基于技术成熟度的关键技术攻关策划研究与实践

来源:实践技能 发布时间:2022-11-15 点击:

李 亮,王婷婷,初洪宇,姜 欢,涂积奇

(1. 中国运载火箭技术研究院,北京,100076;
2. 中国航天系统科学与工程研究院,北京,100037;
3. 空间物理重点实验室,北京,100076)

技术成熟度,是指技术相对于某个系统或项目而言所处的发展状态,它反映了技术对于预期目标的满足程度。其概念最早由美国航空航天局(NASA)在20 世纪70 年代提出,后来在美国的重大项目管理中得到了推广应用,成为了评价国防项目进展状态、制定项目技术发展路线图、识别技术风险、选择技术方案等的重要支撑手段和工具。国外技术成熟度的深入研究和广泛应用,也引起了中国相关管理机构的重视,并在部分项目的立项、验收等节点开展了技术成熟度评价。但无论是评价方法还是在工程应用中的深度、广度,较之国外还有一定的差距。

某科技工程在面临研究领域基础理论薄弱、关键技术难度及跨度大、保障条件不足等困难与挑战,通过系统地策划应用成熟度的管理理念,开展了技术成熟度评价方法的研究与应用,降低了研制风险,并在实践过程中不断完善成熟度的理论与方法。通过近十年的研究与实践,以“基于技术成熟度的关键技术攻关策划与评估”为核心的技术研发管理方法,在控制技术风险、加强对工程的研制指导、推动工程的实施、提高工程管理决策的科学和合理性等方面,发挥了重要作用,成为了该工程研制风险管控强有力的辅助工具之一。

相对于传统的航天预研工程,该工程关键技术攻关涉及的技术类型更多,数量更大;
关键技术普遍成熟度水平不高,且发展不均衡;
技术自主创新性非常强,技术攻关缺少可以借鉴的经验;
关键技术攻关难度很大,且持续时间长。上述问题给工程管理带来了巨大的挑战,也对关键技术攻关与技术风险管理和控制工作提出了更高的要求:在关键技术攻关管理上抓住关键和短板,工程全局的角度牵引关键技术攻关整体协调推进,科学合理的制定技术地研发路线,成为工程亟需解决的问题。

为了应对上述关键技术攻关管理挑战,工程创新性地引入了基于技术成熟度的管理方法,通过在工程中实施“基于技术成熟度的关键技术攻关策划及关键节点考核评估”管理模式,面向工程的关键技术进行了覆盖全周期的技术成熟度攻关策划、节点检查及事后评价。实践证明,该管理方法为关键技术的量化及精细化管理发挥了重要作用,为工程任务圆满完成打下了坚实的基础。

某工程基于技术成熟度的关键技术攻关策划源于航天工程中的技术攻关策划,但二者亦有不同之处。基于技术成熟度的关键技术攻关策划是以技术成熟度(Technology Readiness Level,TRL),作为贯穿整项工作的主线,将成熟度等级及各级要求作为筹划、评价攻关工作和攻关效果的重要标准。其主要内容是,依据工程规划纲要和任务书,制定该工程关键技术在各阶段的技术成熟度目标及要求,再基于技术成熟度等级的要求对关键技术攻关工作进行策划,梳理从当前的技术成熟度、等级发展,到目标技术成熟度等级的全部技术攻关工作任务、工作要求及工作计划。主要分为6 个方面工作,见图1。

图1 基于TRL 的关键技术攻关策划与评估技术路线Fig.1 Technical Route of Key Technology Breakthrough Planning and Evaluation Based on TRL

基于技术成熟度的关键技术攻关策划与评估工作,核心是对工程全部关键技术进行分类管理,基于技术成熟度开展关键技术全周期的“攻关策划、节点检查、事后评估”,与工程研制“同策划、同部署、同实施、同评价”。

基于技术成熟度的关键技术攻关策划与评估的具体实施流程如下。

3.1 建立工程技术信息数据库

首先,依托工程总体单位建立某工程技术信息数据库。

3.1.1 开展工程技术结构分解

技术结构分解(Technology Breakdown Structure,TBS)体现了整个工程的分解结构和产品集成层次或集成过程,从系统、分系统、单机到部件,自顶向下逐级进行技术分解,作为整个工程技术范畴的一个全视角树形结构,体现技术的可追溯性,对于管理机关全面掌握整个工程的技术起到重要作用。

3.1.2 建立技术信息数据库

在通过专家评审或者自评确定工程的技术清单后,通过信息采集的方式,由各承研单位填写技术信息采集表,在总体单位进行汇总,建立工程技术信息数据库。数据库包含技术状态信息、集成状态信息、主要试验及验证环境信息、技术风险信息等内容。

3.2 对关键技术进行分类

制订“技术关键性分类办法”,依托专家组对技术信息数据库中的技术进行分类,从重要性和困难度两个维度出发,将关键技术按照关键程度分为重大(A类)、重点(B 类)、一般(C 类)3 个级别。其中,重要性主要根据关键技术对工程目标的影响程度和是否具有替换路径进行划分,困难度主要依据关键技术在理论、技术和验证等方面的难易程度进行区分。

按照关键程度对技术实施差异化管理。对所有A类技术实施“精细化”管理,深入开展基于技术成熟度的关键技术攻关策划,制定里程碑节点,并在相应计划节点组织评审;
对B 类技术实施“重点”管理,在里程碑节点及工程转段时开展全面的技术成熟度评价;
对C 类技术实施“一般”管理,基于各阶段的技术成熟度目标,在工程转段时开展技术成熟度评价。

3.3 确定关键技术攻关的TRL 目标

分解某工程总目标和各阶段目标要求,确定关键技术的TRL 目标,是基于TRL 进行关键技术攻关策划的工作基础。关键技术在各阶段的TRL 目标,不仅包含该项技术在该阶段结束时所需要达到TRL 等级,还包括该TRL 等级对关键技术成熟状态的要求。

主要途径是,确定工程研制总目标与TRL 等级的映射关系;
按照工程整体进度安排,分别确定各研制阶段关键技术应达到的TRL 等级。如:单项关键技术攻关阶段、多项关键技术集成演示验证阶段等对应的TRL 等级。通过应用此方法,在充分参考国外最佳实践的基础上,确定了该工程全部技术应达到TRL6 级,阶段目标为达到TRL3 级、4 级和5 级。

3.4 编写基于TRL 的关键技术攻关策划报告

基于TRL 的关键技术攻关策划,是按照技术成熟度所反映的技术成熟规律和对技术成熟过程的要求,策划工程关键技术在全生命周期的攻关路线。主要工作内容和方案如下。

a)评价关键技术的初始TRL 等级。

根据关键技术初始的技术研发状态,以及阶段攻关目标的要求,客观评价当前关键技术达到的TRL 等级,确定关键技术在各个阶段拟达到的目标TRL 等级。

b)制定技术成熟度评价细则。

基于各个TRL 等级的通用要求,结合关键技术全生命周期成熟过程的特点,从技术状态、集成状态、验证环境、验证的功能和性能等维度出发,制定关键技术达到各TRL 等级的评价细则。

c)梳理关键技术攻关的主要途径和工作任务。

按照初始TRL 等级、目标等级和所跨越TRL 等级的评价细则要求,制定关键技术攻关的主要技术途径及方案,将其分解到应当完成的工作任务和标志性成果中,包括技术研究、产品研制和试验验证等方面。

d)确定技术成熟时间表。

制定各项关键技术由当前TRL 等级达到目标TRL等级时间表,制定各项工作任务计划,形成关键技术攻关甘特图或计划网络图。

e)进行攻关风险分析和应对措施策划。

根据关键技术成熟过程中面临的问题及难点,进行关键技术攻关风险辨识、分析和综合评估,拟定风险应对措施。

3.5 制定关键节点考核确认计划

为了保证关键技术攻关策划实施的有效性,针对策划中明确的关键时间节点,制定考核确认计划,并在这些关键时间节点上对关键技术进行考核。

关键节点的考核确认计划的主要内容包括以下几点。

a)考核节点。

根据关键技术突破里程碑事件或者工程研制的标志性重要时间节点,确定开展考核的时间,一般每年至少选取1~2 个考核节点。

b)考核内容。

关键技术的发展现状与攻关策划报告中技术攻关内容、标志性成果、预期TRL 等级的一致性,以及技术风险和风险应对情况等。

c)考核方式。

考核主要采取专家评审与自评价相结合的方式,明确考核的组织方、专家评审与自评价组织形式等。

3.6 开展关键节点的考核评估

关键节点考核评估是指,在工程关键节点上,对标基于技术成熟度的关键技术攻关策划报告,开展技术成熟度跟踪评价,为有效推进后续工作提供支撑。

通过开展关键节点考核评估,a)从技术成熟度的多个特征维度,全面系统地评估各项关键技术的攻关进展;
b)通过与事前攻关策划对比分析,找出攻关进展与攻关目标之间的差距,明确后续研发及管理工作的重点;
c)梳理出当前攻关中存在的技术风险和瓶颈性问题,明确各项关键技术达到或预计达到目标技术成熟等级的时间表,促进工程按计划稳步推进。

技术成熟度评价任务涉及管理、工程、专业服务等方面,由评价方、被评方、专家组和评价机构共同协作完成,各方密切配合,发挥各自优势,共同推动成熟度评价工作顺利有序开展。各方组织与职责如下:

a)评价方。

由工程归口管理机构人员构成,主要职责包括:发布评价任务,审核评价实施方案;
确定研制任务的最终和各阶段技术成熟度等级要求;
组建专家组,确定评价机构;
评价工作组织协调,对评价工作进行监督检查。

b)被评方。

由工程各关键技术攻关任务承研单位人员构成,主要职责包括:依据任务要求,制定工作计划,落实成熟度评价工作人员;
完成技术成熟度自评价及基于技术成熟度的工作策划;
配合开展技术成熟度专家评价,配合完善技术成熟度评价报告。

c)专家组。

由各领域具有代表性的技术、管理专家构成,主要职责包括:审查技术关键程度评价结果;
审查关键技术成熟度评价准则;
审查技术成熟度评价结果;
审查基于技术成熟度的工作策划。

d)评价机构。

由成熟度评价研究与实施的专业机构人员构成,主要职责包括:起草评价工作计划和实施方案;
提供技术成熟度评价方法与信息采集模板;
采集处理评价信息、编写评价报告;
组织实施全过程评价工作,为被评方和专家组提供技术成熟度评价的技术支持。

其中,专家组是评价实施过程中的责任主体。为保证评价结果的科学性,专家组的构建至关重要。专家组遴选的原则如图2 所示。

图2 专家组遴选原则Fig.2 Selection Principle of Expert Group

技术成熟度评价包括技术成熟度自评价和专家评价两个环节,下文对技术成熟度评价方法进行介绍。

5.1 技术成熟度自评价等级判定方法

技术成熟度自评价等级判定方法可以概括为:当某关键技术被评为TRL级时,它必须满足TRL (-1)级和TRL级的所有技术成熟属性要求,不满足TRL(+1)级的技术成熟属性要求。同时,满足TRL级的各项评价准则。其评价步骤如下:

a)根据各个等级的技术成熟属性初评是否为TRL级。当判断某关键技术为TRL级时,它必须满足以下公式。

且:

b)根据关键技术评价准则判断该技术是否达到TRL级。

假设(,,…,)为判断某关键技术是否符合TRL级评价准则的函数,其中(,,…,)为各项评价准则,则有:

(,,…,)=(a)∩(b)∩…(m) (5)且:

式中(为单独判断该产品的评价准则是否符合TRL级的函数,符合为“1”,不符合为“0”。有且只有当全部为1 时,(,,…,)=1

5.2 技术成熟度专家评价方法

为了科学、高效地家评价工作,得到准确的评价结果,制定了如下的专家评价方法:

a)确定专家的权威系数。

针对同一项关键技术,由于专家的理论专长、实践经验、对学科的熟悉程度等各不相同,因此每位专家的评价结果对于最终的评价结果有不同的贡献度,即各位专家具有不同的权威系数。专家权威系数体现了评估专家意见的可信度。专家权威系数如表1所示。

表1 专家权威系数Tab.1 Expert Authority Coefficient

在评价专家的权威系数时,首先对专家的权威系数建立评估指标体系,包括对学科的熟悉程度、理论水平、实践经验、资历、公平公正性共5 项指标,然后制定各项指标的量化评价标准。

由评价方组织对每位专家进行打分,每位专家的权威系数C为以上5 项指标得分的平均值,即:

c)得到专家评价结果。

针对某项关键技术,每位专家分别对关键技术成熟度开展专家评价,基于专家的权重及其对关键技术的评价结果,基于线性加权平均法计算出关键技术的成熟度(Technology Readiness Levels,TRL)评价结果,即:

某工程基于技术成熟度的攻关策划与评估工作,相比传统的技术成熟度评价工作以及关键技术攻关策划工作有了显著的创新,主要体现在以下方面:

a)技术成熟度的应用模式转变。

在国内外技术成熟度的应用实践中,采取的都是技术成熟度“事后评估”的模式,即对工程关键技术的阶段性或整体进展情况进行检查评估,评价达到的技术成熟度等级,发现问题与风险。

将技术成熟度评价的应用模式由单纯“事后评价”模式转变为“攻关策划、节点检查、事后评估”相结合的模式,以攻关策划为基础,事中检查重点明确攻关进展和差距,及时发现问题并跟踪闭环;
事后评估重点考察关键技术是否达到了目标要求的技术成熟度级别,以及是否存在影响后续型号研制问题或风险。这种应用模式是创新性的。

b)关键技术攻关策划与评估方式的转变。

针对传统的航天工程在关键技术管理、技术研发目标管理、关键技术攻关策划以及技术研发进展的检查等方面存在的问题,均开展了探索与创新,主要做法以及创新点如表2 所示。

表2 基于TRL 的关键技术攻关策划与评估的做法与创新点Tab.2 Practice and Innovaton of Key Technology Breakthrough Planning and Evaluation based on TRL

在某工程关键技术攻关管理实践中,通过开展基于技术成熟度的关键技术攻关策划与评估工作,取得的主要成效体现在如下方面:

a)按照关键程度对技术进行分级实施差异化管理,使关键技术辨识方法更加规范和量化,避免漏选或错选一些关键技术,有助于对不同关键程度的技术实施差异化管理,针对性更强。

b)使用技术成熟度工具对攻关目标进行量化管理。采用技术成熟度这把“尺子”分解某工程总目标和各阶段目标要求,确定关键技术的TRL 目标,攻关工作更量化,管理更规范,同时便于考核。

c)基于技术成熟度开展关键技术攻关策划,帮助设计师系统按照技术成熟规律梳理技术路线,逐步完成技术攻关工作,使得关键技术攻关路线更清晰、工作更聚焦、要求更明确,体现了精细化管理的特点。

d)通过开展关键节点的技术成熟度评价工作,加强了攻关过程的精细化管理,有助于管理机关及时了解技术攻关进展,掌握现状与目标之间差距,有针对性的加强计划和进度管理,提高管理精细化程度和决策科学性,促进整个工程的整体协调发展。

通过持续在某工程关键技术攻关全周期开展基于技术成熟度的关键技术攻关策划与评估工作,科学、规范地策划了工程各项关键技术的攻关工作,一方面,帮助设计师队伍按照技术成熟规律系统策划技术攻关工作,及时发现技术攻关过程中存在的问题与技术风险;
另一方面,帮助管理机关及时掌握关键技术攻关进展,促进工程整体协调向前推进,避免不成熟技术提前转段。从而为研制队伍的技术攻关工作指明了路线,为管理机关提供了管理和控制工程技术风险的抓手,为关键技术全面突破发挥了重要的支撑作用。

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