技术成熟度评估在航空材料开发中的应用

技术成熟度评估在航空材料开发中的应用
第一篇：技术成熟度评估在航空材料开发中的应用
技术成熟度评估在航空材料开发中的应用
newmaker 来源：航空制造技术
材料是现代航空武器的物质基础和技术先导，对现代航空武器的研制成败
具有重大的影响，因此它的技术成熟度等级的评估无论是对材料本身的研制还是对相关产品开发都越来越显示出重要的作用。

“技术成熟度等级（TRL）”的划分
“技术成熟度等级”的概念是NASA于1989年提出并用作评估的工具。

起初这个成熟度为7级，1995年修订为9级。

2002年被美国国防部纳入武器采办条例中，并在2005年正式定为9级。

目前技术成熟度的概念已在国际上得到采用，例如加拿大以及日本等国。

现在一个国际工作小组已试图提出国际技术成熟度的协议。

同时，也派生出一些专门的技术成熟度等级，如“设计成熟度”、“材料成熟度”、“工艺成熟度”、“无损检测成熟度” 以及“制造成熟度”等。

作为NASA及美国国防部的技术成熟度的第3次修订是NATO的10级技术成熟度的出台，它是在9级之前加上一个0级技术成熟度。

美国国防部强调制造在武器开发中的作用，制订了也是10级的“制造成熟度”，与9级技术成熟度并用，相互补充。

“技术成熟度”等级只是提供一种技术在转入武器系统中的技术成熟性以及应用风险的一种通用语言和通用标准，因此必然留下大量的问题有待回答。

需要进一步细化，由此产生了“x RL”成熟度，称为子系统成熟度。

例如，复合材料的纤维、树脂、预浸料工艺、工具、固化以及后固化等步骤。

技术成熟度等级、制造成熟度等级与武器开发的关系。

1~4级成熟度为第一阶段，在该阶段内提出武器解决方案并进行分析；5~6级成熟度等级为第二阶段，与武器装备的技术开发相对应，在实验室内进行组件的验证评估，从第7级成熟度进入产品的工程及制造开发计
划；经8~9级成熟度，进入生产及服役。

1~2级成熟度的材料尚属于基础研究阶段，一般在大学进行研究。

3~6级转入研究所实验室研究，评估是否可转入武器系统。

在美国，武器用1~2级成熟度的材料由AFOSR（美国空军科学研究办公室）负责资助提
交给大学开展基础研究，3~4级成熟度的材料由AFOSR负责转移到AFRL（美国空军实验室）或DARPA的实验室开展应用基础研究，6级以上将提供给武器装备计划中进行工程开发。

在法国，1~2 级成熟度的工作也是在大学开展，EADS负责3级成熟度的概念验证工作，4级以上由空客的各公司实施。

一般6级以上才能进入产品开发。

材料技术成熟度与产品技术成熟度之间的关系
航空材料的成熟度与产品的成熟度有着密切的关系，也就是说，材料的开发是面向产品的，只有实现了材料与发动机研发的密切互动，才能协调技术、投资以及研制周期，以取得良好的经济及技术效益。

表1 为材料技术与产品研发阶段的对应关系。

其中，TRL3为材料技术可行性研究结束阶段，TRL6为技术验证阶段结束，TRL9为技术成熟阶段。

在投资方面，TRL3大约需100万美元，TRL6和TRL9分别增加1个数量级，材料供应商的投资可达到1亿美元。

1台发动机成本约需10~20亿美元，TRL6与TRL9之间一般为2~3年，TRL3与TRL6之间一般少于1年。

理想的安排是材料的9级（TRL9）与发动机的6 级（TRL6）对应，这样可让发动机的TRL6~TRL9之间缩短为24个月。

材料开发与发动机开发应互动交流信息，其目的是保证确定出适当的试验验证、设计技术的开发及工程制造以及检测方法。

根据经验，一种材料如果不以客户需求为导向，材料开发与产品开发在成熟度上不匹配，研制周期将长达10年。

反之，加强供需双方的联系，可缩短到2~3年。

“技术成熟度等级”的评估（TRA）方法
尽管美国国防部的技术成熟度等级得到广泛的认同和使用，但只根据技术成熟度的定义，往往不能明确地标定技术成熟度的等级，还有待对技术成熟度进行细化，方能更具体地进行评价。

本文拟根据国
外所做的一些评估案例进行相关分析。

案例1：技术成熟度在DARPA 的“低成本复合材料”项目评估中的应用。

技术成熟度的评估在DARPA的“低成本复合材料”项目中的应用是一个典型例子。

与每一个DARPA项目一样，对该项目给出了技术成熟度等级。

表3中所列的成熟度等级是根据所占有的信息量及已有的经验确定的。

1~2级表明在材料表征、试验以及缩比件（形状较平板复杂并比试样大）以及全尺寸件开发的各方面的技术均缺少。

3~4级成熟度表明只生产了试样，有必要进行试验并用较大的部件对材料进行验证。

5~7级表明成本模型有待验证。

同时也需用全尺寸及缩比件进行试验来验证成本模型。

8~10级表明有小的不足，但技术足够成熟可用于生产。

要评估“低成本复合材料”计划各项目的技术成熟度，还必须识别影响成熟度的一些因子。

由于该计划是面向军用航空的，选用了J.W.Lincoln在飞机结构技术从实验室转入全尺寸开发时所需识别的5个因子，包括稳定的材料及其工艺、可生产性、经表征的力学性能、结构性能的可预测性以及结构保障性（可维修性及可检测性），同时加上材料可供应性、取得认证的设计及成本分析、质量保证程序的开发以及经验证的经济可承受性。

将这些因子归并整理得出8个影响成熟度的因子，分别为：
·有可以应用的、经表征的材料；
·稳定的材料及工艺；
·制造出几何复杂形状的实验室缩比件；
·寿命预测模型以及适于部件及缩比件的力学性能；
·设计及成本对比分析得到认可，并开发出质量保证程序；
·全尺寸部件的可生产性以及试验；
·结构可维修性以及可检测性（保障性）；
·经过验证的经济可承爱性。

表4所列为DARPA的低成本复合材料计划中的各项目技术成熟度等级评估的汇总表。

该表给出DARPA 低成本复合材料各项目的技术成
熟度的评审结果。

从表中所列成熟度的等级可以看出该项目中有3项技术仍不成熟，分别是电子束固化、热固性复合材料胶接技术以及IATA（低成本一体化机体技术），其中某些成熟度因子的等级在1~2范围内。

低温固化工艺的等级也低，原因是该工艺是新近开展的，评估时收集到的信息不够多。

电子束固化、胶接技术以及IATA的进步不快，部分原因归咎于DARPA的资助决策。

但技术问题也是影响原因。

对于电子束固化技术，在开展缩比件试验之前本就应该开发出来合适的树脂材料，但在项目开始
前尚未获得该树脂。

胶接项目表明，热固性树脂仍可进行感应加热，但不具备航空质量要求。

在电子束固化项目中，虽然生产了一个大的构件，但未试验其是否满足设计要求。

对热塑性复合材料感应加热、精密装配等项目，DARPA的资助决策有中等影响，但仅取得一些进展。

热塑性复合材料项目，丝束铺放的成本模型表明可节约33%，但未对全尺寸部件进行验证。

材料及工艺经过了加热表征，但未制出缩比件或全尺寸部件来验证成本模型。

在精密装配项目中，只为一种材料开发了材料变异性数据库，但未指出这些数据能否用于其他材料系统。

具有较高技术成熟度等级的有快速RTM、工装项目，但未完成全尺寸试验。

尽管未进行风扇出口机匣及风扇叶片的全尺寸试验，但制造了7个风扇出口机匣，并显示出成本低于传统方法。

未完成成本模型验证的还有风扇进口机匣、风扇叶片和快速RTM。

风扇进气机匣满足轻量化要求，但不满足经济性要求。

最成熟的技术是固化成形工艺、丝束铺放机能力验证，以及风扇整流舱门。

这些技术只有一些小缺陷。

固化成形设计指南将转入F-16及洛·马公司的生产中。

丝束铺放的技术成熟度达到8级或更高，是DARPA项目中最成熟的技术。

不过这种技术已成熟多年，用在多项飞机生产中。

该项技术将继续发展成为航空工业更广泛应用、风险更低的工具。

在DARPA的项目中，有2个成熟度因子即保障性及经济可承受性
的等级范围仅达到低到中级，在这些项目中，对于维修及检验未加以充分重视，因此无可靠的试验方法及修理工艺，复合材料应用将受到限制。

可靠性及经济可承受性的验证要用全尺寸验证件进行验证。

一些部件将在JSF的发动机验证试验中进行。

若无全尺寸数据，即使成本低、可提高系统性能，仍属于不成熟，会带来高度风险。

评估后分析工作表明，虽然大部分项目受到DARPA的资助决策的影响，所有项目将在其重新修
订计划中完成可行性验证。

在所有项目中，丝束铺放机能力验证、固化成形工艺以及风扇整流罩门的等级最高，将转入工程应用项目。

风扇叶片以及风扇进气机匣将在JSF项目中继续改进，以达到更高的等级。

精密装配、电子束固化以及丝束铺放技术在其他项目中得到支持，存在的问题是资金是否足以使等级得到明显提升。

具有成本降低潜力的、仍不成熟的，但得到支持的有感应加热、IATA、低成本工装、风扇出口机匣以及风扇包容环。

从以上案例分析可以看出，对于技术类项目，如果技术成熟度因子为1~2级的有1/2以上，则视为不成熟。

对于产品类项目，如果技术成熟度影响因子有一个小于5 即视为不成熟。

对于成熟度影响因子8以上超过1/2的技术类及产品类项目，均可视为足够成熟，其余视为中等成熟。

案例2：技术成熟度在材料无损检测技术评估中的应用。

技术成熟度在材料无损检测技术评估上的应用是另1个例子。

NASA的无损检验工作小组用9级技术成熟度对各种无损检测技术进行了评估。

表中所列“传统”及“先进”方法的区别是在信息处理中是否采用计算机数字技术。

例如传统的热成像技术系指用红外照相机取得的图像，而先进的热成像是指用先进的计算机软件来分析结构红外辐射图像并提供结
构的热迁移或扩散系数图。

而结构的热扩散系数在确定损伤程度方面比相应的温度分布更可靠。

除了NASA的无损检测组的技术成熟度评估外，作为二级评估标
准，有的公司也制定了无损检测技术评估等级标准，如美国Aerospace公司标准，它只分6级。

1级—已识别潜在的无损检测方法；2级—方法已经验证；3级—已选择出能识别的缺陷及无损检测方向；4级—已识别并验证了方法论；5级—已验证了标准化；6级—检验方法已建立，并验证结果有重复性，对检验有信心。

第二篇：流程成熟度评估
流程成熟度评估
“一个好的流程必然具备五个因素：首先，必须要有明确的“设计”，要让流程执行人知道要做什么，什么时间做；其次，“执行人”要具备适当的技能和知识；再次，必须有“责任人“，他要有责任，更要有权力，对流程和结果负责。

当然，信息技术和人力资源系统等“基础设施“也必不可少，还要制定和使用正确的“指标“来评估绩效。

通过对它们的评估，我们就可以得到流程的成熟度，可以分为四级。

”
————迈克尔·哈默《流程再造新工具：PEMM框架》
流程成熟度模型是常用于评估企业流程管理现状的工具之一，它从流程的设计、执行、责任人、基础设施和指标5个方面13个因素，对企业流程管理现状进行评估，将企业流程成熟度分为1-4，四个级别。

但是，有一个显而易见的问题，1-4分仅仅是一个评级，只能够显示出企业在流程管理水平提升方面尚存在多少差距。

这样的差距需要做哪些工作来进行弥补，需要对流程成熟度评估中的具体细节进行细致的分析才能够得出。

而且，这样的分析必须要对流程的设计、执行、责任人、基础设施和指标5各方面进行逐项的分析，而不是对比出比较差的某一两个方面进行分析提升。

一、流程设计
流程设计是企业一切流程管理工作开展的基础，是对流程本身的设计以及承载流程的文件资料的设计。

对流程设计的评估主要评估“目的”、“背景”、“文件资料”三个因素。

其中“目的”和“背景”是评估为流程设计开展的原因背景，反映企业流程管理工作开展
是出于一个什么样的目的背景，而“文件资料”是评估流程设计工作的结果。

1、流程设计目的评估，其本质从一个侧面对发起流程管理工作的目的进行评估。

分为四个阶段：
P1—流程设计的目的是为了对职能工作进行改善，而不是从端到端的流程的角度开展。

也就意味着，企业开展流程管理工作的目的是对各个职能的工作进行优化。

而不是面向客户的，从端到端角度对企业整体绩效进行优化。

这样的流程管理工作能够在一定程度上提升职能领域的工作效率，但不能够保证最终满足客户需求的整体效率能够提升；
P2—流程设计的目的是为了提升端到端流程的绩效。

进入P2阶段后企业已经对流程有了一定的认识，希望以端到端流程整体效率的提升为目标来对企业的流程进行优化和设计；
P3—流程设计的目的不仅仅是端到端流程的业务设计，还从企业整体绩效提升的角度开展设计，同时也考虑企业整体IT系统的现状，保证流程的优化设计最终能够落地到信息系统中实施；
P4—企业不仅仅考虑自身效率的最大化，还进一步将上游的供应商与下游的客户纳入到流程设计的工作中。

了解和参与客户的业务流程设计，对应客户的流程对自身业务流程进行改造。

另一方面，整合上游供应商业务流程。

实现价值链上下端的一体化，最大程度的提升企业绩效。

2、流程设计背景评估，其评估的对象与其说是背景，不如说是基础更为合适。

评估的是流程设计时企业的流程管理基础处在一个什么状态。

P1—流程设计时仅仅能够识别出流程的输入、输出、供应商和客户。

这就意味着，企业的管理仍然是以“工作”或“任务”的完成为核心，但是对客户需求了解的关注并不够。

尚未脱离职能为中心的运营模式。

P2—在了解流程客户的基础上，对流程客户的需求有了深入的了解，并与客户在需求上达成一致。

对于流程设计来说，客户需求的理
解是非常重要。

如果不能达到这个阶段，即便是流程设计的目的处在P3、P4阶段，也无法获得预期的效果。

P3—企业内部有关联的流程责任人，基于对客户需求的认识，对流程的最终输出绩效以及各个流程的阶段绩效达成了一致，能够保证企业内部的各相关流程以客户的需求满足为核心，实现流程的协同。

P4—企业的流程责任人与流程上游供应商及下游的客户，并与其流程责任人在流程绩效方面达成一致，并不单纯的追求流程绩效最大化，而是追求上下游流程整体协同绩效的最大化。

3、流程设计的文件资料。

评估流程设计的最终结果，以了解通过设计后的得出的结果是否能够支持或达到流程设计的最初预期。

P1—流程的文件资料只能够实现对流程功能的说明，识别流程执行中的主要动作和组织关联；这个阶段下流程设计的输出仍然是以职能工作的优化为核心，清晰的描述和支持工作和任务的运转；
P2—流程设计的文件资料已经包含有对端到端流程的设计，但没有说明端到端流程与其它流程的关联与接口，但是相对于孤立的对职能与任务的描述，已经有了很大的进步；
P3—流程设计的文件不仅针对端到端流程自身，而且描述了与端到端流程相关的流程关联与流程接口，并且，包含了该流程与企业整体业务体系的关联以及数据结构的关联。

说明企业的流程已经形成完整的整体，包括企业整体业务架构、流程关联以及数据结构；
P4—流程设计已经可以落实到信息系统中，用信息系统支持流程的绩效评估与管理，能够对流程及流程运行的环境及你选哪个有效评估，并能够较为便利的实现对流程重新配置。

二、流程执行
对流程执行的评估，其评估对象是流程执行人的“知识”、“技能”与“行为”。

对流程进行了设计后，流程是否能够有效运行，是否能够达到设计时的预期？这与流程的执行人有着非常重要的联系。

评估流程执行人在“知识”、“技能”决定流程执行人与流程的匹配程度，而“行为”的评估说明流程执行人的主观意愿程度。

1、知识评估，指的是对流程执行人对对流程执行所需的相关知识
的了解程度，这里的知识并不是指的流程执行人的“专业技能知识”而更偏向于流程管理方面的知识和了解。

流程执行人越了解流程管理的知识，则流程执行人在执行中能够更好的发挥出流程的效果。

P1—流程执行人了解所处流程的名字，也了解流程的关键绩效指标。

但是不了解流程其它的相关知识，这说明流程执行人目前仍着眼于自身工作的完成和绩效，还没有能够在端到端流程的角度思考和理解流程的执行；
P2—流程执行人不仅了解自身流程的情况，还能够了解流程的总体流向，了解自身工作对端到端流程中其它环节人员的影响。

这种情况下流程执行人能够了解自身工作绩效与端到端流程的整体绩效之间的影响关系，进而促进流程执行人思考流程工作的改进；
P3—流程执行人不仅有端到端流程了解，还对企业整体流程架构以及企业整体绩效有一定了解。

能够站在更高的层级来看待自身的流程执行工作，能够促进更多的协调和创新。

P4—流程执行人对整个行业有较深的了解，能够对行业和企业的发展趋势有一定的判断，并将其应用到自身工作提升以及企业整体绩效的提升当中。

2、技能评估，这里的技能和上一项评估的“只是一样”。

并不指的是工作技术层面的技能，而是流程执行工作中，对流程进行管理的技能。

P1—流程执行人有一定的问题解决能力和流程优化能力，能够对自身业务工作提出问题解决的方案和流程优化需求；
P2—流程执行人具备团队合作精神和自我管理能力，能够以流程为核心积极参与到团队协作当中，并不断提升自身能力；但是到这个级别由于流程执行人没有得到充分授权的缘故，所以，流程执行人的对流程优化的建议，仍然需要通过比较长的决策过程，才能够落实，影响流程运行和优化的速率；
P3—流程执行人具备一定的决策能力。

能够对流程运行过程中遇到的问题进行分析决策。

这阶段需要对流程执行人予以恰当的授权，保证流程运行的顺畅，促进流程优化。

P4—流程执行人具备变革管理的能力，拥有“变革之心”。

能够接受并推进流程优化甚至再造的工作，帮助企业实现流程效率的持续提升。

3、行为评估
评估流程执行人在具备了流程执行和管理的“知识”与“技能”之后，是否有意愿执行流程，以及流程执行人的行动，能否有效的发挥出流程设计应有的效果，是否能够促进流程持续改进。

P1—流程执行人的行为更多的是忠于自身所处的职能及工作认为，尚未将流程的整体工作纳入自身行为的主要考虑依据。

也就是说，企业内部仍然存在比较严重的“职能壁垒”，影响流程执行人的主观意识，进而影响流程的顺利运转；
P2—流程执行人能够按照流程设计正确执行流程，并且能够以流程绩效为核心，参与到流程整体工作中，使执行该流程的其他人员的工作更有效率，促进流程整体效率的提升；
P3—流程执行人不仅仅将自身行为与端到端流程挂钩，也有意识的与企业的整体绩效挂钩，保障端到端流程绩效对企业整体目标的支持；
P4—流程执行人能够发现流程需要发现优化和变革的征兆，并愿意将这个征兆找出来，提出解决方案，并推进执行
三、流程责任人
流程责任人，承担其所负责的流程的设计、推进、指导、监督、优化等工作。

流程责任人的“职位”、“职责”、“职权”决定着其是否拥有足够的支持力，将流程的设计、推进、指导、监督、优化等工作顺利的开展下去。

另一方面，也能说明企业的流程工作处在一个什么样的层级上，间接说明流程管理工作的效果。

人。

1、流程责任人职位
P1—企业尚未建立正式的流程责任人角色，承担流程责任人职责的，是流程中的某一个人，或者是流程中的一个小团队。

这样的流程责任人情况几乎无法有效的将流程管理的工作开展下去；
P2—企业对流程责任人进行了正式的任命，但是流程责任人的职位不高，在管理层以下，需要培训某一个分管领导或者高级经理对流程工作进行指导评估。

这样的职位情况，不利于流程工作的协调，也不利于流程优化或流程变革工作的开展。

这样说明企业现在的流程管理工作基本上还是针对比较底层的业务流程，尚未上升到一个比较高的流程层级。

P3—流程责任人对于流程全权负责，能够得到足够的放权。

这样更有利于流程管理的各项工作的推进，也能够对流程中出现的问题和优化点做出快速的响应。

P4—流程责任人自身是企业高级决策层的一员。

在哈默的《超越再造》一书中曾经提到，流程型企业的最高决策机构，应当是由流程责任人组成的流程管理委员会，通过委员会的方式，各个流程责任人为自己的流程争取资源。

因此流程责任人一定是高级决策层的一员。

而在现实情况中，由高级决策层来担任流程责任人，核心也是能够更好的协调流程与流程之间的资源分配。

同时，也能够更好的推动流程管理的各项工作开展。

2、流程责任人职责
P1—流程责任人负责对流程进行识别和描述，并与流程中的其他执行人进行交流。

负责发起小范围的变革方案。

P2—流程责任人负责传递流程的目标及其愿景，负责流程再造和优化工作，负责推进流程实施，并监督流程的执行。

P3—流程责任人需要参与企业层面的流程工作中，协调自己负责的流程与其他流程责任人的流程之间的协作，使所有流程与企业目标成为一个整体
P4—流程责任人参与企业的战略规划，并根据企业的战略规划分解制定流程的战略计划，能够发起并推动与客户和供应商相关的流程进行流程重组
3、流程责任人职权
P1—流程责任人没有发动和推进流程优化和变革的权利，只能够通过鼓动其上级分管领导进行小范围的流程变革和优化。