CC BY
165
Криворученко В.С., Дмитренко И.П.
Заместитель начальника научно-исследовательского отделения;
к. т. н., начальник сектора
Центральный аэрогидродинамический институт (ЦАГИ), г. Жуковский КАЛЬКУЛЯТОР ГОТОВНОСТИ ТЕХНОЛОГИЙ (TR)
Аннотация
Представлено описание разработанного калькулятора готовности технологий (TR), реализованного на базе калькулятора TRL версии 2.2, разработанного AFRL (Air Force Research Laboratory - исследовательская лаборатория ВВС США), и разработанных авторами статьи: калькулятора TRL повышенной точности; метода расчета готовности технологий (TR).
Ключевые слова: технология, TRL, MRL, PRL.
Keywords: technology, TRL, MRL, PRL.
1. Общие положения
С вступлением Российской Федерации (РФ) в ВТО особую актуальность в РФ для целей международного сотрудничества в области разработки новых технологических продуктов, а также при покупке или продаже комплектующих технологий, приобретают тенденции и
перспективы научно-практического использования, адаптации и дальнейшего развития современного зарубежного знания в области оценки готовности и интеграции разрабатываемых технологий.
Использование признанных международным сообществом
соответствующих унифицированных методик и информационно-
технологических инструментов их реализации, используемых при разработке технической продукции, в частности, авиационно-космической техники, позволит отечественным разработчикам технологий более
эффективно участвовать в совместной разработке новых технологий и образцов летательных аппаратов с зарубежными производителями данной технологической продукции.
Такими унифицированными методиками являются: методология
системной инженерии (Systems Engineering); методика оценки уровней готовности технологий - TRL (Technology Readiness Levels); методика оценки уровней готовности производства - MRL (Manufacturing Readiness Levels); методика оценки уровней готовности программ - PRL (Programmatics Readiness Levels).
В качестве информационно-технологического инструмента оценки уровней готовности технологии используется программный калькулятор TRL версии 2.2, разработанный AFRL (Air Force Research Laboratory -исследовательская лаборатория ВВС США).
Уровни готовности технологий - TRL.
Технологии в процессе своего развития должны пройти девять уровней готовности. В таблице 1 представлено общее описание TRL NASA.
Таблица 1 - Уровни TRL
TRL Общее описание уровней
1 Анализ и утверждение базовых принципов технологии.
2 Формулировка концепции технологии и/или сферы ее применения.
3 Подтверждение критических параметров и/или характеристик концепции аналитическим или экспериментальным методами.
4 Компонент и/или макет низкой точности, который демонстрирует только функциональные возможности. Валидация в лабораторной среде.
5 Компонент и/или макет средней точности. Валидация в релевантной среде.
6 Демонстрация систем/подсистем модели или прототипа в релевантной среде.
7 Демонстрация прототипа в условиях его будущей эксплуатации (земля, воздух, космос).
8 Завершение разработки и подтверждение пригодности системы в ходе летных испытаний и демонстрации (на земле и в воздухе).
9 Доказательство готовности системы к эксплуатации (в воздухе) через ее успешное функционирование в ходе выполнения полетов.
2. Калькулятор TRL версии 2.2
2.1 Общие положения
Калькулятор TRL версии 2.2 [1,1], разработанный AFRL (Air Force Research Laboratory - исследовательская лаборатория ВВС США), представляет собой 2 листа электронной таблицы Microsoft Excel (главный лист - “TRL Calculator” и итоговый лист - “Summary” с результатами расчета), которая содержит на главном листе (рисунок 1): верхний список вопросов и стандартные списки вопросов по каждому из 9-ти уровней готовности технологий.
Пользователям калькулятора предоставлена возможность при ответе на каждый вопрос устанавливать процент выполнения (от 0% до 100% с кратностью равной 5%) работы, о которой идет речь в поставленном вопросе.
Калькулятор TRL отображает на итоговом листе (рисунок 2) достигнутый уровень готовности технологии - единое составное число TRL (далее по тексту TRLc) и отдельные уровни готовности: TRL, MRL, PRL.
Единое составное число TRLc - объединяет значения уровня готовности технологии - TRL; уровня готовности производства - MRL; уровня готовности программ (управления разработкой технологии) - PRL.
С помощью соответствующих программных ключей калькулятора, расположенных на главном и/или итоговом листах, пользователь может выбирать тип технологии и категории.
Программные ключи выбора типа технологии:
- только аппаратные средства (Only Hardware / Include Hardware Only) - H;
- только программное обеспечение (Only Software / Include Software Only) - S;
- аппаратные средства и программное обеспечение (Hardware & Software / Include Hardware and Software) - B.
Программные ключи выбора категории:
- технологии (Technology Readiness Level) - T. Вопросы анкеты, которые относятся к этой категории, участвуют в расчете TRLc и TRL;
- производство (Use Manufacturing / Manufacturing Readiness Level) - M. Вопросы анкеты, которые относятся к этой категории, участвуют в расчете TRLc и MRL;
- программы (Use Programmatics / Programmatic Readiness Level) - P. Выбор этой категории добавляет в анкету вопросы, которые относятся к процессам по управлению разработкой и сопровождением программ по разработке новых технологий. Вопросы анкеты, которые относятся к этой категории, участвуют в расчете TRLc и PRL.
Рисунок 1 - Фрагмент главного листа калькулятора TRL
Рисунок 2 - Итоговый лист калькулятора TRL
Используемый фон для визуального определения _результатов _расчета
Для визуальной индикации результатов расчета составного уровня готовности TRLc и отдельных уровней: TRL, MRL, PRL на итоговом и главном листах калькулятора используются четыре цветовых фона: зеленый; желтый; красный; светло-серый (красный и светло-серый цвета используются только для TRLc).
Пользователю калькулятора предоставлена возможность устанавливать, выбирать значение (общее для всех уровней готовности) из соответствующего диапазона значений, достижение которого при расчете, соответствует:
- зеленому фону, если установлено значение из диапазона значений:
1,00 - 0,75 (значение 1 установлено по умолчанию);
- желтому фону, если установлено значение из диапазона значений: 0,85 - 0,5 (значение 0,67 установлено по умолчанию; значение для желтого фона должно быть не менее чем на 15% меньше значения установленного для зеленого фона);
- красному фону (установлено только по умолчанию), если значение больше 0, но меньше установленного значения для желтого фона;
- светло-серому фону (установлено только по умолчанию), если значение = 0.
Примечания:
1. Для каждого из 9-ти уровней готовности (k) рассчитываются значения TRLck, TRLk, MRLk, PRLk.
2. При достижении TRLc или TRL, MRL, PRL значения, установленного для соответствующего фона, в соответствующем месте итогового листа будет представлен результат достижения максимального уровня готовности TRLc и TRL, MRL, PRL. Результат представлен целым числом k (для TRLc) и обозначением с числом (для TRL, MRL, PRL): TRLk; MRLk; PRLk, где k - номер уровня готовности (от 1 до 9), а также графически - фоном.
3. Если результат расчета TRLc не достиг значения, установленного для уровня зеленого или желтого фона, тогда результат расчета будет представлен красным или светло-серым фоном.
4. Если результаты расчета TRLc , TRL, MRL, PRL равны или превышают значения, установленные для зеленого или желтого фона, k-го уровня готовности, тогда результаты расчета:
- при k = 1 будут представлены зеленым или желтым фоном;
- при 9 < k > 2 будут представлены зеленым или желтым фоном при условии, что предыдущий уровень готовности (k-1) тоже представлен соответственно зеленым или желтым фоном.
2.2 Особенности расчета уровней готовности калькулятора TRL
Список вопросов верхнего уровня - “ TOP LEVEL VIEW” представлен на рисунке 1. Список включает в себя 11-ть вопросов (H=11), h- порядковый номер вопроса, снизу вверх, в списке вопросов верхнего уровня.
Пользователь калькулятора может, установив соответствующий программный ключ, выбрать, дать ответ только на один из вопросов верхнего уровня. В результате, в список вопросов для TRLc и TRL, начиная с порядкового номера h=2, автоматически добавляются дополнительные вопросы, ответы на каждый из которых автоматически установлен = 100%. Количество дополнительных вопросов, для каждого уровня TRL, представлено в таблице 2
Таблица 2 - Количество дополнительных вопросов
h=1 h=2 h=3 h=4 h=5 h=6 h=7 h=8 h=9 h=10 h=11
TRL1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
TRL2 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1
TRL3 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1
TRL4 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1
TRL5 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1
TRL6 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1
TRL7 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1
TRL8 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2 1
TRL9 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1
Каждый из 9-ти уровней готовности технологий включает в себя соответствующий общий список вопросов - Nki для k-го уровня готовности и соответствующей (i-й) комбинации установки программных ключей выбора типа технологии (S, H, B) и выбора категории (T, M, P), которые учитываются при расчете TRLc.
Общий список вопросов - Nki включает в себя соответствующие списки
в°пр°сов: nkiTRL; nkiMRL; nkiPRL (Nki = nkiTRL+ nkiMRL+ nkiPRL), которые
учитываются при расчете TRL, MRL, PRL.
Каждому результату (в диапазоне от 0% до 100%) ответа на каждый Nki (nkiTRL; nkiMRL; nkiPRL) вопрос присваивается:
- значение 1, если результат ответа на вопрос больше или равен значению, установленному для уровня зеленого фона;
- значение 0, если результат ответа на вопрос меньше значения, установленного для уровня зеленого фона.
В результате операции деления соответствующего количества вопросов, для которых присвоены значения равные 1, на соответствующее количество вопросов Nki , nkiTRL, nkiMRL, nkiPRL для каждого k-го уровня готовности технологий определяется соответствующий уровень готовности: TRLck, TRLk, MRLk, PRLk.
2.3 Пример расчета TRLs1 , TRL1, MRL1, PRL1 для 1-го уровня готовности технологии при h = 10
Как следует из рисунка 1 для уровня готовности TRL1:
- установлен уровень зеленого = 1 (100%);
- установлен уровень желтого = 0,67 (67%);
- вопросы для расчета MRL отсутствуют, ибо в списке вопросов для уровня готовности TRL1 нет вопросов категории “M”, поэтому MRL1=0;
- в списке вопросов уровня TRL1 есть три вопроса для расчета PRL1, ибо в списке вопросов для уровня готовности TRL1 есть три вопроса категории “P”;
- на два вопроса для расчета PRL1 даны 100% ответы, на 3-й вопрос нет ответа (0%), поэтому уровень готовности PRL1=2/3=0,6666 (66,66%), что меньше уровня желтого = 67%, поэтому не достигнут ни уровень зеленого, ни уровень желтого для PRL1;
- в общем списке вопросов уровня TRL1 есть 9 вопросов для расчета TRL1, ибо 9 вопросов категории “T”;
- на эти 9 вопросов даны следующие ответы: 100%; 100%; 95%; 95; 80%; 80%; 50%; 0%; 0%, что соответствует только 2-м 100% ответам;
- с учетом h=10, как следует из таблицы 1, к общему списку вопросов уровня TRL1 добавляется один вопрос, который имеет 100% утвердительный ответ. Поэтому при расчете отдельного TRL1 следует учитывать 10-ть вопросов, из которых только 3 вопроса имеют 100% ответ, поэтому отдельный уровень готовности TRL1 равен: 3/10 = 0,3 (30%), что меньше уровня желтого = 67%, поэтому не достигнут ни уровень зеленого, ни уровень желтого для отдельного TRL1;
- общее количество всех вопросов (c учетом h=10) для расчета составного уровня готовности технологии TRLc1 равно 13 (12+1), а общее число вопросов, имеющих 100% ответ = 5 (2 вопроса категории “P” и 3 вопроса отдельного TRL1). Поэтому значение TRLc1= 5/13 = 0,3846 (38%), что меньше уровня желтого = 67%, поэтому не достигнут ни уровень зеленого, ни уровень желтого для TRLc1;
- таким образом, для каждого из 8-ти уровней готовности TRLc1 ... TRLc8 достигнут только уровень красного фона, что соответствует значению, которое больше 0%, но меньше уровня желтого равного 67%;
- для TRLc9 достигнут только уровень светло-серого фона, что соответствует значению, которое = 0%, ибо при h=10 нет ни одного дополнительного 100% ответа.
2.4 Некоторые недостатки калькулятора TRL версии 2.2
Пользователю калькулятора предоставлена возможность отвечать на вопросы с точностью (выполнения работы, соответствующей вопросу) равной 0,05 (5%), а результаты расчета TRLc , TRL, MRL, PRL уровней готовности напрямую не зависят от процента выполнения работы.
Пример 1
Установлен уровень зеленого = 100%, уровень желтого = 67%, h=1. Все ответы (N1i) пользователя калькулятора для 1-го уровня готовности установлены равными 95%.
Калькулятор рассчитает уровень готовности TRLc1= TRL1 = MRL1 = PRL1 = 0%.
Пример 2
Установлен уровень зеленого = 100%, уровень желтого = 67%, h=1. Ответы (N1i) пользователя калькулятора для 1-го уровня готовности находятся в диапазоне значений от 0% до 95% (включительно).
Калькулятор опять рассчитает уровень готовности TRLc1 = TRL1 = MRL1 = PRL1 = 0%.
При h > 1 калькулятор рассчитает: MRL1=PRL1=0%; TRLc1 и TRL1 -близкие (но неравные) к 0% значения (из-за одного дополнительного вопроса для 1-го уровня готовности, которому автоматически установлен 100% ответ, ибо h>1).
3. Калькулятор TRL повышенной точности [2,1]
3.1 Описание и особенности калькулятора TRL повышенной точности
В калькуляторе повышенной точности результаты расчетов TRLck, TRLk, MRLk, PRLk изменяются при изменении только на 5% выполнения работы, соответствующей ответу на любой вопрос из соответствующего списка вопросов калькулятора для данного уровня готовности.
Расчеты, выполняемые калькулятором повышенной точности, не влияют на работу, расчеты калькулятора низкой точности - калькулятора
TRL AFRL. Оба калькулятора работают, рассчитывают соответствующие показатели автономно.
В калькулятор TRL AFRL внесены только минимально-необходимые изменения - на итоговом листе (“Summary”) дополнительно показаны 4-мя строчками, обозначенными соответственно: TRLc; TRL; MRL; PRL, значения расчетов составного TRLck и отдельных TRLk, MRLk, PRLk уровней готовности (рисунок 3).
В калькуляторе повышенной точности для TRLc; TRL; MRL; PRL не используется цветовая индикация полученных результатов расчетов, а рассчитанные числовые значения указанных параметров для каждого из 9-ти уровней готовности технологий представлены с точностью до 3-х десятичных знаков.
Калькулятор повышенной точности содержит дополнительный (3-й) лист - “DIP” электронной книги Excel, на котором находится дополнительный программно-функциональный модуль, с помощью которого реализована повышенная точность расчетов TRLck, TRLk, MRLk, PRLk.
Повышенная точность расчетов получена в результате учета всех фактических (от 0% до 100%) значений ответов на поставленные вопросы в результате использования другого, чем в калькуляторе TRL AFRL, алгоритма расчетов TRLck, TRLk, MRLk, PRLk.
3.2 Алгоритм расчетов
Алгоритм расчетов TRLck, TRLk, MRLk, PRLk:
- каждому результату ответа на каждый Nki (nkiTRL; nkiMRL; nkiPRL) вопрос присваивается значение, установленное пользователем в диапазоне от 0% до 100% (включительно);
- определяется количество вопросов Nki , nkiTRL , nkiMRL , nkiPRL (количество вопросов Nki , nkiTRL определяется с учетом установленного значения h);
- рассчитываются суммы (в %) результатов ответов на вопросы Nki ,
nkiTRL , nkiMRL , nkiPRL ;
Рисунок 3 - Итоговый лист калькулятора TRL повышенной точности
- в результате операции деления соответствующей суммы (в %) результатов ответов на вопросы Nki , nkiTRL , nkiMRL , nkiPRL на 100% и на соответствующее количество вопросов Nki , nkiTRL , nkiMRL , nkiPRL , определяется, с установленной точностью в три десятичных знака, соответствующий уровень готовности: TRLck, TRLk, MRLk, PRLk.
3.3 Пример расчета TRLc1 , TRL1, MRL1, PRL1 для 1-го уровня готовности технологии при h = 10
Результаты расчетов TRLc1, TRL1, MRL1, PRL1, выполненные
калькулятором TRL версии 2.2, разработанным AFRL, представлены на рисунке 2 .
Результаты расчетов TRLc1, TRL1, MRL1, PRL1, выполненные
калькулятором TRL повышенной точности при тех же исходных данных, представлены на рисунке 3 .
4. Метод расчета готовности технологий [3,1]
4.1 Методологическое обоснование метода расчета готовности технологии (TR) и неготовности технологии (TU)
Для методологического обоснования используется информация первоисточника [4,11] :
In this study the risk determination is achieved by directly assigning confidence levels to projects/ technologies depending on their readiness or risk. Table III lists ten readiness descriptions and their corresponding risk level, readiness level, and confidence. According to this chart, risk is a probability distribution which reflects confidence. Each risk or readiness (the two are complimentary to each other) category maps to a specific point on this probability distribution. These confidence values are typical but by no means unique. In fact, they will vary from organization to organization and are dependent on such things as program starting date, budget restrictions, etc.
Table III: Technology Readiness and Confidence Levels
Risk Levels Readiness Levels Readiness Description Confidence
0 9 Actual system flight proven on operational flight 100%
1 8 Actual system completed and flight qualified through test and demonstration 95%
2 7 System prototype demonstrated in flight 90%
3 6 System model or prototype demonstrated in a relevant environment 80%
4 5 Component validation in a relevant environment 65%
5 4 Component validation in laboratory environment 45%
6 3 Analytical and experimental proof of concept 30%
7 2 Technology concept formulated 12%
8 1 Basic principles observed and reported 5%
9 0 No concept formulation or only basic ideas 0%
Рисунок 4 - Типичные, характерные значения готовности технологии и риска
готовности технологии
4.2 Общая идея и математическая формализация метода
Как следует из рисунка 4:
- максимальное весовое значение, значимость, вклад только 1-го (k=1) уровня готовности технологий - tRM, в общую максимальную (100%)
готовность технологии - TRM равен 5% (5% - 0%) ;
- максимальный вклад только 2-го уровня готовности технологий, в общую максимальную готовность технологии равен 7% (12% - 5%);
- максимальный вклад только 3-го уровня готовности технологий, в общую максимальную готовность технологии равен 18% (30% - 12%) и т.д.
Аналогичным образом можно определить максимальный вклад каждого (от 9-го до 1-го) уровня риска готовности технологий (т.е. неготовности технологии - TUM) в общую максимальную (100%)
неготовность технологии - TU (далее по тексту риск готовности
технологии - неготовность технологии).
В результате, все максимальные вклады каждого k-го уровня готовности технологии - tRM и все максимальные вклады каждого k-го
уровня неготовности технологии - TUM будут иметь представленные в таблице 3 значения.
Таблица 3 - Типичные значения вклада каждого уровня готовности (неготовности) технологии в готовность (неготовность) технологии
Уровень готовности технологии -k Максимальный вклад k-го уровня готовности технологии - trM (%) Уровень неготовности технологии -k Максимальный вклад k-го уровня неготовности технологии - tuM (%)
9 5 1 5
8 5 2 5
7 10 3 10
6 15 4 15
5 20 5 20
4 15 6 15
3 18 7 18
2 7 8 7
1 5 9 5
TRM 100 tum 100
Далее по тексту TRM - есть TR , а TU - есть TU .
Таким образом.
Максимальная готовность технологии (в %):
к=9
TR = Z TRM О)
к=1
Максимальная неготовность технологии (в %):
к=9
tu = Z tuM (2)
к=1
Соотношение между TR и TU:
TR + TU = 100 (3)
5. Калькулятор готовности технологий (TR)
5.1 Основная особенность калькулятора TR
Калькулятор TRL AFRL и калькулятор TRL повышенной точности рассчитывают достигнутый уровень готовности разрабатываемых
технологий, однако они не отвечают на вопрос об интегрированном состоянии, проценте (доле) готовности разрабатываемых технологий.
Калькулятор TR позволяет не только рассчитывать с повышенной точностью достигнутый уровень готовности разрабатываемых технологий, но и рассчитать числовое значение интегрального показателя готовности технологий, и представить, в легко воспринимаемой для исследователей форме, в графической форме на экране.
5.2 Пример реализации
Пример реализации калькулятора готовности технологий (TR) представлен на рисунке 5.
Рисунок 5 - Итоговый лист калькулятора готовности (TR) Результаты расчетов
Результаты расчетов TRLc1, TRL1, MRL1, PRL1, выполненные
калькулятором TRL AFRL, представлены на рисунке 2.
Результаты расчетов TRLc1, TRL1, MRL1, PRL1, выполненные
калькулятором TRL повышенной точности, при тех же исходных данных, представлены на рисунке 3.
Результаты расчетов TRLc1, TRL1, MRL1, PRL1 и TR, выполненные калькулятором TR, при тех же исходных данных, представлены на рисунке 5.
Заключение
Представленные в статье результаты исследований позволили разработать для менеджеров и разработчиков новых технологий устройство с сетевым доступом для расчета и мониторинга готовности разрабатываемых технологий - [5,1].
Литература
1. Calculator TRL AFRL Version 2.2 [Электронный ресурс], - Режим доступа: http://p0.storage.canalblog.com/06/32/447324/60486844.xls
2. Дмитренко И.П., Криворученко В. С. Калькулятор TRL повышенной точности /Материалы XVIII Заочной научной конференции «Теория и практика современной науки», г. Москва, 24-25 июня 2015 г.
3. Дмитренко И.П., Криворученко В.С. Метод расчета готовности технологий /Материалы XVI Международной научно-практической
конференции «Интеграция науки и практики как механизм эффективного развития современного общества», г. Москва, 30 июня 2015 г.
4. A Method for the Identification and Assessment of Critical Technologies Needed for an Economically Viable HSCT Dr. Dimitri N. Mavris, Assistant Professor, Manager, Aerospace Systems Design Laboratory (ASDL); Mr. Oliver Bandte, Graduate Research Assistant, ASDL; Mr. Jason T. Brewer, NASA MultiDisciplinary Design Analysis Fellow //School of Aerospace Engineering Georgia Institute of Technology Atlanta, GA 30332-0150 [Электронный ресурс], - Режим доступа:http://www.researchgate.net/publication/27523225_A_Method_for_the_I
dentification_and_Assessment_of_Critical_Technologies_Needed_for_an_Econo
mically_Viable_HSCT
5. Дмитренко И.П., Гуляева Е.М. Устройство с сетевым доступом для расчета и мониторинга готовности технологий /Материалы XV
Международной научно-практической конференции «Тенденции и
перспективы развития современного научного знания», г. Москва, 30 июня 2015 г.
