艦船研制項目中電磁兼容設(shè)計系統(tǒng)的技術(shù)成熟度評估

馮婷婷，萬海軍，湯仕平，成偉蘭

(海軍電磁兼容研究檢測中心，上海 200235)

0 引言

在艦船研制過程中，全艦的電磁兼容設(shè)計工作尤為重要，常會影響到艦船的總體性能和戰(zhàn)術(shù)水平的發(fā)揮。在艦船研制的方案設(shè)計、技術(shù)設(shè)計和施工設(shè)計階段，對電磁兼容設(shè)計總體方案和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)進展情況的評估是一項較為艱難的工作，長期以來沒有形成成熟規(guī)范的評估方法。這對艦船研制工作順利轉(zhuǎn)階段，以及成本、進度等的控制將造成嚴重影響，為研制工作埋下隱患。

2005年5月，美國國防部公布了新版的《技術(shù)就緒水平評估手冊》［1］。該手冊指出，在系統(tǒng)研制開始之前，系統(tǒng)中要采用的技術(shù)必須是“成熟”的。一般情況下，被認為“成熟”的技術(shù)，必須已被用于一個系統(tǒng)、子系統(tǒng)或部件中，在一種相關(guān)的或?qū)嶋H運行的環(huán)境中試驗過，并且已經(jīng)表現(xiàn)出了足夠好的應(yīng)用效能。因此，需要一個度量結(jié)構(gòu)來評估技術(shù)成熟度，需要一個過程來確保只有成熟的技術(shù)才被引入系統(tǒng)研制。我們可以將該手冊中的思想引入艦船電磁兼容技術(shù)評估工作，使之成為艦船研制過程中電磁兼容技術(shù)成熟度評估的依據(jù)。

1 技術(shù)成熟度評估

技術(shù)成熟度水平(TRL)最初由美國航空航天局(NASA)在1995年提出。2001年6月，美國國防部正式采用TRL進行技術(shù)成熟度評測，并于2003年頒布軍事采辦條例DOD5000.2［2］，把TRL法律化，從而確立了進行技術(shù)成熟度評估的地位。美國國防部的《國防采辦指南 (DAG)》將TRL確定為描述技術(shù)成熟度的度量結(jié)構(gòu)，并提出了系統(tǒng)地進行技術(shù)成熟度評估的過程和方法。

美軍武器裝備采辦管理框架中，技術(shù)成熟度是決定一個項目階段轉(zhuǎn)折的重要因素之一，也是影響項目風(fēng)險的重要因素。技術(shù)成熟度的確定通過技術(shù)成熟度水平 (TRL)來度量。對項目關(guān)鍵技術(shù)的成熟度評估通常會在某個決策點之前的階段充分進行，從而為采辦過程提供技術(shù)成熟度信息。

技術(shù)成熟度水平 (TRL)是將關(guān)鍵技術(shù)從掌握基本原理到定型裝備和經(jīng)過作戰(zhàn)檢驗劃分成9個等級，每個成熟度水平等級都有相應(yīng)的標志和指標，它為技術(shù)成熟度評估提供了客觀的描述方法和度量標準，目的是要簡要清晰地表達發(fā)開狀態(tài)和技術(shù)風(fēng)險。對特定的技術(shù)而言，具體的TRL值有多種選擇，只要運用適當(dāng)，就能取代含糊的表達，為成熟度評估提供可參照的標尺。由于TRL原有的準則主要針對硬件與系統(tǒng)，對于其他非硬件項目，例如軟件技術(shù)、信息安全技術(shù)、實踐與方法類技術(shù)較難適用。因此，美軍在原有的TRL框架下研究并擴展了其應(yīng)用范圍，即對不同的技術(shù)評估，可對TRL進行適當(dāng)?shù)臄U展理解。經(jīng)過分析，成熟度水平 (TRL)的等級分類及基本描述如表1所示。

表1 技術(shù)成熟度水平 (TRL)的等級分類及基本描述Tab.1 Technology readiness levels(TRL)class and basic definition

2 艦船電磁兼容設(shè)計系統(tǒng)的技術(shù)成熟度評估

2.1 艦船電磁兼容性控制程序中的評估里程碑

艦船電磁兼容性控制應(yīng)貫穿艦船研制、建造、使用的全壽命期，而艦船電磁兼容設(shè)計的技術(shù)成熟度評估卻應(yīng)在艦船研制階段完成，根據(jù)艦船電磁兼容性要求中的艦船電磁兼容控制程序，確定適用于艦船研制過程的電磁兼容技術(shù)評估里程碑 (見圖1)。

圖1 海軍艦船研制過程的電磁兼容技術(shù)評估里程碑Fig.1 Technology assessment milestone of EMC in the naval ships development course

在里程碑A之前，應(yīng)進行艦船研制過程中與電磁兼容有關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)識別。對每種候選方案涉及的所有電磁兼容技術(shù)進行謹慎分析和判斷，確保這些技術(shù)可獲得或可開發(fā)，識別出現(xiàn)有成熟技術(shù)和難以實現(xiàn)或不可能實現(xiàn)的性能，充分考慮替代技術(shù)。重點考察技術(shù)的成熟度、風(fēng)險和成熟化需求。

在設(shè)計階段1和設(shè)計階段2末，分別進行第2次和第3次技術(shù)成熟度評估，評估結(jié)果合格后才能通過里程碑B1和B2。通過里程碑B1和B2的電磁兼容性技術(shù)成熟度評估需要包括艦船研制該階段的電磁兼容主要技術(shù)信息。例如:電磁兼容性工作分解結(jié)構(gòu) (WBS)、展示電磁兼容關(guān)鍵技術(shù)元素和試驗結(jié)果的體系結(jié)構(gòu)圖等。

通過里程碑B后，艦船工程正式進入首制艦建造和試驗階段。該階段進行艦船建造，設(shè)備裝船、系統(tǒng)集成、系泊和航行試驗等工作。這一階段應(yīng)確認在給定的環(huán)境中，艦船總體電磁兼容性能不存在明顯的設(shè)計和制造上的風(fēng)險，可以滿足電磁兼容性設(shè)計指標要求和作戰(zhàn)性能要求。在到達里程碑C前，應(yīng)進行第4次技術(shù)成熟度評估，本次評估應(yīng)確保之前暴露的任何技術(shù)缺陷都已解決，任何電磁兼容性關(guān)鍵技術(shù)都是成熟的。

2.2 關(guān)鍵技術(shù)識別

艦船研制中的電磁兼容技術(shù)成熟度評估是系統(tǒng)化和基于TRL九級度量結(jié)構(gòu)的成熟度評測過程，評估的對象是艦船研制中的電磁兼容技術(shù)，包括若干具體技術(shù)，也即關(guān)鍵技術(shù)元素。1個技術(shù)元素被界定為關(guān)鍵技術(shù)元素應(yīng)具備2個條件［3］:艦船依賴該技術(shù)元素滿足作戰(zhàn)需求和該技術(shù)元素本身是新穎的或該技術(shù)的應(yīng)用是新穎的。通常艦船總體電磁兼容性設(shè)計負責(zé)人通過電磁兼容性工作分解結(jié)構(gòu) (WBS)來識別關(guān)鍵技術(shù)元素?？梢詮男阅?、制造工藝、材料、測量技術(shù)、加工技術(shù)以及基礎(chǔ)設(shè)施等角度，辨別各種技術(shù)是不是關(guān)鍵技術(shù)。

2.3 電磁兼容性工作分解結(jié)構(gòu) (WBS)

借鑒GJB 2116－1994中對工作分解結(jié)構(gòu)的定義［4］，電磁兼容性工作分解結(jié)構(gòu)是指在艦船型號研制過程中，對電磁兼容設(shè)計工作自上而下逐級分解形成的一個層次體系。該層次體系以艦船研制中的電磁兼容設(shè)計為中心，由技術(shù) (硬件和軟件)項目、服務(wù)項目和資料項目組成。該結(jié)構(gòu)應(yīng)能完全限定電磁兼容設(shè)計工作，并表示出各項工作之間以及它們與最終的艦船電磁兼容設(shè)計工作之間的關(guān)系。圖2是典型的艦船電磁兼容設(shè)計系統(tǒng)綱要工作分解結(jié)構(gòu)，該圖僅分解到第3級，實際上，根據(jù)實際情況，WBS圖應(yīng)繼續(xù)細致分解下去，直到得到無法再分解的單項支撐技術(shù)或工作，評估人員根據(jù)WBS圖的最后分解結(jié)果進行關(guān)鍵技術(shù)識別。另外，該分解結(jié)構(gòu)是典型化的標準結(jié)構(gòu)，在對具體的艦船型號工程進行電磁兼容設(shè)計系統(tǒng)工作分解時，應(yīng)對其中的某些部分剪裁。

圖2 艦船電磁兼容設(shè)計系統(tǒng)綱要工作分解結(jié)構(gòu) (WBS)Fig.2 Summary work breakdown structure(WBS)for EMC design system of naval ships

圖2中前2層的含義如下:

1)艦船電磁兼容設(shè)計系統(tǒng)是指為有效開展艦船電磁兼容設(shè)計工作所需要的技術(shù)、服務(wù)、設(shè)備和設(shè)施的綜合體;

2)艦船電磁兼容設(shè)計是指艦船研制中與電磁兼容有關(guān)的所有技術(shù)設(shè)計工作，包括:總體、系統(tǒng)、設(shè)備等電磁兼容設(shè)計內(nèi)容;

3)系統(tǒng)和工程項目管理為指導(dǎo)和控制艦船電磁兼容設(shè)計工作進行的技術(shù)和管理控制以及相關(guān)的工程業(yè)務(wù)管理;

4)系統(tǒng)試驗和評定是指為了獲得或驗證艦船電磁兼容性能方面的工程數(shù)據(jù)，所開展的試驗與評定;

5)資料是指合同規(guī)定交付的與電磁兼容設(shè)計相關(guān)的使用資料;

6)保障設(shè)備及設(shè)施是指與艦船電磁兼容性設(shè)計保障工作相關(guān)的車輛、設(shè)備、工具，設(shè)施等，也包括與它們有關(guān)的設(shè)計、研制，生產(chǎn)、建造工作。

2.4 艦船電磁兼容性設(shè)計成熟度評估實例

2.4.1 艦船電磁兼容性設(shè)計分解

對整個艦船研制工程中的電磁兼容性設(shè)計系統(tǒng)而言，成熟度評估工作龐大復(fù)雜，通常需要根據(jù)型號研制的具體情況，將WBS圖中第3層繼續(xù)分解。其中，艦船電磁兼容設(shè)計的分解通?？梢愿鶕?jù)分解成的典型化標準結(jié)構(gòu)進行剪裁。根據(jù)工程實踐經(jīng)驗，該典型化標準結(jié)構(gòu)可參見圖3。

2.4.2 技術(shù)成熟度評估

根據(jù)WBS圖中對艦船電磁兼容設(shè)計部分的關(guān)鍵技術(shù)分解情況，結(jié)合TRL標準，可以對每1項關(guān)鍵技術(shù)的成熟度進行評價。針對艦船電磁兼容設(shè)計系統(tǒng)中各項關(guān)鍵技術(shù)成熟度水平的TRL分析系統(tǒng)還需要根據(jù)技術(shù)復(fù)雜性和多樣性進行詳細設(shè)計和專家評審，特別是要防止部門和行業(yè)偏見，在準則制定過程中，應(yīng)該得到一個各方都能理解的一致的解釋。下面針對圖3中艦船電磁兼容設(shè)計各項關(guān)鍵技術(shù)，給出示例性的評分準則 (見表2)。

圖3 艦船電磁兼容設(shè)計分解的典型化結(jié)構(gòu)Fig.3 Typical normal framework for design breakdown of naval ships EMC

以Ri表示艦船總體電磁兼容設(shè)計技術(shù)的成熟度水平，Rij表示單項技術(shù)成熟度水平，aij表示單項關(guān)鍵技術(shù)的加權(quán)系數(shù)。加權(quán)系數(shù)表示各個關(guān)鍵技術(shù)的成熟度對整個技術(shù)成熟度的影響權(quán)重。確定加權(quán)系數(shù)的方法通常有專家打分法、層次分析法及灰色關(guān)聯(lián)分析法等。因此加權(quán)求和后可獲得總體技術(shù)成熟度水平可表示為

表2 艦船電磁兼容設(shè)計TRL評價Tab.2 TRL assessment for EMC design of naval ships

艦船電磁兼容設(shè)計技術(shù)的成熟度水平R可表示為

成熟度水平低于0.3屬于低水平，0.3～0.6屬于中等水平，高于0.6屬于中高水平。根據(jù)計算的成熟度水平?jīng)Q定是否進入研制的下一個階段。

3 結(jié)語

艦船研制周期長、風(fēng)險大，對研制過程中的電磁兼容設(shè)計進行技術(shù)成熟度評估有利于避免技術(shù)脫節(jié)和風(fēng)險控制，有利于艦船總體方案的評估和優(yōu)選。本文提出的基于TRL的艦船電磁兼容技術(shù)成熟度評估使得評估工作量化，更易判斷，排除了很多主觀判斷的因素，可為海軍型號工程中的評估工作提供參考。

［1］DEPARTMENT OF DEFENSE.Technology readiness assessment deskbook［M］.Prepared by the Deputy Under Secretary of Defense for Science and Technology，May 2005.

［2］DEPARTMENT OF DEFENSE INSTUCTION 5000.02:Operation of the Defense Acquisition System［S］，May 2003.

［3］張小京，鄭萬里，等.技術(shù)成熟度等級風(fēng)險評估方法簡介［J］.海軍裝備，2005，(6):39 －41.

［4］GJB2116－1994.武器裝備研制項目工作分解結(jié)構(gòu)［S］.國防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會.

［5］凌雄征.臺灣武器采辦流程引入關(guān)鍵技術(shù)成熟度評估研究——以導(dǎo)彈系統(tǒng)研制為例［D］.臺灣:逢甲大學(xué)，2005.