《航天工程系统技术成熟度评估方法研究.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《航天工程系统技术成熟度评估方法研究.pdf（6页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、航天工程系统技术成熟度评估方法研究李存金刘营（北京理工大学管理与经济学院，北京 ）摘要航天工程的技术支持系统十分复杂，单一技术成熟度评估方法不能有效解决系统整体的成熟度评估问题。文章以系统论、集成方法为指导，基于技术系统结构分解，从基本的单机构成要素为起点进行技术成熟度评价，考虑了不同系统层次的技术接口问题，进而按照逐层集成的方法完成一项航天工程整体技术系统成熟度的评估工作。这种评估方法具有系统性、综合性特点，能够满足航天工程整体技术系统成熟度评估的实际应用需求。关键词技术成熟度；系统评估方法；航天工程中图分类号：文献标志码：（，）：（），：；收稿日期：；修回日期：作者简介：李存金，男，博士，
2、教授，博士生导师，从事现代组织管理理论与管理创新、技术创新与投融资、人力资源管理研究工作。：。引言航天工程属于复杂系统，其系统结构复杂、运用技术复杂、组织管理复杂，任何一个微小的差错都可能造成工程实施的不成功。因此，技术成熟度问题首先在航天领域获得研究并在实践中得到广泛应用。美国国家航空航天局（）基于阿波罗登月项目的实践，早在 年就产生了要准确阐述未来空间系统应用新技术状态的观点。世纪 年代中期，引入技术成熟度等级（，）的概念以评估新技术的成熟度；世纪 年代末，产生了最早度量技术成熟 度 的 标 准 技 术 成 熟 度 等 级。年 出台 白皮书，将 分为级，并制定了具体应用规范和程序。此后，美
3、国国防部（）借鉴 评价标准，于 出版了 评估手册，并要求所有重要国防采办计划中都必须应用 。西方其它国家学习美国经验，也在国防采办中积极推广 。例如，英国国防部（）于 年开发了技术嵌入度量标准（），包括技术成熟度（）等级、系统（集成）成熟度等级（）、集成成熟度等级（）个方面内容，并将这种度量标准应用于武器系统工程的各个阶段实践中；加拿大国防部（）于 年开发出了原型的综合评估体系 技术成熟度体系（，），并将其应用于加拿大国防部系统与设备采办的管理系统 国防管理系统（，）中。目前，技术成熟度方法不仅应用于军工领域，也被广泛应用在国民经济的各个行业中。不过，技术成熟度评估方法的研究与应用一直侧重于对
4、单一技术的评估，从而在需要多种关键技术集成的复杂系统工程应用中产生了局限性。一些相关研究已经注意到了这个问题，并针对技术集成问题开展了某些技术集成成熟度评估方法研究。比如，一些学者提出了集成成熟度等级（）概念，认为不同技术之间进行组合或者技术集成时，要考虑集成的物理属性及各关键技术间相互作用、兼容性、可靠性、可维修性、可保障性等要素，完成对系统集成状态技术成熟度评估；一些学者通过建立技术单元体系结构，采用加权方法等直接计算技术集成成熟度；一些学者探讨了武器装备体系层面的技术成熟度评估方法 。航天工程的系统结构具有复杂的层次性，对应存在着实现其功能的技术系统结构，且技术与技术间以及技术模块间需要
5、通过集成技术完成连接。因此，本文研究认为，航天工程系统的技术成熟度评估应遵循航天工程本身的技术实现系统，去构建逐层集成的技术成熟度评估体系，最终完成对航天工程的整体技术成熟度评估。航天工程技术系统结构的一个分层次描述一项航天工程往往可以分解为若干个分系统，每个分系统又可以分解为多个子系统，每个子系统则由众多单机构成。比如，中国载人航天工程由航天员、空间应用、载人飞船、运载火箭、发射场、测控通信、着陆场和空间实验室八大系统组成；就载人飞船分系统而言，它由推进舱、返回舱、轨道舱个子系统构成；进一步从神舟号飞船的推进舱构成看，其安装有推进系统发动机和推进剂、飞船电源、太阳电池翼、环境控制和通信等系统
6、、设备。可见，一项航天工程有着极其复杂的系统构成，其对应的技术系统也是十分复杂的。为此，可以对应于航天工程的系统组成，形成一个具有多层次结构的技术实现系统（见图）。其中，每一个层次技术都是通过下一级相关技术的集成而构成的一个技术集成体，因此每一个技术层中都包括了集成技术；就底层的单机技术而言，它可以分解为设计、材料、工艺、方法、设备、单机集成技术类基本构成要素。图航天工程技术系统结构 第期李存金 等：航天工程系统技术成熟度评估方法研究 航天器工程 第 卷第期 年月单机构成中的要素技术成熟度评价技术成熟度等级一般划分为级，例如在美国国防部 年版的 技术成熟度评估案头书 中，将技术成熟度等级划分为
7、级，其含义见表 。按照级评价标准，可以针对某一具体航天工程单机构成中的要素技术成熟度首先给出评价，进而自下而上逐层汇总评价结果，最终得出整体系统的技术成熟度评价。表技术成熟度等级划分 等级等级定义 通过多次成功的任务执行，证明真实系统可靠 真实系统已完成，并已通过测试与验证 在使用环境中验证了系统原型机 在模拟实际使用的环境中验证了系统分系统的模型或原型机 在模拟实际使用的环境中确认了部件和（或）实验模型有效 在实验室环境中确认了部件和（或）实验模型有效 关键功能已作分析与实验，且（或）方案特性已验证 已确定技术方案和（或）应用 基本原理已作观测与报告注：从 到 为技术成熟度逐渐增长。）设计成
8、熟度评价设计的技术层次包括个层面：物理原理设计结构设计工艺设计。参照技术成熟度级划分方法，可将航天单机设计成熟度定义为级（见表）。设计工作中，针对一个具体的单机可依据表级别定义做出其设计成熟度等级评价。表航天工程单机设计成熟度等级划分 等级等级定义 已有成功的任务执行基础，形成设计平台 制造工艺获得实验验证 形成了成熟新产品的技术路径设计 在模拟使用环境中验证了产品性能 在实验环境中验证了产品功能特性，确认了产品模型的有效性 完成具有清晰功能模块的产品结构设计 技术原理成功完成实验仿真，或已在其它领域获得一定应用 形成技术概念模型，设计出可行的方案构想 发现科学原理并获得实验验证）材料成熟度评
9、价航天工程中使用的材料复杂，且许多材料是特种材料、新发明的材料。因此，确认材料的成熟度对工程实施的可靠性极为重要。材料的应用通常采用积木式方法逐步验证和实施，即对材料从试件、元件、组件、部件，直到全尺寸部件结构都需要进行严格考核。在此，可结合积木式方法的实施步骤，将单机使用材料的技术成熟度按个等级划分见表。表航天工程单机材料成熟度等级划分 等级等级定义 通过实际型号应用的检验 完成部件级的研制空间试验或模拟环境考验 完成模拟使用环境下部件级的地面集成验证 在实验室环境下，施加模拟载荷，在地面完成次部件级或部件级的强度、寿命和相关的功能试验。完成实验室环境下典型结构件的试验验证，对应用材料技术制
10、成的构件和重要功能件进行工艺、强度和寿命方面的试验研究。完成预研成果向工程转化的演示验证 完成材料关键性能试验验证及分析 提出材料应用前景设想，完成材料应用部位、应用范围分析 提出材料研制技术条件，完成科研用料的研制）工艺成熟度评价产品制造工艺成熟程度：主要表现在产品工艺对设计要求的实现程度及其自身的完善程度，特别是产品制造工艺所达到的可操作、可量化、可检测、可重复程度，以及由不同时间、不同地点、不同人员生产出的产品的一致性程度，其核心在于工艺关键特性的识别、确定及其验证的充分性。可考虑工艺状态、工艺基础、工艺实施和保障条件等内容维度，依据级成熟度评价模型定义制造工艺成熟度等级划分（见表）。在
11、具体的评价中，每个维度确立典型评价要素，确定成熟度模型中每一级的评价标准，进而针对实际单机对象作出成熟度评价。表航天工程单机制造工艺成熟度等级划分 等级等级定义 工艺精细、先进、完全可靠、无风险 工艺文件完全固化，全部应用工艺选用目录和模块工艺 工艺文件体系定型，工艺流程与方法成熟 系统的工装配套，工艺具有可检测、可控性 已识别生产过程控制关键特性，工艺流程标准化，工艺规程系统化 工艺流程与方法经过试生产验证 工艺流程与方法经过实验验证 形成工艺文件体系，建立起能满足产品特殊要求的基本工艺流程 没有技术继承性的全新的产品结构，形成基本的工艺规程航天器工程 卷）方法成熟度评价方法在技术成熟度评价
12、中常常被轻视，而它涉及的方面很多，且是技术成熟程度的一个重要环节。比如，方法可体现在可靠性评价、质量控制、模型化、仿真能力、测试，概念模型、仿真模型、仿真结果分析、工艺模型等诸多方面。同理，可以依据级成熟度评价模型定义方法成熟程度等级划分（见表），据此可以评价实际单机制造的方法成熟度。表航天工程单机制造方法成熟度等级划分 等级等级定义 具有系统、严谨、先进的可靠性测试与评估能力 掌 握 全 面 质 量 管 理 方 法，质 量 控 制 达 到 品 质 卓 越 级（）掌握产品设计中质量控制方法，质量控制达到品质保证级（）掌握工艺过程稳定性检测方法，质量控制品质达到管制级（）掌握产品质量检验方法，质
13、量控制品质达到检验级（）掌握完整的工艺测试方法 掌握过程仿真与仿真结果分析方法 能建立仿真模型、工艺模型 掌握技术原理与设计方法，能建立技术概念模型）设备成熟度评价设备成熟度评价是对航天工程制造应用的设备成熟度给出评价，它主要体现为完整的生产设备及制造能力。航天工程单机制造使用设备的级成熟度等级划分见表。表航天工程单机制造使用的设备成熟度等级划分 等级等级定义 通过大量生产实践的高水准制造能力考验 通过大量生产实践的检验的成熟制造能力 通过小批量生产实践的制造能力检验 形成具有完整产品制造的设备能力 完成试制制造验证 在实验室环境下，具有完成全部工艺加工能力 形成完成关键工艺设备制造能力 形成
14、完成基本工艺的设备制造能力 已识别关键设备，掌握整体设备体系需求）单机集成技术成熟度评价单机制造会涉及多种技术运用，每项单一技术的成熟度高并不能保证单机制造的整体技术成熟度达到高水平，因为还取决于其技术间的集成水平。因此，可对技术集成能力划分级别，结合实际单机对象，完成具体单机集成技术成熟度评价。表给出了一个单机集成技术成熟度等级划分定义，可供单机集成技术成熟度评价中参考。表单机集成技术成熟度等级划分 等级等级定义 集成通过成功的任务实施得到了验证 完成实际集成，并且在系统环境下的试验与演示中达到任务要求 技术集成已经过详细的校核和验证，认为是可行的 集成的技术对预期应用而言，可接收、转换和结
15、构化信息 对技术间必需的建立、管理和终止集成，具有足够的控制 对技术间集成的质量与保障，具有足够的细节 技术间可进行有序、充分地集成与交互，具有兼容性 对技术间通过接口的交互，可以用一定的细节特征来表示 已经识别技术间的接口，并且有足够的细节来表示接口关系的特征同时，上述单机集成技术成熟度等级划分，可根据具体系统背景进行适当修订，形成子系统、分析统、系统个级别的各自级技术成熟度评价定义。航天工程系统技术成熟度的逐层评估）航天工程单机技术成熟度评价假定第个单机有个基本要素，第个要素的技术成熟度评价为（，），其对应赋予的技术权重为；假定该单机集成技术成熟度评价为，其集成技术权重为，且有。则第个单机
16、技术成熟度评价为 （）航天工程子系统技术成熟度评价假定第子系统由个单机构成，第个单机的技术成熟度为（，），其对应赋予的技术权重为；假定该子系统集成技术成熟度评价为，其集成技术权重为，且有。则第子系统技术成熟度评价为 （）航天工程分系统技术成熟度评价假定第个分系统有个子系统，第个子系统的技术成熟度为（，），其对应赋予第期李存金 等：航天工程系统技术成熟度评估方法研究的技术权重为；假定第分系统集成技术成熟度评价为，其集成技术权重为，且有 。则第个分系统技术成熟度评价为 （）航天工程整体系统技术成熟度评价假定航天工程系统有个分系统，第个分系统的技术成熟度为（，），其对应赋予的技术权重为；假定该系统集
17、成技术成熟度评价为，其集成技术权重为，且有。则该航天工程系统的整体系统成熟度评价为（）结束语从目前的理论研究与实际应用情况看，都倾向于单一技术成熟度评估思维，即对系统某一级别对象完成独立技术成熟度评估。这种做法虽然容易实现，但并不符合实际技术系统的整体结构关系。任何一个技术系统的先进性、成熟性、可靠性都依赖于各层次技术的情况及其技术集成能力，简单的装置技术与制造问题都可能影响到一个航天工程的安全性能。因此，本文认为应从最基本的单机构成要素为起点进行技术成熟度评价，进而按照逐层集成的方法完成一项航天工程整体技术系统成熟度的评估工作。本文的研究成果主要体现在思维与方法的创新价值，实际应用可能存在许
18、多困难与复杂性，但其合理性是显而易见的，希望能对航天工程特别是重大航天工程整体技术系统成熟度评估的实际工作产生有意义的影响。参考文献（）：，：郭道劝 基于 的技术成熟度模型及评估研究长沙：国防科技大学，：，（），：，：，：，（）：，（）：，（）：陈利安，肖明清，赵鑫，等复杂武器系统技术成熟度评估方法 研 究 仪 器 仪表学 报，（）：，（）：（）丁茹，何剑彬，彭灏大型武器系统的技术成熟度评估方法装甲兵工程学报，（）：，（）：（），：，：，卜广志武器装备体系的技术成熟度评估方法系统工程理论与实践，（）：，（）：（）（）航天器工程 卷 ：，刘旭蓉，侯妍，艾克武美英武器装备项目技术成熟度评估研究装备指挥技术学院学报，（）：，（）：（），（）：袁家军 航天产品成熟度研究 航天器工程，（）：，（）：（），：，：，（编辑：李多）第期李存金 等：航天工程系统技术成熟度评估方法研究