成熟因素。而且車輛裝備的研制周期越來越短、科研項目越來越多、經(jīng)費數(shù)額越來越大，車輛技術研究及裝備研制過程中潛藏的技術風險也相應的越來越大。因此，需要運用系統(tǒng)的思想及系統(tǒng)工程的方法，不僅注重技術的發(fā)展狀態(tài)，而且結合系統(tǒng)的功能環(huán)境，考慮技術之間的相關程度，進行車輛裝備項目的技術成熟度評估，以更全面地監(jiān)督和控制裝備項目的研發(fā)風險，確保項目系統(tǒng)研發(fā)的順利進行。
技術成熟度作為裝備項目研制風險的主要影響因素和研發(fā)決策的重要依據(jù)，通過對車輛裝備項目開展技術成熟度評估，能夠使項目管理人員和技術研究人員準確掌握裝備研制項目中重要的技術信息：了解裝備的關鍵技術構成；掌握關鍵技術的成熟水平，也就是技術儲備如何；確定哪些關鍵技術需要新開發(fā)或繼續(xù)開發(fā)，這與裝備項目研制的技術風險緊密聯(lián)系。有助于對項目研制工作進行合理的規(guī)劃和控制，促進關鍵技術按時突破，技術成果不斷深化和向裝備轉化。有助于從總體上把握裝備項目的開發(fā)狀態(tài)，明確裝備項目立項的準入條件、節(jié)點審查依據(jù)以及研究目標，及時識別項目潛在的技術風險。并能夠為技術方案設計提供參考，為裝備項目研制進度、費用和性能三者的合理分配提供有力保證。
1.2 項目技術成熟度的內(nèi)涵
車輛裝備項目是由相互作用、依賴的若干組成部分結合而成的具有特定功能的有機整體。其中的每一項關鍵技術對項目系統(tǒng)的技術成熟度都有影響，雖然影響方式可能不明確，但系統(tǒng)的發(fā)展是隨著技術的發(fā)展而發(fā)展的，系統(tǒng)的成熟是以所有關鍵技術的成熟為前提的。項目技術成熟度是描述項目系統(tǒng)的發(fā)展狀態(tài)，是任何一個項目系統(tǒng)都必然有的發(fā)展成熟的過程。理論上，項目系統(tǒng)開發(fā)與技術開發(fā)遵循相似的演化模式，技術不斷成熟的過程也是系統(tǒng)開發(fā)持續(xù)進行，項目技術成熟度不斷提高的過程。對于車輛裝備項目中的每一項技術，在能力需求滿足程度上并不一致，因而重要性也不一樣。因此，不同技術在項目中的相對重要度會影響項目技術成熟度。至于項目到底處于哪個成熟度等級，則是由關鍵技術的成熟度，項目系統(tǒng)與不同關鍵技術的對應關系決定的。項目技術成熟度評估被用于確定項目系統(tǒng)的成熟度以及在壽命周期內(nèi)的狀態(tài)。項目技術成熟度評估在裝備采辦項目的概念階段、評估階段和演示階段更為適用，可以幫助項目成員測量和交流項目的成熟程度。項目與關鍵技術的技術成熟度評估的共同應用，提供了對技術、部件、分系統(tǒng)和整個系統(tǒng)進行成熟程度評估的方法。
1.3 項目技術成熟度等級標準
相對于關鍵技術成熟度等級，項目技術成熟度等級是項目所有利益相關方獲取證據(jù)、評估和相互說明系統(tǒng)是否成熟而共同采用的度量方式。它是應用于項目系統(tǒng)層級的成熟度度量結構，與系統(tǒng)工程管理原則相關聯(lián)，針對系統(tǒng)成熟狀態(tài)進行度量和測評的一種標準，可用于評估某一特定系統(tǒng)的成熟度以及不同類型系統(tǒng)之間成熟度一致性的比照。應用項目技術成熟度等級的目的在于要求項目的每一步都需要達到規(guī)定的成熟程度，以便向用戶提供完全可用的裝備。項目技術成熟度等級為項目提供了技術規(guī)劃、實際案例、利益相關方溝通和交流的共同語言。通過參考美軍的系統(tǒng)成熟度標準，聯(lián)系我軍車輛裝備采辦周期內(nèi)的全壽命管理活動。在裝備整個壽命周期中將項目技術成熟度劃分為9個等級，依次表示了項目在整個開發(fā)生命周期中所處的階段狀態(tài)，并說明隨著時間變化是如何走向成熟的。項目技術成熟度等級的定義描述與技術成熟度評估值的對應關系如表 1所示。
表1 項目技術成熟度等級描述
TRL | 名稱 | 描述 | 評估值 |
9 | 使用與保障 | 最終制造的系統(tǒng)在作戰(zhàn)環(huán)境下得到使用；滿足作戰(zhàn)支持的性能要求，完成作戰(zhàn)支持活動，并且能在全壽命周期中以最好的費效比來對系統(tǒng)進行維護 | 8～9 |
8 | 生產(chǎn)部署 | 最終系統(tǒng)原型在典型目標平臺上進行了演示；取得滿足使用需求的作戰(zhàn)能力，達到滿足任務需求的操作能力 | 7～8 |
7 | 系統(tǒng)驗證 | 在高保真模擬環(huán)境下對典型原型系統(tǒng)（全部主要分系統(tǒng)集成和運行）進行了演示 | 6～7 |
6 | 系統(tǒng)測試 | 關鍵分系統(tǒng)與實際保障單元集成，并已在模擬作戰(zhàn)（實驗室）環(huán)境下測試 | 5～6 |
5 | 分系統(tǒng)演示 | 分系統(tǒng)在模擬系統(tǒng)（實驗室）條件下進行了演示 | 4～5 |
4 | 系統(tǒng)開發(fā) | 系統(tǒng)能力開發(fā)或升級改進，減少集成和制造風險；確保作戰(zhàn)支持，減少后勤供給，實現(xiàn)人機協(xié)同，保證經(jīng)濟上可承受性，演示系統(tǒng)的集成、互操作性，安全性和有用性；分系統(tǒng)設計成熟，并有確定的集成和測試計劃 | 3～4 |
3 | 技術開發(fā) | 降低技術風險并選擇合適的技術，以集成一個完整系統(tǒng)；系統(tǒng)整體結構設計成熟，并有確定的一體化試驗和驗收策略 | 2～3 |
2 | 概念定義 | 定義初始概念，以及系統(tǒng)和技術開發(fā)策略，發(fā)展系統(tǒng)/技術方法；明確并論證系統(tǒng)需求，處于用戶需求清晰的技術狀態(tài)控制下 | 1～2 |
1 | 基礎技術研究 | 進行新技術的實驗分析和應用構想；明確并論證用戶需求，處于確定的交付部隊日期技術狀態(tài)控制下 | 0～1 |
2 項目技術成熟度評估流程
在對項目關鍵技術進行技術成熟度評估的基礎上，運用系統(tǒng)工程的思想方法，考慮系統(tǒng)各項技術之間的功能關系，確定系統(tǒng)中各項關鍵技術的權重，通過一定方式將關鍵技術成熟度評估結果綜合集成，給出系統(tǒng)成熟度水平的定量評估結果，根據(jù)計算出的項目技術成熟度評估值，對照項目技術成熟度等級標準，得出項目系統(tǒng)所處于的某一項目系統(tǒng)開發(fā)階段。定性判斷系統(tǒng)在開發(fā)生命周期中所處的階段，從而達到更全面地評估項目的技術成熟度，降低項目研發(fā)風險。本文沿用以下思路進行項目技術成熟度評估：
首先確定項目系統(tǒng)的技術分解結構，根據(jù)專家調(diào)查問卷評估，確定項目各項關鍵技術的技術成熟度等級；然后結合項目系統(tǒng)的技術分解結構，采用專家分析法確定各關鍵技術權重；最后通過集成計算、綜合分析，定量表示項目技術成熟度。項目技術成熟度評估流程如圖1所示。
圖1 項目技術成熟度評估流程
3項目技術成熟度評估方法
3.1關鍵技術成熟度評估
從車輛裝備研究領域的專家中選擇數(shù)位權威性專家，這里的專家是指掌握深厚的軍用車輛技術知識理論和具有相當豐富的項目研制實踐經(jīng)驗的人。通過采用專家問卷調(diào)查的方法確定項目各關鍵技術的技術成熟度。參照技術成熟度評價標準設計專家咨詢問卷表，發(fā)放并回收問卷，專家根據(jù)自身的知識積累和實踐經(jīng)驗進行判斷和選擇。基于專家調(diào)研結果，確定各關鍵技術的技術成熟度等級。
3.2關鍵技術權重確定
確定各項關鍵技術對于項目系統(tǒng)的權重是進行項目技術成熟度評估的關鍵。針對車輛裝備研制項目重要度評估問題的定性、經(jīng)驗和高層次的特點，采用專家分析法確定各關鍵技術的相對重要度。專家意見代表專家對某一項目系統(tǒng)的認識，有一定的主觀性，但通過對不同專家的意見進行綜合分析后的結果，能較全面地反映某一項目的狀態(tài)?？紤]到專家來源、個人偏好等對打分結果公正性的影響，本文選取多位專家進行打分。這樣就需要綜合各位專家的意見，形成一個群決策結果來最大程度的代表各方面專家意見。因而引入目標規(guī)劃方法來處理這一問題。
設
為待評價關鍵技術的集合，
為選定的評估專家。每位專家獨立打分，形成一個評價矩陣。專家
的評價矩陣為
，其中
表示專家給出的關鍵技術
相對于關鍵技術
的重要性程度。的取值采用 1～9 的比例標度。=1表示與一樣重要；=3表示比重要一點；=5 表示比明顯重要；=7表示比強烈重要；=9表示比絕對重要；它們之間的數(shù) 2，4，6，8 及各數(shù)的倒數(shù)具有相應的類似意義。判斷矩陣還必須滿足
，
。
用未知變量
表示經(jīng)過群決策過程最后給出的關鍵技術的權重，
。下面的過程給出了求變量
的方法。
首先構造一個群決策的評價矩陣
，
。群決策的結果要最大限度的接近每一位專家的評價結果，即要給出合理的與
使得
，
；
；用
表示專家的評價結果與群決策結果的偏差，那么=-。用
表示對關鍵技術和評價結果與群決策結果的總偏差，則
。我們希望越小越好，其最小值為0。問題轉化為求下列約束規(guī)劃問題的解：
；
實際上這是一個多目標決策問題，可轉化成一個目標規(guī)劃問題來求解。
；
；
運用Matlab軟件解此目標規(guī)劃問題，求出即為最能代表所有專家意見的關鍵技術權重。
3.3項目技術成熟度評估值計算表示
確定了項目系統(tǒng) n項關鍵技術
的技術成熟度等級分別為
，以及它們對項目系統(tǒng)的權重為
，其中
，
且，如表2所示。
表2 各關鍵技術成熟度等級及權重
S | CTE y1 | CTE y2 | … | … | CTE yn-1 | CTE yn |
TRL | t1 | t2 | tn-1 | tn | ||
ω | ω1 | ω2 | ωn-1 | ωn |
最后由下列公式計算得到該項目的技術成熟度。
由于各關鍵技術的重要度進行了歸一化處理，因此項目的技術成熟度為區(qū)間[0，9]中的取值。相應地，可以將系統(tǒng)成熟度評估值再轉化為項目成熟度等級和語言型項目技術成熟度描述。
4應用實例
本文以某車輛裝備研制項目為例說明項目技術成熟度評估的應用。該項目主要由動力系統(tǒng)、轉向系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)、行駛系統(tǒng)、防護系統(tǒng)、信息系統(tǒng)和保障系統(tǒng)等7個分系統(tǒng)組成。其中各分系統(tǒng)對應的關鍵技術為
、
、
、
、
、
、
。每個分系統(tǒng)級關鍵技術內(nèi)包含若干項子關鍵技術，項目關鍵技術分解結構如圖2所示。
圖2 車輛裝備項目關鍵技術分解結構
參照該項目的技術分解結構，項目技術系統(tǒng)分為3層，分系統(tǒng)級關鍵技術7類，共包括 28項底層關鍵技術。按照上文提出的評估流程，選取專家分別對子系統(tǒng)級關鍵技術和底層關鍵技術相對重要度進行兩兩權衡比較，專家選取標準是要求各位專家對該項目的系統(tǒng)要求和整體設計非常了解。依據(jù)專家的評價矩陣，分別計算分系統(tǒng)級和各底層關鍵技術的權重，項目關鍵技術的權重計算結果如表3所示。
表3 項目關鍵技術的權重值
分系統(tǒng)級關鍵技術 （ω） |
|
|
|
|
|
|
|
底層關鍵 技術 （ω） | CTE 1（0.1353） CTE 2（0.3160） CTE 3（0.1879）CTE 4（0.3608） | CTE 5（0.2105） CTE 6（0.1843） CTE 7（0.2894） CTE 8（0.3159）
| CTE 9（0.2989） CTE 10（0.3690）CTE 11（0.3321） | CTE 12（0.3252） CTE 13（0.2787）CTE 14（0.3961） | CTE 15（0.0987） CTE 16（0.1748） CTE 17（0.1306） CTE 18（0.1987） CTE 19（0.1987）CTE 20（0.1987） | CTE 21（0.0965） CTE 22（0.2821） CTE 23（0.1282） CTE 24（0.2965）CTE 25（0.1965） | CTE 26（0.1578） CTE 27（0.4364）CTE 28（0.4058） |
通過專家問卷調(diào)查對底層關鍵技術進行技術成熟度評估，可得到項目底層各關鍵技術當前、3年后、6年后的成熟度等級，關鍵技術成熟度評估結果如表4所示。
表4 關鍵技術成熟度等級
××車輛裝備項目關鍵技術成熟度評估 | |||||
主要分系統(tǒng) | 關鍵技術 | 技術成熟度等級（TRL） | |||
當前（2012） | 3年后（2015） | 6年后（2018） | |||
動力系統(tǒng) |
| CTE 1 | 3 | 5 | 7 |
CTE 2 | 4 | 6 | 8 | ||
CTE 3 | 2 | 4 | 6 | ||
CTE 4 | 3 | 5 | 8 | ||
行駛系統(tǒng) |
| CTE 5 | 4 | 5 | 8 |
CTE 6 | 5 | 8 | 9 | ||
CTE 7 | 4 | 5 | 7 | ||
CTE 8 | 6 | 8 | 9 | ||
懸架系統(tǒng) |
| CTE 9 | 3 | 4 | 6 |
CTE 10 | 3 | 4 | 6 | ||
CTE 11 | 3 | 4 | 6 | ||
轉向系統(tǒng) |
| CTE 12 | 2 | 4 | 6 |
CTE 13 | 2 | 4 | 6 | ||
CTE 14 | 3 | 4 | 6 | ||
防護系統(tǒng) |
| CTE 15 | 3 | 5 | 8 |
CTE 16 | 4 | 5 | 7 | ||
CTE 17 | 4 | 6 | 8 | ||
CTE 18 | 4 | 7 | 8 | ||
CTE 19 | 2 | 4 | 7 | ||
CTE 20 | 3 | 5 | 8 | ||
信息系統(tǒng) |
| CTE 21 | 5 | 6 | 7 |
CTE 22 | 4 | 5 | 8 | ||
CTE 23 | 3 | 5 | 8 | ||
CTE 24 | 5 | 6 | 8 | ||
CTE 25 | 5 | 6 | 7 | ||
保障系統(tǒng) |
| CTE 26 | 5 | 6 | 7 |
CTE 27 | 5 | 6 | 7 | ||
CTE 28 | 5 | 6 | 7 | ||
確定了項目底層關鍵技術的技術成熟度等級，以及它們的權重，就可以由公式 進行計算，最終得到該項目當前、3年后、6年后的各分系統(tǒng)成熟度。以動力分系統(tǒng)的成熟度評估值計算為例，過程如下：
為動力分系統(tǒng)的底層關鍵技術成熟度矩陣
為動力分系統(tǒng)的底層關鍵技術權重向量
同理，可以計算出其它分系統(tǒng)的成熟度評估值，如表5所示。
表5 項目分系統(tǒng)級技術成熟度等級
主要分系統(tǒng) | 分系統(tǒng)級技術成熟度評估值 | ||
當前（2012） | 3年后（2015） | 6年后（2018） | |
動力系統(tǒng)（CTE a） | 1.312 | 2.218 | 3.485 |
行駛系統(tǒng)（CTE b） | 2.360 | 3.137 | 3.663 |
懸架系統(tǒng)（CTE c） | 1.474 | 1.965 | 2.948 |
轉向系統(tǒng)（CTE d） | 1.242 | 2.170 | 3.254 |
防護系統(tǒng)（CTE e） | 0.711 | 1.213 | 1.938 |
信息系統(tǒng)（CTE f） | 1.306 | 1.578 | 1.920 |
保障系統(tǒng)（CTE g） | 3.054 | 3.665 | 4.276 |
根據(jù)項目各分系統(tǒng)的成熟度評估值和權重值，計算當前、3年后、6年后項目技術成熟度評估值，將S進行規(guī)范化處理，得到介于（0，9）之間的規(guī)范化評估值。
通過將項目技術成熟度評估值對照項目技術成熟度等級描述表，可以得出××車輛裝備研制項目當前的項目技術成熟度為第4級，項目正處于“系統(tǒng)開發(fā)階段”。 隨著項目各關鍵技術不斷成熟，3年后項目技術成熟度將達到第5級，處于“分系統(tǒng)演示階段”；6年后項目技術成熟度達到第6級，處于“系統(tǒng)測試階段”。
5結 語
本文提出了車輛裝備項目技術成熟度評估的目標，給出了項目技術成熟度評估等級標準，通過進行項目技術成熟度評估，克服了以往用模糊評價項目開發(fā)程度的不足，能定量地綜合評估車輛裝備項目研發(fā)效果，得出評估結果和研發(fā)階段。相對于關鍵技術成熟度評估來說，項目技術成熟度評估不僅注重單項技術的發(fā)展狀態(tài)，而且結合技術在系統(tǒng)中的相互關系，考慮技術之間的相對重要度，可以全面地評估項目的研發(fā)風險，為車輛裝備的項目采辦決策提供更為可靠的依據(jù)。
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