成熟度評價體系及其在我國航天領域的實踐研究

王鑫、劉瑜 /中國航天系統科學與工程研究院

王俊偉、朱雄峰 /北京特種工程設計研究院

張浩 /中國航天系統科學與工程研究院

成熟度評價理論起源于美國，美國國家航空航天局最早提出技術成熟度概念，隨后發展了制造成熟度、系統成熟度等，并在各大國防機構的武器裝備項目以及學術機構的研究課題中得到應用。航天領域是典型的高新技術產業，航天工程的顯著特征是復雜度高、工作環境嚴酷、技術難度大、經費投入大，帶來的突出問題就是風險高。因此，亟需一套科學有效的方法，系統辨識航天工程中由于技術基礎薄弱、制造條件欠缺、系統匹配不足等帶來的風險，客觀評價工程研發狀態，為管理決策提供依據。

本文對技術成熟度、集成成熟度、系統成熟度、制造成熟度、產品成熟度等評價方法的內涵及特點進行了研究，系統分析了成熟度評價在我國航天領域的應用情況，對比總結了相關成熟度評價的特點和適用范圍。面向航天工程研制特點，提出了成熟度評價體系在我國航天領域的實踐建議，對于高效益、高效率使用成熟度評價開展航天工程項目管理具有重要借鑒意義。

一、成熟度評價體系

1.技術成熟度

技術成熟度的概念最早于1974 年由美國國家航空航天局提出，作為一種識別、評價、監控技術風險的方法，廣泛應用于美國國家航空航天局、美國國防部、美國能源部、歐州航天局等機構的項目管理，以最大限度地減少實施新技術時可能面臨的風險。2020 年，美國政府問責署發布的《技術成熟度評估指南》對技術成熟度等級（TRL）的劃分及定義如表1 所示。

表1 美國政府問責署對技術成熟度等級的劃分及定義

我國開展技術成熟度相關研究工作也較早，前期以情報研究為主，隨后進入迅速發展階段。在技術成熟度法規與標準方面，原總裝備部于2012 年發布了《裝備預先研究技術成熟度評價暫行辦法》（裝發〔2012〕1 號文），要求裝備管理部門或其委托的第三方評價機構對不同類型的裝備預先研究項目實施技術成熟度評價。同年，發布了GJB 7688—2012《裝備技術成熟度等級劃分及定義》和GJB 7689—2012《裝備技術成熟度評價程序》，并制定了運載火箭、航天器等不同類型航天裝備的技術成熟度評價指南。GJB 7688—2012 中技術成熟度等級劃分及定義如表2 所示。

表2 GJB 7688中技術成熟度等級劃分及定義

我國在航空、航天、核電等領域的項目管理中也應用了技術成熟度評價。自2009 年開始，中國航天科技集團有限公司聯合軍兵種裝備部，依托中國航天系統科學與工程研究院在航天重大工程中持續開展技術成熟度評價工作。目前，技術成熟度評價已拓展應用于載人航天等其他重大工程中。

2.制造成熟度

制造成熟度評價模型最早由美國三軍聯合制造技術委員會于2001 年提出，主要為了彌補技術成熟度難以評估裝備生產系統的經濟性和有效性的不足。2007 年，美國國防部頒布了第一版《制造成熟度手冊》（草案），之后持續更新發布。2008 年，美國國防部頒布DODI 5000.02 指令，制造成熟度被正式運用到美軍項目采辦的管理過程中，作為采辦項目的強制性程序。美國國防部將制造成熟度等級（MRL）劃分為10 級，如表3 所示。

表3 美國國防部制造成熟度等級劃分

我國也頒布了制造成熟度的相關標準，如GJB 8345—2015《裝備制造成熟度等級劃分及定義》、GJB 8346—2015《裝備制造成熟度評價程序》，標準中將制造成熟度風險因素分為10 類，如圖1 所示。

圖1 我國制造成熟度定義及主線示意圖

我國航天制造兼具批量生產和單件/小批量生產的特點，在研制與生產過程中重點關注人、機、料、法、環、測等六大要素，結合這些特點，我國航天領域學者研究提出一種適用于我國航天的制造成熟度評價模型，并將其運用于我國航天某重大工程，開展了某典型復合材料等產品的制造成熟度評價。

3.產品成熟度

產品成熟度是我國在航天實踐過程中創新發展的理論，最早于2003 年在實施產品工程工作時提出，旨在對產品研制、生產及使用全壽命周期的所有要素進行度量和控制。2010 年，在綜合國內外相關成果和中國航天工程實踐經驗的基礎上，航天科技集團發布了集團級標準，將單機產品成熟度等級（PML）劃分為8 級，如表4 所示。

表4 宇航單機產品成熟度等級劃分和定義

我國在北斗導航衛星工程中開展了產品成熟度評價工作，辨識了各個分系統及其產品的成熟程度，并對不同成熟度等級的產品施行分類管理。

4.系統成熟度與集成成熟度

系統成熟度通過描述系統結構和技術間的作用關系來度量系統的成熟程度，其等級定義如表5所示。

表5 系統成熟度等級（SRL）劃分及定義

集成成熟度用于衡量技術之間集成關系成熟程度，它是為了解決系統成熟度評價問題而提出的概念，其等級定義如表6 所示。

表6 集成成熟度等級（IRL）劃分及定義

目前國內外關于集成成熟度、系統成熟度的研究主要集中在理論和方法研究，工程應用實踐開展相對較少?；诩沙墒於?、產品成熟度評價的產品研制管理模式成功應用于“實踐”十號衛星，縮短了研制周期，降低了項目經費。

二、幾種成熟度的異同點分析

上述幾種成熟度評價方法的共同點如下：

一是具有明確的評價目的。成熟度評價都是以識別工程項目的風險為目標，進而實現風險控制的一種管理工具。

二是具有豐富的評價信息。成熟度評價過程中采集的信息涵蓋設計、生產、試驗、使用等各方面的要素，信息內容豐富，可以有力支撐工程項目的其他評價、考核。

三是具有可量化的評價結果。成熟度評價結果用等級量化表示了工程項目的進展狀態，其等級內涵也表征了當前狀態距離目標狀態的差距。

上述幾種成熟度評價方法在評價對象、側重點等方面，具有顯著區別：

一是技術成熟度評價的對象是關鍵技術，重點評價技術滿足工程實現和性能目標的情況，包括基本原理、概念、功能等，主要適用于評價技術從理論研究到工程應用的各個階段，還可依據技術成熟度各等級定義制定技術的成熟路線圖，科學規劃技術研發路徑。

二是制造成熟度評價的對象是制造能力和制造技術等，著眼于梳理技術向產品轉化過程中的風險因素，包括工業基礎、設計、成本、質量、人員等方面，可用于驗證新技術轉化應用能力，掌握工程項目制造能力的短板，是制造風險管理的有效抓手。

三是產品成熟度評價的對象是具有獨立物理構型和明確外部接口的產品，不僅關注技術和制造的成熟程度，還包括過程控制、使用環節的成熟程度，主要適用于評價從實物產品到可重復穩定生產、高可靠產品的各個階段。

四是系統成熟度評價的對象是分系統或系統，利用集成成熟度，將技術、制造、產品成熟度等進行綜合評價，得到系統的成熟程度，解決了單一成熟度評價不全面、多技術/制造/產品的聚合等問題，從總體層面評價了工程項目的成熟情況。

三、成熟度評價實踐建議

由于中外航天工程研制模式、管理體制不同，國外的成熟度評價方法難以直接應用到我國。當前成熟度評價在我國航天領域的應用實踐表明，成熟度評價方法對降低技術風險、加強項目管理發揮了重要作用。然而，已有的工程應用是單獨針對技術、制造、產品的評價方法，因此，仍需立足我國國情軍情，建立具有航天特色的覆蓋技術、制造、產品、分系統、系統多層級的成熟度評價體系，用科學、規范的評價方法審查航天工程研制過程中新技術、新產品的成熟狀態，幫助設計師和管理者掌握研制攻關進展情況，及時辨識風險，了解與預期目標的差距。

1.建立具有我國航天特色的體系化成熟度評價方法

航天工程研發周期相對較長，從前期技術攻關、預研、研制到批產交付、使用保障時間跨度長達10 余年。目前的系統成熟度評價理論主要是基于技術成熟度理論發展而來的，對于系統級產品缺乏覆蓋設計—制造—應用等全過程、論證—方案—研制—定型等全周期風險點的全面度量。建議結合我國航天領域應用特點，綜合技術成熟度、制造成熟度、產品成熟度、系統成熟度等不同視角，以及航天工程全壽命周期不同階段的工作重點，開展適用于航天裝備的體系化成熟度評價方法。例如，在工程項目預研攻關階段，由于航天研制繼承與創新并存，技術發展不均衡，針對創新性強的關鍵技術開展技術成熟度評價，辨識技術風險，為技術攻關提供可量化的評估結果，便于在關鍵技術攻關過程中找準短板，牽引工程項目整體協調向前發展。在技術方案收斂閉合后，開展制造成熟度評價，辨識材料、工藝、設備等制造環節的薄弱點，確保研制過程中制造風險可控。在工程項目研制、定型階段，針對關重產品開展產品成熟度評價，有效評價產品研發狀態及風險。在工程項目實施過程中，綜合集成技術成熟度、制造成熟度、產品成熟度的評價結果，開展系統成熟度評價，有效把握分系統/系統的研制狀態。

2.結合試驗鑒定要求，完善成熟度評價方法

航天裝備試驗鑒定貫穿于裝備全壽命過程，是裝備建設、采購、管理、發展的重要手段。在中國航天已進入高密度發射常態化階段的背景下，航天裝備試驗鑒定對于發現裝備問題缺陷、保證發射質量、提高裝備實戰適用性和有效性、促進裝備改進升級具有重要意義?，F有的成熟度評價標準、方法與試驗鑒定的要求仍有差距，成熟度評價和試驗鑒定三個環路聯系不緊密。建議將航天裝備成熟度評價與試驗鑒定要求相結合，融入試驗鑒定及現行檢驗評估體系。成熟度評價結果可以作為試驗鑒定的指標參考，作為裝備各階段試驗鑒定的決策支撐，為用戶客觀掌握裝備性能與作戰能力提供幫助，降低技術風險和采辦費用，縮短采辦周期，促進裝備快速形成戰斗力。

3.加強政策指引，將成熟度評價納入項目管理程序

航天工程的研發規律和研發特點決定了飛行試驗成功不代表技術成熟、技術成熟不代表設計可靠、設計可靠不代表產品合格、產品合格不代表系統協調。以往的航天工程對于轉階段等重大節點沒有明確的量化考核指標，可能導致不夠成熟的技術提前轉階段、不夠成熟的產品上天，給工程研制帶來巨大風險。建議根據航天工程項目的研發目標和計劃安排，統籌規劃工程研發進展，在研發過程中實施體系化成熟度評價，明確重大節點的成熟度等級要求，將成熟度評價納入工程項目管理鏈條，為預研階段技術攻關量化管理、研制階段精細化管理、重大節點決策管理提供方法手段支撐，確保工程按項目成熟規律開展研發。

本文針對成熟度評價這一項目和風險管理工具，全面研究總結了技術成熟度、制造成熟度、產品成熟度、集成成熟度、系統成熟度評價方法的內涵及其在我國航天領域的應用情況，分析了幾種成熟度評價方法的特點和區別，就逐步完善具有我國航天特色的成熟度評價體系以及評價實踐提出了具體建議，對于科學高效開展航天領域成熟度評價工作具有一定的指導意義。