海洋監測設備的技術成熟度評價方法探討

孫 輝

(海司駐天津地區航保軍事代表室，天津 300042)

技術管理是海洋監測設備研制過程的重要組成部分，現代海洋監測設備技術含量高，導致其研制風險大，加強管理對提高設備質量至關重要。借鑒國外在設備研制過程中先進的技術管理方法，對改進和提高我國海洋監測設備采辦技術管理水平具有重要的意義。

技術成熟度等級(Technology Readiness Level，TRL)是衡量技術對項目目標滿足程度的一種度量方法，美國國家航空航天局(National Aeronautics and Space Administration，NASA)開發的技術成熟度等級體系已經被廣泛地應用在各類技術研發項目管理的立項、評審和決策等環節中，技術成熟度評價(Technology Readiness Assessment，TRA)的理論和方法得到了長足的發展，在美國、英國等國家的國防采辦中規定了技術成熟度等級的評價方法[1-4]。近年來，海洋科技界已經開始探索技術成熟度等級在海洋監測領域的應用，特別是對海洋創新和海洋觀測系統的發展具有重要意義[5-6]。

本文首先闡述技術成熟度等級的的概念，并研究海洋監測設備的技術成熟度評價方法，為我國海洋監測設備的技術成熟度發展提供借鑒和參考。

1 技術成熟度評價方法

技術成熟度的概念是由美國NASA于20世紀70年代最先提出的，按照1995年NASA頒布的白皮書，可以將技術成熟度等級TRL劃分為9級：TRL1～TRL9，其中TRL1級的技術成熟度最低、技術風險最大，TRL9級的技術成熟度最高、風險最小。美國國防部(Department of Defense,DoD)在NASA九級TRL的基礎上，建立了新的TRL等級量表，兩個組織的TRL在使用方法上是相類似的，只是在對TRL的闡述上略有不同。本文介紹美國國防部的技術成熟度等級的定義與基本描述[2,4-5]:

1.1 TRL1

定義：觀察到了基本原理并且形成報告。

基本描述：這是最低水平的技術成熟度等級。在這個等級中，科學研究開始轉化為應用研究和開發。

1.2 TRL2

定義：確切提出技術概念和/或應用設想。

基本描述：一旦基本的原理被觀察到，這些特性的實際應用可能被發明或確定。在這個等級中，應用仍然是探索性的，并沒有實驗證明或詳細的分析來支持推測，所以還處于理論上的研究階段。

1.3 TRL3

定義：分析和實驗證明關鍵功能和/或特性的概念。

基本描述：主動研究和開發已經開始。這包括分析研究和實驗室研究，對獨立技術要素的分析預測進行確確實實的驗證。

1.4 TRL4

定義：在實驗室環境中驗證組件和/或試驗板。

基本描述：基本技術部件都集成起來構成聯合工作組件，但是相對于最終系統的可信度較低。

1.5 TRL5

定義：在相關環境中驗證組件和/或試驗板。

基本描述：試驗板的技術可信度顯著提高。基本技術部件與適當的現實支持元素集成，使該技術可以在模擬環境中進行測試。

1.6 TRL6

定義：在相關環境中演示驗證系統/子系統模型或樣機。

基本描述：有代表性的模型或樣機系統在相關環境中進行測試，代表了技術成熟度的重要提升。可以包括對樣機系統在一個技術可信度很高的實驗室環境或仿真的業務環境中進行測試。

1.7 TRL7

定義：在業務環境中演示驗證系統樣機。

基本描述：樣機已接近或達到預期的業務系統。代表了從TRL 6的重要提升，需要在業務環境中演示實際的系統樣機，包括在試驗臺或試驗基地進行樣機的測試。

1.8 TRL8

定義：完成實際系統，并通過試驗和演示驗證。

基本描述：技術已被證明能在預期的使用環境中以最終形式工作。在幾乎所有情況下，這一技術成熟度等級代表真正的系統開發已經結束。包括進一步的系統測試和評估以確定它是否滿足設計規范。

1.9 TRL9

定義：實際系統通過成功地執行任務而完成驗證。

基本描述：技術以其最終形式在任務條件下得到實際應用，如在業務測試和評估中所遇到的實際應用。在幾乎所有的情況下，這一技術成熟度等級代表真正的系統開發中最后一次“故障修理”已經結束。包括在業務化運行條件下使用該系統。

技術成熟度等級（TRL）是一種清晰描述某一特定系統發展狀態的方法，代表性地定義了某一特定技術成熟的9個等級，通過對每項技術的成熟度評價，提供了一種技術發展狀態和技術風險管理的客觀手段。

2 海洋監測設備的技術成熟度評價方法

海洋監測中用到許多的新設備和新技術，海洋科技界近年來開始引入技術成熟度等級評價方法[5-6]。雖然美國DoD和NASA定義的TRL在其描述中是非常詳細的，因為這個特別的領域一直用這種等級體系很多年了，但是在海洋領域中，并不等于要完全照搬美國DoD和NASA的TRL體系。海洋科技界嘗試著探索技術成熟度等級在海洋監測領域的應用特點。

2.1 OS-TRL

2008年在德國舉行的海洋傳感器研討會（Ocean Sensors Workshop）上，傳感器開發人員和技術專家為了使DoD/NASA TRL分級適應海洋儀器和觀測系統，建議把TRL9級的技術成熟度合并為4個海洋科學技術成熟度等級（Ocean Sciences Technology Readiness Levels,OS-TRL）。

2.1.1 OS-TRL1

總之，在地理教學中，教師必須不斷學習國內外教育理論，密切注視教育發展的新動向，認真研究教學中存在的問題，把精力集中在課堂教學上，最大限度地提高每堂課的教學效率，實現輕“負擔”、高質量。同時還要有較高的教育科研水平，把課堂教學當作一門科學藝術來研究，改向經驗要效率為向教育科研要效率；改向題海戰術要質量為向教學改革要質量。

定義：概念驗證和開發。

基本描述：這是最低水平的技術成熟度等級。在這個等級中，科學研究開始轉化為應用研究和開發。一旦基本的原理被觀察到，實際應用可能被發明或確定，應用仍然是探索性的，尚沒有實驗證明或詳細的分析來支持推測。開始主動研究和開發，包括分析研究和實驗室研究，對獨立技術要素的分析預測進行確確實實的驗證。OS-TRL1相當于DoD/NASATRL1～3。

2.1.2 OS-TRL2

定義：研究樣機。

基本描述：基本技術部件與適當的現實支持元素集成，使該技術可以在模擬環境中或相關環境中進行測試。樣機儀器的成套設備用于收集技術研究過程中的數據或環境參數。OS-TRL2相當于DoD/NASATRL4～7。

2.1.3 OS-TRL3

定義：商品化。

基本描述：技術已被證明能在預期的使用環境中以最終形式工作。設備可以進行商業化生產，并有相應的支持材料（可更換部件，操作手冊等）。OS-TRL3相當于DoD/NASA TRL8。

2.1.4 OS-TRL4

定義：業務化。

基本描述：技術以其最終形式在持續的業務條件下得到實際應用。獨立的第三方評價或應用證明了可靠的長期野外運行。OS-TRL4相當于DoD/NASATRL9。

從OS-TRL3到OS-TRL4的過渡應該包括單獨的測試、驗證與核查。制造商或開發人員可以把他們的產品劃入適當的TRL，但是必須提供有效的證明，如令人滿意的數據和文件材料。相較于原來的DoD/NASA TRL，OS-TRL認為在任何情況下所有的階段都要通過[6]。

2.2 OOI-TRL

美國國家科學基金會（National Science Foundation，NSF）的海洋觀測計劃（Ocean Observatories Initiative，OOI）將實施互動的綜合海洋觀測網絡的建設和運營。OOI將承擔沿海、區域和全球尺度的海洋觀測，OOI網絡用45個不同類型的傳感器，包括分布在太平洋和大西洋的超過800個傳感器來獲取數據，OOI成功的基礎是要采用有效的、可靠的現場監測設備[5]。

因此，OOI項目的科學家和傳感器工作組進一步完善了2008年海洋傳感器研討會的OS-TRL，用五級TRL評估各類OOI核心傳感器在采購和部署中的風險，定義的技術成熟度等級OOI-TRL1～OOI-TRL5。

2.2.1 OOI-TRL1

定義：概念驗證和開發。

基本描述：這是最低水平的技術成熟度等級。在這個等級中，科學研究開始轉化為應用研究和開發。應用仍然是探索性的，尚沒有實驗證明或詳細的分析來支持推測，包括分析研究和實驗室研究，對獨立技術要素的分析預測進行確確實實的驗證。OOI--TRL1相當于DoD/NASA TRL1～3。

2.2.2 OOI-TRL2

定義：研究樣機。

基本描述：基本技術部件與適當的現實支持元素集成，使該技術可以在模擬環境中或相關環境中進行測試。樣機儀器的成套設備用于收集技術研究過程中的數據或環境參數。OOI-TRL2相當于DoD/NASA TRL4～6。

2.2.3 OOI-TRL3

定義：研究驗證。

基本描述：技術還沒有商品化，但顯然超出了樣機階段。多個儀器的成套設備已經組合并在要求的環境條件下長時間部署。現有的出版物證明了數據的科學效用。OOI-TRL3相當于DoD/NASATRL7～8。

2.2.4 OOI-TRL4

定義：商品化。

基本描述：技術已被證明能在預期的使用環境中以最終形式工作。設備可以進行商業化生產，并有相應的支持材料（可更換部件，操作手冊等）。OOI-TRL4相當于DoD/NASA TRL8。

2.2.5 OOI-TRL5

定義：業務化。

基本描述：商品化或研究證實的技術以其最終形式在持續的業務條件下得到實際應用。獨立的第三方評價或應用證明了可靠的長期野外運行。OOI-TRL5相當于DoD/NASA TRL9。

美國OOI對海洋監測設備的技術成熟度評價方法，與2008年OS-TRL相比之下，在研究過程中增加了驗證階段OOI-TRL3，要求獲得數據的科學應用證明，無疑是對海洋監測設備的技術轉化為商品提出了更高的要求。OOI-TRL雖然簡化了DoD/NASA TRL，但是在技術驗證、商品化和最終業務化階段，都對設備的技術成熟度評價方法提出了明確規定，為綜合海洋觀測網絡的建設和有效的、可靠的運營奠定了基礎。OOI-TRL對于海洋監測設備研制和海洋觀測系統的技術管理都是值得借鑒的。

3 結束語

借鑒國外的先進經驗，結合國內的實際情況，推行技術成熟度評價方法和研制過程管理是海洋監測設備自主產品創新發展的必然選擇。發達國家多年來的實踐表明，使用技術成熟度評價方法可以使科研管理的精確度和科學性得以有效提高，有效縮短研制周期、降低研制成本，技術發展和設備采辦過程的風險大大降低。采用技術成熟度等級等工具對技術成熟情況進行科學的評判，以此保證技術管理的科學性，促進海洋監測設備研制目標的實現，保證設備盡快應用于業務化工作。通過建立一整套科學規范的技術管理程序、標準和工具，來加強海洋監測設備的研制過程管理，必將有助于促進海洋監測技術的整體發展。

[1]安茂春,王志健.國外技術成熟度評價方法及其應用[J].評價與管理,2008(6):1-3.

[2]王立群.美國的技術成熟度等級[J].質量與可靠性,2009(2):55-57.

[3]程文淵,龔旭東.技術成熟度評價方法的發展和應用[J].計算機測量與控制,2008,16(12):436-441.

[4]王立學,冷伏海,王海霞.技術成熟度及其識別方法研究[J].現代圖書情報技術,2010(3):58-63.

[5]Brasseur L,Tamburri M，Pluede mann A.Sensor Needs and Readiness Levels for Ocean Observing:An Example from the Ocean Observatories Initiative(OOI)[C]//JHarrison,DE,Stammer DEds.Proceedings of Ocean Obs’09:Sustained Ocean Observations and Information for Society(Vol.2),Venice,Italy,21-25 September 2009,Hall,ESA Publication WPP-306,2010.doi:10.5270/Ocean Obs09.cwp.10

[6]Wald mann C,MTamburri,RD Prien,et al.Assessment of sensor performance[J].Ocean Science,2010(6):235-245.