技术成熟度评估理论与方法起源于美国。20世纪70年代末，NASA产生了最早度量技术成熟度的标准—技术就绪水平（TRLs）^[1]。发展至今，目前技术成熟度评估方法研究主要分为以下三种：

（1）基于技术就绪水平的评估方法研究；

（2）基于文献计量学的技术成熟度评估方法研究；

（3）基于专利分析的的技术成熟度评估方法研究^[2]。

海洋工程装备主要指海洋资源勘探、开采、加工、储运、管理、后勤服务等方面的大型工程装备和辅助装备，海洋工程装备行业具有高技术、高投入、高产出、高附加值、高风险的特点，是先进制造、信息、新材料等高新技术的综合体，产业辐射能力强，对国民经济带动作用大^[3]。

我国的深水区资源丰富，潜力很大，近几年来，我国无论是深水的油气发现，或是深水勘探装备和技术，都取得了重要进展^[4]。但国内关于海洋工程装备行业技术成熟度的相关研究甚少，无法通过相关标准确定海洋工程装备行业中的关键技术是否达标。

本文以水下生产系统为例，阐述了行业制定相关技术成熟度标准的意义、优点，介绍了海洋工程装备行业技术成熟度的等级制定、标准规范，并以水下生产系统为案例，进行相关的计算和应用研究。

1 海洋工程装备行业技术成熟度的制定 1.1 意义

海洋工程装备行业技术成熟度等级划分概念的提出，是因为海洋系统的规划、设计、制造加工、实验和调试在交流和同步时需要一种共同语言。一个系统的成功构成不仅取决于所需每个技术的管理和调整，还有这些技术的同步发展。还有一个原因是为了更高的可靠性和方便采购，海洋工程装备行业的系列化、标准化、系统化和采购管理、风险控制的共同语言需要技术成熟度。

技术成熟度是一种帮助利益相关者达到关于技术发展程度的共识。它并不能用于判断某个部件是否适用，或者作为交付给客户所需的东西，而是对于部件在整个系统设计所处阶段的认识。

海洋工程装备行业制定技术成熟度评价体系的主要目的：

（1）与海洋工程装备行业没有直接联系的项目可以不考虑技术成熟度。所做的工作是为了支持技术发展，比如前沿工程、概念选择研究、汇报、仿真、建模等可以不考虑技术成熟度。

（2）技术成熟度具有时效性。技术在评估时考虑的是融入SPS系统的成熟度，表明这项技术现在使用，会存在什么样的风险。对于以后再使用时，这个结果就不太精确。

（3）技术成熟度有特定的条件，一项技术在某个领域成熟，并不代表在其他领域也成熟。即使他们表面上一样，也许他们的运行环境完全不同。

（4）技术成熟度中每一等级的差距并不是相同的。比如从一级到上一级所需工作不一定占总工作的10%。

（5）技术成熟度的等级划分是定性的。

1.2 优点与局限

技术成熟度的好处和局限性主要取决于你如何使用它。

使用技术成熟度的好处：

（1）为大家对设备在当前融入的成熟度的理解提供了一个共识。

（2）可以方便管理者判别出哪些区域需要管理的关注。

（3）如果一个项目想进入下个阶段，为阶段流程证明提供部分证据。

（4）有助于决策者做出具体决策和判断某个方法是否值得追求。

（5）有助于评判项目的技术风险。

局限性：

（1）可以作为技术风险的评估，但是只有当时有效。

（2）在以后使用时，当前的技术成熟度值就显得并不准确。

（3）只与单独的技术有关，并不能表明这些技术可以集成到一起工作。

（4）并不能表明这项技术适合这个工作，也不能表明这项技术可以导致这个项目的成功进行。

2 海洋工程装备行业技术成熟度标准 2.1 API标准

API标准适合水下生产系统，是目前水下生产系统中最基本也是被行业所认可的标准规范^[5]。API标准里面将技术成熟度分为8个等级，对其解释如下：

技术成熟度0：基本原理被发现，并且有相关文章报道。例如，完成了有关某项技术基本原理的研究论文。

技术成熟度1：形成技术概念，利用基本原理进行了探索性应用研究，但是尚无充分论据或详细说明。

技术成熟度2：在实验室环境下，对构成技术的基本单元（元器件、组件或模块）进行验证，但尚未组成部件。

技术成熟度3：模型样件测试，对项目模型进行一般性功能、性能和可靠性测试。

技术成熟度4：环境测试，在模拟环境或者实际环境中进行测试，但是试件没有安装或者运行。

技术成熟度5：系统测试，将试件的各个模块进行组装，检查各个接口是否符合要求。

技术成熟度6：生产系统安装测试。将各个模块组装完成，接口和功能测试程序在实际环境中进行，不少于3年。

技术成熟度7：成功完成实际系统的考验，在至少3年实际运行考察中，具有不错的可靠度。

除了技术成熟度等级的定义，API 17 N和DNV-RP-A203并没有给出具体指导。因此，评估形式具有多样性，每个公司都有他们自己的评估步骤。通过技术成熟度标准判别技术成熟度是设计承包商需要去做的工作，但是判别设备成熟度水平一般是制造商完成的。

除非行业科研人员，海洋工程装备行业一般不会关注技术成熟度的0~2级。即使采用新技术的水下生产系统一般也是从技术成熟度4级开始。大多数成功的创新都是在现存的技术和产品上做出改进，找到好的方法解决某个具体的问题。

技术成熟度4级可以作为参考，帮助决策者决定该把主要资金投到合适的地方。技术成熟度5级是水下生产系统发展进程中最重要的等级。因为技术成熟度的评估不仅包括所有部件的成熟度证明，还包括这些部件作为一个系统在一起的工作情况^[6]。

在该技术被应用到系统前，技术成熟度5级是技术需要达到的阶段。在技术成熟度5级等级时，一些组件在码头被集成到一个组件后进行测试以备安装。在API中，实现技术成熟度5级等级是组件进行集成和安装的先决条件。必须先测试这些部件的组件，并在码头的浅水处或者运行环境下进行试验。技术成熟度5级是从部件和工厂测试到安装准备和组件或者子系统集成试验的主要转折点。

在技术成熟度6级及以上等级，成熟度的评估不再是单个部件，而是整个系统本身。因此，如果一个系统已经达到这个阶段的所有要求，接下来就是进行技术成熟度6级和7级关于集成的试验、调试和运行。在整个系统的安装和集成之前，需要弄清楚以下问题：

（1）弄清楚运行条件和环境。所有的运行场景都已经考察好，包括一些异常情况。

（2）材料和设备都适用于特定环境、流体和系统。

（3）设备的运行范围是确定的。

（4）可靠性、可维护性和保障能力都是已知的。

（5）完成所有的图纸。

（6）硬件的有效性可以接受。

（7）接口已经测试过，整体测试计划已经就绪。

（8）工厂可做的实验，在码头的浅水测试和验收测试都进行过。

（9）采购方案、计划、消费和里程碑都已编制。

（10）操作指南，安全安装手册和紧急预案都已准备好。

（11）规章许可也已就位。

（12）安装开关，测试和调试开关也已使用。

（13）停止使用的设备都已标明。

水下生产系统的大部分设备都是订做的，但是有一些部件是从市场上购得的。这些东西可能是在相同的区域的某个公司曾经使用过，或者另外的公司在某个地方用过。这些部件进入项目可在技术成熟度4级，如果需要在系统中使用，必须达到技术成熟度5级。但是也存在一些技术是用于其他操作的，在用于项目的特定使用时，这项技术的设备就得重新确定尺寸或者重新设计。这种设备的使用要达到技术成熟度4级，如果没有，至少得达到技术成熟度3级。过渡市面上的部件通过技术成熟度5级的要求需要不同的大量的工作。

2.2 DOD规范

美国国防部对产品技术成熟度分为9级（表 1）：

具体说明：

技术成熟度1：自然原理或基本原理已经被发现，基本原理得到描述。

技术成熟度2：提出应用前景设想并完成设想分析。

技术成熟度3：通过原理性试验并将概念得到扩展和延伸。

技术成熟度4：完成模型或部件在实验室环境下的演示，完成生产可行性与成本评估，完成部件工程样机在实验室环境下的演示。

技术成熟度5：完成部件工程样机在相关环境下的演示，完成部件工程样机集成为系统工程样机，并完成系统在限定环境下的演示。

技术成熟度6：完成系统在相关环境下的演示。

技术成熟度7：完成系统在应用环境下的演示。

技术成熟度8：完成产品系统在应用环境下的验证。

技术成熟度9：产品系统在实际应用中得到验证^[7]。

3 应用案例研究 3.1 集成成熟度和系统成熟度

集成成熟度主要是用来评估部件之间关系，其目的是为了评估出部件在集成过程中的风险。系统成熟度是结合了技术成熟度和集成成熟度，形成了一个矩阵运算。集成成熟度概念的引入是为了弥补技术成熟度不能表明部件之间关系的不足。

系统成熟度中的值，是将技术成熟度和系统成熟度集合成一个判断标准，也形成了7个等级。预估的值是用来判断系统成熟度。

3.2 应用研究

举例说明，一个水下生产系统可分为6个子系统，每个子系统都含有数量不等的部件。这些部件的技术成熟度和集成成熟度的数值都是通过调研和供应商提供，且已知每个子系统的矩阵数值。

其中，技术成熟度的数值表示每个部件的技术成熟度值。矩阵中的值都是部件的集成成熟度。集成成熟度的平均值等于所在行的所有集成成熟度相加除以连接部件的数目。

子系统RMS值的计算如下，参考第一个子系统的计算：

$ {\rm{CR = }}\sqrt {\frac{{{\rm{C1 + C2 + C3 + C4}}}}{N}} = {\rm{A}}1 $

式中：N为子系统的部件数；C1、C2、C3、C4为子系统1中的矩阵数值；A1为子系统1的系统成熟度。其他的子系统可做相同计算。这里有6个子系统，分别计算出每个子系统的成熟度，进而可计算系统成熟度。

$ \begin{array}{l} {系统成熟度_{{\rm{est}}}} = \\ \sqrt {\frac{{{{\left( {{\rm{A1}}} \right)}^2} + {{\left( {{\rm{A2}}} \right)}^2} + {{\left( {{\rm{A3}}} \right)}^2} + {{\left( {{\rm{A4}}} \right)}^2} + {{\left( {{\rm{A5}}} \right)}^2} + {{\left( {{\rm{A6}}} \right)}^2}}}{6}} \\ \;\;\;\;\;\;\;\;\; = 某一常数{\rm{X}} \end{array} $

式中：6为子系统的总数；A1、A2、A3、A4、A5、A6分别为6个子系统的系统成熟度数值；某一常数X为最终计算的整个水下系统的系统成熟度。

从度量角度看，系统成熟度和是性质相同的数值。但是系统成熟度不是由定义决定的，而是由各个部件计算出来的。如果所有的部件都具有相同的成熟度，那么两者相等。那么系统成熟度的值也大约是某一常数X。可发现这个系统预估是在加工和安装阶段。如果项目计划不是在这个阶段，就必须找到存在的原因。

如果一个系统成熟度落后于计划，这个指数提醒管理者从何时和何处着手。每一行的数值可以表明哪些部件需要更多的管理注意力。一个紧凑的控制项目可以确保TRL、集成成熟度和系统成熟度互相协作。系统成熟度的预估值为某一常数X，表示在期望的时间规划内，一些部件的成熟度并不够。在这个例子中，部件的技术成熟度和集成成熟度等级小于某一常数X的需要仔细审视^[8]。

4 结论

本文阐述了海洋工程装备行业制定相关技术成熟度标准的意义、优点，参考国内外技术成熟度相关文献，初步制定了国内海洋工程装备行业技术成熟度的等级规范，并以水下生产系统为案例，进行相关的计算和应用研究。结果表明，技术成熟度的计算和制定对项目计划的推展与衡量具有指导性意义。