适用于技术树的技术成熟度等级条件制定方法

2023-11-03宁怀松刘太秋王磊杜桂贤宋柳丽中国航发动力所

航空动力 2023年5期

■ 宁怀松刘太秋王磊杜桂贤宋柳丽 / 中国航发动力所

为更好地把握、推动航空发动机技术研究工作，中国航发动力所开展了技术树的建设和应用工作，并使用技术成熟度作为技术发展情况的表征之一。提升技术树中相关技术的成熟度评价结果的准确性和评价工作的效率，是技术树得以有效利用的先决条件。

航空发动机的研发涉及大量复杂的多学科、多专业、综合性很强的先进技术，而且研发周期长、风险高、投资大，因此必须落实“产品与技术分离”：通过先期系统、深入地开展技术研究，夯实技术基础，强化技术储备，提前为发动机产品研发提供成熟的新技术，以降低研发风险，并促进产品不断改进完善、衍生发展。技术树类似于技术的“家谱”，是发动机研发全生命周期中应用到的技术的有序集合，涵盖设计、制造、试验、材料等全部专业领域，如图1所示。通过技术树，可基于产品研发需要，系统梳理各专业的技术，有效指导技术研究工作的开展，并促进已有能力的共享和重用；同时，技术树可作为技术研究工作的“战略地图”和“看板”，清晰、及时地展现各项技术的研究进展，有效发现“短板”技术，明确攻关方向，提升技术研究项目论证和立项的科学性。技术树中的技术是分层的，当前，对最底层的基础技术给出了其技术成熟度等级（TRL），如图2所示。针对技术成熟度评价在技术树中应用时面临的问题，按照“确定技术成熟度评价维度—将评价维度细化为通用属性—完成技术树中技术的聚类—将通用属性转化为具体属性”的步骤，完善了技术成熟度等级条件制定的方法。

图1 技术树的架构示例

图2 技术树中技术的层级示意

技术成熟度评价在技术树中应用时面临的问题

技术成熟度是指技术相对于特定项目的研发需求所处的发展状态，反映了技术对于项目预期目标的满足程度，重点从技术的形态和验证环境评估技术满足项目应用需求的情况，通常用技术成熟度等级表征[1-4]。

国军标（GJB ）7688—2012《装备技术成熟度等级定义及划分》给出了一套9级的技术成熟度定义，并在其附录A中给出了技术成熟度等级条件（共计282条），为准确评判技术的成熟度等级提供了依据。需要注意的是，按照GJB 7688，相关技术成熟度等级条件的应用对象主要是以发动机产品（包括硬件和机载嵌入式软件）为技术载体（物化对象）的关键技术，这些等级条件用于技术树中技术的成熟度评价时，还面临如下问题。

一是适应技术树的实际情况。技术树中的技术种类多样且复杂，既包含了技术载体是发动机产品的技术，也包含仿真、试验、通用基础、材料工艺等方面的技术，需要针对技术树的实际情况，制定合适的技术成熟度等级条件。

二是需要兼顾技术成熟度评价结果的准确性和效率。通常，技术成熟等级条件越细致，评价的准确性越高，但评价周期也相应增加。考虑到技术树中技术数量众多，显然难以直接使用GJB 7688中提供的282项等级条件，而是要在满足国军标核心要求的前提下，合理地确定等级条件的细化程度，以兼顾准确性和效率。

三是需要兼顾技术成熟度等级条件的准确性和适用范围。技术成熟度评价时，通常需要对每项关键技术制定技术成熟度等级条件，但技术树中有几千项技术，考虑到管理成本，不可能针对每项技术均制定技术成熟度等级条件，需要对技术树中的技术进行“聚类”，以便按类制定技术成熟度等级条件。

确定技术成熟度评价维度

根据GJB 7688中技术成熟度等级条件的关注重点及相关型号的技术成熟度评价工作经验，针对技术树的实际情况，设置如下5个方面的评价维度。

一是技术载体的状态。技术必须依附某项“载体”进行验证，也就是技术载体，技术载体为技术的验证提供平台。

二是验证环境。说明技术在什么“环境”下验证，如仿真环境、试验器、试车台和飞行台等。

三是验证方式。说明技术的验证方式，如分析、仿真和试验等。以试验为例，应明确各成熟度等级应完成的试验工作，确定需开展的试验项目及先后顺序，应注意“探边摸底”试验项目的开展。

四是验证指标要求。说明在各个成熟度等级要完成验证的指标，包括功能、性能、通用质量特性和作战适用性等，可结合发动机验证工作的安排，对照需求，明确各等级要验证的指标。

五是应用背景/需求的明确程度。本条主要针对技术树的特点，落实“技术与产品互锁”的要求。技术与产品的互锁是指技术研究工作均来自产品研发的需要，瞄准在产品中的应用，并且在完成相关研究工作后，技术可以应用到产品研发中。按照上述理念，若某项技术没有应用背景/需求，则缺少了技术成熟度的对比标准，不宜开展技术成熟度评价；同时，随着技术成熟度等级的提升，相应的应用背景/需求也应该更加明确、清晰。因此，该项内容也反映了技术的成熟度程度，尤其是预先研究的相关技术。

将评价维度细化为通用属性

对照技术树的实际，对上述评价维度进行了细化，形成通用属性，见表1。

表1 技术成熟度评价维度细化为通用属性的示例

完成技术树中技术的聚类

为提高效率和可操作性，本文提出技术“聚类”的概念：将技术树中的技术按照一定的规则聚类后，针对该类技术，制定一套技术成熟度等级条件，用于该类别中所有技术的技术成熟度评价工作。

结合发动机研发实际，建议按照研发对象进行聚类，即将相关的技术聚类到研发对象上，这些研发对象是该类技术提升成熟度等级的验证平台。根据被聚类的技术之间的关联关系，可以同时在这个平台上验证，也可以分别验证。

具体聚类要求如下：有独立的/可验证的功能性能等指标的载体（可以是大组件，也可以是零件），根据各研发对象的特点，必要的话，可进一步细化，但要确保可进行试验验证；以大组件为聚类的依据，围绕大组件的实现，将技术树中所有与之相关的技术进行聚类，作为同一类技术开展技术成熟度等级条件的制定；聚类时，不限定聚类的技术层级，但应确保聚类后的同类技术，可以使用同一套等级条件。