您好,欢迎来到航天工程专业知识服务系统!

工程成熟度简介

工程成熟度(ERL)是对工程项目的成熟状态进行评价的一种定量方法。它表征了工程项目从方案设计到运行维护结束全生命周期的成熟规律。依照从定性到定量的基本原则,对工程项目的各项技术、集成关系、系统以及制造等方面的成熟度进行综合评估,得到工程成熟度的评估结果。

工程成熟度是一个二次集成评估模型。首先对工程项目的技术开展技术成熟度评价、对技术之间的集成关系开展集成成熟度评价,然后将技术成熟度与集成成熟度集成为系统成熟度评价结果。在此基础上,对工程项目的关键制造技术与产品开展制造成熟度评价,最终将制造成熟度评价结果与系统成熟度评价结果集成为工程成熟度的综合评价结果。

工程成熟度应用

工程成熟度评价在重大工程项目的应用上取得不少佳绩。如开展国家级某专项工程的技术成熟度评价工作,受到装备发展部、火箭军、航天科技集团以及工程两总系统的充分肯定。2013年,支撑工程院开展了民口国家科技重大专项中期评估的技术成熟度评估任务,受到了刘延东副总理的充分肯定。2013年,支撑原二炮高新办开展多项国家级重大高新武器项目的技术成熟度评估及论证工作,支撑武器项目相关决策。2014年至今,支撑国家科技评估中心开展民口国家科技重大专项年度监督评估中的技术成熟度评估任务。2015年至今,支撑国家能源局开展核电重点专项的技术成熟度评价标准与评价软件开发工作,相关标准已在行业内试点应用。

概念介绍

系统成熟度(System Readiness Level,SRL),是对项目或系统成熟度进行度量和评测的一种标准,它拓展了技术成熟度的应用领域和适用范围,不仅关注单项技术是否成熟,并且更加关注技术间继承关系以及整个系统的成熟水平。

系统成熟度评价(System Readiness Assessment,SRA),是指基于TRL度量标准评价项目或系统的成熟度的过程。它包括对关键技术的技术成熟度评估以及技术间、系统间集成成熟度的评估。

评价模型

等级定义

在国外对系统成熟度定义的基础上,结合我国航天系统的规律和特点,提出了系统成熟度五级定义。依次可以表示系统在整个开发生命周期中所处的阶段状态。

序号 生命周期阶段 系统成熟度等级定义
1 概念定义 优化初始概念,制定系统/技术战略。
2 技术开发 降低技术风险,并确定合适的技术集合,以集成到一个完整的系统中。
3 系统开发与演示 发展系统能力,降低集成和制造风险,演示系统的集成、互操作性、安全性和实用性。
4 生产 实现满足任务需求的运行能力。
5 运行和维护 执行项目支持程序,满足运行系统的要求,并以最具成本效益的方式在整个生命周期内维护系统。

成熟度内涵

系统成熟度设计为项目或系统中独立技术的技术成熟度与技术之间集成的集成成熟度的函数,用来描述项目或系统开发过程的技术风险及其集成风险。技术成熟度与集成成熟度的各个等级与系统的生命周期阶段均有对应。

  • 系统成熟度与技术成熟度和集成成熟度关系:

  • 系统生命周期与IRL/TRL等级的对应关系:

计算方式

  • 采用SRL矩阵算法,根据TRL和IRL的值计算SRL的值,计算步骤如下所示:

评价案例

对美国海军的水面舰艇系列的系统成熟度进行评估。

  • 1)对该系统进行分析,得出其系统架构中共有20项关键技术。

    2)根据系统架构,作出关键技术之间的网络关联图,如下所示:

  • 3)照TRL和IRL的定义列出TRL和IRL矩阵,结果如下所示:

  • 4)根据程序设计计算SRL矩阵。

  • 5)与系统成熟度表格对比可知该系统处于系统开发与演示阶段。

概念介绍

技术成熟度等级(Technology Readiness Level,TRL),是指对技术成熟程度进行量度和评测的一种标准。可用于评价特定技术的成熟度也可判断不同技术对同一项目目标的满足程度。

技术成熟度评价(Technology Readiness Assessment,TRA),是指基于TRL度量标准评价项目或系统中关键技术元素(Critical Technology Element,CTE)成熟度的过程。所谓关键技术元素(CTE,Critical Technology Elements)是指在规定的时间、规定的费用范围之内为完成项目设定的性能要求和任务必需依赖的新技术。关键技术元素可以是硬件技术、软件技术或制造技术。

评价模型

等级定义

美国、英国等国家在国防采办中特别强调对技术成熟度的评估。美国国防部认为,在关键项目采办中,在转入系统开发前技术必须是成熟的。对技术成熟度的评价,国外已经开展了比较多的研究工作,提出了九级技术成熟度标准( Technology Readi2ness Levels )。

在国外对系统成熟度定义的基础上,结合我国航天系统的规律和特点,提出了系统成熟度五级定义。依次可以表示系统在整个开发生命周期中所处的阶段状态。

等级特征

技术成熟度定义是围绕三个典型的成熟属性进行描述的。这三个成熟属性分别是技术状态、集成度和验证环境。根据TRL等级定义,三个属性随成熟度提高变化的过程可以归纳为下表。

评价方法

  • 基于成熟属性开展评价

    采集CTE的技术状态、验证的载体(集成度)、验证环境三个属性的发展程度,填写下表,将其与各级要求进行对比,评价CTE的成熟度等级。

  • 基于检查单开展评价

    对照技术成熟度各级检查单,评价CTE的成熟度等级。以TRL4级为例,其检查单见下表所示:

评价组织流程

组织架构

技术成熟度评价工作的行为主体一般包括:评价方、被评方、专家组、专业评价机构。

评价方 是指下达科研任务的管理部门或其授权的评价机构
专家组 由技术、管理等方面的专家组成,负责技术成熟度评价
专业评价机构 主要职责是协助评价方和专家组制定评价方法,开展评价方法的培训以及组织评价活动等工作
被评方 是指承担研制任务的单位

评价流程

技术成熟度评价工作的典型流程可划分为三个阶段:评价工作启动阶段;评价工作执行阶段,包括自评价以及专家评价过程;评价工作总结阶段。

技术成熟度评价

用户登录后,可通过发起评价填写项目概述表、分析关键技术属性完成项目的技术成熟度等级自评价,获取自评价结果后,可进一步申请专家评价, 由系统随机分配专家库里的专家进行更加科学、专业的评价和权威的分析。

概念介绍

集成成熟度(Intergration Readiness Level,IRL),用来描述项目中技术(系统)间集成关系的成熟程度,它量化的反应了集成关系对于项目目标的满足程度。

集成成熟度评价(Intergration Readiness Assessment,IRA),是指基于集成成熟度度量标准评价项目或系统中关键技术之间、分系统之间集成关系的成熟程度的过程。

等级定义

在充分借鉴美国史蒂芬文理学院Sauser教授对于集成成熟度定义基础上,根据我国航天项目特点,研究提出了我国航天集成成熟度等级定义。

序号 集成成熟度定义
1 已经识别技术间的接口,并有足够的细节来表征接口关系的特征
2 可以用一定的细节特征来表示技术间通过接口的交互作用
3 技术间具有兼容性,可进行有序、充分地集成与交互作用
4 在技术间集成的质量和保障有足够多的信息
5 对技术之间所必需的建立、、管理和终止集成等存在有效控制
6 集成技术能接受、转换并构建预期应用信息
7 过充分的校核和验证,集成技术是可行的
8 完成实质性集成,在系统环境中进行测试和演示,达到任务要求
9 集成通过了任务成功实施,得到验证
评价检查单

集成成熟度评价检查单,是进行集成成熟度评价的基本工具。根据集成成熟度的定义制定了集成成熟度各级检查单,以IRL1级为例进行说明。

IRL1:已经识别技术间的接口,并有足够的细节来表征接口关系的特征
序号 集成成熟度定义
1.1 是否已确定主要的集成技术
1.2 是否已定义顶层的功能架构和接口点
1.3 是否已经并记录主要集成技术
1.4 是否已定义集成概念/计划
1.5 是否已定义集成测试概念/计划
1.6 是否已定义更进一步行动的概念和主要案例
1.7 是否已定义集成序列方法/时间表
1.8 是否已定义接口控制计划
1.9 是否已定义主要集成和测试资源要求(设施、硬件、软件、代理等)
1.10 是否已确认集成和测试团队的功能和职责
评价案例
  • 集成成熟度目前还未有详细的评估案例。以下仅供参考

    火星气候轨道仪(MCO)于1999年9月23日坠毁在火星的大气中。事故调查委员会(MIB)发现造成航天器损失的原因是在“小部队”“Small Forces”和“AMD”两个文件之间的数据传输存在错误,导致推进器的错误发动,偏离了预定的轨道,导致了轨道飞行器在大气中燃烧。

    在采用集成成熟度对其进行检查时发现,“Small Forces”和“AMD”之间的集成成熟度不超过5级,未能到达6级即“集成技术能接受、转换、构建应用信息”这个等级,原因是两部件之间未能成功进行数据交换。

概念介绍

制造成熟度(Manufacturing Readiness Level,MRL),用来描述项目中关键制造能力的成熟程度,它量化地反映了制造能力对于项目目标的满足程度。它通过对各制造要素,例如设计、工艺、材料、设备、人员、成本、质量等要素的系统管理,有效评价制造的当前状态,并识别制造风险。

制造成熟度评价(Manufacturing Readiness Assessment,MRA),是指基于制造成熟度度量标准评价项目或系统中关键制造技术或产品的成熟程度的过程。制造成熟的过程实际上就是制造风险降低的过程。集成成熟度(Intergration Readiness Level,IRL),用来描述项目中技术(系统)间集成关系的成熟程度,它量化的反应了集成关系对于项目目标的满足程度。

等级定义

在充分借鉴美国国防部制造成熟度定义基础上,根据我国航天制造特点,研究提出了我国航天制造成熟度等级定义。

序号 集成成熟度定义 航天制造成熟度定义
1 确定制造的内涵 发现基本制造原理或看到基本制造原理的报道
2 确定制造的方案 提出将基本制造原理应用于航天系统中的设想
3 制造方案的可行性得到验证 具备制造出概念样件的能力,制造原理的可行性得到验证
4 具备在实验室环境下制造技术原理样件的能力 具备在实验室环境中制造出原理样件的能力
5 具备在相关生产环境下制造原型部件的能力 具备在相关生产环境中制造出改进的原理样件的能力,该样件通过中逼真度模拟使用环境验证
6 具备在相关生产环境下制造原型系统或分系统的能力 具备在相关生产环境中制造出演示样件的能力,该样件集成在分系统或者系统级演示样机中通过高逼真度模拟使用环境验证
7 具备在典型生产环境下制造系统、分系统或部件的能力 具备在典型生产环境中制造出工程样件的能力,该样件集成在系统级工程样机中通过典型使用环境验证
8 试生产线能力得到验证,准备开始低速率生产 具备制造出最终产品的能力,为小批量生产创造条件
9 低速率生产能力得到验证,准备开始全速率生产 产品通过系统成功执行任务得到验证,小批量生产能力得到验证
10 全速率生产得到验证 大批量生产能力得到验证,产品通过广泛使用得到验证
评价检查单

制造成熟度评价检查单,是进行制造成熟度评价的基本工具。针对我国航天制造特点制定了制造成熟度各级检查单。以MRL4级为例进行示意。

序号 检查项
1 是否在可行性验证的基础上,完成了用于制造技术攻关的原理样件的设计?
2 是否确定了原理样件的制造工艺?
3 (原)材料是否满足原理样件的制造要求?
4 设备是否满足了原理样件的制造要求?
5 是否制造出了原理样件?
6 原理样件是否在实验室环境中通过了关键功能和性能验证?
7 是否初步明确了最终制造能力要求,并进一步分析了实现制造能力的风险,完善了规避风险的措施和计划,完成 了计划在该级别实现的批生产准备工作(可选)。
评价案例

以某导弹的“长储高强度扭杆”为例,对制造成熟度评价方法进行介绍。该扭杆主要作为弹性储能元件,在导弹发射瞬间,确保空气舵瞬间展开。其功能特点是,要求其必须能够在保持储能状态下长期储存,且刚度和强度指标不下降,扭杆不断裂、不腐蚀。

在评价时,首先确定该扭杆的最终成熟标志,以及根据各级评价检查单细化各级评价标准,然后对该扭杆目前的制造状态进行分析,最终根据当前的实现情况,判断其制造成熟度等级。

关键制造名称:长储高强度扭杆
关键制造的最终成熟目标或标志(MRL10级):
  • 1. 在保持较高扭矩条件下,XX年内零件刚度和强度指标不下降,扭杆不断裂、不腐蚀;
  • 2. 具备年产XX根的生产能力,产品合格率达到XX以上;
  • 3. 每批次(XX根)生产周期为两个月。
MRL 4:具备在实验室环境中制造出原理样件的能力
序号 检查项 评价细则 评价细则的实现情况 满足情况
1 是否在可行性验证的基础上,完成了用于制造技术攻关的原理样件的设计? 在可行性验证的基础上,改进了扭杆设计,强度改为xx级 完成了原理样件的设计,扭转xx度条件下,扭矩为xxNm,强度达到xx级。
2 是否确定了原理样件的制造工艺? 通过工艺攻关,确定了扭杆原理样件的制造工艺 完成了热处理和机加的工艺攻关,工艺方案已经收敛; 明确了防腐蚀要求,制定了国内材料技术条件标准。
3 (原)材料是否满足原理样件的制造要求? 采用国产xx钢棒,满足制造要求 针对扭杆断裂问题,通过了专项评审,调整了扭杆的使用材料;采用xx材料,强度等级为xx级;国产原材料的性能和供货能力满足原理样件制造要求
4 设备是否满足原理样件的制造要求? 改进了热处理炉精度,车床、热处理炉等制造设备满足要求 改进了热处理炉的控温精度,满足了热处理要求; 具备车床等机加设备; 建立了刚度检测平台和静扭试验台。
5 是否制造出了原理样件? 制造出了扭杆原理样件 采用国产xx级材料,制造出了扭杆,可与空气舵集成、展开。
6 是否在实验室环境中对原理样件的关键功能和性能进行了验证? 在实验室中完成了扭杆功能检测,开展了空气舵展开试验和长寿命试验 室温下的材料强度检测; 舵展开试验; 扭杆进行了理论计算和长周期扭转寿命试验; 通过实验,验证了扭矩和强度满足设计要求
7 是否明确了最终生产能力要求,完成了该级别的批生产准备工作(可选)。 明确了最终批产要求,完成了工艺攻关等计划在该级别实现的准备工作,分析了批产风险 实现年产xx根的生产能力,产品合格率达到xx%以上; 生产效率为xx根/月; 通过改进设计,提高了扭杆寿命。