Technology readiness levels (TRL)
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Autoria: Henrique Rozenfeld ([email protected]) e revisado por Marcos Paulo Batista ([email protected])
Definição
Extraindo do nosso glossário …
Technology Readiness Levels (TRL) é um sistema de medição utilizado para avaliar o nível de maturidade de uma tecnologia específica. Cada projeto tecnológico é avaliado com base em parâmetros de níveis de maturidade e recebe uma classificação TRL conforme seu progresso. Existem nove níveis de maturidade tecnológica, variando de TRL 1 (o mais baixo) a TRL 9 (o mais alto). A avaliação TRL é realizada por meio de uma Technology Readiness Assessment (TRA), que examina conceitos, requisitos tecnológicos e capacidades tecnológicas demonstradas.
| A tradução literal de “Technology readiness levels” seria “Níveis de Prontidão Tecnológica”. Porém, a própria definição da NASA (que criou este sistema de medição) inicia com “Technology Readiness Levels (TRL) are a type of measurement system used to assess the maturity level of a particular technology” (Manning, 2023) |
Níveis de Maturidade Tecnológica
Esses níveis foram baseados na classificação proposta pela NASA (Manning, 2023). As descrições foram completadas pela experiência do revisor no desenvolvimento de tecnologias.
TRL 1: O mais baixo nível de maturidade, onde a pesquisa científica está começando e os resultados ainda estão sendo traduzidos para pesquisa e desenvolvimento futuros. Os princípios básicos são observados e reportados.
Nessa etapa, é comum a publicação de artigos científicos nas ciências básicas, como matemática, física e química, onde são levantadas hipóteses preliminares sem aplicação prática imediata. Uma base científica sólida nessa fase possibilita o surgimento de novas hipóteses, que serão testadas em tecnologias de TRL 2. Em geral, essa etapa ocorre predominantemente nas universidades.
TRL 2: Os princípios básicos foram estudados e aplicações práticas começam a ser consideradas, embora a tecnologia seja ainda especulativa, com pouca ou nenhuma prova experimental. O conceito ou a aplicação da tecnologia foi formulado.
A avaliação de possíveis casos de uso prático permite que a tecnologia ganhe maior visibilidade na indústria. Empresas inovadoras e que buscam diferenciação podem começar a financiar pesquisas nesse contexto, ainda que de forma limitada. Dessa forma, grande parte do trabalho é realizado por universidades e por ICTs (Institutos de Ciência e Tecnologia), algumas vezes em colaboração com empresas. Muitos artigos científicos de ciência aplicada focam em estudar os níveis TRL 2 e TRL 3, onde simulações e hipóteses bem fundamentadas permitem que a tecnologia evolua para o TRL 3.
TRL 3: Pesquisa ativa e design começam, exigindo tanto estudos analíticos quanto experimentais para verificar a viabilidade da tecnologia. Geralmente, constrói-se um modelo de prova de conceito nesse estágio.
Isso não significa que se trata da prova de conceito de um produto completo, mas sim de uma tecnologia crítica específica, ainda sem grandes integrações. Na maioria das vezes, essa tecnologia precisará ser combinada com outras de TRLs mais elevados para compor um produto final.
A integração e comprovação mínima de um produto ocorrem nos TRLs 4 e 5 (Protótipo Funcional). No TRL 3, o meio acadêmico discute amplamente os testes realizados, as condições desses testes e as hipóteses levantadas para validar ou refutar a tecnologia.
TRL 4: Os componentes principais da tecnologia ou o conjunto em um “breadboard” começam a ser testados em conjunto após a validação do modelo de prova de conceito. Porém, os testes ocorrem em ambientes de laboratório.
Nessa etapa, a atuação de universidades e ICTs ainda é expressiva, mas algumas empresas começam a integrar esse estágio ao seu PDP (processo de desenvolvimento de produtos), especialmente nas fases conceituais de produtos que buscam inovação e diferenciação no mercado. Essas empresas realizam testes iniciais em laboratório ou simulação, voltados a aplicações e produtos específicos de seu portfólio.
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Após a validação da prova de conceito? No contexto da inovação e empreendedorismo, é comum usar o termo “prova de conceito” (POC – proof of concept) para descrever o teste de um protótipo, especialmente em contextos empresariais e de desenvolvimento de produtos. É típico de empresas que testam tecnologias / soluções de transformação digital desenvolvidas por startups para melhorar a excelência operacional de processos (tanto de manufatura como administrativos). Veja a seção “Prova de conceito, MVP e protótipo”. No entanto, no contexto do Technology Readiness Levels (TRL), a “prova de conceito” tipicamente se refere ao estágio TRL 3, onde a viabilidade do conceito é demonstrada, geralmente em um nível teórico ou experimental, mas não necessariamente com um protótipo completo. No TRL 3, a “prova de conceito” pode envolver modelos e simulações ou testes iniciais em laboratório, mas não é ainda o mesmo que um protótipo funcional, que surge nos TRLs posteriores. O protótipo mais desenvolvido aparece no TRL 4 e além, onde começa a integração de componentes em ambientes de teste mais controlados. |
TRL 5: Continuação do TRL 4, o “breadboard” passa por testes mais rigorosos, incluindo simulações em ambientes próximos do real.
A atuação da universidade nessa etapa em pesquisa científica já não é tão expressiva, mas ela tem atuação forte fornecendo consultoria às empresas para apoiar a elaboração de testes mais precisos nessa etapa. Em Engenharia de Sistemas teríamos os testes de Verificação de Sistema.
| A melhor tradução de “breadboard” seria protótipo experimental ou protótipo de teste. Esse termo refere-se a uma versão preliminar de um sistema ou componente que ainda está em fase de teste e desenvolvimento, antes de ser refinado para aplicações mais próximas da realidade. |
TRL 6: Um protótipo funcional ou modelo representativo é desenvolvido e testado em condições próximas ao ambiente operacional esperado. A demonstração do sistema ou subsistema ocorre em um ambiente “relevante’, ou seja, no solo ou espaço (para inovações aeroespaciais).
Podem ser envolvidos poucos clientes para fazer os primeiros testes no sistema (“Beta Testers”) a fim de coletar o seu feedback s e ajustar a tecnologia até chegar em TRL9.
TRL 7: O protótipo ou modelo funcional é demonstrado em um ambiente operacional real, como no espaço (no caso de tecnologia aeroespacial).
TRL 8: A tecnologia foi testada e qualificada para operação, pronta para ser integrada em sistemas tecnológicos existentes.
TRL 9: A tecnologia foi comprovada em uma missão de sucesso e está pronta para a implementação em larga escala.
| Existem algumas variações desses níveis: – o artigo da NASA (Manning, 2023) apresenta a descrição original dos níveis de maturidade; – o verbete da wikipedia compara as definições dos níveis da NASA com os da União Europeia; – o departamento de energia dos USA criou uma versão do TRL para a sua realidade. |
Finalidade dos TRLs
O principal propósito dos TRLs é auxiliar a gestão na tomada de decisões sobre o desenvolvimento e transição de tecnologias. Eles fornecem uma base consistente e uniforme para discutir a maturidade tecnológica em diferentes contextos.
Os TRLs permitem avaliar o progresso de uma tecnologia ao longo de sua trajetória de desenvolvimento, servindo como uma ferramenta de apoio à gestão de riscos e alocação de recursos em atividades de pesquisa e desenvolvimento (P&D).
Vantagens da aplicação dos TRLs
Entre as principais vantagens dos TRLs estão:
- Proporcionar uma compreensão comum e padronizada do status tecnológico.
- Apoiar a gestão de riscos, facilitando a identificação de áreas que precisam de mais desenvolvimento.
- Ajudar na tomada de decisões sobre financiamento e continuidade de projetos tecnológicos.
- Facilitar a transição de tecnologias entre diferentes fases do desenvolvimento até sua implementação
- Ser possível medir a evolução da tecnologia de forma paralela ao desenvolvimento de produtos..
| Um conceito importante na gestão do desenvolvimento de produtos é “separar” o processo de desenvolvimento de produtos (PDP) do processo de desenvolvimento de tecnologia (PDT): – O cliente do PDP sob encomenda é o cliente final (usuário do produto e outros stakeholders) – Os “clientes” do PDP para o mercado são os processos da cadeia de valor da empresa, que irão produzir, comercializar, entregar o produto para os clientes e depois dar assistência tecnologia, suporte etc. Ou seja, são os outros processos responsaveis por criar, entregar e recuperar valor – O “cliente” do PDT é o PDP. – Uma boa prática é gerar tecnologia para a “prateleira” de forma que ela possa ser empregada em vários produtos durante algum tempo. – Mas na inovação disruptiva ou mesmo radical, sincronizar o PDT com o PDP é essencial para não se correr o risco de lançar um produto que falhe no mercado. – “Esperar” que uma tecnologia alcance um nível de maturidade seguro (principalmente em tecnologias sensíveis que possam causar danos a pessoas e ao ambiente) torna um projeto de desenvolvimento de produtos muito demorado.
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Limitações dos TRLs
Embora amplamente utilizados, os TRLs apresentam algumas limitações:
- Maturidade tecnológica não significa necessariamente adequação ao contexto operacional específico.
- Um produto maduro pode ser mais ou menos adequado a um sistema específico em comparação com outro de menor maturidade.
- Fatores como a relevância do ambiente operacional e a compatibilidade arquitetural do sistema são muitas vezes negligenciados.
- O modelo TRL tende a desconsiderar fatores negativos ou de obsolescência, havendo propostas para incorporar esses aspectos nas avaliações.
- Uma tecnologia pode atingir um TRL mais alto que outras na empresa, mas isso não garante sua rentabilidade ou lucratividade. O TRL pode ser um critério para definir prioridades no portfólio de produtos, mas não deve ser o único fator considerado. Tecnologias com TRL mais elevados podem ser priorizadas para reduzir o risco de lançar produtos com tecnologias imaturas que podem falhar no mercado. Além disso, fatores econômicos e estratégicos também devem ser avaliados.
Qual nível de maturidade a tecnologia deve possuir no desenvolvimento de produtos?
Na próxima tabela comparamos fases gerais de alguns modelos de desenvolvimento de produtos.
Quadro 1221: comparação de fases de modelos de desenvolvimento de produtos
| O modelo de Cooper (2017) está em constante evolução. A empresa Stage-Gate © Inc. continua a desenvolver o modelo e na versão atual: – a fase de “Business case” foi incorporada na fase de “Design”, que inclui outras atividades e termina com um planejamento do desenvolvimento do produto. – a fase de “Test and validation” foi incorporada na fase de “Scale Up” |
Vamos analisar qual o nível de TRL apropriado para a fases de:
- System-level design / Embodiment design e
- Detail design / Projeto detalhado
No System-level design / Embodiment design, o conceito inicial do produto é transformado em um layout físico mais concreto. Durante essa fase, a arquitetura do produto é definida antes que os detalhes completos sejam abordados.
No design detalhado, teste, validação e refinamento, são determinadas as especificações completas de engenharia, materiais e processos de fabricação do produto (inclui os sistemas, subsistemas e componentes). Os protótipos funcionais são construídos e são realizados testes para identificar e corrigir problemas de design.
TRL no System-level design / Embodiment design
Espera-se que a tecnologia tenha atingido TRL 4 a TRL 5. Isso significa que a tecnologia já deve ter sido validada em um ambiente de laboratório ou em um ambiente controlado, e os principais componentes devem ter sido testados em conjunto. Níveis de maturidade nessa faixa indicam que a prova de conceito foi realizada e que a tecnologia está pronta para passar pela integração em um nível mais detalhado.
- TRL 4 (Validação em ambiente de laboratório): Nesta fase, os componentes-chave foram testados em conjunto, mas em um ambiente de laboratório. O risco de avançar para o desenvolvimento completo sem atingir esse nível é alto, pois a tecnologia pode não estar suficientemente madura para integração.
- TRL 5 (Validação em ambiente relevante): Este é o nível esperado antes de finalizar a arquitetura do produto. A tecnologia foi testada em um ambiente mais próximo da realidade, o que reduz o risco de falha ao integrar os componentes na arquitetura do produto.
Se a tecnologia não estiver pelo menos em TRL 5 antes de avançar para Embodiment Design, há um risco significativo de que o produto final seja comprometido, o que pode levar à paralisação no gate de decisão até que a tecnologia alcance a maturidade adequada.
| Leia mais na flexM4i sobre gate de projetos. |
TRL no design detalhado, teste, validação e refinamento
Para iniciar a fase de design detalhado, a tecnologia não precisa necessariamente estar em TRL 6 ou superior. Durante essa fase, onde a arquitetura do produto foi definida e testes de componentes principais em laboratório estão em andamento, a tecnologia pode estar em níveis inferiores, como TRL 4 ou 5.
No entanto, para avançar da fase de design detalhado para as fases subsequentes, como testes mais avançados e o lançamento do produto, é necessário que a tecnologia tenha amadurecido, geralmente atingindo pelo menos TRL 6 ou 7. Isso significa que durante o design detalhado, a tecnologia precisa continuar amadurecendo nos laboratórios e em ambientes relevantes para reduzir os riscos associados ao desenvolvimento do produto.
Para avançar para o lançamento do produto é necessário que a tecnologia tenha amadurecido atingindo pelo menos TRL 6 ou 7
Portanto, o TRL pode começar em um nível mais baixo no início do projeto detalhado, mas deve amadurecer durante essa fase para garantir que o desenvolvimento seja seguro e eficaz antes de prosseguir para os testes finais e produção.
| Em produtos complexos, com muitos itens, a fase de projeto detalhado é demorada, o que permite que a tecnologia possa evoluir paralelamente. |
Isso significa que a tecnologia deve ter sido demonstrada como um protótipo funcional ou modelo representativo, testado em condições reais ou relevantes ao seu uso final. O objetivo é que o sistema completo esteja operacional em um nível que permita a transição para a fabricação e produção.
- TRL 6 (Demonstração em ambiente relevante): A tecnologia já deve ter passado por testes de protótipo em um ambiente semelhante ao de operação real, com um protótipo totalmente funcional.
- TRL 7 (Demonstração em ambiente operacional real): Para produtos de alta sensibilidade, como equipamentos médicos e aeronáuticos, espera-se que a tecnologia esteja nesse nível antes que se inicie a produção piloto e o lançamento do produto.
Se a tecnologia não atingir TRL 6 ou superior nesta fase, o risco de falhas operacionais é alto, e o gate de decisão pode congelar o projeto até que a maturidade da tecnologia seja comprovada.
Lançar um produto com tecnologias em níveis inferiores a esses pode resultar em falhas graves, riscos de segurança e danos à reputação.
| Lembre que tecnologia é diferente de produto. Um produto é baseado em uma tecnologia. Esta seção trata do nível de maturidade da tecnologia (TRL). |
TRL e a gestão de portfólio
Mathews (2011) propõe 4 fases da gestão de portfólio:
- Fase 0 – Uma fase inicial opcional para realizar uma triagem preliminar. Nessa fase, são atribuídos atributos qualitativos aos conceitos candidatos, e podem ser coletadas informações contextuais e de categoria sobre os conceitos.
- Fase 1 – Coleta das informações quantitativas iniciais, utilizando estimativas de ordem de grandeza (rough order-of-magnitude, ROM) para cada um dos atributos.
- Fase 2 – Requer mais detalhes sobre os conceitos, utilizando valores de intervalo para os atributos e delineando explicitamente três cenários diferentes para cada conceito.
- Fase 3 – Formato para estimar fluxos de caixa anualizados para todos os cenários, sendo essas estimativas os primeiros elementos para a construção do business case do conceito.
O autor propõe a aplicação do TRL nas seguintes fases:
- Na Fase 1, o TRL é usado como uma referência para calcular a incerteza nas estimativas de custo (ROM). Níveis baixos de TRL (tecnologias imaturas) indicam maior incerteza, resultando em uma ampla variação entre os cenários pessimista e otimista. O TRL permite que engenheiros atribuam um nível de maturidade à tecnologia, e um algoritmo calcula essa variação com base em multiplicadores.
Na Fase 2, os valores dos cenários (pessimista, mais provável, otimista) são refinados. O analista pode aceitar os valores calculados na Fase 1 ou ajustá-los com dados adicionais, atualizando as estimativas baseadas no TRL conforme necessário.
Calculadoras de TRL
Se você procurar na web por “TRL calculators” irá encontrar diversas possibilidades de calcular o TRL Listamos a seguir algumas calculadoras que testamos:
- O MCTI do governo brasileiro disponibiliza uma calculadora TRL de escopo bem amplo.
- O Instituto de Aeronáutica e Espaço (ITA) criou uma calculadora TRL em Excel baseada na norma ABNT NBR ISO 16290:2015
Em uma busca na web você irá encontrar muitas versões de calculadoras. A descrição dos níveis de TLR variam às vezes para se adequar às características de setores específicos.
Referências
Cooper, R. G. (2017). Winning at New Products: Creating value through innovation. Basic Books. Hachette Book Group. New York.
Manning, C. G. (2023). Technology readiness levels. NASA. Disponível em: https://www.nasa.gov/directorates/somd/space-communications-navigation-program/technology-readiness-levels/ Recuperado em: 25 setembro 2024
Mathews, S. (2011). Innovation portfolio architecture – Part 2: Attribute selection and valuation. Research Technology Management, 54(5), 37–46. https://doi.org/10.5437/08956308X5405005
Pahl, Gerhard ; Beitz, Wolfgang; Feldhusen, Jörg; Grote, Karl-Heinrich (2007) Engineering Design: A Systematic Approach. Springer-Verlag London Limited
Rozenfeld, Henrique; Forcellini, Fernando Antônio; Amaral, Daniel Capaldo; Toledo, José Carlos de; Silva, Sérgio Luis; Alliprandini, Dário Henrique; Scalice, Régis Kovacs (2006). Gestão de desenvolvimento de produtos: uma referência para a melhoria do processo. São Paulo: Saraiva.
Ulrich, Karl T.; Eppinger, Steven D.; Yang, Maria (2019) Product Design and Development. 7th. ed. New York: McGraw Hill.
Wikipedia contributors. (2024, August 14). Technology readiness level. In Wikipedia, The Free Encyclopedia. Retrieved 16:17, September 25, 2024, from https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Technology_readiness_level&oldid=1240341242