基于模糊理論的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法

趙 遠(yuǎn)，焦 健，趙廷弟

（北京航空航天大學(xué)可靠性與系統(tǒng)工程學(xué)院，北京100191）

基于模糊理論的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法

趙 遠(yuǎn)，焦 健，趙廷弟

（北京航空航天大學(xué)可靠性與系統(tǒng)工程學(xué)院，北京100191）

針對(duì)傳統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)過(guò)程中無(wú)法綜合多人的評(píng)價(jià)結(jié)果、風(fēng)險(xiǎn)之間難以排序等問(wèn)題，提出了一種基于模糊理論的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法。建立模糊風(fēng)險(xiǎn)矩陣，把可能性和嚴(yán)酷度放在同一尺度下討論，引入層次分析法核心理念確定可能性和嚴(yán)酷度對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的影響權(quán)重，綜合多人對(duì)可能性和嚴(yán)酷度的評(píng)價(jià)結(jié)果，通過(guò)確定的可能性和嚴(yán)酷度對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的影響權(quán)重以及綜合的評(píng)價(jià)結(jié)果得到風(fēng)險(xiǎn)值。以飛行控制系統(tǒng)中的具體危險(xiǎn)為例采用該方法進(jìn)行評(píng)價(jià)。通過(guò)該方法確定的不同危險(xiǎn)的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)可進(jìn)行詳細(xì)的風(fēng)險(xiǎn)排序，支持風(fēng)險(xiǎn)決策，驗(yàn)證了該方法的工程實(shí)用性和有效性。該方法能夠更客觀地評(píng)價(jià)危險(xiǎn)，為危險(xiǎn)的預(yù)防措施制定和管理決策提供依據(jù)。

安全；風(fēng)險(xiǎn)；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)；模糊理論；決策

0 引 言

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是對(duì)危險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估的過(guò)程，為危險(xiǎn)的預(yù)防措施制定和管理決策提供科學(xué)依據(jù)。在開(kāi)展安全性工作過(guò)程中，識(shí)別到的危險(xiǎn)必須通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)來(lái)確定風(fēng)險(xiǎn)。經(jīng)過(guò)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和改進(jìn)措施的迭代，使得人身傷害或財(cái)產(chǎn)損失的風(fēng)險(xiǎn)保持在可接受的水平，系統(tǒng)處于相當(dāng)安全的狀態(tài)。

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法直接影響對(duì)危險(xiǎn)的判定，風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)結(jié)果不但影響系統(tǒng)的安全而且還直接關(guān)系到后續(xù)決策的制定和安全性工作的開(kāi)展。對(duì)危險(xiǎn)相對(duì)客觀準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)對(duì)安全性工作的開(kāi)展有著重要的意義。

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是從危險(xiǎn)的兩個(gè)方面展開(kāi)：危險(xiǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)槭鹿实目赡苄砸约皫?lái)?yè)p失的嚴(yán)酷度。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估矩陣是進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的工具［1－3］，有多種類型的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估矩陣。在GJB900中介紹了2種風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估矩陣［1］，在GEIA-STD－0010中介紹了5種風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估矩陣［2］。在GJB／Z 99－97中介紹了總風(fēng)險(xiǎn)暴露指數(shù)方法［4］，危險(xiǎn)的總風(fēng)險(xiǎn)暴露指數(shù)可由嚴(yán)重性指數(shù)和暴露指數(shù)相加得到。但是，在型號(hào)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)過(guò)程中遇到了幾個(gè)問(wèn)題：風(fēng)險(xiǎn)之間無(wú)法充分比較大小、無(wú)法考慮到可能性與嚴(yán)酷度相對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)的影響權(quán)重和無(wú)法綜合多人的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果。

針對(duì)上述在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)過(guò)程中遇到的問(wèn)題，本文提出了一種基于模糊理論的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法，以考慮危險(xiǎn)的嚴(yán)酷度和可能性對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的影響權(quán)重，綜合多人對(duì)危險(xiǎn)的綜合評(píng)價(jià)，并且將不同的風(fēng)險(xiǎn)能夠以圖形化的形式對(duì)比排序。最后，以飛行控制系統(tǒng)中的具體危險(xiǎn)為例，應(yīng)用該評(píng)價(jià)方法進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，并且將評(píng)價(jià)結(jié)果與傳統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，驗(yàn)證了該方法在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估過(guò)程中的有效性和實(shí)用性。

1 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中存在的問(wèn)題

在實(shí)際型號(hào)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)過(guò)程中，遇到了以下3個(gè)問(wèn)題。

在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)過(guò)程中，不同風(fēng)險(xiǎn)之間無(wú)法充分比較大小。以GJB900中的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)矩陣［1］為例，通過(guò)發(fā)生可能性和后果嚴(yán)酷度的組合，共有20種風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，它們又被進(jìn)一步劃分為4個(gè)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，處于同一等級(jí)中的風(fēng)險(xiǎn)通常采用相同的處理策略。但在實(shí)際工作中，同一等級(jí)中的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的風(fēng)險(xiǎn)水平并不相同。例如，1D、2D、2C、3B和3C同屬于第二類風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，但是2C的風(fēng)險(xiǎn)水平顯然高于2D和3C。這種將它們視為同等風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的方式導(dǎo)致了難以有效地分配資源來(lái)消除或控制風(fēng)險(xiǎn)水平較高的危險(xiǎn)。并且，即使屬于同一風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的不同風(fēng)險(xiǎn)也往往存在差異。以飛機(jī)為例，在設(shè)計(jì)中通常要評(píng)價(jià)成百上千多個(gè)危險(xiǎn)。由于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)矩陣中只有20個(gè)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，因此必然會(huì)有眾多風(fēng)險(xiǎn)水平不同的危險(xiǎn)屬于相同的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)。按照現(xiàn)有評(píng)價(jià)原則，認(rèn)為它們的風(fēng)險(xiǎn)水平完全相同，分配同等的資源來(lái)消除或控制風(fēng)險(xiǎn)。為合理地分配資源來(lái)消除或控制風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)該對(duì)其區(qū)別對(duì)待。

在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估過(guò)程中，對(duì)嚴(yán)酷度和可能性評(píng)價(jià)存在分歧時(shí)，無(wú)法綜合多人的評(píng)價(jià)結(jié)果。例如，在飛行控制系統(tǒng)的“預(yù)選航向保持功能意外使用或無(wú)法終止”危險(xiǎn)的評(píng)價(jià)過(guò)程中，對(duì)其嚴(yán)酷度的評(píng)價(jià)有兩種不同的結(jié)果。一個(gè)結(jié)果是對(duì)于飛機(jī)層，無(wú)法人工控制航向，飛機(jī)的飛行品質(zhì)將會(huì)顯著的下降；對(duì)于機(jī)組人員，將會(huì)顯著的增加機(jī)組工作負(fù)擔(dān)，可能會(huì)導(dǎo)致任務(wù)延誤或無(wú)法完成預(yù)期任務(wù)；該危險(xiǎn)的嚴(yán)酷度等級(jí)是III類。另一個(gè)結(jié)果是對(duì)于飛機(jī)層，無(wú)法人工控制航向，將會(huì)對(duì)飛行安全產(chǎn)生極大的影響，可能導(dǎo)致飛機(jī)與障礙物相撞而墜毀；對(duì)于機(jī)組人員，可能造成機(jī)毀人亡的災(zāi)難性事故；該危險(xiǎn)的嚴(yán)酷度等級(jí)是I類。對(duì)于不同嚴(yán)酷度的危險(xiǎn)通常的決策和要求也是不相同的。對(duì)于III類危險(xiǎn)，安全性要求是發(fā)生的可能性小于10－5／飛行小時(shí)；對(duì)于I類危險(xiǎn)，安全性要求是發(fā)生的可能性小于10－9／飛行小時(shí)。應(yīng)綜合考慮危險(xiǎn)嚴(yán)酷度和可能性的不同評(píng)價(jià)結(jié)果，以得到相對(duì)更客觀的風(fēng)險(xiǎn)結(jié)果，對(duì)危險(xiǎn)采取恰當(dāng)?shù)拇胧?/p>

傳統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)過(guò)程中，分別考慮嚴(yán)酷度和可能性的評(píng)價(jià)結(jié)果，將它們視為平等地影響風(fēng)險(xiǎn)。事實(shí)上，不同危險(xiǎn)的可能性和嚴(yán)酷度對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的影響不同。對(duì)于一些危險(xiǎn)，從降低可能性方面要比從降低嚴(yán)酷度方面更容易且有效，對(duì)于有的危險(xiǎn)正好相反，而對(duì)于某些危險(xiǎn)從可能性和嚴(yán)酷度兩方面相差不大。可能性和嚴(yán)酷度對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的影響權(quán)重不同，例如，“直升機(jī)在飛行階段發(fā)動(dòng)機(jī)空中停車”危險(xiǎn)。發(fā)動(dòng)機(jī)為飛機(jī)提供動(dòng)力，并且為燃油系統(tǒng)提供氣源、為電源裝置提供驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源等。發(fā)動(dòng)機(jī)空中停車，就會(huì)造成的后果，無(wú)法通過(guò)設(shè)計(jì)來(lái)降低嚴(yán)酷度，但可以通過(guò)冗余或增加預(yù)防措施來(lái)降低可能性。因此，在評(píng)估該危險(xiǎn)過(guò)程中，可能性相對(duì)于嚴(yán)酷度，更多地影響風(fēng)險(xiǎn)的高低。在應(yīng)用現(xiàn)有風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)矩陣過(guò)程中，無(wú)法針對(duì)具體危險(xiǎn)的特點(diǎn)，考慮到可能性與嚴(yán)酷度相對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)的影響權(quán)重。

2 模糊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法

2.1 理論基礎(chǔ)

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)過(guò)程中，對(duì)嚴(yán)酷度和可能性的評(píng)價(jià)具有一定模糊性。人對(duì)于概念的認(rèn)知存在模糊性，通常是內(nèi)涵清楚而外延模糊，因此很難對(duì)危險(xiǎn)事件發(fā)生的概率及其影響給出明確的量化判斷，評(píng)價(jià)過(guò)程中經(jīng)常包含語(yǔ)意模棱兩可、不確定和含糊的信息，而這些通常不能夠用明確數(shù)值來(lái)處理。這也就使得傳統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果之間無(wú)法充分地比較大小，同時(shí)也就使得無(wú)法綜合多人的評(píng)價(jià)結(jié)果。模糊集理論能夠處理這種模糊性，該理論的提出主要是為了表述對(duì)象外延的不確定性和模糊性，并且建立有效地處理不精確問(wèn)題的工具［5］。在認(rèn)識(shí)模糊性時(shí)，是允許有主觀性的，即每個(gè)人對(duì)模糊事物的界限不完全一樣，承認(rèn)一定的主觀性是認(rèn)識(shí)模糊性的一個(gè)特點(diǎn)。本文通過(guò)模糊集理論建立風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法以使得風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)能夠綜合多人的評(píng)價(jià)結(jié)果，而且同一等級(jí)的風(fēng)險(xiǎn)之間能夠進(jìn)一步進(jìn)行排序。

文獻(xiàn)［6］應(yīng)用模糊集理論對(duì)工廠的安全性進(jìn)行評(píng)價(jià)，建立了“安全的”、“有害的”、“可接受的”、“不可接受的”的模糊集。模糊理論已經(jīng)應(yīng)用于嚴(yán)酷度和可能性的評(píng)價(jià)中。在多個(gè)文獻(xiàn)中都提出了應(yīng)用模糊集理論建立可能性和嚴(yán)酷度等級(jí)的隸屬度函數(shù)［7－10］。文獻(xiàn)［11］建立了基于模糊理論的FMEA分析技術(shù)和專家評(píng)價(jià)系統(tǒng)原型。文獻(xiàn)［12－13］分別將模糊理論應(yīng)用到FMEA中，建立了故障的嚴(yán)酷度和可能性的隸屬度函數(shù)，并構(gòu)建了模糊風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先數(shù)。文獻(xiàn)［14］提出了一種構(gòu)建模糊風(fēng)險(xiǎn)矩陣的方法，該方法是將傳統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估矩陣中的可能性（嚴(yán)酷度）的等級(jí)轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的隸屬度函數(shù)，來(lái)構(gòu)建模糊風(fēng)險(xiǎn)矩陣。本文在定義嚴(yán)酷度和可能性的隸屬度函數(shù)的基礎(chǔ)上，提出基于模糊理論的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法。

由Saaty提出的層次分析法（analytic hierarchy process，AHP）是用來(lái)解決在多準(zhǔn)則決策問(wèn)題中如何確定一組因素的相對(duì)重要度［15－17］。該方法使得用定量準(zhǔn)則來(lái)判斷無(wú)形的定性因素成為可能［18］。文獻(xiàn)［19］通過(guò)模糊層次法確定安全因素的權(quán)重。本文中采用層次分析法理論中的成對(duì)比較方式來(lái)確定嚴(yán)酷度和可能性對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)的影響權(quán)重。

2.2 模糊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法

本文提出的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法能夠考慮可能性和嚴(yán)酷對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的影響權(quán)重，并且綜合多人的評(píng)價(jià)結(jié)果。首先，定義了模糊風(fēng)險(xiǎn)矩陣，把可能性和嚴(yán)酷度放在同一尺度下討論。其次，采用AHP理論中的成對(duì)比較的方式確定可能性和嚴(yán)酷度對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的影響權(quán)重。再其次，依據(jù)模糊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)矩陣，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)小組人員對(duì)危險(xiǎn)的可能性和嚴(yán)酷度進(jìn)行評(píng)價(jià)，并進(jìn)一步綜合不同的評(píng)價(jià)結(jié)果。最后，通過(guò)確定的可能性和嚴(yán)酷度對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的影響權(quán)重以及綜合的評(píng)價(jià)結(jié)果計(jì)算危險(xiǎn)的風(fēng)險(xiǎn)值。基于模糊理論的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法原理如圖1所示。

圖1 基于模糊理論的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法原理

該風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法由以下步驟組成：

（1）定義模糊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估矩陣

為了綜合可能性和嚴(yán)酷度，本文采用模糊風(fēng)險(xiǎn)矩陣來(lái)將嚴(yán)酷度和可能性放在同一尺度下討論。

定義1 記M＝（a，b，c，d），其中a≤b≤c≤d，有相應(yīng)的隸屬度函數(shù)

與其對(duì)應(yīng)，稱M為梯形模糊數(shù)。假設(shè)梯形模糊數(shù)A＝（a1，a2，a3，a4）和B＝（b1，b2，b3，b4），其相應(yīng)的運(yùn)算定義［20］如下：

（1）A＋B＝（a1＋b1，a2＋b2，a3＋b3，a4＋b4）；

（2）A－B＝（a1－b1，a2－b2，a3－b3，a4－b4）；

（3）λA＝（λa1，λa2，λa3，λa4），λ∈R。

結(jié)合模糊風(fēng)險(xiǎn)矩陣的構(gòu)建方法，本文中使用的模糊風(fēng)險(xiǎn)矩陣見(jiàn)表1［11，13］，其相應(yīng)的隸屬度函數(shù)見(jiàn)圖2。在此基礎(chǔ)上確定了風(fēng)險(xiǎn)的5個(gè)基準(zhǔn)值，如表1所示，其隸屬度函數(shù)如圖3所示。

依據(jù)圖3中的5個(gè)風(fēng)險(xiǎn)值，可以將風(fēng)險(xiǎn)分為4個(gè)等級(jí)：

①如果RH＜R≤RVH，風(fēng)險(xiǎn)是高；

②如果RM＜R≤RH，風(fēng)險(xiǎn)是嚴(yán)重；

③如果RL＜R≤RM，風(fēng)險(xiǎn)是中等；

④如果RVL≤R≤RL，風(fēng)險(xiǎn)是低。

其中，R是風(fēng)險(xiǎn)的梯形模糊數(shù)，RVL、RL、RM、RH、RVH是表1中5個(gè)風(fēng)險(xiǎn)值得梯形模糊數(shù)。

表1 模糊風(fēng)險(xiǎn)矩陣和風(fēng)險(xiǎn)水平

圖2 風(fēng)險(xiǎn)矩陣的隸屬度函數(shù)

圖3 風(fēng)險(xiǎn)值

（2）確定可能性和嚴(yán)酷度對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的影響權(quán)重

在AHP理論的因素對(duì)比過(guò)程中，一般采用9個(gè)標(biāo)度等級(jí)，如表2所示［21］。設(shè)計(jì)人員依據(jù)相似產(chǎn)品危險(xiǎn)控制的工程經(jīng)驗(yàn)，采用標(biāo)度等級(jí)確定嚴(yán)酷度和可能性的對(duì)比矩陣。通過(guò)AHP理論的成對(duì)比較方式，能夠確定危險(xiǎn)的嚴(yán)酷度和可能性相對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)值的影響權(quán)重。

表2 對(duì)比矩陣標(biāo)度

按照成對(duì)比較的方式，構(gòu)建對(duì)比矩陣X：

式中，x11和x22是它們與其自身的對(duì)比，x11＝x22＝1；x12是可能性與嚴(yán)酷度對(duì)比的標(biāo)度；x21是嚴(yán)酷度與可能性對(duì)比的標(biāo)度，x21＝1／x12。

該對(duì)比矩陣只涉及兩個(gè)因素，對(duì)比矩陣的階是2，該矩陣滿足一致性檢驗(yàn)［22］。

在成對(duì)比較矩陣的基礎(chǔ)上，按照以下公式來(lái)計(jì)算可能性和嚴(yán)酷度相對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)的影響權(quán)重：

權(quán)重系數(shù)向量W＝［wp，ws］。

（3）依據(jù)模糊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估矩陣進(jìn)行評(píng)價(jià)

通常評(píng)價(jià)的危險(xiǎn)，尤其是系統(tǒng)層的危險(xiǎn)，往往都涉及多個(gè)事件并且與多個(gè)分系統(tǒng)以及部件相關(guān)。傳統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估過(guò)程中，是由單個(gè)安全性人員或系統(tǒng)層的設(shè)計(jì)人員從其專業(yè)角度對(duì)危險(xiǎn)的可能性和嚴(yán)酷度給出評(píng)估結(jié)果。這就造成評(píng)估人員很難全面地評(píng)價(jià)危險(xiǎn)，可能對(duì)可能性和嚴(yán)酷度的評(píng)價(jià)過(guò)于嚴(yán)苛或?qū)捤伞２捎枚囝I(lǐng)域人員的評(píng)估小組，能夠從多專業(yè)知識(shí)角度覆蓋危險(xiǎn)［23］，能夠更全面更客觀地評(píng)價(jià)可能性和嚴(yán)酷度。

該方法中引入了多人評(píng)估危險(xiǎn)的方式，危險(xiǎn)的嚴(yán)酷度和可能性分別由若干領(lǐng)域的設(shè)計(jì)人員以及安全性（可靠性）人員給出結(jié)果。如果風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估小組有k位人員，危險(xiǎn)嚴(yán)酷度和可能性的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果可由以下公式得到：

（4）計(jì)算模糊風(fēng)險(xiǎn)

通過(guò)危險(xiǎn)的嚴(yán)酷度和可能性相對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)的權(quán)重向量W

以及它們的模糊評(píng)價(jià)向量F，風(fēng)險(xiǎn)由下式得出：

為了便于風(fēng)險(xiǎn)的排序，將模糊風(fēng)險(xiǎn)R通過(guò)式（6）進(jìn)行去模糊化［16］：

式中，R＝（a，b，c，d）是梯形模糊數(shù)。

依據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果，可以采取以下的決策：

①RH＜R≤RVH，風(fēng)險(xiǎn)是不可接受的，必須對(duì)危險(xiǎn)采取措施；

②RM＜R≤RH，風(fēng)險(xiǎn)是可容忍－不可接受的，應(yīng)對(duì)危險(xiǎn)采取一定的消減措施，不希望有的，需要訂購(gòu)方?jīng)Q策；

③RL＜R≤RM，風(fēng)險(xiǎn)是可容忍－可接受的，在合理可行最低原則下采取措施以達(dá)到合理可行的風(fēng)險(xiǎn)水平，評(píng)審即可接受；

④RVL≤R≤RL，風(fēng)險(xiǎn)是可接受的，無(wú)需采取措施。

3 應(yīng)用示例

以“直升機(jī)飛行控制系統(tǒng)的預(yù)選航向保持功能在飛行過(guò)程中意外使用或無(wú)法終止”危險(xiǎn)為例，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。

3.1 風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算

首先，確定可能性和嚴(yán)酷度相對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)的權(quán)重。在確定該危險(xiǎn)的可能性和嚴(yán)酷度權(quán)重過(guò)程中，安全性人員需要與設(shè)計(jì)人員進(jìn)行協(xié)調(diào)共同確定。通過(guò)表2中標(biāo)度，建立可能性與嚴(yán)酷度的對(duì)比矩陣，見(jiàn)表3。通過(guò)式（1）～式（3），得到它們對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的影響權(quán)重，如表3所示。

表3 可能性和嚴(yán)酷度的成對(duì)比較矩陣和影響權(quán)重

其次，對(duì)危險(xiǎn)的可能性和嚴(yán)酷度進(jìn)行評(píng)價(jià)。在對(duì)該危險(xiǎn)的嚴(yán)酷度進(jìn)行評(píng)價(jià)過(guò)程中存在較大的分歧。飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員認(rèn)為該嚴(yán)酷度是中等的，即對(duì)飛機(jī)造成無(wú)法人工控制航向，飛機(jī)的飛行品質(zhì)將會(huì)顯著的下降；對(duì)機(jī)組人員造成顯著地增加機(jī)組工作負(fù)擔(dān)，可能會(huì)導(dǎo)致任務(wù)延誤或無(wú)法完成預(yù)期任務(wù)。直升機(jī)總體設(shè)計(jì)人員認(rèn)為該嚴(yán)酷度是災(zāi)難的，即對(duì)飛機(jī)造成無(wú)法人工控制航向，將會(huì)對(duì)飛行安全產(chǎn)生極大的影響，可能導(dǎo)致飛機(jī)與障礙物相撞而墜毀；對(duì)機(jī)組人員造成可能造成機(jī)毀人亡的災(zāi)難性事故。

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)小組的人員依據(jù)模糊風(fēng)險(xiǎn)矩陣來(lái)對(duì)可能性和嚴(yán)酷度進(jìn)行評(píng)價(jià)。初始的評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表4和表5。將可能性的初始評(píng)價(jià)結(jié)果記作向量形式如（0，7，3，0，0），其中5個(gè)分量對(duì)應(yīng)“不可能的”、“極少的”、“偶然的”、“很可能的”、“頻繁的”的評(píng)價(jià)人數(shù)；同樣的，將嚴(yán)酷度的初始評(píng)價(jià)結(jié)果記作向量形式如（0，0，5，1，4），其中5個(gè)分量對(duì)應(yīng)“可忽略的”、“輕微的”、“中等的”、“嚴(yán)重的”、“災(zāi)難的”的評(píng)價(jià)人數(shù)。

最后，在初始評(píng)價(jià)結(jié)果的基礎(chǔ)上計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)值。根據(jù)表4和表5的初始評(píng)價(jià)結(jié)果，通過(guò)式（4）得到可能性和嚴(yán)酷度的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，如表6所示。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)式（5）結(jié)合可能性與嚴(yán)酷度相對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)的影響權(quán)重和它們的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果能夠得到風(fēng)險(xiǎn)值，如表6所示。可以看出風(fēng)險(xiǎn)是在低和中等之間。

表4 可能性的初始評(píng)價(jià)結(jié)果

表5 嚴(yán)酷度的初始評(píng)價(jià)結(jié)果

表6 評(píng)價(jià)結(jié)果和風(fēng)險(xiǎn)值

3.2 對(duì)比討論

將該方法的評(píng)價(jià)結(jié)果與傳統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。

（1）與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)矩陣對(duì)比

依據(jù)GJB900和GEIA-STD－0010中的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)矩陣，危險(xiǎn)的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)是10，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)是第三類。通過(guò)本文介紹的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法，危險(xiǎn)的風(fēng)險(xiǎn)值是在低和中等之間，如圖4所示，其風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)也第三類。但是，通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)矩陣得到的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)非常接近第二等級(jí)（第二等級(jí)的指數(shù)范圍是6～9），而通過(guò)該風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法，距第二等級(jí)還有一定距離，如圖4所示。

有兩個(gè)原因?qū)е铝诉@種差異。一個(gè)是該方法考慮了危險(xiǎn)的可能性和嚴(yán)酷度對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的影響權(quán)重。通過(guò)考慮兩者的不同權(quán)重，它顯示了危險(xiǎn)的具體特征，使決策更加有效地減少風(fēng)險(xiǎn)。另一個(gè)是在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)過(guò)程中使用模糊風(fēng)險(xiǎn)矩陣，這樣有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：①將多人對(duì)可能性和嚴(yán)酷度的評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行綜合。以可能性為例，綜合后的評(píng)價(jià)結(jié)果，也就不僅只有頻繁的、很可能的、偶然的等5種結(jié)果。②將危險(xiǎn)的可能性和嚴(yán)酷度綜合，將可能性和嚴(yán)酷度放在同一個(gè)尺度，得到的風(fēng)險(xiǎn)能夠容易地比較大小。

圖4 模糊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果

（2）與主觀事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)矩陣對(duì)比

依據(jù)GEIA-STD－0010和MIL－STD－882E中的主觀事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)矩陣，該危險(xiǎn)的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)是IID，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)是中等的。在主觀事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)矩陣的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)單元中，IE、IID、IIE、IIIC、IIID、IVB、IVC的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)都是中等的，它們之間的風(fēng)險(xiǎn)大小無(wú)法比較。通過(guò)該方法得到的風(fēng)險(xiǎn)值都能夠以曲線的展現(xiàn)，能夠很容易地將相同風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)中不同的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行排序，如圖4所示。對(duì)于相同風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)中風(fēng)險(xiǎn)高的危險(xiǎn)將采取恰當(dāng)?shù)臎Q策并分配更多的資源來(lái)消除或控制危險(xiǎn)。

3.3 多個(gè)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果分析

進(jìn)一步對(duì)飛行控制系統(tǒng)中識(shí)別的20個(gè)II類危險(xiǎn)應(yīng)用本文提出的方法，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表7。序號(hào)1中的危險(xiǎn)是案例中的危險(xiǎn)，其他危險(xiǎn)主要包括“喪失俯仰軸控制增穩(wěn)功能”、“俯仰舵機(jī)急偏”、“喪失橫滾軸控制功能”、“左橫滾舵機(jī)急偏”、“航向舵機(jī)急偏”、“喪失總距軸控制功能”、“喪失平尾手動(dòng)控制”、“喪失俯仰角限制”、“俯仰角限制比預(yù)期要大”、“喪失垂直下降速率限制”，“自動(dòng)復(fù)飛功能意外使用或無(wú)法終止”，由于篇幅等原因，沒(méi)有將文中的危險(xiǎn)全部列舉。

危險(xiǎn)的評(píng)價(jià)結(jié)果如圖5（a）所示，梯形的虛線為案例危險(xiǎn)的評(píng)價(jià)結(jié)果。為了更直觀地展現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)用式（6），將風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果去模糊化，風(fēng)險(xiǎn)的去模糊化如圖5（b）所示。圖5（b）中8.33、6.5、4.5、2.5和0.67分別是RVH、RH、RM、RL和RVL去模糊化的結(jié)果，該圖中的4個(gè)區(qū)域?qū)?yīng)了風(fēng)險(xiǎn)的4個(gè)等級(jí)，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)從上到下依次為“高”、“嚴(yán)重”、“中等”、“低”。由圖5（b）可知，在這個(gè)20個(gè)Ⅱ類危險(xiǎn)中，16號(hào)“自動(dòng)復(fù)飛功能意外使用或無(wú)法終止”危險(xiǎn)的風(fēng)險(xiǎn)水平要高于其他危險(xiǎn)，去模糊化后的風(fēng)險(xiǎn)值為5.83；7號(hào)“喪失垂直下降速率限制”的風(fēng)險(xiǎn)水平低于其他危險(xiǎn)，風(fēng)險(xiǎn)值為3.7。通過(guò)進(jìn)一步的排序，可以為風(fēng)險(xiǎn)決策提供更加詳細(xì)的信息，有利于在有限的時(shí)間進(jìn)度和經(jīng)費(fèi)成本范圍內(nèi)，集中力量解決更為重要的問(wèn)題。

表7 危險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果

圖5 風(fēng)險(xiǎn)值的排序

4 結(jié) 論

本文提出的基于模糊理論的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法在評(píng)價(jià)過(guò)程中采用成對(duì)比較的方式確定危險(xiǎn)的可能性和嚴(yán)酷度對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的影響權(quán)重，通過(guò)使用模糊風(fēng)險(xiǎn)矩陣綜合評(píng)估小組對(duì)可能性和嚴(yán)酷度的評(píng)價(jià)結(jié)果，最后得到危險(xiǎn)的風(fēng)險(xiǎn)值。該風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

（1）對(duì)于具體的危險(xiǎn)，通過(guò)考慮可能性和嚴(yán)酷度對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的權(quán)重，更能夠反映危險(xiǎn)的特點(diǎn)。設(shè)計(jì)人員可以更有針對(duì)性地對(duì)影響權(quán)重高的因素采取相應(yīng)的消減措施，以更有效地降低風(fēng)險(xiǎn)。

（2）該模型能夠綜合各領(lǐng)域設(shè)計(jì)人員對(duì)危險(xiǎn)的評(píng)價(jià)結(jié)果。通過(guò)評(píng)估小組人員的綜合評(píng)價(jià)，能夠從多領(lǐng)域全面地評(píng)價(jià)嚴(yán)酷度和可能性；并且危險(xiǎn)的可能性和嚴(yán)酷度不只是局限在已知模糊風(fēng)險(xiǎn)矩陣中的確定等級(jí)，能夠更加客觀地評(píng)估嚴(yán)酷度和可能性。

（3）風(fēng)險(xiǎn)以曲線的形式描述，能夠?qū)⒍鄠€(gè)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行排序。傳統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中，將風(fēng)險(xiǎn)分為20個(gè)等級(jí)，相同等級(jí)的風(fēng)險(xiǎn)無(wú)法對(duì)比；而采用本文中介紹的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法，風(fēng)險(xiǎn)都可以用曲線描繪出，能夠?qū)λ性u(píng)估的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行排序。通過(guò)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的排序，有利于將資源更合理地分配到危險(xiǎn)控制過(guò)程中。

（4）計(jì)算過(guò)程工程實(shí)用性強(qiáng)，常用的辦公軟件（如Excel）就能計(jì)算。

該方法為評(píng)價(jià)危險(xiǎn)提供了一種新的思路和模式，其評(píng)價(jià)結(jié)果更加合理和客觀。在傳統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)后，對(duì)于屬于前2類風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的危險(xiǎn)，可以通過(guò)該方法進(jìn)行評(píng)價(jià)，以更加客觀地反映危險(xiǎn)的風(fēng)險(xiǎn)，并且將這些風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行排序。從而，對(duì)危險(xiǎn)采取合理的決策，更有效地分配資源來(lái)消除或控制危險(xiǎn)。

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Risk assessment method based on fuzzy logic

ZHAO Yuan，JIAO Jian，ZHAO Ting-di
（School of Reliability and Systems Engineering，Beihang University，Beijing 100191，China）

According to the problem that different evaluations cannot be integrated and risks are difficult to be sorted，a novel risk assessment method based on the fuzzy theory is proposed.A fuzzy risk matrix is defined in which the possibilities and severities of risks can be discussed in a unified scale，the impact weights of risk possibility and severity are determined using pair-wise comparison；risk evaluations from different analyses are synthesized；the risk level is assessed by the synthesized evaluation and impact weights.An example of the risk assessment in a specific hazard of the flight control system is introduced.The risk index of different hazards determined by the proposed method can be used to make a detail sort to support decision-making，which demonstrates the engineering practicability and effectiveness of the method.The proposed method can assess risks more objectively and supply necessary information for hazard prevention measure determination and decisionmaking.

safety；risk；risk assessment；fuzzy logic；decision-making

X 949

A

10.3969／j.issn.1001-506X.2015.08.17

趙 遠(yuǎn)（1985－），男，博士研究生，主要研究方向?yàn)橄到y(tǒng)安全、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。

E-mail：happy＿life03＠163.com

焦 健（1974－），男，講師，博士，主要研究方向?yàn)橄到y(tǒng)安全、可靠性仿真。

E-mail：jiaojian＠buaa.edu.cn

趙廷弟（1965－），男，研究員，博士，主要研究方向?yàn)橄到y(tǒng)安全與可靠性工程。

E-mail：ztd＠buaa.edu.cn

1001－506X201508－1825－07

網(wǎng)址：www.sys－ele.com

2014－08－15；

2014－12－31；網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先出版日期：2015－03－17。

網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先出版地址：http：／／www.cnki.net／kcms／detail／11.2422.TN.20150317.1126.008.html