吳繼承WU Ji-cheng

（深圳中廣核工程設(shè)計(jì)有限公司，深圳 518000）

0 引言

技術(shù)成熟度是指研究對象的技術(shù)狀態(tài)相對于某個具體系統(tǒng)或項(xiàng)目而言所處的發(fā)展階段，反映了技術(shù)對于預(yù)期目標(biāo)的滿足程度；技術(shù)成熟度等級（TRL，Technology Readiness Level）是進(jìn)行技術(shù)成熟度量度和評估的標(biāo)準(zhǔn)。

上世紀(jì)六七十年代，美國航空航天局在開展的阿波羅登月項(xiàng)目中，為避免新技術(shù)應(yīng)用對工程項(xiàng)目的重大影響，著手研究控制工程進(jìn)度、防范新技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)的管理措施，提出了技術(shù)成熟度的理念和方法。隨后，技術(shù)成熟度作為一種技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)控制的手段，在軍工、航天等大型復(fù)雜工程領(lǐng)域得到快速發(fā)展。

核電領(lǐng)域與航天領(lǐng)域相似，由于技術(shù)的保守性和復(fù)雜性，決定了這一領(lǐng)域?qū)夹g(shù)成熟度有較高的要求。近年來，我國在核電技術(shù)研發(fā)領(lǐng)域投入巨大，如何借助技術(shù)成熟度的工具指導(dǎo)科技創(chuàng)新工作，量化投入產(chǎn)出，減少項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)，具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。為此，中核集團(tuán)、國家核電集團(tuán)和中國廣核集團(tuán)均對技術(shù)成熟度進(jìn)行了相關(guān)的研究，形成了一般的標(biāo)準(zhǔn)和評價(jià)方法。但如何結(jié)合不同的目的、目標(biāo)去采用合適的標(biāo)準(zhǔn)方法，并有效指導(dǎo)核電型號研發(fā)的具體實(shí)踐？如何通過技術(shù)成熟度的評價(jià)方法，動態(tài)確定一項(xiàng)新技術(shù)、新產(chǎn)品所處的發(fā)展階段，確定產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的時機(jī)且避免技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)？如何通過技術(shù)成熟度的評價(jià)去識別研發(fā)投入的重心和方向，提高研發(fā)投入的價(jià)值創(chuàng)造？這些是本文重點(diǎn)探討的話題。

1 技術(shù)成熟度的等級標(biāo)準(zhǔn)

20 世紀(jì)70 年代，NASA 下屬的航空航天技術(shù)局（OAST）初步提出了技術(shù)成熟度的概念，并由Stan Sadin 制定了技術(shù)成熟度量級標(biāo)準(zhǔn)，用于評估新技術(shù)的成熟度。20世紀(jì)80 年代，美國航空航天局將技術(shù)成熟度用于評估技術(shù)發(fā)展的風(fēng)險(xiǎn)，成熟度的等級從最初6~7 個等級，逐步擴(kuò)展成熟。到1995 年，NASA 的《技術(shù)完備水平白皮書》重新定義了TRL 等級，將技術(shù)成熟度擴(kuò)展為4 個階段9 個等級：原理和技術(shù)概念驗(yàn)證（TRL1—3）、技術(shù)攻關(guān)和演示驗(yàn)證（TRL4—6）、產(chǎn)品開發(fā)和驗(yàn)證（TRL7—8）、產(chǎn)品應(yīng)用（TRL9），后續(xù)不同行業(yè)的技術(shù)成熟度規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)中基本沿用了類似的定義。

我國的成熟度評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)體系形成較晚，2009 年發(fā)布了《科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目評價(jià)通則》（GB/T 22900-2009），按照基礎(chǔ)研究類項(xiàng)目、應(yīng)用研究類項(xiàng)目和開發(fā)研究類項(xiàng)目分別制定了技術(shù)成熟度的評價(jià)指標(biāo)，并在該標(biāo)準(zhǔn)中明確了基于WBS 分解的技術(shù)成熟度評價(jià)方法。在此基礎(chǔ)上，國家能源局2018 年發(fā)布了《核電技術(shù)成熟度評價(jià)規(guī)范》（NB/T 20511-2018）標(biāo)準(zhǔn)，給出了通用的核電技術(shù)成熟度等級[1]，見表1。

表1 核電技術(shù)成熟度等級劃分及定義

通過對技術(shù)成熟度等級劃分及定義描述分析，核電技術(shù)成熟度與研制階段、集成狀態(tài)和驗(yàn)證環(huán)境三個關(guān)鍵屬性密切相關(guān)，這也是后續(xù)采用信息采集法進(jìn)行技術(shù)成熟度評價(jià)的關(guān)鍵和核心。從定義角度，三個關(guān)鍵屬性的關(guān)系分析見表2。

表2 技術(shù)成熟度等級劃分及關(guān)鍵屬性內(nèi)涵

2 技術(shù)成熟度評價(jià)方法的選取

技術(shù)成熟度的評價(jià)方法與評價(jià)目標(biāo)、目的直接相關(guān)，需要結(jié)合評價(jià)的具體目的來選擇合適的方法。當(dāng)前，針對一個復(fù)雜系統(tǒng)、設(shè)備或產(chǎn)品的技術(shù)成熟度評價(jià)，基本的評價(jià)思路是“從整體到局部，從局部到整體”。具體來說，就是首先對評價(jià)對象進(jìn)行結(jié)構(gòu)分解，結(jié)合結(jié)構(gòu)分解識別關(guān)鍵的技術(shù)元素（CTE：Critical Technology Element），再對具體元素逐個進(jìn)行評價(jià)，形成關(guān)鍵技術(shù)元素的成熟度清單；然后再“從局部到整體”，將關(guān)鍵技術(shù)元素的單項(xiàng)成熟度評價(jià)結(jié)果進(jìn)行集成，形成對評價(jià)對象的整體成熟度結(jié)論。評價(jià)過程中，有兩個關(guān)鍵步驟涉及成熟度評價(jià)方法的選取，一是對關(guān)鍵技術(shù)元素的成熟度評價(jià)方法，目前主要有兩種評價(jià)方法：檢查單法和信息采集法；二是從關(guān)鍵技術(shù)元素的成熟度評價(jià)到被評價(jià)對象的集成成熟度評估，需要選擇適合的集成方法。

2.1 檢查單法

基于檢查單的評價(jià)方法是依據(jù)TRL 不同等級的定義，將每一成熟度等級的詳細(xì)內(nèi)涵和指標(biāo)進(jìn)行分解，形成具體化的判定依據(jù)和準(zhǔn)則，匯集形成每一成熟度等級的評價(jià)單。

在實(shí)際執(zhí)行過程中，一般不會針對每一個具體評價(jià)對象來設(shè)定檢查單，而是聚焦一個行業(yè)、一類產(chǎn)品進(jìn)行檢查單的制定，必要時可以區(qū)分為不同類別和屬性的檢查單。譬如，某公司在核電技術(shù)成熟度評價(jià)中，建議采用基于評價(jià)檢查單的評價(jià)方法，該方法中考慮到評價(jià)對象的不同屬性，將評價(jià)單按照硬件、計(jì)算分析類軟件、儀控類軟件三個類別進(jìn)行定義，并在定義中涵蓋了必須項(xiàng)目和可選項(xiàng)目。具體評價(jià)時，對照檢查單的準(zhǔn)則和清單逐項(xiàng)確認(rèn)，通過這種方式來確定成熟度等級。

在采用檢查單的評價(jià)方法進(jìn)行成熟度評價(jià)時，一般采用先假定一個成熟度等級的方式，根據(jù)被評價(jià)對象關(guān)鍵技術(shù)元素的描述，假定一個成熟度等級，而后對照該成熟度等級表中的描述要求，評價(jià)該關(guān)鍵技術(shù)元素是否完全滿足檢查單中的條件要求。若不能滿足，則降低一級成熟度等級，再次對照成熟度檢查單中的要求進(jìn)行對照分析；若能夠滿足，則提高一級成熟度等級再次進(jìn)行對照。直到能夠確定該技術(shù)所處成熟度的位置為止。

檢查單法是一種結(jié)構(gòu)化的評價(jià)方法，這種方法為后續(xù)程序化的進(jìn)行技術(shù)成熟度評價(jià)創(chuàng)造了條件。其優(yōu)點(diǎn)是橫向可比性較強(qiáng)，缺點(diǎn)是與被評價(jià)技術(shù)元素的技術(shù)特征的針對性不強(qiáng)。

2.2 信息采集法

基于信息采集的技術(shù)成熟度評價(jià)方法是從關(guān)鍵技術(shù)元素的整個生命周期出發(fā)，根據(jù)其不同的研制階段、集成狀態(tài)、驗(yàn)證環(huán)境，來確定該關(guān)鍵技術(shù)元素的TRL 等級技術(shù)特征描述，進(jìn)而以此為標(biāo)準(zhǔn)，來確定被評價(jià)對象TRL 等級的一種方法。其特點(diǎn)是先根據(jù)TRL 通用等級標(biāo)準(zhǔn)和被評價(jià)對象的特點(diǎn)，制定被評價(jià)對象個體的TRL 標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而確定TRL 等級的方法。

在評價(jià)開始時首先要獲取該關(guān)鍵技術(shù)元素的相關(guān)信息，形成針對性的TRL 標(biāo)準(zhǔn)。為了有效獲取這些信息，通常采用如下問題方式進(jìn)行信息采集[2]：

①該CTE 元素的技術(shù)狀態(tài)有哪些主要屬性？該技術(shù)屬性的參數(shù)是什么？如：設(shè)計(jì)功能、設(shè)計(jì)性能、比例尺寸、材料工藝、形態(tài)等。

②該CTE 元素與環(huán)境的關(guān)系，使用環(huán)境的屬性及參數(shù)是什么？如：溫度壓力環(huán)境，電磁屏蔽環(huán)境，輻射環(huán)境等的具體參數(shù)指標(biāo)。

表3 技術(shù)成熟度檢查單示例（設(shè)備類）

③開發(fā)過程中該CTE 元素的哪些技術(shù)狀態(tài)或?qū)傩孕枰M(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證？試驗(yàn)驗(yàn)證的關(guān)鍵屬性和參數(shù)是什么？如：原理性試驗(yàn)，傳熱能力試驗(yàn)等。

④該CTE 元素與其他部件或系統(tǒng)的集成關(guān)系，需要有哪些外部接口？如：設(shè)備與系統(tǒng)間的接口等，關(guān)鍵部件與設(shè)備的接口集成等。

⑤上述問題間的關(guān)聯(lián)關(guān)系是什么？相互之間有無互為因果、相互制約的關(guān)系？

結(jié)合上述問題，根據(jù)采集匯總的信息，結(jié)合表2 的成熟度標(biāo)準(zhǔn)和要求，確定被評價(jià)對象的TRL 標(biāo)準(zhǔn)。

信息采集法是充分考慮各評價(jià)對象本身的技術(shù)特征及成熟規(guī)律的一種方法，該方法從成熟度等級標(biāo)準(zhǔn)的通用定義出發(fā)，識別被評價(jià)技術(shù)對象本身技術(shù)成熟的一般規(guī)律，從技術(shù)狀態(tài)、集成程度、驗(yàn)證環(huán)境三個維度，去定義每一個技術(shù)成熟度等級該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)滿足的條件，形成針對該技術(shù)的成熟度等級定義標(biāo)準(zhǔn)。通過上述過程可以發(fā)現(xiàn)，信息采集法給出的定義標(biāo)準(zhǔn)與被評價(jià)對象本身的技術(shù)成熟規(guī)律、技術(shù)特征密切相關(guān)，不具有普適性，但針對性強(qiáng)。一般的，通過等級定義后，基本便可確定當(dāng)前技術(shù)狀態(tài)所處的成熟度等級。

2.3 系統(tǒng)技術(shù)成熟度的集成方法

由單個技術(shù)對象的技術(shù)成熟度評價(jià)去集成整個系統(tǒng)的技術(shù)成熟度時，通常有兩種方法：短板法和加權(quán)平均法。

短板法是指對由多個CTE 元素組成的項(xiàng)目或系統(tǒng)，以該項(xiàng)目或系統(tǒng)中CTE 元素成熟度等級最低的等級，作為該項(xiàng)目或系統(tǒng)的成熟度評價(jià)等級。具體公式如下：

TRL.s=min（TRL（i））

TRL.s：該系統(tǒng)或項(xiàng)目的成熟度綜合等級；

TRL（i）：第i 項(xiàng)CTE 元素的成熟度評價(jià)等級。

加權(quán)平均法[3]是指對由多個CTE 元素組成的項(xiàng)目或系統(tǒng)，以該項(xiàng)目或系統(tǒng)中CTE 元素成熟度等級和重要性進(jìn)行加權(quán)平均，作為該項(xiàng)目或系統(tǒng)的成熟度評價(jià)等級。具體公式如下：

TRL.s：該系統(tǒng)或項(xiàng)目的成熟度綜合等級；

TRL（i）：第i 項(xiàng)CTE 元素的成熟度等級；

CTE（i）：第i 項(xiàng)CTE 元素的權(quán)重；

n：該系統(tǒng)或項(xiàng)目分解的CTE 元素?cái)?shù)量。

短板法是尋找系統(tǒng)中成熟度最低的技術(shù)作為整個系統(tǒng)的技術(shù)成熟度等級，有利于識別短板；加權(quán)平均法是通過對構(gòu)成系統(tǒng)的各項(xiàng)技術(shù)的重要性、困難度的判斷，形成一個各項(xiàng)技術(shù)的權(quán)重等級，通過加權(quán)平均計(jì)算的方式形成整個系統(tǒng)的成熟度等級，該方法評估的結(jié)果更具系統(tǒng)性。

2.4 評價(jià)目的與方法選取

使用技術(shù)成熟度對技術(shù)進(jìn)行評價(jià)一般基于以下目的[4]：

①作為大型研發(fā)項(xiàng)目的組織管理工具和風(fēng)險(xiǎn)管理工具，用于評價(jià)大型研發(fā)項(xiàng)目的投入產(chǎn)出及階段轉(zhuǎn)換，避免無效的早期投入；

②識別研發(fā)項(xiàng)目的難點(diǎn)，以便針對性地投入資源，為關(guān)鍵技術(shù)的成熟制定相應(yīng)的發(fā)展計(jì)劃；

③作為技術(shù)選擇工具，識別構(gòu)成產(chǎn)品開發(fā)的技術(shù)成熟度要素，作為技術(shù)方向選擇的參考工具；

④制定技術(shù)發(fā)展路線圖的工具，結(jié)合成熟度評價(jià)去識別該項(xiàng)技術(shù)的成熟過程，繪制技術(shù)發(fā)展路線圖。

通過上述方法的介紹和分析，針對不同的評價(jià)目的，結(jié)合對象本身的技術(shù)特征，在工具和方法選擇上建議如下：

作為大型研發(fā)項(xiàng)目的組織管理工具和風(fēng)險(xiǎn)管理工具使用時，要重點(diǎn)關(guān)注兩個要素：項(xiàng)目/系統(tǒng)/產(chǎn)品的成熟度等級增長，以及構(gòu)成項(xiàng)目/系統(tǒng)/產(chǎn)品中核心技術(shù)的成熟度等級增長情況。在進(jìn)行投入產(chǎn)出評價(jià)時，對于系統(tǒng)的成熟度集成方法可以選用加權(quán)平均法，要合理評價(jià)系統(tǒng)整體集成度的提高，也要考慮技術(shù)成熟度的提高多大程度上是由非核心技術(shù)成熟度提高帶來的；在進(jìn)行階段轉(zhuǎn)換時，要采用短板法，避免下一階段更大的風(fēng)險(xiǎn)。

作為研發(fā)項(xiàng)目難點(diǎn)識別工具時，可以采用一些簡化的方法。首先可以在進(jìn)行技術(shù)元素分解的基礎(chǔ)上，針對不同技術(shù)元素與項(xiàng)目/產(chǎn)品的關(guān)聯(lián)性，識別該技術(shù)元素的重要度（可替換性）和困難度，針對重要、困難的技術(shù)元素進(jìn)行成熟度評價(jià)即可。在評價(jià)方法選取上，推薦優(yōu)先使用信息采集法，該方法不但可以識別技術(shù)成熟度等級，也可以幫助識別該技術(shù)元素后續(xù)的技術(shù)成熟過程，為后續(xù)的技術(shù)攻關(guān)提供指引。系統(tǒng)集成方法選取上，要采用短板法，還可以以圖示的方式將關(guān)鍵技術(shù)元素的成熟度等級列出來，既識別最低成熟度等級的技術(shù)元素，也要對次最低的技術(shù)成熟度元素予以關(guān)注，以避免開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。

作為技術(shù)選擇工具時，對于單項(xiàng)技術(shù)元素的評價(jià)優(yōu)先推薦采用對照單法，以提升橫向可比性；對于成熟度的系統(tǒng)集成方法，推薦選用短板法。作為技術(shù)選擇工具時，除了成熟度本身的要素，決策者也要考慮可集成性、成本等其他因素。

作為制定技術(shù)發(fā)展路線圖的工具時，重點(diǎn)是要識別出關(guān)鍵技術(shù)元素的成熟過程。在評價(jià)流程中，可以針對不同技術(shù)元素與項(xiàng)目/產(chǎn)品的關(guān)聯(lián)性，識別該技術(shù)元素的重要度（可替換性）和困難度，針對重要、困難的技術(shù)元素進(jìn)行成熟度評價(jià)。評價(jià)方法選取優(yōu)選信息采集法，以便更好確定后續(xù)的技術(shù)發(fā)展路線圖。該應(yīng)用場景可以不進(jìn)行系統(tǒng)的集成評價(jià)。

3 核電某型號研發(fā)的成熟度評價(jià)實(shí)踐

某核電型號是融合了三代核電技術(shù)的先進(jìn)設(shè)計(jì)理念和我國現(xiàn)有壓水堆核電廠設(shè)計(jì)、建造、調(diào)試、運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)，以及近年來核島發(fā)展及研究領(lǐng)域的成果，研發(fā)的滿足我國最新核安全法規(guī)要求和國際、國內(nèi)最先進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)要求的自主三代核電型號。為了充分暴露風(fēng)險(xiǎn)、避免在工程和運(yùn)維階段產(chǎn)生較大的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，開發(fā)單位在其研發(fā)轉(zhuǎn)工程階段開展了技術(shù)成熟度評價(jià)。

3.1 準(zhǔn)備階段

根據(jù)評價(jià)需求，評價(jià)方和被評價(jià)方制定評價(jià)計(jì)劃，成立了評價(jià)工作組，對技術(shù)成熟度的評價(jià)方法、型號的關(guān)鍵技術(shù)特征進(jìn)行了培訓(xùn)，確保相關(guān)人員既熟知技術(shù)成熟度的方法和標(biāo)準(zhǔn)，亦清晰了解該型號的技術(shù)特征，具備相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)評價(jià)能力。

3.2 評價(jià)階段

3.2.1 開展技術(shù)分解結(jié)構(gòu)

評價(jià)方和被評方代表針對該型號的特征，構(gòu)建技術(shù)分解結(jié)構(gòu)（TBS：Technology Breakdown Structure），分解結(jié)構(gòu)涵蓋了主要設(shè)計(jì)方法、關(guān)鍵設(shè)備、軟件工具等領(lǐng)域。部分典型TBS 分解結(jié)構(gòu)示例見表4。

表4 部分典型TBS 分解結(jié)構(gòu)示例

3.2.2 形成關(guān)鍵技術(shù)元素清單

評價(jià)方從重要性和困難度兩個維度對TBS 結(jié)構(gòu)中的技術(shù)元素進(jìn)行了逐項(xiàng)分析，建立關(guān)鍵程度的綜合評價(jià)矩陣，識別了影響技術(shù)成熟度的關(guān)鍵技術(shù)元素，提出關(guān)鍵技術(shù)清單建議，提交評價(jià)方。所選的關(guān)鍵技術(shù)元素清單覆蓋了工程建造和運(yùn)維階段的主要可能技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，如：新型的反應(yīng)堆堆內(nèi)構(gòu)件和流量分配裝置、蒸汽發(fā)生器、二次側(cè)非能動余熱排出系統(tǒng)等。

3.2.3 評價(jià)關(guān)鍵技術(shù)元素的成熟度等級

針對識別出的關(guān)鍵技術(shù)元素，評價(jià)方為了確保相關(guān)技術(shù)成熟度的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和維度的統(tǒng)一，經(jīng)討論后決策采用檢查單法進(jìn)行進(jìn)行評價(jià)。評價(jià)團(tuán)隊(duì)制定了適用于核電堆型的技術(shù)成熟度檢查單，對照檢查單，按照2.1 節(jié)的方法，對關(guān)鍵技術(shù)元素的成熟度等級進(jìn)行了確定。如，針對蒸汽發(fā)生器，評價(jià)單的評價(jià)見表5。

表5 蒸汽發(fā)生器的成熟度評價(jià)示例（檢查單法）

3.2.4 成熟度等級的集成評價(jià)

通過上述評價(jià)，找出了某核電型號的關(guān)鍵技術(shù)元素，并得到了關(guān)鍵技術(shù)元素的成熟度等級。鑒于本次評價(jià)的目的是充分暴露風(fēng)險(xiǎn)，提前識別存在的技術(shù)短板和風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)，作為后續(xù)技術(shù)攻關(guān)和工程驗(yàn)證階段的重點(diǎn)關(guān)注事項(xiàng)，評價(jià)組采用了短板法進(jìn)行集成評價(jià)。確定了后續(xù)研制攻關(guān)和驗(yàn)證的重點(diǎn)方向以及工程階段的關(guān)注要點(diǎn)。

3.3 總結(jié)階段

評價(jià)方就評價(jià)過程、評價(jià)準(zhǔn)則及等級判定結(jié)論與被評方進(jìn)行了充分溝通，完整記錄了相關(guān)分析評價(jià)過程，形成了某型號技術(shù)成熟度評價(jià)報(bào)告，作為該型號研制階段性的評價(jià)成果，指導(dǎo)了后續(xù)的型號研制和驗(yàn)證過程。

4 結(jié)束語

通過對技術(shù)成熟度評價(jià)方法的系統(tǒng)分析和比較，并結(jié)合某核電型號研制階段的技術(shù)成熟度評價(jià)實(shí)踐，既認(rèn)識到技術(shù)成熟度評價(jià)的普適性和風(fēng)險(xiǎn)量化分析的優(yōu)點(diǎn)，也認(rèn)識到了該方法、工具的局限性。一是技術(shù)成熟度的評價(jià)既依賴于評價(jià)者對于擬開發(fā)技術(shù)的技術(shù)狀態(tài)的認(rèn)識，也依賴于行業(yè)對于相關(guān)技術(shù)的發(fā)展水平和認(rèn)知，具有一定的主觀性，因而不能絕對化。二是技術(shù)成熟度的評價(jià)是針對特定邊界范圍的評估，一項(xiàng)技術(shù)在某一企業(yè)可能成熟度很低，但同類技術(shù)在另一個企業(yè)技術(shù)成熟度可能很高，一定程度上取決于技術(shù)的可獲得性，所以技術(shù)成熟度的評價(jià)結(jié)論不能泛化。三是技術(shù)成熟度評價(jià)只聚焦于“技術(shù)”本身，不是“設(shè)計(jì)成熟性”、“工程成熟性”或“產(chǎn)品成熟性”評價(jià)，對于核電型號產(chǎn)品的工程可實(shí)現(xiàn)性考慮不多，因而近年來也有相關(guān)專家提出了“設(shè)計(jì)成熟度”、“制造成熟度”[5]等概念并提出了相應(yīng)的評價(jià)工具，進(jìn)一步豐富了項(xiàng)目管理的工具箱。