航空發動機技術成熟度評價方法應用研究

劉曉松，王桂華，劉慶東，賈淑芝，史妍妍

（中國航發沈陽發動機研究所，沈陽110015）

航空發動機技術成熟度評價方法應用研究

劉曉松，王桂華，劉慶東，賈淑芝，史妍妍

（中國航發沈陽發動機研究所，沈陽110015）

為提升中國航空發動機研制項目中技術風險的管控能力，支撐項目決策，根據中國航空發動機研制特點，結合國外技術成熟度評價的成功經驗，提出了1套適用于中國航空發動機研制的技術成熟度評價方法，重點針對航空發動機全生命研制周期內的技術成熟度等級控制要求、關鍵技術元素的識別方法、技術成熟度等級評價標準、技術成熟度評價工具等方面進行了介紹。通過選取典型項目作為試點進行驗證，證明該方法有效、可行，能夠實現項中技術風險的識別與管控,為中國航空發動機研制中技術成熟度評價方法的應用提供借鑒。

技術成熟度；關鍵技術元素；技術風險；航空發動機

0 引言

技術成熟度評價方法是1種基于技術發展成熟規律、采用標準化測量等級對技術成熟度程度進行測評的系統化過程和程序。該方法確定的技術成熟度能夠有效地反映單項技術相對于某個項目的預期目標的滿足程度[1-2]。20世紀80年代末，該方法由美國NASA在航天技術領域率先提出入并使用；1999年，美國國防部引入該方法，并在其項目采辦中推廣應用[3]。目前，技術成熟度評價方法已成為歐美發達國家在國防采辦和科研管理中廣泛采用的1種評估方法，也是產品開發和技術研究承擔機構作為技術評估的手段，更是控制技術風險，確保裝備研制質量，支持里程碑決策的重要工具之一[4-7]。

航空發動機作為技術高度復雜的綜合集成系統，其研制存在很大風險[8]。在既要提升發動機性能和可靠性，又必須采用新技術的前提下,在航空發動機研制過程中選擇采用何種新技術，如何有效地評估新技術成熟度水平，成為控制發動機研制技術風險的關鍵環節。

本文針對中國航空發動機的研制特點，提出用于航空發動機研制的技術成熟度評價方法，主要針對航空發動機全生命研制周期內的技術成熟度控制、關鍵技術元素識別方法、成熟度評價標準、評價工具等方面內容進行介紹。

1 全生命周期技術成熟度控制要求

參考國外軍工產品研制的技術成熟度評價成功經驗，結合中國對武器裝備研制階段的劃分[9-10]，以及相關標準中對技術成熟度評價的規定[11-12]，根據中國航空發動機研制的特點，制定航空發動機技術成熟度評價要求。

1.1 技術成熟等級要求

航空發動機全生命周期內研制劃分為7個階段、3個里程碑以及若干決策點，研制階段、里程碑、決策點設置如圖1所示。技術成熟度等級要求主要結合這些里程碑、評審點制定，按照技術成熟度控制方的不同，將技術成熟度評價要求劃分為軍方控制點和研制單位自控點2條線。

圖1 全生命周期內技術成熟度等級要求

1.1.1 軍方控制點及技術成熟度等級要求

軍方控制點主要依托航空發動機研制中的3個里程碑，其具體的技術成熟度等級要求如下。

里程碑A：型號立項的決策點，在項目立項評審前，項目中應用的關鍵技術需通過原理樣件驗證，并確認技術的重要特征和參數，技術成熟度等級至少要達到3級；

里程碑B：進入產品工程研制的決策點，在項目的方案評審前，項目中應用的關鍵技術至少要在技術驗證機或模擬發動機工作環境部件實驗器上得到驗證，技術成熟度等級至少要達到5級；

里程碑C：發動機完成主要設計的決策點，在項目的設計定型評審前，項目中應用的關鍵技術需經過驗證且被證明在其能夠在最終形式和預期條件下工作，技術成熟度等級至少要達到8級。

1.1.2 研制單位自控點及技術成熟度等級要求

研制單位自控點的設置相對靈活，除滿足軍方門控點要求外，其它決策點可根據項目具體的進展情況視情開展技術成熟度等級評價。其主要決策點的技術成熟度等級要求如下。

原型機研制決策點：工程驗證機向原型機轉段的決策點，要求項目應用的關鍵技術成熟度等級至少達到6級；

大批生產決策點：進入批量生產階段的決策點，要求項目應用的關鍵技術在真實環境下得到驗證，技術成熟度等級達到9級。

1.2 對風險技術的應對措施

按照技術成熟度等級要求，對不滿足技術成熟度等級的關鍵技術，可采取以下3種應對措施[13]：

措施1：推遲對應的評審；

措施2：用滿足要求的替代技術；

措施3：將不成熟度的技術帶入下一階段。

如項目管理方選擇措施3，研制單位應一并提交1份技術成熟度提升計劃，闡明技術成熟度所能達到項目要求等級所需開展的驗證、資源、時間等內容，并將計劃納入下一階段的項目科研計劃中推進實施。

通過制定航空發動機全生命周期各里程碑、決策點的技術成熟度等級要求，結合風險技術的應對措施的實施，可以實現對項目中的技術風險有效管控，從管理角度提升產品的設計質量。

2 關鍵技術元素識別

關鍵技術元素的識別是技術成熟度評價中的重要環節，也是項目開展技術成熟度評價的基礎，可確定需要進行技術成熟度評價的關鍵技術元素，輸出項目的關鍵技術元素清單。通常關鍵技術元素識別所需時間占整個評價時間的60%～70%[14]。

針對航空發動機項目研制，在每次技術成熟度評價開展前均需對相應研制階段的關鍵技術元素進行識別：既不能保守，將相對成熟的技術識別為關鍵技術，導致項目管理成本的增加；又不能將相對不成熟的技術排除到關鍵技術元素之外，導致項目的技術風險得不到有效識別和控制。

關鍵技術元素的識別通常基于項目的技術分解結構，其目的是確保項目所應用技術被全面、完整地梳理出來。同時，通過技術分解結構可控制梳理技術的“顆粒度”，技術分解得過細，會增大技術成熟度評價的工作量，提升管理成本，分解太粗則起不到識別技術風險的目的。

技術分解結構的構建需基于項目的工作分解結構[15]，分析發動機的主要的功能構成，梳理發動機的子系統、部件級產品構成，需分解至項目的技術狀態項的層次。根據各子系統級、部件級的功能、性能指標，明確其實現的技術途徑，從而確定實現系統、分系統和部件級產品的技術。航空發動機的技術分解結構如圖2所示。

圖2 發動機技術分解結構

在項目的技術分解結構基礎上，對技術進行篩選，確定存在風險的關鍵技術元素，對關鍵技術元素的篩選除滿足其基本要求外，還要具備新穎性和重要性的特點，經篩選形成初步的關鍵技術清單。其具體的篩選準則見表1。

表1 單項CTE初步篩選準則

基于初步篩選的關鍵技術清單，通過界定每個關鍵技術元素的應用環境，判斷每項關鍵技術元素的應用環境是否有重大變化，協調確定最終的關鍵技術元素清單。

3 技術成熟度評價標準

技術成熟度評價標準是成熟度評價方法的核心，包括技術成熟度等級定義和技術成熟度等級評價準則2部分內容。

技術成熟度等級定義描述的是關鍵技術元素相對項目預期目標的滿足程度的度量，通常在技術成熟度評價過程中用于關鍵技術元素技術成熟度等級的初判，航空發動機研制的技術成熟度等級定義、描述以及含義見表2。

表2 航空發動機技術成熟度等級含義

技術成熟度等級評價準則是對技術成熟度等級各級包含工作的更為細致的劃分，在技術成熟度評價過程中用于關鍵技術元素技術成熟度等級的詳判，可通過逐條對照的方法判定關鍵技術元素是否達到相應的等級。航空發動機的評級準則是根據表2描述的航空發動機技術成熟度等級定義，參照通用的技術成熟度評價準則編制的[11]，航空發動機研制的技術成熟度6級的部分評價準則見表3。

表3 航空發動機TRL6評價準則

4 技術成熟度評價工具

為提高技術成熟度評價工作效率，規范航空發動機的技術成熟工作行為，采用信息化的方式集成技術成熟度等級的評判要求、評價流程以及評價準則，開發航空發動機技術成熟度評價工具，實現項目的評價要求的設定，技術成熟度等級的初判、詳判，評價結果的自動計算、評價信息的存儲等功能。

技術成熟度評價工具的使用流程及工具的部分操作界面分別如圖3、4所示。

圖3 技術成熟度評價工具使用流程

5 應用情況

選取航空發動機某研制項目的論證階段作為試點，應用該方法開展了其工程適用性的驗證。

項目在論證過程中，存在其關鍵技術識別不全面，識別的關鍵技術的“顆粒度”不一致，關鍵技術狀態缺乏量化的考核方法等問題，直接影響項目技術風險的識別與控制，進而影響到項目的決策。

針對上述問題，項目團隊根據全生命周期內的技術成熟度控制要求，確定了該階段的關鍵技術元素的成熟度等級至少應達到TRL3，即全部關鍵技術元素至少要經過可行性分析，以及試驗件的驗證。

圖4 航空發動機技術成熟度評價工具部分界面

項目負責人召集各專業團隊負責人，依據關鍵技術元素識別方法，完成了項目論證階段的關鍵技術的識別，形成了關鍵技術元素清單，并依據技術成熟度評價標準，開展了關鍵技術元素技術成熟度等級的自評價，確定了各關鍵技術元素的成熟度等級。實現了關鍵技術元素的有效識別以及成熟狀態的量化。

依據技術成熟度評價結果，對照該階段技術成熟度控制要求，將技術成熟度等級低于TRL3的關鍵技術元素確定為項目論證階段的主要的技術風險點；針對各技術風險點分別制定技術成熟度的提升計劃，并將其納入科研管理計劃，結合計劃的實施達到對項目技術風險識別與管控的目的，為項目的決策起到了重要的支撐作用。

6 總結

（1）關鍵技術元素的識別是技術成熟度等級評價的基礎，通過構建適于航空發動機研制的技術分解結構，結合關鍵技術的識別準則，可以實現對關鍵技術完整、有效的識別；

（2）技術成熟度等級評價標準是技術成熟度評價的核心，合理制定航空發動機技術成熟度評價標準，可將項目中的技術風險“量化”，為技術風險的管控提供依據；

（3）通過制定航空發動機全生命周期內各里程碑、決策點的技術成熟度等級要求，識別并評價關鍵技術的成熟度等級，結合風險技術的應對措施，可實現項目技術風險的有效管控。

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Study of Technology Readiness Assessment Methods in the Development of Aeroengine

LIU Xiao-song,WANG Gui-hua，LIU Qing-dong,JIA Su-zhi，SHI Yan-yan
（AECC Shenyang Engine Research Institute,Shenyang 110015,China）

In order to improve the capacity of control risk in Chinese aeroengine development and provide the basis of the decision making,a readiness assessment method that was used in aeroengine development was presented by taking the advanced theory and practical abroad as reference.The method included the technology readiness level control required in the life cycle of aeroengine development,critical technology element identification,technology readiness assessment criterion,technology readiness assessment tool and so on,and the method was proved reasonable and feasible through one pilot project.It will be a useful reference to technology readiness assessment in Chinese aeroengine development.

technology readiness；critical technology element；technology risk；aeroengine

V 268.7

A

10.13477/j.cnki.aeroengine.2016.06.014

2016-07-21基金項目：國家重大基礎研究項目資助

劉曉松（1983），男，碩士，工程師，主要從事系統工程、項目管理工作；E-mail：896210184@qq.com。

劉曉松，王桂華，劉慶東，等.航空發動機技術成熟度評價方法應用研究[J].航空發動機，2016,42（6）：90-94.LIU Xiaosong，WANG Guihua，LIU Qingdong，et al.Study of technology readiness assessment methods in the development of aeroengine[J].Aeroengine，2016,42（6）：90-94.

（編輯：栗樞）