技術成熟度評價準則分析

劉曉靜

（北京航空航天大學，北京 100191）

1 等級定義

技術成熟度等級（Technology Readiness Level,TRL）評價通過對關鍵技術載體的型式（試驗板、模型、樣機、產品）、尺度（元件、部件、分系統、系統）和所處環境（實驗室環境、相關環境和使用環境）的綜合性定性描述，構成技術成熟度等級系列，使技術成熟度定量化。隨著關鍵技術載體所處的集成層次（元件→部件→分系統→系統）和環境（實驗室環境→相關環境→使用環境）的提升而得到證實，技術成熟度等級則提高，即技術越成熟。

自從1989 年NASA 公布TRL 等級劃分及定義以來，各機構陸續制定了相應的技術成熟度等級定義，典型機構包括國際標準化組織（ISO）、我國國家軍用標準等。典型的技術成熟度等級定義如表1 所示。

表1 技術成熟度等級定義表

國際標準化組織（ISO）于2013 年11 月正式發布了TRL 國際標準ISO 16290《空間系統-技術成熟度等級定義及評價準則 》。標準編制組組長由來自歐洲航天局擔當，編制組其他成員包括：美國、法國、日本、英國、丹麥、巴西、烏克蘭。國際標準ISO 16290 具有一定的航天特色。從定義上看，該標準的定義中只有TRL8 和TRL9 具有明顯的航天特色，TRL8 定義為“完成實際系統并完成飛行驗收（‘飛行鑒定’）”，TRL9 定義為“實際系統通過成功任務運行獲得‘飛行批準’”。另外，在定義的描述中，TRL7 已經反映出較為明顯的航天特色，也就是在該等級用于驗證的單元會不會上天會根據具體情況有所區別。

我國對技術成熟度評價方法的應用起步較晚。2005 年，技術成熟度的概念引入我國，國內研究機構隨后對此開展了大量的研究和跟蹤工作。在我國民用領域，制定了GB/T 22900-2009《科學技術研究項目評價通則》[1]，該標準規定了科學技術研究項目技術成熟度評價的等級定義、評價方法及流程等，為民用領域科學技術研究項目評價提供了依據。在我國軍工領域，技術成熟度評價主要應用于技術研究項目。2012 年，在總結試點經驗的基礎上頒布了兩項國家軍用標準，GJB 7688-2012《裝備技術成熟度等級劃分及定義》[2]和GJB 7689-2012《裝備技術成熟度評價程序》[3]。隨著標準的頒布實施，我國軍工領域的技術成熟度評價工作日趨規范。

2 技術載體

在技術研究或發明中，通常采用系統設計方法，即給出技術的整體方案之后，先設計和驗證組成部分，然后再集成和驗證整體（整機）。另外，常見的設計方法是模型方法，即采用一定比例尺寸的模型開展技術研究。在TRL 中，根據技術研究成果的典型形式，劃分了幾個等級。

針對技術的研究成果形式是整機時，可以從外形、配合、功能和比例尺寸等四個方面，確定其技術狀態。在TRL 等級定義中，正是根據這些線索對技術成果進行了分級。

2.1 原理樣品

原理樣品是僅演示技術的原理和功能，不考慮性能數據獲取的試驗品。其內部組成通常采用了替代件、特殊件，且不考慮產品的最終形式，如硬件產品不考慮外形、配合；軟件產品不考慮軟件平臺。

對于原理樣品，國外TRL 標準中的定義要點是：不考慮集成程度、外形、配合等方面的內容；利用現有商品或特別件搭建而成；不是實際配置；不適用于外場測試；只考慮功能；只演示功能和概念可行性等。

在我國，“原理樣機/原理樣件”主要是用于開展原理性試驗。根據產品的層級，稱呼上稍微有區別。例如，對于裝備或整機，則常稱“原理樣機”；對于機載產品或整機配套產品，則常稱“原理樣件”。

2.2 模型樣品

模型樣品是可在模擬環境下，對技術的關鍵性能進行測試的試驗品。其內部組成盡可能采用真正的配套件，并初步考慮了產品的最終形式，但一般還不具備全部工程特征。

模型樣品是TRL5 在技術成果形式方面的實際表現，是TRL4 和TRL6 之間的過渡狀態。國外TRL 標準中的定義要點是：考慮了功能和主要配置；盡可能裝上最終要用到的件；開始考慮比例尺寸問題；可以在模擬環境下進行主要性能測試。

基于J2EE和華表Cell的水務普查數據處理系統設計………………………………… 楊 潔，尹曉楠，劉 梅等(1.59)

在我國復雜裝備研制中，存在“原理樣機-初樣機-正樣機（或試樣機）”的產品狀態稱呼體系。我國“初樣機”的技術狀態要高于國外“模型樣品”，“初樣機”已經基本達到了研制任務書規定的技術指標，而“模型樣品”的技術狀態還沒有達到這個要求，但可對應于模型樣品/模型樣件/模型樣機。

2.3 原型

原型是可演示最終產品的功能特性和物理特性的實體模型或虛擬模型。其外形、配合和功能近似產品的最終形式。需具備足夠的尺寸比例，從而能夠考慮全尺寸時的關鍵問題。

原型是試驗品的高級形態，集成程度、外形、配合、功能等方面接近最終產品的形態，用于展示技術設計的全部內容，可預估最終產品的功能性能。如果可能，是全尺寸狀態。

3 驗證環境

驗證環境是對技術載體進行考核的環境條件，根本上是由考核目的、目標決定的。從技術成熟過程的角度看，驗證環境從假定的逐步向實際運行的環境逼近。這其中包含了對實際運行環境認識逐步清晰的過程，也包含了對技術載體考核逐漸嚴苛的過程。

環境多種多樣，包括物理環境（例如力學、熱力學、電子和電磁、威脅（例如干擾）、氣候和網絡基礎設施等環境）、邏輯環境（例如軟件接口、安全接口、操作系統、面向服務的體系結構、通信協議、抽象概念層、虛擬化、聯合、聯邦化和逆向兼容等環境）、數據環境（例如數據格式、數據結構、數據模型、數據簡圖和數據庫；預計的數據速率、等待時間、抖動、傳輸損失、同步和吞吐量；數據的分包和分帖等環境）、安全環境（例如防火墻連接，安全協議與附加器，敵方計算機的性質、攻擊方法和可信的建立以及安全域等環境）、用戶與使用環境（例如可測量性、更新能力、用戶的培訓與行為調整、用戶接口、組織隨系統的影響而改變和重組等環境），依系統要求說明提出的系統工作所預期/所要求的環境以及每個設計項目（產品、分系統、部件、技術工作分解結構要素）所需性能的內部環境而定。

可見，環境的確定既重要，又是技術成熟度評價的難點之一。

3.1 使用環境

使用環境是產品實際使用時的環境，包括外部接口條件、環境條件和使用條件。“使用環境”是TRL中最為關鍵的詞語之一。

在技術成熟度等級定義中，“使用環境”是指廣義的環境，包括諸如溫度、振動、濕度和氣壓等環境條件（狹義的環境），也包括產品的外部接口條件和使用條件。

外部接口條件是與上一級產品的接口，或者與功能實現相關的其他產品的接口，接口包括物理、電子、電氣、液壓或氣壓、軟件、信息、網絡等因素。

使用環境是考慮了最終產品的所有技術特性要求和使用要求。下面列舉了一些環境類別：

1.實體環境（或物理環境），如對機械零部件、處理器來說，是指溫度、濕度、振動和沖擊等。

2.（軟件）邏輯環境，如對軟件接口、操作系統、面向服務的體系結構來說，是指通訊協議等。

3.數據（格式）環境，如對數據格式、結構、模型、表、數據庫來說，是抖動、傳輸丟失、同步、數據打包等。

4.（網絡）安全環境，如對防火墻、安全協議來說，是攻擊模式、信任制建立等。

5.用戶及使用環境，如可伸縮性、升級能力、用戶培訓和行為習慣、用戶界面、受系統影響所產生的組織變革或重組、執行計劃等。

我國的國家軍用標準對環境因素有所定義，可認為是“狹義的環境”，如GJB 6117-2007《裝備環境工程術語》認為，“環境”是：裝備在任何時間或地點所存在的或遇到的自然和誘發的環境因素的綜合。其中，“環境因素”是：構成環境整體的各個要素，如溫度、振動、濕度和氣壓等。

在裝備環境工程里，環境又分為自然環境和誘發環境。GJB 4239-2001《裝備環境工程通用要求》認為，“自然環境”是：在自然界中由非人為因素構成的那部分環境。“誘發環境”是：任何人為活動、平臺、其他設備或設備自身產生的局部環境。

無論是自然環境還是誘發環境，均是指氣候、地理、動力學、電磁、生物、化學、核等方面的環境條件。如果不特別說明，“環境”容易理解為“環境條件”。例如，GJB 421A-1997《衛星術語》定義了“空間環境”為“衛星在空間運行時所經受的環境條件，如真空、高低溫、太陽電磁輻射、帶電粒子輻射、失重（微重力）等。”這里的空間環境應當指空間環境條件，而TRL等級定義中的環境并不是這種狹義的內涵。

綜上所述，TRL 里的“使用環境”具有廣義的內涵，即環境是產品的外圍要素，除了環境條件，還有外部接口條件、使用條件。

3.2 相關環境

在國外TRL 中，“相關環境”是從屬于“使用環境”的術語。模擬環境是對使用環境的關鍵部分進行了模擬的試驗環境，一般用于驗證產品的關鍵性能或其主要組成部分的關鍵性能。

該術語的內涵與國外是一致的。國外TRL 標準認為“相關環境”是：使用環境的子集；模擬了使用環境中關鍵的、需著重強調的內容；特別關注在技術設計中有質疑的地方；用于演示最終產品使用時具有風險的內容。從中可看出，這種環境其實就是通常說的模擬環境，是對使用環境的模擬。

3.3 實驗室環境

實驗室環境是一種技術條件可變的環境。例如，在同一份資料里對“高逼真度”的定義中，就有“高逼真的實驗室環境，包含能夠在一定條件下，模擬和證實系統所有技術要求的測試設備”。

在國外標準中，該詞語僅出現在TRL4 的等級定義里。在國內對技術成熟度等級定義的理解中，指明TRL4 的驗證方式的內涵，即在TRL4 暫不考慮環境適應性要求，或采用了模擬逼真度較低的試驗模擬器。實驗室環境，證實基礎原理和功能性能需要的受控環境。實驗室環境不一定陳述運行環境。

4 結論

本文主要分析了技術成熟度評價細則及其主要構成要素：等級定義、技術載體和驗證環境，技術成熟度評價通過制定被評價對象的技術成熟度評價細則，并得到研用各方和管理各層的先期公認，從而提供了行業準入門檻。評價方通過對評價細則進行確認，對相關支撐信息和判據進行審核，最終對評價對象給出技術成熟度定量結論。