潛艇作戰系統試驗項目技術風險灰色綜合評估*

吳 磊 曲 豐

(91388部隊92分隊 湛江 524022)

潛艇作戰系統試驗項目技術風險灰色綜合評估*

吳 磊 曲 豐

(91388部隊92分隊 湛江 524022)

技術風險識別、評估和控制是潛艇作戰系統試驗項目風險管理的重要組成部分,貫穿于試驗的整個過程。通過對潛艇作戰系統試驗項目技術風險因素進行識別,建立了評估指標體系,運用灰色綜合評價法對潛艇作戰系統試驗項目技術風險進行了評估,并給出了計算示例,對潛艇作戰系統試驗項目風險管理具有一定的意義。

潛艇作戰系統; 技術風險; 灰色層次分析法

Class Number E925.66

1 引言

隨著各種高新技術的廣泛應用、信息化程度的逐步提高,潛艇作戰系統組成結構俞加復雜,其試驗項目內容繁多、規模龐大、實施周期長,技術風險管理在潛艇作戰系統試驗項目風險管理中的地位顯得越來越重要。試驗項目技術風險是裝備試驗技術達不到要求,致使試驗與鑒定達不到預期目標的風險[1]。一般來說,技術風險是由于提出更高的性能水平的新系統要求而產生的,取決于技術的復雜度和成熟度、科研儲備力量、研究和生產人員的素質以及科研管理水平[2]。試驗項目技術風險影響因素廣,各種不確定因素多,管理難度高,給技術風險的識別、分析和評估帶來很大的困難。試驗項目技術風險評估不僅與其組成結構復雜程度和不確定的影響因素有關,還與所采用的評估方法是否科學有關,評估方法有很多種,風險矩陣法(Risk Matrix Method,RMM)[3]、風險因子評價法(Risk Factor Evaluation Method,RFEM)[4～5]等,這些方法有各自的優勢和局限性[6]。其中灰色評價法,克服了使用最大隸屬度原則時僅僅考慮最大隸屬度而丟失信息較多,甚至會得出反常結論的缺點[7],是對多種因素影響的事物作出全面評價的一種十分有效的決策評估方法,適用于評價指標為數值的評價。

2 潛艇作戰系統試驗項目技術風險評估指標體系

影響潛艇作戰系統試驗項目技術風險的因素較多,影響方式復雜多變。一是受試驗技術準備充分性、試驗技術保障性、試驗人員操作規范性及試驗環境條件的多變性等等因素影響,無論是這些因素的單因素作用,還是多因素交互作用,尤其是復雜環境條件的不確定性,使得技術風險不易控制。二是潛艇作戰系統是一個龐大的系統,各單機、子系統所采用的新技術多,其被試品技術復雜性、技術狀態穩定性、可測試性以及各子系統技術風險相互之間的關聯性、傳遞性等因素,都會直接影響整個試驗項目的技術風險。三是試驗人員試驗鑒定的職能意識強弱、試驗邏輯關系把握、被試品技術狀態熟悉程度、試驗技術操作規范與否,以及試驗大綱制定的完備性、產品技術準備嚴謹性、試驗實施方法科學合理性、試驗數據采集真實性和有效性、結果分析評定正確性和準確性,都會直接或間接地影響試驗結果的可信性。常用的風險因素識別方法有樹狀分析法、仿真建模法、專家分析法等,近年來有學者又提出了新的方法,如Carr等提出了基于分類的風險辨識方法(Taxonomy-based Risk Identification)[8]。樹狀分析法是一種演繹的邏輯分析方法,可以形象的表達出潛艇作戰系統試驗的層次關系,有助于弄清楚試驗過程中的主要風險因素的因果關系。在對試驗項目系統構建以及試驗項目技術風險主要因素分析的基礎上,筆者認為潛艇作戰系統試驗項目技術風險主要有技術復雜性、技術保障性、技術準備充分性、技術操作規范性四個方面。在咨詢相關專家的基礎上[9],建立評估指標體系如圖1所示。

圖1 潛艇作戰系統試驗項目技術風險評估指標體系

3 灰色綜合評價法評估模型

根據潛艇作戰系統試驗項目技術風險評估指標體系建立二級評價指標集。潛艇作戰系統試驗項目技術風險因素有m個組成一級評價指標集U={U1,U2,…,Um}。Ui的技術風險因素有n個,構成二級評價指標集Ui={Ui1,Ui2,…,Uin}。

3.1 建立評價樣本矩陣

根據潛艇作戰系統試驗項目技術風險值大小,建立評語集,設其有五個評價等級,即V={v1,v2,v3,v4,v5}為評語集。v1為高風險、v2較高風險、v3中等風險、v4較低風險、v5為低風險,相應分值為V={v1,v2,v3,v4,v5}={90,70,50,30,10},如果風險等級為低風險或較低風險,試驗基本可行;如果風險等級為中等風險的試驗項目不宜全面展開,只能開展單項試驗和技術攻關;如果風險等級為較高風險或高風險,說明試驗項目的許多要求大大脫離現實情況,試驗項目技術風險很高,近期內不應展開。采用專家打分法,邀請q個專家根據評語集對二級指標因素Uij進行打分,所有得分為dijq,根據專家評估結果建立專家評分矩陣[10]:

(1)

3.2 計算灰色評估矩陣

評估灰類是一個可供比較的類別或概念,具有模糊性和不確定性,灰數是指一個大概的范圍,不知其確切值,記為?[7]。根據評價等級低、較低、中等、較高、高,確定評價灰類為五類,評價灰類序號集為e={1,2,3,4,5},按灰類給各定性指標做白化函數。

第一灰類“高”(e=1),灰數?1∈[70,90,100],白化權函數為

(2)

第二灰類“較高”(e=2),灰數?2∈[50,70,90],白化權函數為

(3)

第三灰類“中等”(e=3),灰數?3∈[30,50,70],白化權函數為

(4)

第四灰類“較低”(e=4),灰數?4∈[10,30,50],白化權函數為

(5)

第五灰類“低”(e=5),灰數?4∈[0,10,30],白化權函數為

(6)

式中灰數表示指標x對應的等級,灰數中的數值分別表示評分可能分布的區間,中間數值表示屬于該灰類的最佳評分值。對評估指標Uij,屬于第e個灰類的灰色評估系數為cije,總灰色評估系數為cij,計算公式如下:

(7)

(8)

主張技術風險屬于第e個灰類的灰色評估權記為rije

(9)

評估指標Uij對于各灰類的灰色評估權向量rij

rij=(rij1,rij2,…,rije)

由評估指標Uij對于各灰類的灰色評估權向量rij組成灰色評估矩陣Ri。

3.3 計算評估指標權重系數

評估指標權重系數為各風險因素指標對評價等級的隸屬關系。確定風險權重的方法有很多種,本文采用層次分析法確定權重系數。引入1～9比較度,逐一將下一層因素指標對上一次層因素指標兩兩比較[9],建立判斷矩陣A,計算最大特征值λ及特征向量,歸一化處理后得到權重向量w,進行一致性檢驗,一致性比率CR為

其中CI=λ-n,RI為隨機一致性指標見表1,若CR<0.1,則認為判斷矩陣A的不一致度在容許范圍內,可用特征向量作為權重向量。否則,要重新比較,調整判斷矩陣[11]。

表1 隨機一致性指標RI的數值

3.4 灰色綜合評估

由層次分析法求得風險因素指標Uij的權重為wi,且wi1+wi2+…win=1。對風險因素指標Uij進行灰色綜合評估得到

Bi=wiRi

(10)

由Bi組成總指標U的灰色評估矩陣R

(11)

權重向量w可得到目標評判向量B=wR,歸一化處理后,由相應分值為V=={90,70,50,30,10}求出最終灰色綜合評價值E

E=BVT

根據評語集,由最終評價值確定潛艇作戰系統試驗項目技術風險等級。

4 算例分析

假設在潛艇作戰系統試驗項目中,邀請相關專家五人對二級風險因素指標打分,得到評分結果如表2所示。

表2 專家對二級風險因素指標打分結果

由式(1)～式(9)求出灰色評估矩陣為

由層次分析法求因素指標權重向量,篇幅所限,以為例,通過兩兩比較建立判斷矩陣為

計算最大特征值λ=4.0435,所對應的征向量歸一化處理后得到權重向量W1=(0.08 0.2 0.52 0.2),進行一致性檢驗,一致性比率CR=0.0483。同理求得

W=(0.47 0.13 0.3 0.1)

W2=(0.18 0.18 0.11 0.53)

W3=(0.07 0.47 0.15 0.31)

W4=(0.1 0.16 0.46 0.28)

由式(10)、式(11)得到灰色判斷矩陣R

由B=wR,并歸一化處理后得到最終的評判向量

B=(0.01 0.42 0.51 0.06 0)

由E=BVT得出最終分值

E=57.6

因此,可認為該潛艇作戰系統試驗項目技術風險等級屬于中等風險。

5 結語

本文針對潛艇作戰系統試驗的特點,建立了潛艇作戰系統試驗項目技術風險評估指標體系,運用層次分析法求出指標權重,運用灰色綜合評價法對潛艇作戰系統試驗項目技術風險進行了綜合評估。評估的重點在于技術風險影響因素的識別和各項權重向量的確定,灰色評估矩陣取決于專家組的組成規模和專家的知識水平結構,組成規模越大,結構越合理,評判結果越符合實際情況。文中的應用算例表明,該方法能夠有效評估潛艇作戰系統試驗項目的技術風險。在綜合評估潛艇作戰系統試驗項目技術風險的基礎上,制定科學合理的風險預案,進行風險控制與規避,必將大大降低試驗風險確保試驗安全。

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Gray Integrated Evaluation of Technical Risk for Submarine Combat System Test Project

WU Lei QU Feng

(Unit 92, No. 91388 Troops of PLA, Zhanjiang 524022)

Technical risk identification, assessment and control is one of the most important parts of the submarine combat system test project risk management, and runs through the entire process test. Evaluation index system is established by identifying factors of the submarine combat system test project technical risk, using the grey comprehensive evaluation for submarine combat system test project technical risk assessment and the calculating example is given to prove that it has a certain significance to the risk management of submarine combat system test project.

submarine combat system, technical risk, grey hierarchy analysis

2014年4月15日,

2014年5月27日

吳磊,男,助理工程師,研究方向:為武器系統工程、水下裝備試驗技術。曲豐,男,助理工程師,研究方向:兵器工程、水下航行器作戰系統總體。

E925.66

10.3969/j.issn1672-9730.2014.10.036