ARENA軟件在核電項(xiàng)目風(fēng)險量化分析中的應(yīng)用淺析

趙天宇 于航 汪捷

中圖分類號：TM623 文獻(xiàn)標(biāo)識：A 文章編號：1674-1145（2019）2-189-02

摘 要 風(fēng)險量化分析在核電項(xiàng)目進(jìn)度計劃管理中的應(yīng)用較為廣泛，主要用來評估進(jìn)度計劃按期實(shí)現(xiàn)的可能性及在某個概率下具體可能實(shí)現(xiàn)的工期。某設(shè)備是核電項(xiàng)目建設(shè)中非常重要并且?guī)в醒邪l(fā)性質(zhì)的設(shè)備，受它的設(shè)計、制造及到貨的影響，整個項(xiàng)目建設(shè)的工期都將受到重大沖擊。本文以GERT隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，通過使用ARENA軟件對設(shè)備設(shè)計制造過程進(jìn)行仿真模擬，得到此設(shè)備的研發(fā)性質(zhì)可能給整個設(shè)計制造過程帶來的影響，從而評估它對整個項(xiàng)目建設(shè)的具體影響。

關(guān)鍵詞 Arena 隨機(jī)網(wǎng)絡(luò) 風(fēng)險量化 GER T PER T

一、引言

Arena是美國Rockwell Automation旗下的一款離散事件仿真軟件，它通過仿真實(shí)驗(yàn)，協(xié)助決策者進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化和改進(jìn)。它可以建立高度仿真的系統(tǒng)模型，并容納真實(shí)系統(tǒng)中的隨機(jī)性和可變性，從而再現(xiàn)復(fù)雜系統(tǒng)的真實(shí)狀態(tài)。軟件基于SIMAN仿真語言，采用流程圖建模方式，以實(shí)體為研究對象其科學(xué)性在學(xué)術(shù)領(lǐng)域內(nèi)獲得了廣泛的認(rèn)可。在國內(nèi)外有700多所大學(xué)采用Arena軟件教授系統(tǒng)工程、管理科學(xué)的專業(yè)課程。在每年的世界性學(xué)術(shù)仿真大會上，Arena模型的論文引用率最高，并在世界各地的仿真模擬實(shí)驗(yàn)室被廣泛應(yīng)用。

Arena自從1993年推出1.0版本以來，已經(jīng)在全球20多個行業(yè)中擁有7000多個大型客戶，35萬多個終端許可證用戶，應(yīng)用范圍涵蓋了制造業(yè)與供應(yīng)鏈、交通與服務(wù)業(yè)、國防軍事領(lǐng)域、港口與機(jī)場運(yùn)營等行業(yè)領(lǐng)域。

項(xiàng)目風(fēng)險分析分為定性風(fēng)險分析和定量風(fēng)險分析，隨著風(fēng)險管理工作的開展和研究工作的深入，定量的風(fēng)險分析作為定性風(fēng)險分析的補(bǔ)充和升級，在項(xiàng)目風(fēng)險管理中正在占據(jù)越來越重要的地位。

目前在計劃管理領(lǐng)域開展的風(fēng)險量化分析較為深入，常用的方法是傳統(tǒng)的關(guān)鍵路徑法CPM（Critical Path Method），它能解決作業(yè)的持續(xù)時間和作業(yè)間的邏輯關(guān)系均已確定的情況下的問題。目前面對新建項(xiàng)目，項(xiàng)目建設(shè)中應(yīng)用的很多具有研發(fā)性質(zhì)的新設(shè)備，很多因素具有非常大的不確定性，意味著作業(yè)的持續(xù)時間和邏輯關(guān)系均存在不確定性，在這種情況下，應(yīng)用這兩種方法在解決工期的合理制定問題時均具有一定的局限性。使用GERT技術(shù)對某設(shè)備制造過程中，可能出現(xiàn)測試不通過造成的返工，從而導(dǎo)致工期的延誤的情況進(jìn)行了計算。將返工在計劃中考慮進(jìn)去，得到項(xiàng)目更加準(zhǔn)確的工期數(shù)據(jù)。

本文利用仿真軟件Arena對某設(shè)備制造過程中可能出現(xiàn)的返工過程進(jìn)行仿真模擬，最后得到在設(shè)計制造測試過程中存在返工的情況下，此重要設(shè)備可能造成的工期延誤情況的數(shù)據(jù)。

二、GERT隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)簡介

GERT隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)圖的仿真模擬求解方法實(shí)質(zhì)上為一種蒙特卡洛（Monte-Carlo）求解方法。蒙特卡洛方法也稱為統(tǒng)計實(shí)驗(yàn)法、統(tǒng)計模擬法，它的做法是構(gòu)造數(shù)學(xué)問題概率模型，并借助計算機(jī)進(jìn)行隨機(jī)抽樣實(shí)驗(yàn)。

與關(guān)鍵路徑法CPM和計劃評審技術(shù)PERT相比，GERT的優(yōu)越性體現(xiàn)在以下幾個方面：

1.節(jié)點(diǎn)和枝線不一定都會實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)的可能性取決于節(jié)點(diǎn)的類型和枝線的概率系數(shù)。2.作業(yè)持續(xù)的時間t為概率型，按隨機(jī)變量進(jìn)行分析。3.枝線的流向不受限制，允許環(huán)路的出現(xiàn)。4.節(jié)點(diǎn)間可以允許有一條以上的枝線存在。5.可能有多個起點(diǎn)或終點(diǎn)，允許多目標(biāo)的存在。

類比到帶研發(fā)性質(zhì)的設(shè)備制造工期上，則意味著各條作業(yè)由原來的確定會實(shí)施變?yōu)榱丝赡軙?shí)施，而且我們可以給出具體的實(shí)施概率。同時每條作業(yè)所遵循的分布不再只是β分布，還可以為正態(tài)分布。如果某條作業(yè)完成后，還可以允許有一定的概率將該條作業(yè)再次執(zhí)行一次或多次。

三、建立仿真結(jié)構(gòu)模型

我們選取某設(shè)備的軟件設(shè)計制造、測試出廠直至到場的過程進(jìn)行計算和仿真模擬。整個過程如圖1所示。

在Arena軟件中建立相應(yīng)的系統(tǒng)模型，如圖2所示。本文中的實(shí)例主要涉及到Arena里的Create模塊、Process模塊、Decide模塊、Record模塊和Dispose模塊。通過Create模塊創(chuàng)建一個實(shí)體，經(jīng)過Process模塊進(jìn)行加工處理，再經(jīng)過Decide模塊進(jìn)行概率分配，通過Record模塊記錄實(shí)體的加工時間，最終到Dispose模塊結(jié)束。

由于Arena軟件對中文的兼容性不好，因此用每條工序的代碼來表示工序名稱。

四、建立仿真數(shù)據(jù)模型

按照每條作業(yè)的時間參數(shù)分布進(jìn)行輸入，每個模塊選取一個輸入窗口的情況展示如下圖3。

五、運(yùn)行模型

運(yùn)行模型前，通過Arena任務(wù)欄中的Run->Check Module對模型進(jìn)行檢查，出現(xiàn)圖 8對話框表明模型可以進(jìn)行運(yùn)行。同時點(diǎn)擊Run->Setup對模型運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，如圖 9所示。

運(yùn)行模型得到的總工期結(jié)果如圖 10所示，仿真模擬的結(jié)果為1185.49天。圖中的“Half Width”代表置信水平95%的置信區(qū)間的寬度，由于分布的期望值，則根據(jù)這個寬度，相當(dāng)于已知和n，根據(jù)t分布表，可以得到Arena仿真結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)差s為124.7天。由于受抽樣次數(shù)n=1000次的影響，仿真模擬的標(biāo)準(zhǔn)差計算結(jié)果與解析計算的結(jié)果略有差距。

六、分析與結(jié)論

結(jié)合實(shí)際情況考慮，理想情況下的可能工期為35個月，根據(jù)目前可以預(yù)料的情況，約需40個月周期，另外根據(jù)數(shù)據(jù)離散情況需要考慮目前未知的風(fēng)險因素，再增加4個月的風(fēng)險工期。與目前項(xiàng)目實(shí)際執(zhí)行的計劃相比周期相近，原計劃的編制基本上通過人為設(shè)置安全系數(shù)來增加計劃的裕量，通過本文中的系統(tǒng)計算，明確了風(fēng)險工期的設(shè)置依據(jù)。

文中模型的建立進(jìn)行了一定的簡化，只選取了軟件的設(shè)計制造測試過程，針對作業(yè)時間參數(shù)不同的分布和自環(huán)進(jìn)行了模擬計算，后續(xù)可以擴(kuò)大模型的范圍，增加模型的細(xì)度，進(jìn)行進(jìn)一步的模擬計算。當(dāng)然，沒有任何一種工具能夠完美的解決所有的問題，因此我們需要根據(jù)工作情況進(jìn)行選擇，或者將不同的工具組合使用，提高工作效率。

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