系統(tǒng)成熟度評估矩陣計算模型在機載制導(dǎo)武器研制中的應(yīng)用

摘 要：為了有效降低裝備研制中的技術(shù)風(fēng)險，美國國防部（DOD）在國防采辦中引入了技術(shù) 成熟度等級（TRL）的概念以及技術(shù)成熟度評估（TRA）的方法，并將其應(yīng)用領(lǐng)域和適用范圍不斷擴 大，發(fā)展完善為系統(tǒng)成熟度等級（SRL）與系統(tǒng)成熟度評估（SRA）。本文介紹了TRL與TRA的基本 概念，并在此基礎(chǔ)上，介紹了SRL與SRA的基本概念以及最常用的評估方法———矩陣計算模型， 并圍繞機載制導(dǎo)武器研制工作進行應(yīng)用舉例說明，為國內(nèi)對復(fù)雜武器系統(tǒng)實施技術(shù)成熟度評估提 供參考與借鑒。

關(guān)鍵詞：技術(shù)成熟度等級；技術(shù)成熟度評估；系統(tǒng)成熟度等級；系統(tǒng)成熟度評估；矩陣計算模 型；機載制導(dǎo)武器

中圖分類號：TJ760.6 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1673-5048（2014）03-0059-05

ApplicationResearchonMatrixBasedModelofSystemReadiness AssessmentinAirborneGuidedWeaponResearchDevelopment

WANGFang

（ChinaAVICAvionicsSystemsCo.Ltd，Beijing100086，China）

Abstract：Inordertolowereffectivelythetechnicalriskofweaponresearchdevelopment，theA mericanDepartmentofDefense（DOD）adoptedthenotionofTechnologyReadinessLevel（TRL）aswell asTechnologyReadinessAssessment（TRA），andcontinuouslyexpandedtheirapplicationfieldand scopetoimproveanddevelopthenotionofSystemReadinessLevel（SRL）aswellasSystemReadiness Assessment（SRA）.ThisarticleintroducesthebasicconceptofTRLandTRA，andthenfurtherintro ducesthebasicconceptofSRL，SRAandawidelyusedassessmentmethodcalled“MatrixbasedMod el”，andappliestheassessmentmethodtotheairborneguidedweaponresearchdevelopmentworkasa practicalinstance，presentinganusefulreferenceforTRAofdomesticcomplexintegratedsystems.

Keywords：TRL，TRA，SRL，SRA；matrixbasedmodel；airborneguidedweapon

0 引 言

現(xiàn)代武器裝備大量采用新技術(shù)，追求高性能， 導(dǎo)致系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、層次越來越復(fù)雜，因而武器裝備的研制過程以及采辦工作都存在著較大的不確定性 和風(fēng)險性，因技術(shù)成熟度不高或?qū)夹g(shù)風(fēng)險認識 不足導(dǎo)致的武器裝備“拖進度、降性能、漲費用” 等問題己成為世界各國一個公認的難題。因而有 必要在武器裝備研制過程中，對所用技術(shù)進行合 理評估，確保項目順利完成。經(jīng)過多年的發(fā)展，不 斷完善的技術(shù)成熟度理論及評估方法可以清晰地審查技術(shù)研發(fā)全過程，合理地預(yù)測可能存在的技 術(shù)風(fēng)險，科學(xué)地制定出各項技術(shù)的發(fā)展路線，及時 地了解關(guān)鍵技術(shù)的成熟度水平。

目前，對技術(shù)成熟度的評估大都側(cè)重于對單 一技術(shù)的評估，很難全面反映復(fù)雜武器裝備系統(tǒng) 的技術(shù)狀態(tài)。因此，必須拓展技術(shù)成熟度概念與評 估方法的范疇，深入研究復(fù)雜武器裝備層面的系 統(tǒng)成熟度理論與評估方法，其對于強化武器裝備 研制項目的綜合管理，確保武器裝備研制成功具 有重要意義。

1 技術(shù)成熟度等級與技術(shù)成熟度評估

技術(shù)成熟度等級（TRL）與技術(shù)成熟度評估 （TRA）的概念最早起源于美國，已經(jīng)歷了探索研 究、成熟發(fā)展和全面應(yīng)用三個階段。2003年，美國 國防部（DOD）頒布《技術(shù)成熟度評估手冊》，將技 術(shù)成熟度引入采辦條例，并于2005年、2009年、 2011年進行三次補充修訂，其中2011年更名為 《技術(shù)成熟度評價指南》（《指南》），對于TRA工作 的組織機構(gòu)、操作程序、評估細則等都進行了詳細 的規(guī)定。英國、加拿大等國軍方也以美軍的TRL 與TRA理論為基礎(chǔ)，相繼開發(fā)出了本國的TRA體 系并全面推廣應(yīng)用。

2011年版《指南》中定義，TRL是指對技術(shù)成 熟程度進行度量和評測的一種標(biāo)準(zhǔn)，可用于評估 特定技術(shù)的成熟度，以及判斷不同技術(shù)對同一項 目目標(biāo)的滿足程度。《指南》中將TRL劃分為9級， 具體如下：

TRL1：發(fā)現(xiàn)和報告技術(shù)基本原理；

TRL2：闡明技術(shù)概念和用途；

TRL3：驗證技術(shù)概念的關(guān)鍵功能和特性；

TRL4：在實驗室環(huán)境下完成基礎(chǔ)部件/原理樣 機驗證；

TRL5：在模擬實際使用環(huán)境中完成部件/原理 樣機驗證；

TRL6：在模擬實際使用環(huán)境中完成系統(tǒng)/子系 統(tǒng)模型或樣機驗證；

TRL7：在使用環(huán)境中完成系統(tǒng)樣機驗證；

TRL8：完成實際系統(tǒng)試驗驗證；

TRL9：完成實際系統(tǒng)使用驗證。

以上TRL1～TRL9的評估標(biāo)準(zhǔn)基本涵蓋了一 項新技術(shù)從基礎(chǔ)研究到工程應(yīng)用的整個過程。其 中，TRL1～TRL3主要處于基礎(chǔ)研究階段；TRL4～ TRL6主要處于技術(shù)開發(fā)階段；TRL7～TRL9主要 處于工程研制階段，TRL9表明這項技術(shù)可轉(zhuǎn)入生產(chǎn)部署階段。

技術(shù)成熟度評估（TRA）是指采用TRL對技術(shù) 的成熟度進行評價的一套方法、流程和程序。它是 通過一個正式的、系統(tǒng)化的、基于度量標(biāo)準(zhǔn)的過程 來評價系統(tǒng)中采用的關(guān)鍵硬件和軟件技術(shù)的成熟 度，形成評估報告。TRL建立了一種測量技術(shù)成熟 度的標(biāo)準(zhǔn)與標(biāo)尺，是技術(shù)發(fā)展的歸納與表述；TRA 進入了方法論的范疇，與TRL相輔相成，共同構(gòu) 成了技術(shù)成熟度評估方法的理論基礎(chǔ)。

2 系統(tǒng)成熟度等級與系統(tǒng)成熟度評估

近年來，隨著科技的進步與TRA工作的深入， 當(dāng)涉及到關(guān)鍵技術(shù)多、集成關(guān)系復(fù)雜的武器裝備 系統(tǒng)時，TRA的實際效果并不理想。TRL與TRA 更多關(guān)注的是單項技術(shù)本身，不能有效地反映出 復(fù)雜系統(tǒng)間各項技術(shù)的關(guān)系。系統(tǒng)的成熟是以所 有關(guān)鍵技術(shù)的成熟為前提的，因此，DOD進一步 拓展了TRL與TRA的應(yīng)用領(lǐng)域和適用范圍，不僅 關(guān)注單項技術(shù)是否成熟，并且更加關(guān)注技術(shù)集成 性以及整個系統(tǒng)的成熟度水平，提出“系統(tǒng)成熟度 等級（SRL）”與“系統(tǒng)成熟度評估（SRA）”的概念。

SRL與SRA是對傳統(tǒng)TRL與TRA概念的繼承 與發(fā)展，SRL可分為6個等級，依次表示系統(tǒng)在整 個開發(fā)生命周期中所處的階段狀態(tài)。SRL的定義、 描述、與TRL的對應(yīng)關(guān)系如表1所示。

目前，國內(nèi)外還沒有統(tǒng)一的SRA評估方法， 最為著名也是最有可能在未來成熟應(yīng)用的評估方 法是美國斯蒂文森大學(xué)Sauser等人提出的“矩陣計算模型”將技術(shù)成熟度和技術(shù)集成成熟度通過矩陣 算法綜合起來，計算出整個系統(tǒng)的SRL。美國航空 航天局（NASA）、DOD等已采用該計算模型，對多 個項目，包括火星氣象衛(wèi)星、阿麗亞娜5號、哈勃 空間望遠鏡等實施了評估，研究結(jié)果表明該計算 方法能夠較為準(zhǔn)確地反映系統(tǒng)的真實研制水平。

3 系統(tǒng)成熟度評估矩陣計算模型

3.1 技術(shù)集成成熟度等級的概念

SRA從單項技術(shù)擴展到系統(tǒng)集成層面，關(guān)注 的往往是關(guān)鍵技術(shù)之間的相關(guān)性與相互作用。當(dāng) 兩項（或多項）技術(shù)進行集成時，就有必要考慮其 接口標(biāo)準(zhǔn)、相互作用、兼容性、可靠性、系統(tǒng)性能 等問題。因此，Sauser等人在TRL的基礎(chǔ)上，提出 了技術(shù)集成成熟度等級（IRL）的概念，用于表征任 意兩項技術(shù)之間的集成程度，IRL的引入不僅可以 對某項技術(shù)所處于的集成成熟度等級狀態(tài)進行檢 查，還可以為該項技術(shù)與其他技術(shù)的集成指出方 向。IRL目前提出的模型包含9個等級，這與TRL 理論相類似，具體如下：

IRL1：技術(shù)之間的界面已經(jīng)進行了確定，以便 能夠體現(xiàn)；

IRL2：通過一些特征等級，體現(xiàn)技術(shù)之間界面 的集成；

IRL3：技術(shù)之間有兼容性，以便能夠有序地和 有效地集成和相互作用；

IRL4：在技術(shù)集成的品質(zhì)和可靠性方面，有充 足的詳細資料；

IRL5：在建立、管理和終止集成所必要的技術(shù) 之間，具有充分的控制；

IRL6：對預(yù)期應(yīng)用來說，集成技術(shù)能夠接受、 轉(zhuǎn)化和構(gòu)成信息；

IRL7：利用充分的細節(jié)，確認和驗證了技術(shù)的 集成；

IRL8：完成了實際集成，并通過在系統(tǒng)環(huán)境中 進行試驗和驗證，合格完成任務(wù)；

IRL9：成功完成任務(wù)，證明技術(shù)集成成功。因 為一項技術(shù)為了發(fā)展到TRL9，它必須被集成到系 統(tǒng)中，并在相關(guān)的環(huán)境中被證明。因此，IRL9意味 著互相集成的技術(shù)已達到TRL9。

3.2 系統(tǒng)成熟度等級的矩陣計算模型

系統(tǒng)成熟度評估矩陣計算模型是根據(jù)現(xiàn)有各 項技術(shù)的成熟度TRL以及技術(shù)之間的集成成熟度 IRL的數(shù)值，運用相關(guān)聯(lián)的矩陣函數(shù)求出SRL的算 法模型，其不僅考慮了系統(tǒng)內(nèi)部各單項關(guān)鍵技術(shù)，同時還考慮了各關(guān)鍵技術(shù)間的相互影響和作用關(guān) 系。定義關(guān)鍵技術(shù)元素（CTE）為在規(guī)定的時間、規(guī) 定的費用范圍內(nèi)為滿足系統(tǒng)研制要求所需依賴的 新技術(shù)。以一個由n項CTE的復(fù)雜系統(tǒng)為例，其 SRL計算過程如下：

4 基于“矩陣計算模型”的機載制導(dǎo)武器系 統(tǒng)成熟度算例

下面將以某改進機載制導(dǎo)武器研制項目為例， 闡述“矩陣計算模型”在機載制導(dǎo)武器研制工作中 的實際應(yīng)用。

4.1 確定關(guān)鍵技術(shù)元素及其技術(shù)成熟度等級

CTE的確定是SRA工作的首要任務(wù)。根據(jù)該 型機載制導(dǎo)武器的研制背景、性能和技術(shù)特點，使 用技術(shù)工作分解結(jié)構(gòu)方法（WBS），自頂向下，將 機載制導(dǎo)武器按系統(tǒng)、分系統(tǒng)、部件進行逐級分 解，分系統(tǒng)一級首先分解為制導(dǎo)控制、引戰(zhàn)、動 力、能源、彈體五個分系統(tǒng)，再進一步分解到部件 一級，如將制導(dǎo)系統(tǒng)分解為測量裝置、程序裝置、 解算裝置、慣性裝置等部件。

以此為基礎(chǔ)，模擬美軍《指南》中規(guī)定的工作 流程———制定評估計劃、成立評估專家組，跟據(jù)CTE的定義與篩選準(zhǔn)則開展專家評估工作，遴選 出候選CTE，收集待評估候選CTE的發(fā)展水平證 據(jù)并經(jīng)綜合權(quán)衡。評估專家組一致認為，本項目為 改進研制項目，系統(tǒng)在大部分使用成熟技術(shù)的基 礎(chǔ)上，為滿足技戰(zhàn)術(shù)使用要求，最終確定系統(tǒng)的 CTE及對應(yīng)TRL，如表3所示。

4.2 確定關(guān)鍵技術(shù)元素的集成成熟度

模擬美軍《指南》中規(guī)定的工作流程，考察各 CTE之間的技術(shù)集成關(guān)系，依據(jù)集成成熟度等級 表，模擬評估專家組劃分、確定各CTE之間的 IRLij（i，j=1～5），如表4所示。

再根據(jù)公式（4），SRLi/ni（i=1～5）分別為 0.410，0.336，0.482，0.485，0.278，則最后系統(tǒng) 的SRL為0.398（約等于0.4），對照表2得出系統(tǒng) 的SRL終值約為3。

4.4 計算結(jié)果分析

（1）項目仍處于技術(shù)開發(fā)階段：雖然項目為 改進研制項目，運用了大量的成熟技術(shù)，但根據(jù) SRA結(jié)果，系統(tǒng)CTE的成熟度仍然較低，系統(tǒng)仍 處于技術(shù)開發(fā)階段。

（2）項目的風(fēng)險關(guān)注點為遠程推力技術(shù)與定 向引戰(zhàn)技術(shù)：根據(jù)SRLi/ni易知，在5項CTE中， 遠程推力技術(shù)（i=2）、定向引戰(zhàn)技術(shù)（i=5）取值 處于[0.10，0.39]區(qū)間，仍處于概念定義階段。這 兩項技術(shù)的TRL以及與其他CTE之間的IRL相對 較低，影響了整個機載制導(dǎo)武器系統(tǒng)的成熟度，是 整個項目的風(fēng)險點，需要在整個研制工作中獲得 更多的關(guān)注。

類似的案例還有美國火星氣候探測器（MCO）， 該探測器于1999年9月23日因?qū)Ш较到y(tǒng)出現(xiàn)問 題在火星大氣層墜毀。NASA利用系統(tǒng)成熟度計算 方法對該系統(tǒng)進行分析時發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)問題的這兩 個軟件的技術(shù)成熟度雖然分別是TRL8和TRL9。 但是兩項軟件技術(shù)的集成成熟度只有IRL5，因此 從系統(tǒng)成熟度角度來看，該系統(tǒng)的實際成熟度水 平仍處于“系統(tǒng)開發(fā)、驗證”階段，不具備發(fā)射條 件。

5 結(jié) 束 語

近年來，隨著機載制導(dǎo)武器技術(shù)的快速發(fā)展， 大量高新技術(shù)的應(yīng)用促進了裝備的快速發(fā)展，但 也帶來了大量的、不可預(yù)見的技術(shù)風(fēng)險，并且技術(shù) 風(fēng)險已成為制約機載制導(dǎo)武器發(fā)展的關(guān)鍵因素之 一。在此背景下，本文充分借鑒并運用了國外先進 SRA方法———矩陣計算模型，對某型機載制導(dǎo)武 器的系統(tǒng)成熟度進行了評估，是國內(nèi)在本領(lǐng)域使 用此方法的一次有益探索與實踐。

矩陣計算模型計算簡便，易于編程開發(fā)，具有較強的可行性和操作性。但值得注意的是，影響機 載制導(dǎo)武器裝備系統(tǒng)成熟度的因素很多，復(fù)雜武 器裝備中關(guān)鍵技術(shù)與關(guān)鍵技術(shù)之間，子系統(tǒng)與子 系統(tǒng)之間的適應(yīng)性、匹配性以及關(guān)聯(lián)性將愈發(fā)復(fù) 雜。后續(xù)擬將結(jié)合我國武器裝備研制工作實際，充 分消化吸收以美國為代表的外軍SRL與SRA相關(guān) 的理論知識和組織管理經(jīng)驗，更加深入地開展理 論研究和實踐活動，不斷完善SRA評估方法，為 機載制導(dǎo)武器乃至我國武器裝備研制項目提供全 壽命周期的有力支撐。

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