装备研制可靠性工作项目风险评估综合模型

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1、装备研制可靠性工作项目风险评估综合模型装备研制可靠性工作项目风险评估综合模型杨敏1，褚恒之21. 北京航空航天大学经济管理学院，北京市，邮编 2. 北京航空航天大学经济管理学院，北京市，邮编 电子邮箱：摘要摘要：武器装备研制作为军事战略的重要组成部 分，对军队战斗力的形成有着十分重要的影响。 装备研制可靠性工程必须要用科学的方法来指导， 目的是能够确定正确的武器装备研制决策，为军 队提供坚实的物质技术基础。本文总结了关于风 险影响图分析问题的思想，综述了层次分析法的 优缺点，对装备研制可靠性工作项目风险评估作 了介绍。 关键词关键词：装备研制，可靠性工程，AHP，影响图1 引言引言项目风险评估

2、是指应用各种风险评估技术分 析项目的不确定性，其目的是评价风险的可能影 响。常用的风险分析方法有调查和专家打分法、 贝叶斯法、层次分析法、灵敏度分析法等1。装备 研制项目具有系统复杂、周期长、投入大、协作 面广、验收要求高等特点，存在着大量的风险因 素2。可靠性工作项目开展的好与坏直接影响到武 器装备的战备完好率和任务成功率，可靠性工作 项目的风险在整个武器装备项目风险中占有重要 的位置。然而，可靠性工作项目中的风险因素具 有数量多，因果关系复杂，具有多重相关性，重 要程度不同等特点，运用普通的风险评估方法难 以对其风险进行有效的评价。针对这些风险因素 的特殊性，运用层次分析法与影响图相结合的

3、综 合方法可以进行有效的风险评估。2 风险影响图的基本概念风险影响图的基本概念2.1 节点介绍节点介绍 风险因子节点，表征风险因子节点的机会节 点，它储存了风险因子的各种状态信息与相应的 概率分布，在影响图中有圆形表示。风险因子是 随机变量，它直接由机会节点来描述。在可靠性工作项目中，风险因子是指影响到可靠性工作项 目进行的因素，比如：预测能力这一基本风险因 子存在着预测精确、预测错误等几种状态，各种 状态都有其发生的概率。这些信息都储存在预测 能力风险因子节点上。 决策结点，表示决策变量，在影响图中用方 块表示。决策结点代表一个连续变量或一组离散 的可行方案，只储存了方案信息即方案集。在可

4、靠性工作项目中，决策节点表示在项目进行过程 中负责人可选择的方案。 风险节点，表征风险因子所导致的后果，在 影响图中用椭圆表示。风险节点上储存了风险事 件的概率与后果信息。在可靠性工作项目中，风 险节点表示的风险因子可能引起的后果，包括技 术风险、管理风险、环境风险等， 价值结点，代表了所研究问题目标函数，表 示决策者要极大化的效用期望值，在影响图中用 菱形或六角形表示。在可靠性工作项目中，价值 节点表示可靠性工作项目风险价值，通过设定基 准，通过实际价值与基准价值的比较判定整个可 靠性工作项目是否可行。32.2 节点间数学关系节点间数学关系4 （1）风险因子之间的概率应对关系 存在有向弧连接

5、的风险因子结点之间具有关 联关系，主要体现了结点之间的概率关系。如果 影响图是依据因果关系构建的，关联关系描述了 机会结点的直接前序结点 C(x)与机会结点 x 的因 果关系。考虑因果关系的随机观点，特定的条件 概率事件。事件 yi发生的概率依靠事件 xj或 xk之 一发生为条件：PrY=yi|X=xjPrY=yi|X=xk，对所有 i，j，kj（1） 由于存在不确定性，即在给定 C(x)取值条件 下，x 的取值并不唯一。也就是说，不存在从 C(x)到 x 的单一映射关系。因此使用概率描述 C(x)与 x 之间因果关系的不确定性。 gxi,Cj(x)=Prx=xi|C(x)= Cj(x) （2

6、） 其中，gxi,Cj(x)表示 C(x)和 x 之间的因果关 系，xi和 Cj(x)分别为 x 和 C(x)的具体取值，表明 在 Cj(x)条件下，C(x)导致 x 的取值为 xi的可能性。（2）风险因子节点到风险节点的应对关系 根据可靠性工程项目影响图定义的有关知识， 风险结点的映射是效用函数，是风险结点的前序 结点的函数。风险因子结点和风险结点之间的关 联弧表明了数值对应关系。在不包含决策结点的 影响图中，风险结点的效用函数反映了风险因子 结点和风险结点之间的关系。 V=U(P(v),W)= P(v)* W （3） 其中，U 是风险结点的效用函数，P(v)是风险 结点 v 的直接前序结点

7、，W 是风险节点 v 的直接 前序节点的权重，是通过层次分析法得到的，由 于不含有决策结点，P(v)C。 令 x= P(v)，y=W 则上式表示为 V=U(x,y)，对 于给定的 x，y 值，均有一个确定的 V 值与之对应。（3）决策节点到风险因子节点的应对关系 决策结点指向风险因子结点的有向弧为影响 弧，表明风险因子结点的取值受到了决策的影响。 由于存在影响弧，风险因子结点 x 的直接前序结 点 C(x)中不仅有风险因子结点，还包括决策结点。 决策结点的取值对风险因子结点的取值造成影响， 且这种影响具有不确定性。因此，决策结点到风 险因子结点体现了概率对应关系。 若无其他前序结点，令 C(x

8、)=d，则 gxi,Cj(x)=Prx=xi|d= dj （4） 即在决策结点 d 采用决策 dj时，x 取 xi的概率 表示了 d 与 x 之间的影响关系。 若有其他前序结点，令 C(x)=(y,d)，其中yC，dD，则 gxi,Cj(x)=Prx=xi|y=yk,d= dj （5） 即在决策结点 d 采用决策 dj，且其他前序结点 y 取值为 yk时，x 取 xi的概率表示了 y，d 与 x 之间的影响关系。 （4）风险因子节点到决策节点的应对关系 由风险因子结点指向决策结点的有向弧是信 息弧，表明在做出决策之前，已经掌握了决策结 点前序的有关风险因子结点的取值，从而可以针 对不同取值采取

9、不同的决策。信息弧体现了风险 因子结点到决策结点的数值对应关系。 用下式表示一个简单的决策过程 Y=S(X) （6） 其中，S 为决策过程，X 为决策条件，Y 为决 策结果。 对于决策结点 d，存在直接前序风险因子结点 构成其决策条件，令 x=C(d)，且 xC，针对决策 条件所表达的不同局势 xi，通过决策过程 S 均有决 策 dj应对。 dj= S(xi) （7） 由于 dj是根据 xi做出的，可以认为是对 x 的 一种映射，表现了数值对应关系。 （5）风险节点到最终风险价值节点的应对关系 风险节点到最终风险价值节点的过程表明分 量向总量合成。风险节点的价值量通过滚动当量 合成法合成最终风

10、险总量。 用下式表示一个简单的合成过程V=f(V1, Vn) （8）3 基于基于 AHP 和影响图的综合评估模型和影响图的综合评估模型3.1 风险因子的定性分析风险因子的定性分析 风险因子的定性分析不仅包含了以可靠性工 程风险因子的因果关系链上的有关内容，而且包 含了与可靠性工程初始风险路径图构造的内容。 具体步骤如下： （1） 、通过与专家和相关管理人员代表的面 访等沟通活动以及对历史数据资料的分析，根据 可靠性工程项目进行过程决定因素进行列举和分 析，确定可靠性工程风险因子。将这些风险因子 进行分级，归纳生成风险事件。 （2） 、在确定可能的风险因子后，针对可靠 性工程风险因子相互之间的影

11、响关系，设计因果 关系假设。（3） 、根据定性分析得到的风险因子和其相 互之间的关系构造初始风险路径图。3.2 风险因子的重要程度数据调查风险因子的重要程度数据调查 根据定性分析得到的风险因子及相应的因果 关系假设，设计关于可靠性工程风险因子重要程 度的调查问卷。由于需要运用层次分析法对定性 分析产生的影响因子进行评价，计算过程中需要 构造判断矩阵，所以定性风险因子的专家评分是 调查问卷的重要内容，希望得到因子相对重要程 度方面的数据，重要思路是对本层两因子相对于 上级某因子的重要程度以 1-10 分进行评分。以下 是问卷样版：表表 1 风险因子的重要程度数据调查问卷样板风险因子的重要程度数据

12、调查问卷样板可靠性要求风险决策能力预测能力工程经验项目裁剪计划组织落实决策能力预测能力工程经验项目剪裁计划组织落实注：按照相对重要程度由 1-10 分打分，其中 1 分为最不重要，5 分为相等，10 分为最重要。其 中纵列为基本因子，横列为比较因子。3.3 层次分析法的计算分析层次分析法的计算分析 根据调查得到的样本数据，针对第一阶段分 析的因果关系假设，通过构造判断矩阵、层次排 序进行计算，并且进行一致性检验。根据计算结 果验证因果关系假设，从可能的风险因子中去除 影响权重较小的因子，保证因果关系链的有效性。 如果计算结果表明因果关系假设并不成立，则需 要重新进行因素的分析和数据调查5- 6

13、。具体步骤如下： （1）构造判断矩阵。 根据问卷调查数据构造判断矩阵。 1）将各问卷相应权重相加再除以问卷的分数，求得平均权重； ija2）采用传统层次分析法中 1-9 标量化法的方 法对平均权重进行标量化处理：；时，当；时，当；时，当9105 . 98125 . 1915 . 11 ijijijijijijaaaaaaLL（9） 3）根据标量化的相对权重构造判断矩阵。表表 2 层次分析判断矩阵层次分析判断矩阵GA1A2A3A1a11 an1 A2A3 Ana1n ann 其中，G 表示上层某风险因子，An表示本层 某风险因子。 （2）层次单排序。 本文拟采用特征根法求解。求解判断矩阵的 最大

14、特征根，最大特征根对应的特征向量就是权 重向量。矩阵 A 的特征方程为：WAW（10）其中，为矩阵 A 的特征值；W 为特征值入 对应的特征向量，通过以下公式：0IA（11）求解方程即可得出矩阵 A 的特征值。将最大 特征值代回特征方程，可以求出矩阵 A 的特max 征向量 W，从而求出矩阵 A 中各元素的相对大小 (即相对重要程度)。 （3）风险判断矩阵的一致性检查 一致性是指人们判断思维的逻辑一致性。在 计算出单准则下排序向量时，还需要进行一致性 检验。因为在构造判断矩阵时并不要求判断具有 一致性的要求。但是判断矩阵既然是计算排序权 向量的根据，那么要求判断矩阵有大体上的一致 性是应该的。

15、当判断矩阵偏离一致性过大时，判 断矩阵的可靠程度也就值得怀疑了。（4）层次总排序及一致性检验 层次总排序就是计算各层元素对目标层的合 成权重。合成权重的计算要自上而下，将层次单 排序的结果进行合成。假定已经算出第 k-1 层上个元素相对于总1kn 目标的排序权重向量第 k 层上个元素对)1( kwkn 第 k-1 层上第 j 个元素的层次单排序权重向量为 ，那么第 k 层上元素对总目Tk njk jk jk jpppp),()()( 2)( 1)(L 标的合成排序向量可以由下式给出：)1(11)()(k jkjk ijk iwpw（12） 第二层上元素对总目标的排序向量实际上就 是单准则下的排序向量。而后要进行整体一致性 检验。 （5）风险因子的选择 为了简化影响图模型的建立，根据层次分析 法得到各个风险因子的权重，设定一个标准值， 权重大于标准值的风险因子将被用作影响图的基 础节点。3.4 改进方案设计改进方案设计 通常，可靠性工程风险控制的可能方向不只 一个，而且同一方向的改进活动的方式也有不同。 在人力、物力、财力等方面存在限制时，需要选 择一种到几种改进活动实施。为了保障改进活动 的顺利实施，需要进行改进方案的设计，从改进 的原因、目标、方法、费用、效果等方面进行详 细