Technology readiness levels
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Autoria: Henrique Rozenfeld (roz@usp.br)
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
Baseado na proposta da NASA.
- 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 princípio básicos são observados e reportados.
- 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.
- 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.
- 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.
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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 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).
- 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 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.
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.
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, a tecnologia pode estar em níveis inferiores, como TRL 4 ou 5, onde a arquitetura do produto foi definida e testes de componentes principais em laboratório estão em andamento.
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.
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.
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, respondendo a algumas questões. 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