成熟度评价体系及其在我国航天领域的实践研究

王鑫、刘瑜 /中国航天系统科学与工程研究院

王俊伟、朱雄峰 /北京特种工程设计研究院

张浩 /中国航天系统科学与工程研究院

成熟度评价理论起源于美国，美国国家航空航天局最早提出技术成熟度概念，随后发展了制造成熟度、系统成熟度等，并在各大国防机构的武器装备项目以及学术机构的研究课题中得到应用。航天领域是典型的高新技术产业，航天工程的显著特征是复杂度高、工作环境严酷、技术难度大、经费投入大，带来的突出问题就是风险高。因此，亟需一套科学有效的方法，系统辨识航天工程中由于技术基础薄弱、制造条件欠缺、系统匹配不足等带来的风险，客观评价工程研发状态，为管理决策提供依据。

本文对技术成熟度、集成成熟度、系统成熟度、制造成熟度、产品成熟度等评价方法的内涵及特点进行了研究，系统分析了成熟度评价在我国航天领域的应用情况，对比总结了相关成熟度评价的特点和适用范围。面向航天工程研制特点，提出了成熟度评价体系在我国航天领域的实践建议，对于高效益、高效率使用成熟度评价开展航天工程项目管理具有重要借鉴意义。

一、成熟度评价体系

1.技术成熟度

技术成熟度的概念最早于1974 年由美国国家航空航天局提出，作为一种识别、评价、监控技术风险的方法，广泛应用于美国国家航空航天局、美国国防部、美国能源部、欧州航天局等机构的项目管理，以最大限度地减少实施新技术时可能面临的风险。2020 年，美国政府问责署发布的《技术成熟度评估指南》对技术成熟度等级（TRL）的划分及定义如表1 所示。

表1 美国政府问责署对技术成熟度等级的划分及定义

我国开展技术成熟度相关研究工作也较早，前期以情报研究为主，随后进入迅速发展阶段。在技术成熟度法规与标准方面，原总装备部于2012 年发布了《装备预先研究技术成熟度评价暂行办法》（装发〔2012〕1 号文），要求装备管理部门或其委托的第三方评价机构对不同类型的装备预先研究项目实施技术成熟度评价。同年，发布了GJB 7688—2012《装备技术成熟度等级划分及定义》和GJB 7689—2012《装备技术成熟度评价程序》，并制定了运载火箭、航天器等不同类型航天装备的技术成熟度评价指南。GJB 7688—2012 中技术成熟度等级划分及定义如表2 所示。

表2 GJB 7688中技术成熟度等级划分及定义

我国在航空、航天、核电等领域的项目管理中也应用了技术成熟度评价。自2009 年开始，中国航天科技集团有限公司联合军兵种装备部，依托中国航天系统科学与工程研究院在航天重大工程中持续开展技术成熟度评价工作。目前，技术成熟度评价已拓展应用于载人航天等其他重大工程中。

2.制造成熟度

制造成熟度评价模型最早由美国三军联合制造技术委员会于2001 年提出，主要为了弥补技术成熟度难以评估装备生产系统的经济性和有效性的不足。2007 年，美国国防部颁布了第一版《制造成熟度手册》（草案），之后持续更新发布。2008 年，美国国防部颁布DODI 5000.02 指令，制造成熟度被正式运用到美军项目采办的管理过程中，作为采办项目的强制性程序。美国国防部将制造成熟度等级（MRL）划分为10 级，如表3 所示。

表3 美国国防部制造成熟度等级划分

我国也颁布了制造成熟度的相关标准，如GJB 8345—2015《装备制造成熟度等级划分及定义》、GJB 8346—2015《装备制造成熟度评价程序》，标准中将制造成熟度风险因素分为10 类，如图1 所示。

图1 我国制造成熟度定义及主线示意图

我国航天制造兼具批量生产和单件/小批量生产的特点，在研制与生产过程中重点关注人、机、料、法、环、测等六大要素，结合这些特点，我国航天领域学者研究提出一种适用于我国航天的制造成熟度评价模型，并将其运用于我国航天某重大工程，开展了某典型复合材料等产品的制造成熟度评价。

3.产品成熟度

产品成熟度是我国在航天实践过程中创新发展的理论，最早于2003 年在实施产品工程工作时提出，旨在对产品研制、生产及使用全寿命周期的所有要素进行度量和控制。2010 年，在综合国内外相关成果和中国航天工程实践经验的基础上，航天科技集团发布了集团级标准，将单机产品成熟度等级（PML）划分为8 级，如表4 所示。

表4 宇航单机产品成熟度等级划分和定义

我国在北斗导航卫星工程中开展了产品成熟度评价工作，辨识了各个分系统及其产品的成熟程度，并对不同成熟度等级的产品施行分类管理。

4.系统成熟度与集成成熟度

系统成熟度通过描述系统结构和技术间的作用关系来度量系统的成熟程度，其等级定义如表5所示。

表5 系统成熟度等级（SRL）划分及定义

集成成熟度用于衡量技术之间集成关系成熟程度，它是为了解决系统成熟度评价问题而提出的概念，其等级定义如表6 所示。

表6 集成成熟度等级（IRL）划分及定义

目前国内外关于集成成熟度、系统成熟度的研究主要集中在理论和方法研究，工程应用实践开展相对较少。基于集成成熟度、产品成熟度评价的产品研制管理模式成功应用于“实践”十号卫星，缩短了研制周期，降低了项目经费。

二、几种成熟度的异同点分析

上述几种成熟度评价方法的共同点如下：

一是具有明确的评价目的。成熟度评价都是以识别工程项目的风险为目标，进而实现风险控制的一种管理工具。

二是具有丰富的评价信息。成熟度评价过程中采集的信息涵盖设计、生产、试验、使用等各方面的要素，信息内容丰富，可以有力支撑工程项目的其他评价、考核。

三是具有可量化的评价结果。成熟度评价结果用等级量化表示了工程项目的进展状态，其等级内涵也表征了当前状态距离目标状态的差距。

上述几种成熟度评价方法在评价对象、侧重点等方面，具有显著区别：

一是技术成熟度评价的对象是关键技术，重点评价技术满足工程实现和性能目标的情况，包括基本原理、概念、功能等，主要适用于评价技术从理论研究到工程应用的各个阶段，还可依据技术成熟度各等级定义制定技术的成熟路线图，科学规划技术研发路径。

二是制造成熟度评价的对象是制造能力和制造技术等，着眼于梳理技术向产品转化过程中的风险因素，包括工业基础、设计、成本、质量、人员等方面，可用于验证新技术转化应用能力，掌握工程项目制造能力的短板，是制造风险管理的有效抓手。

三是产品成熟度评价的对象是具有独立物理构型和明确外部接口的产品，不仅关注技术和制造的成熟程度，还包括过程控制、使用环节的成熟程度，主要适用于评价从实物产品到可重复稳定生产、高可靠产品的各个阶段。

四是系统成熟度评价的对象是分系统或系统，利用集成成熟度，将技术、制造、产品成熟度等进行综合评价，得到系统的成熟程度，解决了单一成熟度评价不全面、多技术/制造/产品的聚合等问题，从总体层面评价了工程项目的成熟情况。

三、成熟度评价实践建议

由于中外航天工程研制模式、管理体制不同，国外的成熟度评价方法难以直接应用到我国。当前成熟度评价在我国航天领域的应用实践表明，成熟度评价方法对降低技术风险、加强项目管理发挥了重要作用。然而，已有的工程应用是单独针对技术、制造、产品的评价方法，因此，仍需立足我国国情军情，建立具有航天特色的覆盖技术、制造、产品、分系统、系统多层级的成熟度评价体系，用科学、规范的评价方法审查航天工程研制过程中新技术、新产品的成熟状态，帮助设计师和管理者掌握研制攻关进展情况，及时辨识风险，了解与预期目标的差距。

1.建立具有我国航天特色的体系化成熟度评价方法

航天工程研发周期相对较长，从前期技术攻关、预研、研制到批产交付、使用保障时间跨度长达10 余年。目前的系统成熟度评价理论主要是基于技术成熟度理论发展而来的，对于系统级产品缺乏覆盖设计—制造—应用等全过程、论证—方案—研制—定型等全周期风险点的全面度量。建议结合我国航天领域应用特点，综合技术成熟度、制造成熟度、产品成熟度、系统成熟度等不同视角，以及航天工程全寿命周期不同阶段的工作重点，开展适用于航天装备的体系化成熟度评价方法。例如，在工程项目预研攻关阶段，由于航天研制继承与创新并存，技术发展不均衡，针对创新性强的关键技术开展技术成熟度评价，辨识技术风险，为技术攻关提供可量化的评估结果，便于在关键技术攻关过程中找准短板，牵引工程项目整体协调向前发展。在技术方案收敛闭合后，开展制造成熟度评价，辨识材料、工艺、设备等制造环节的薄弱点，确保研制过程中制造风险可控。在工程项目研制、定型阶段，针对关重产品开展产品成熟度评价，有效评价产品研发状态及风险。在工程项目实施过程中，综合集成技术成熟度、制造成熟度、产品成熟度的评价结果，开展系统成熟度评价，有效把握分系统/系统的研制状态。

2.结合试验鉴定要求，完善成熟度评价方法

航天装备试验鉴定贯穿于装备全寿命过程，是装备建设、采购、管理、发展的重要手段。在中国航天已进入高密度发射常态化阶段的背景下，航天装备试验鉴定对于发现装备问题缺陷、保证发射质量、提高装备实战适用性和有效性、促进装备改进升级具有重要意义。现有的成熟度评价标准、方法与试验鉴定的要求仍有差距，成熟度评价和试验鉴定三个环路联系不紧密。建议将航天装备成熟度评价与试验鉴定要求相结合，融入试验鉴定及现行检验评估体系。成熟度评价结果可以作为试验鉴定的指标参考，作为装备各阶段试验鉴定的决策支撑，为用户客观掌握装备性能与作战能力提供帮助，降低技术风险和采办费用，缩短采办周期，促进装备快速形成战斗力。

3.加强政策指引，将成熟度评价纳入项目管理程序

航天工程的研发规律和研发特点决定了飞行试验成功不代表技术成熟、技术成熟不代表设计可靠、设计可靠不代表产品合格、产品合格不代表系统协调。以往的航天工程对于转阶段等重大节点没有明确的量化考核指标，可能导致不够成熟的技术提前转阶段、不够成熟的产品上天，给工程研制带来巨大风险。建议根据航天工程项目的研发目标和计划安排，统筹规划工程研发进展，在研发过程中实施体系化成熟度评价，明确重大节点的成熟度等级要求，将成熟度评价纳入工程项目管理链条，为预研阶段技术攻关量化管理、研制阶段精细化管理、重大节点决策管理提供方法手段支撑，确保工程按项目成熟规律开展研发。

本文针对成熟度评价这一项目和风险管理工具，全面研究总结了技术成熟度、制造成熟度、产品成熟度、集成成熟度、系统成熟度评价方法的内涵及其在我国航天领域的应用情况，分析了几种成熟度评价方法的特点和区别，就逐步完善具有我国航天特色的成熟度评价体系以及评价实践提出了具体建议，对于科学高效开展航天领域成熟度评价工作具有一定的指导意义。