دانلود مقاله ارزیابی آمادگی تکنولوژی و تخمین زمان و هزینه سطوح آمادگی تکنولوژی

بخشی از مقاله

چکیده

سطوحِآمادگی تکنولوژی (TRL)، معیاری برای نشان دادن وضعیت بلوغ تکنولوژیهای نوظهور هستند. زمانی که ایدهی اولیهی یک فناوری شکل میگیرد، افق پیشِ رو برای آن فناوریابتدا از نظرِ چشم اندازِ دستیابی و پس از آن از نظر زمان و هزینه، مبهم و نامشخص است. این مسئله برای سازمانهایی که در حوزهی فناوری های نوظهور فعالیت میکنند، بسیار حائز اهمیت است. این سازمانها میتوانند با روشن شدن دو فاکتور زمان و هزینه برای تکنولوژیهای خود، تصمیم مناسب را جهت توسعهی فناوریِ مناسب، اتخاذ کنند.

هدف از این مقاله، مطالعهی سطوح آمادگی تکنولوژی و ارائهی راهکارهایی است که سازمان به کمک آنها بتواند برآوردی از وضعیت تکنولوژیهای خود بر اساس هزینه و زمان، به تفکیک سطوح آمادگی تکنولوژی، داشته باشد. در این تحقیق متدولوژیهایی برای ارزیابی وضعیت زمان و هزینه در سطوح آمادگی تکنولوژی پیشنهاد شده است. در ادامهی این تحقیق، یک مطالعهی موردی برای یکی از تکنولوژیهای در حال توسعهی سازمان انجام گرفته است. نتایجِ بدست آمده از مطالعهی موردی، مؤید نمودارهایی هستند که در ادبیات موضوع برای تخمین زمان مورد نیازِ آمادگی هر تکنولوژی، ارائه شده است.

کلمات کلیدی: سطوح آمادگی تکنولوژی (TRL)، ارزیابی آمادگی تکنولوژی (TRA)، تخمین زمان و هزینه.

.1 مقدمه

توسعهی تواناییهای یک سیستم، بستگی به میزان موفقیتِ تلاشهای انجام گرفته در تحقیق و توسعهی تکنولوژیهای پیشرفته و جدید در آن سیستم دارد. توسعهی چنین سیستمهایی، به طور اجتنابناپذیر با سه معضل اصلیِ موجود در هر پروژهای مواجه میشود. این سه معضل اصلی عبارتند از: کارایی، زمانبندی و بودجه. یک برنامهی توسعهی تکنولوژیِ موفق باید میزان عدمِ اطمینان دراین سه بُعد را تا حد ممکن کاهش دهد. مدیران علاقهمند هستند تا ارزیابی مطمئنی از میزان آمادگی و همینطور میزان ریسکِ تکنولوژی داشته باشند .[1]

در اواسط دهه 70 میلادی، ناسامفهومِ1 سطوحِ آمادگی تکنولوژی(TRLs) 2 را به عنوان یک معیارِ تعیینِ شایستگی برای ارزیابی مؤثرِ سطح بلوغ تکنولوژی معرفی کرد. در سال 1995، تعریف قویتر و جامعتری از هر یک از سطوح آمادگی تکنولوژی توسط ناسا ارائه شد. از آن زمان به بعد، سطوح آمادگی تکنولوژی در بسیاری از سازمانهای دولتی و غیر دولتی آمریکا، اعم از وزارت دفاع و دیوان محاسبات مورد توجه و استفاده قرار گرفت .[1]

1 - National Aeronautics and Space Administration (NASA) 2 - Technology Readiness Levels

ابتدا برخی اصطلاحات و واژگانی که در این حوزه مورد استفاده قرار میگیرد معرفی میشود:

• نمونه آزمایشگاهی:1 چنین نمونهای برای استفادههای آزمایشگاهی طراحی میشود تا کارکردها و اصول فنی را بدون توجه به شکل و اندازه، به نمایش بگذارد. این نمونه شباهتی به محصول نهایی ندارد اما در کارایی

همانند سیستم/زیرسیستمِ نهایی عمل میکند.
• نمونه اولیه2 (نمونه مهندسی): نمونهای است که کارایی محصول نهایی را نشان میدهد و از نظر شکل و اندازهباید در مقیاسی باشد که بتوان مسائل حیاتیِ مورد نیاز در محصول نهایی را در آن بررسی کرد. این نمونه را میتوان به عنوان اولین نمونهی مهندسی در نظر گرفت.

• محیط عملیاتی:3 محیطی است که تمام نیازمندیهای عملیاتی و مشخصات مورد نیاز برای سیستمِ نهایی را دارا میباشد و قرار است محصول نهایی در آن به کار گرفته شود.

• محیط مرتبط:4 محیطی برای تست کردن است، که جنبهای کلیدیِ محیط عملیاتی، مانند مشخصات فیزیکی و شیمیایی، را شبیهسازی میکند.

• محیط آزمایشگاهی:5 محیطی استکهبرای تست کردنِ مفاهیم اولیه، بدون در نظر گرفتنِ اثرِ محیط، به کار میرود و شباهتی به محیط عملیاتی ندارد.

در ادامه به معرفی هر یک از سطوح آمادگی تکنولوژی و فعالیتهایی که باید در هر سطح انجام شود، میپردازیم.
• TRL 1 (تحقیقات پایه): اصول پایهی علمی/مهندسی مشاهده و گزارش شده است.

• TRL 2 (تحقیقات امکانسنجی): مفاهیم تکنولوژی، کاربردها و منافع بالقوه فرمولبندی شده است.

• TRL 3 (تحقیقات امکانسنجی): اثبات تحلیلی و آزمایشگاهی کامل شده است. (اثبات مشخصات یا کارایی بحرانی)

• TRL 4 (توسعه تکنولوژی): نمونه آزمایشگاهی در محیط آزمایشگاهی مشاهده شده است.

• TRL 5 (توسعه تکنولوژی): مفاهیم سیستمی تست میشود و نمونه آزمایشگاهی در محیط مرتبط به اثبات میرسد.

• TRL 6 (توسعه سیستم): نمونهی اولیه درمحیط مرتبط نشان داده میشود.

• TRL 7 (توسعه سیستم): نمونهی اولیه تست میشود و در محیط عملیاتی به اثبات میرسد.
• TRL 8 (تایید عملیاتیتست): و ارزیابی عملکردِ سیستم، پس از تکمیلِ طراحی و توسعهی سیستم انجام میشود.

• TRL 9 (تایید عملیاتی):استفادهی عملیاتی از سیستم نهایی تست میشود و کاربردها در محیط عملیاتی به اثبات میرسند.

سرمایهگذاران همواره به میزان ریسکپذیری پروژهها توجه ویژهای دارند. با بالاتر رفتن سطحِ TRL، از میزان ریسکپذیری تکنولوژی کاسته میشود. نمونههای بسیاری از پروژهاییه وجود دارد که به دلیل پایین بودن بلوغِ آنها، دچار افزایش هزینه-های سرسام آور شدهاند .[2] در ادامه، وضعیت هزینهها و ریسک تکنولوژی در هر سطح، در جدول 1 و پس از آن در شکل 1 جمعبندی شده است.

جدول -1 ریسک و هزینه های آمادگی تکنولوژی

1 - Breadboard 2 - Prototype 3 - Operational Environment 4 - Relevant Environment

5 - Laboratory Environment

2

سطح آمادگی ریسک[3] هزینه توضیح هزینه
تکنولوژی


سطح 1
بسیار زیاد کم تا بسیار بسیار زیاد -

سطح 2 زیاد کم -

سطح 3 زیاد کم تا متوسط -

سطح 4 متوسط متوسط چندین برابرِ سرمایهی مورد نیاز برای رسیدن به TRL 3

سطح 5 متوسط متوسط تا زیاد مشابه هزینههای TRL 4 اما دو تا چند برابر سرمایهی مورد
نیاز برای رسیدن به TRL 4


سطح 6 متوسط زیاد -

سطح 7 قابل قبول بسیار زیاد مشابه هزینههای TRL 6 اما دو تا چند برابر سرمایهی مورد
نیاز برای رسیدن به TRL 6


سطح 8 پایین بسیار زیاد مشابه هزینههای TRL 6 اما دو تا چند برابر سرمایهی مورد
نیاز برای رسیدن به TRL 6


سطح 9 صفر زیاد معمولا کمتر از هزینهی TRL 8

شکل -1 وضعیت هزینه ها

نمودار ارائه شده در شکل 1 بر اساس هزینههای مطرح شده در ادبیات موضوع و جدول 1، ارائه شده است. این نمودار، تنها نشاندهندهییک حالتِ کلی برای سطوحِ نُهگانهی آمادگی تکنولوژی است. به بیان دیگر، و همانطور که پیشتر نیز توضیح داده شد، وضعیت هزینها باید به صورتِ موردی و اختصاصی برای هر تکنولوژی، مورد مطالعه قرار گیرد.

3

.2 تخمین زمان مورد نیاز برای آمادگی تکنولوژی

از جملهی وظایف مراکز تحقیق و توسعه در سازمانهای بزرگ، ارزیابی وضعیت تکنولوژیهای جدید است. یکی از شاخص-های مهم در ارزیابی وضعیت تکنولوژی، زمان مورد نیازبرای پیمودن مسیرِ تکامل، از لحظهی شکلگیری ایدهی اولیه تا مرحلهای است که تکنولوژی تبدیل به محصول قابل ارائه به بازار میشود. این مطالعات بر مبنای سطوح آمادگی تکنولوژی (TRLs) انجام میپذیرد .[4]

برای دستیابی به این هدف و به منظور نشان دادن وضعیت تکنولوژی، ماتریس /TRLزمان توسعه داده خواهد شد. این ماتریس از طریق مرور ادبیات موضوع، مصاحبه با پرسنل سازمانِ تحت مطالعه و همچنین مصاحبه با پرسنل صنعتی مرتبط با تکنولوژی شکل خواهد گرفت. کاربرد اصلی این ماتریس در شرایطی است که چندین تکنولوژی، برای انتخاب یک تکنولوژیِ برتر از میان آنها، مورد مقایسه قرار میگیرند. اما زمانی که تنها یک تکنولوژی مورد مطالعه قرار میگیرد این ماتریس تنها یک ستون دارد.

.1-2 متدولوژی

در این بخش به توضیح متدولوژی انجام کار میپردازیم. مراحل انجام کار به 4 مرحلهی اصلی تقسیمبندی میشود:[4]

(1 مرحلهی اول تهیهی لیست تکنولوژیهای در حال توسعه و انتخاب تکنولوژی مورد نظر برای مطالعه و بررسی و تخمین زمان مورد نیاز برای رسیدن به مرز آمادگی است.

(2 یمرحلهدوم شامل مرور ادبیات موضوع و مصاحبه با پرسنلِ سازمانِ تحتِ مطالعه است. منظور از پرسنلِ سازمان در این مرحله، پرسنل مطلعی است که در ارتباط با تکنولوژی مورد نظر هستند. چنین پرسنلی میتوانند به عنوان یک منبع موثق اطلاعاتی محسوب شوند. مصاحبه با این افراد میتواند در غالب یک پرسشنامه تهیه شود و در اختیار آنها قرار گیرد. تمرکز اصلی پرسشنامهای که تهیه خواهد شد باید بر روی تاریخچه و کارائی تکنولوژی و تخمین زمان مورد نیاز برای دستیابی به سطوح آمادگی تکنولوژی باشد. همچنین از فرد مصاحبه شونده درخواست میشود، علاوه بر تکمیل پرسشنامه، در صورتی که اطلاعات تکمیلی، نکات یا گزارشهایی در تکمیل مطالب فوق دارد ارائه کند. در این مرحله لازم است تیم مصاحبه کننده، از قبل اطلاعات فنی لازم در مورد تکنولوژی مورد نظر را کسب کنند.

( 3 مرحلهی سوم مصاحبه با بخشهایی از سازمان و یا صنایع خارج از سازمان است که مسئول اجرائی کردن تکنولوژی مورد نظری هستند که از پرسنل مرحلهی قبل تحویل میگیرند. غالباً برای تکمیل و عملیاتی کردن تکنولوژی در TRL 7 تا TRL 9 لازم است از دیگر صنایع و سازمانها کمک گرفت. ابتدا لازم است در مرحلهی قبل از افراد مصاحبهشونده در مورد سازمانها و صنایعی که برای تکمیل تکنولوژی، مورد نیاز هستند اطلاعاتی کسب شود. در این مرحله نیز یک پرسشنامهی مجزا برای سازمانها یا صنایع جدید طراحی میشود. خروجی این مرحله تعیین زمان مورد نیاز برای بلوغ تکنولوژی و رسیدن به TRL 9 است. نکتهی قابل ذکر در این مرحله این است که در صورت در دسترس نبودن اطلاعات مورد نیاز در سازمانها و صنایع مرتبط، میتوان از پرسنل فنی داخل خود سازمان بهره برد.

(4 مرحلهی آخر، تکمیل ماتریس /TRLزمان و تحلیل یادداشتهای فنی مستخرج شده از مصاحبههای انجام شده است. در طراحی پرسشنامهها و بعد در تحلیل نتایج بدست آمده از پرسشنامهها توجه به موارد زیر ضروری است:

در ادامه، نمونهایی از اجرای متدولوژیِ فوق، برای 12 مورد از تکنولوژیهای در حال توسعهی ناسا، ارائه میشود. در شکل ،2زمان مورد نیاز برای رسیدنِ تکنولوژیها به )TRL 9در واحدِ سال)، موردِ بررسی قرار گرفته است. در شکل 3 نیز زمان مورد نیاز برای رفتن از یک TRL به TRL دیگر آورده شده است.

4

×

(years)9TRLtodeveloptoneededTime

×

TRL×

شکل -2 نمونه ای از تخمین زمان مورد نیاز برای رسیدن به TRL 9

TRLtoTRLfromdeveloptoneededTime

TRL ×

شکل -3 نمونه ای از تخمین زمان مورد نیاز برای رفتن از یک TRL به TRL دیگر

نمونهای از پرسشنامهی طراحی شده، در پیوست 1 آمده است. پایهی اصلی این پرسشنامه از مرجع [4] آورده شده است اما به منظور کاملتر شدن فرایندِ این متدولوژی، تغییراتی در آن اعمال شده است.

نکتهای که به نظر میرسد متدولوژی ارائه شده توسط مرجع [4] آن را در نظر نگرفته است، تـاثیر اجـزای بحرانـی تکنولـوژی1 (CTE) وتاثیرِ آنها در تخمین زمان لازم برای آمادگی تکنولوژی است. همچنین مورد دیگری که میتواند موثر باشد، اسـتفاده از ساختار شکست محصول(PBS) 2 در تخمین زمان است. پیشنهاد مـیشـود ابتـدا بـا اسـتفاده از سـاختار شکسـت محصـول (PBS)، اجزای بحرانی تکنولوژی (CTE) شناسایی شوند. زیرا، شکستِ یک محصول به اجزای ریزتر میتوانـد فراینـد تخمـین زمان را تسریعبهبودکند ببخشدو. سپس تخمینِ زمانِ لازم برای آمادگیِ محصول، بـا در نظـر گـرفتنِ ملاحظـاتِ مربـوط بـه اجزای بحرانی تکنولوژی انجام شود.

1 -Critical Technology Elements 2 - Product Breakdown Structure

5

.3 تخمین هزینه های آمادگی تکنولوژی

بررسیهای انجامشده نشان میدهد، در برنامههای بسیاری از ناسا، وزارت دفاع و نیروی دریایی (ایالات متحده) تخمین هزینهها در چرخهی بلوغ تکنولوژی، بسیار زودتر از آنچه که باید، صورت میگیرد. در فاصلهی بین TRL 3 تا TRL 5 است که دانش لازم برای تکنولوژی پخته میشود و مهندسان و همینطور کسانی که وظیفهی تخمین هزینه را دارند دید روشنتری نسبت به هزینههای واقعی تکنولوژی پیدا میکنند. .[2]

در صورتی که سرمایهگذاری در این برنامههازودتر از چنین موقعی صورت گیرد، پس از بلوغِ تکنولوژی، رشدِ هزینهها خود را نشان خواهد داد. این افزایشِ هزینه نیازمند افزایش بودجه است و در موارد بسیاری باعث اخراج مدیران میشود یا اینکه در بهترین حالت، مدیران مسئولیت را به گردن مسئولان تخمین هزینه انداخته و آنها را مقصر میشمارند. گزارشهای بدست آمده از برنامههای متعددی که در نیروی دریایی ایالات متحده انجام شده است، این فرضیه را تأیید میکنند که هزینهها در طول زمان به صورت نمایی تغییر میکنند .[2]

.1-3 وضعیت تخمین هزینه ها در هر سطح

تخمینی که در مقدمه، از هزینههای هر سطح ارائه شد یک تعریف مفهومی و کیفی بود. اما ارائهی توضیح بیشتر در این زمینه کاملاً وابسته به مورد تحت مطالعه است زیرا که جدا کردن هزینهها از تکنولوژی و ارائهی آن به صورت مجزا، امکانپذیر نیست. مواردی را که میتوان در پیشبینی هزینههای تکنولوژی، در هر سطح انجام داد، به شرح زیر آورده ایم :[3]

• TRL 1 و :TRL 2 تا پایان TRL 2 هنوز هیچ شناختی از هزینهها وجود ندارد.

• :TRL 3 میتوان هزینهها را تخمین زد اما پیشبینی قابل اطمینانی نمیتوان ارائه کرد. یک تخمین اولیه برای ارزیابی هزینهای مستقیمِ توسعه و بلوغ تکنولوژی میتوان ارائه داد. برای مثال، هزینهی مورد نیاز برای تست-های تونل باد یا مواردی از این دست.

• :TRL 4 پیشبینی هزینهها به صورت جدی برای اولین بار در این مرحله انجام میشود اما لازم است در مراحل بعدی بهروزرسانی شود. پیشبینی هزینههای تکنولوژی که در ارتباط با سیستم است، میتواند انجام شود. پیش بینی در این سطح بیشتر بر پایهی دادهها آماری انجام میشود.

• :TRL 5 تخمین هزینههای اولیه برای توسعه، تولید و مالکیت میتواند انجام شود.

• :TRL 6 تعدادی از سخت افزارهای مورد نیاز برای تکنولوژی تا این مرحله ساخته شده اند. به دلیل اینکه داده-های واقعی در دسترس اند و همینطور فعالیتهای مربوط به تولید و پشتیبانی برنامهریزی شده اند، میتوان پیشبینی دقیق تری از هزینهها ارائه کرد.

• :TRL 7 ساخت مولفههای اصلی سیستم به پایان رسیده است و برنامهریزی برای مراحل بعدی قطعی شده است. بنابراین هزینههای تکمیل تکنولوژی را میتوان با صحت و دقت بالاتری ارائه کرد.

تعاریف ارائه شده در بالا بسیار کلی است و تنها یک راهبرد عمومی را ارائه میکند. ارائهی توضیح بیشتر در مورد هزینههای هر سطح کاملاً وابسته به مورد تحت مطالعه است. همانطور که از تعاریف فوق برمیآید، اطمینان پایینتری برای هزینههای ارائه شده در سطوح پایینتر وجود دارد و با بالا رفتن سطح آمادگی تکنولوژی، هزینهی پیشبینی شده از درجهی صحت و

دقت بالاتری برخوردار است.

6

.2-3 مروری بر روش های تخمین هزینه

یکی از مشکلترین کارهایی که تحلیلگران با آن مواجه هستند، تخمین هزینههای آینده و زمانبندی توسعه است. سه روش اصلی برای تخمین هزینه وجود دارد که شامل موارد زیر است :[5] روش پایین به بالا1، تخمین از راه قیاس2 و روش پارامتری.3 در ادامه با مزایا و معایب هر یک آشنا میشویم.

1. روش پایین به بالاتخمینِ: هزینهها در روش پایین به بالا ، براساس تحلیلهای مهندسی و محاسبات دقیق انجام میشود. به منظور بهکارگیری این روش، تحلیلگرانی نیاز هستند که با جزئیات طراحی و پیکربندی تکنولوژی آشنا باشند و اطلاعات دقیقی از تجهیزات، مواد اولیه و نیروی انسانی مورد نیاز برای پروژه داشته باشند. این روش یک پیشبینی نسبتاً دقیق ارائه میکند. یکی از مزایای این روش این است که در طول اجرای این روش نکات جدیدی آشکار میشود و تاثیر هر یک از این موارد میتواند بررسی شود. برای مثال میتوانیم تاثیر انتخاب یک مادهی اولیهی جدید یا یک روش ساخت جدید را بررسی کنیم. این روش کاستیهایی نیز دارد. در درجهی اول، فرآیند انجام تحلیلها در این روش بسیار زمانبر است. بعضی از شرکتهای با استفاده از ابزارهای پایگاه دادهی پیچیده، سعی در مکانیزه کردن این فرایند دارند، اما توسعهی چنین سیستمهایی بسیار گرانقیمت است. دومین اشکال این روش این است که تحلیلگران باید کسانی باشند متخصص طراحی تکنولوژی و آشنا به تمام زوایای

آن باشند. همچنین استفادهکننده (کسی که هزینه را تخمین میزند) باید آگاه به طراحی تکنولوژی و وضعیت آن باشد. سومین ایرادِ استفاده از این روش آن است که سیستم باید کاملاً و به خوبی تعریف شده باشد و پارامترهای محدودی اجازه دارند ناشناخته بمانند. برای مثال هزینهی اجزا، حتی اگر شامل تکنولوژی ای باشند که برای اولین بار طراحی شده است، باید تخمین زده شود. در نهایت، استفاده کنندهی این روش باید به پایگاه-
های داده و جزئیاتِ توسعه، تولید و پشتیبانیِ تکنولوژیِ مورد نظر دسترسی داشته باشد.