舰船研制项目中电磁兼容设计系统的技术成熟度评估

冯婷婷，万海军，汤仕平，成伟兰

(海军电磁兼容研究检测中心，上海 200235)

0 引言

在舰船研制过程中，全舰的电磁兼容设计工作尤为重要，常会影响到舰船的总体性能和战术水平的发挥。在舰船研制的方案设计、技术设计和施工设计阶段，对电磁兼容设计总体方案和关键技术攻关进展情况的评估是一项较为艰难的工作，长期以来没有形成成熟规范的评估方法。这对舰船研制工作顺利转阶段，以及成本、进度等的控制将造成严重影响，为研制工作埋下隐患。

2005年5月，美国国防部公布了新版的《技术就绪水平评估手册》［1］。该手册指出，在系统研制开始之前，系统中要采用的技术必须是“成熟”的。一般情况下，被认为“成熟”的技术，必须已被用于一个系统、子系统或部件中，在一种相关的或实际运行的环境中试验过，并且已经表现出了足够好的应用效能。因此，需要一个度量结构来评估技术成熟度，需要一个过程来确保只有成熟的技术才被引入系统研制。我们可以将该手册中的思想引入舰船电磁兼容技术评估工作，使之成为舰船研制过程中电磁兼容技术成熟度评估的依据。

1 技术成熟度评估

技术成熟度水平(TRL)最初由美国航空航天局(NASA)在1995年提出。2001年6月，美国国防部正式采用TRL进行技术成熟度评测，并于2003年颁布军事采办条例DOD5000.2［2］，把TRL法律化，从而确立了进行技术成熟度评估的地位。美国国防部的《国防采办指南 (DAG)》将TRL确定为描述技术成熟度的度量结构，并提出了系统地进行技术成熟度评估的过程和方法。

美军武器装备采办管理框架中，技术成熟度是决定一个项目阶段转折的重要因素之一，也是影响项目风险的重要因素。技术成熟度的确定通过技术成熟度水平 (TRL)来度量。对项目关键技术的成熟度评估通常会在某个决策点之前的阶段充分进行，从而为采办过程提供技术成熟度信息。

技术成熟度水平 (TRL)是将关键技术从掌握基本原理到定型装备和经过作战检验划分成9个等级，每个成熟度水平等级都有相应的标志和指标，它为技术成熟度评估提供了客观的描述方法和度量标准，目的是要简要清晰地表达发开状态和技术风险。对特定的技术而言，具体的TRL值有多种选择，只要运用适当，就能取代含糊的表达，为成熟度评估提供可参照的标尺。由于TRL原有的准则主要针对硬件与系统，对于其他非硬件项目，例如软件技术、信息安全技术、实践与方法类技术较难适用。因此，美军在原有的TRL框架下研究并扩展了其应用范围，即对不同的技术评估，可对TRL进行适当的扩展理解。经过分析，成熟度水平 (TRL)的等级分类及基本描述如表1所示。

表1 技术成熟度水平 (TRL)的等级分类及基本描述Tab.1 Technology readiness levels(TRL)class and basic definition

2 舰船电磁兼容设计系统的技术成熟度评估

2.1 舰船电磁兼容性控制程序中的评估里程碑

舰船电磁兼容性控制应贯穿舰船研制、建造、使用的全寿命期，而舰船电磁兼容设计的技术成熟度评估却应在舰船研制阶段完成，根据舰船电磁兼容性要求中的舰船电磁兼容控制程序，确定适用于舰船研制过程的电磁兼容技术评估里程碑 (见图1)。

图1 海军舰船研制过程的电磁兼容技术评估里程碑Fig.1 Technology assessment milestone of EMC in the naval ships development course

在里程碑A之前，应进行舰船研制过程中与电磁兼容有关的关键技术识别。对每种候选方案涉及的所有电磁兼容技术进行谨慎分析和判断，确保这些技术可获得或可开发，识别出现有成熟技术和难以实现或不可能实现的性能，充分考虑替代技术。重点考察技术的成熟度、风险和成熟化需求。

在设计阶段1和设计阶段2末，分别进行第2次和第3次技术成熟度评估，评估结果合格后才能通过里程碑B1和B2。通过里程碑B1和B2的电磁兼容性技术成熟度评估需要包括舰船研制该阶段的电磁兼容主要技术信息。例如:电磁兼容性工作分解结构 (WBS)、展示电磁兼容关键技术元素和试验结果的体系结构图等。

通过里程碑B后，舰船工程正式进入首制舰建造和试验阶段。该阶段进行舰船建造，设备装船、系统集成、系泊和航行试验等工作。这一阶段应确认在给定的环境中，舰船总体电磁兼容性能不存在明显的设计和制造上的风险，可以满足电磁兼容性设计指标要求和作战性能要求。在到达里程碑C前，应进行第4次技术成熟度评估，本次评估应确保之前暴露的任何技术缺陷都已解决，任何电磁兼容性关键技术都是成熟的。

2.2 关键技术识别

舰船研制中的电磁兼容技术成熟度评估是系统化和基于TRL九级度量结构的成熟度评测过程，评估的对象是舰船研制中的电磁兼容技术，包括若干具体技术，也即关键技术元素。1个技术元素被界定为关键技术元素应具备2个条件［3］:舰船依赖该技术元素满足作战需求和该技术元素本身是新颖的或该技术的应用是新颖的。通常舰船总体电磁兼容性设计负责人通过电磁兼容性工作分解结构 (WBS)来识别关键技术元素。可以从性能、制造工艺、材料、测量技术、加工技术以及基础设施等角度，辨别各种技术是不是关键技术。

2.3 电磁兼容性工作分解结构 (WBS)

借鉴GJB 2116－1994中对工作分解结构的定义［4］，电磁兼容性工作分解结构是指在舰船型号研制过程中，对电磁兼容设计工作自上而下逐级分解形成的一个层次体系。该层次体系以舰船研制中的电磁兼容设计为中心，由技术 (硬件和软件)项目、服务项目和资料项目组成。该结构应能完全限定电磁兼容设计工作，并表示出各项工作之间以及它们与最终的舰船电磁兼容设计工作之间的关系。图2是典型的舰船电磁兼容设计系统纲要工作分解结构，该图仅分解到第3级，实际上，根据实际情况，WBS图应继续细致分解下去，直到得到无法再分解的单项支撑技术或工作，评估人员根据WBS图的最后分解结果进行关键技术识别。另外，该分解结构是典型化的标准结构，在对具体的舰船型号工程进行电磁兼容设计系统工作分解时，应对其中的某些部分剪裁。

图2 舰船电磁兼容设计系统纲要工作分解结构 (WBS)Fig.2 Summary work breakdown structure(WBS)for EMC design system of naval ships

图2中前2层的含义如下:

1)舰船电磁兼容设计系统是指为有效开展舰船电磁兼容设计工作所需要的技术、服务、设备和设施的综合体;

2)舰船电磁兼容设计是指舰船研制中与电磁兼容有关的所有技术设计工作，包括:总体、系统、设备等电磁兼容设计内容;

3)系统和工程项目管理为指导和控制舰船电磁兼容设计工作进行的技术和管理控制以及相关的工程业务管理;

4)系统试验和评定是指为了获得或验证舰船电磁兼容性能方面的工程数据，所开展的试验与评定;

5)资料是指合同规定交付的与电磁兼容设计相关的使用资料;

6)保障设备及设施是指与舰船电磁兼容性设计保障工作相关的车辆、设备、工具，设施等，也包括与它们有关的设计、研制，生产、建造工作。

2.4 舰船电磁兼容性设计成熟度评估实例

2.4.1 舰船电磁兼容性设计分解

对整个舰船研制工程中的电磁兼容性设计系统而言，成熟度评估工作庞大复杂，通常需要根据型号研制的具体情况，将WBS图中第3层继续分解。其中，舰船电磁兼容设计的分解通常可以根据分解成的典型化标准结构进行剪裁。根据工程实践经验，该典型化标准结构可参见图3。

2.4.2 技术成熟度评估

根据WBS图中对舰船电磁兼容设计部分的关键技术分解情况，结合TRL标准，可以对每1项关键技术的成熟度进行评价。针对舰船电磁兼容设计系统中各项关键技术成熟度水平的TRL分析系统还需要根据技术复杂性和多样性进行详细设计和专家评审，特别是要防止部门和行业偏见，在准则制定过程中，应该得到一个各方都能理解的一致的解释。下面针对图3中舰船电磁兼容设计各项关键技术，给出示例性的评分准则 (见表2)。

图3 舰船电磁兼容设计分解的典型化结构Fig.3 Typical normal framework for design breakdown of naval ships EMC

以Ri表示舰船总体电磁兼容设计技术的成熟度水平，Rij表示单项技术成熟度水平，aij表示单项关键技术的加权系数。加权系数表示各个关键技术的成熟度对整个技术成熟度的影响权重。确定加权系数的方法通常有专家打分法、层次分析法及灰色关联分析法等。因此加权求和后可获得总体技术成熟度水平可表示为

表2 舰船电磁兼容设计TRL评价Tab.2 TRL assessment for EMC design of naval ships

舰船电磁兼容设计技术的成熟度水平R可表示为

成熟度水平低于0.3属于低水平，0.3～0.6属于中等水平，高于0.6属于中高水平。根据计算的成熟度水平决定是否进入研制的下一个阶段。

3 结语

舰船研制周期长、风险大，对研制过程中的电磁兼容设计进行技术成熟度评估有利于避免技术脱节和风险控制，有利于舰船总体方案的评估和优选。本文提出的基于TRL的舰船电磁兼容技术成熟度评估使得评估工作量化，更易判断，排除了很多主观判断的因素，可为海军型号工程中的评估工作提供参考。

［1］DEPARTMENT OF DEFENSE.Technology readiness assessment deskbook［M］.Prepared by the Deputy Under Secretary of Defense for Science and Technology，May 2005.

［2］DEPARTMENT OF DEFENSE INSTUCTION 5000.02:Operation of the Defense Acquisition System［S］，May 2003.

［3］张小京，郑万里，等.技术成熟度等级风险评估方法简介［J］.海军装备，2005，(6):39 －41.

［4］GJB2116－1994.武器装备研制项目工作分解结构［S］.国防科学技术工业委员会.

［5］凌雄征.台湾武器采办流程引入关键技术成熟度评估研究——以导弹系统研制为例［D］.台湾:逢甲大学，2005.