一種基于技術成熟度的武器系統研制技術風險評估方法

王浩宇 樓京俊 李 靜

1.海軍工程大學 艦船與海洋學院 湖北 武漢 430033

2.海軍裝備部 北京 100841

3.海軍工程大學 兵器工程學院 湖北 武漢 430033

前言

隨著軍事科技水平的不斷發展，當代武器系統的技術密集度越來越高、采用新技術和前沿技術越來越多，由此而帶來的研制風險也越來越大[1]。在該背景下，武器研制項目管理的復雜程度和技術難度較以往大大增加，研制過程中的風險具有較強的不確定性，造成的進度和經濟損失有時難以彌補[2]。因此，必須對武器裝備研制的技術風險進行準確的評估和管控。

武器系統一般結構組成復雜，通常由具備特定技術的設備組合完成指定的作戰任務[3]，因此可以說武器系統承載了大量的先進技術，而這些技術有的比較成熟，有的則需要新研。技術成熟度的不同對于整個武器系統的研制風險來說，具有明顯不同的影響。國內外關于技術風險評估的方法[4-7]主要是以裝備整體為研究對象，分別對風險影響因素進行技術風險的影響分析評估。本文通過對武器系統研制技術風險點的分析確定，以技術成熟度為標準確定研制項目各技術風險點的風險等級和風險發生概率，評估武器系統研制風險。

1 武器系統研制技術風險分析

在武器系統研制過程中，根據裝備體系能力框架，在確定其使命任務的基礎上，對照武器裝備戰技指標要求，可以形成裝備系統應具備的能力，如目標控制能力、精確打擊能力、綜合毀傷能力、指揮控制能力等等。

武器系統要形成以上這些能力，就需要具備具體的性能指標，如：物理性能、目標控制性能、精確打擊性能、綜合毀傷性能、快速反應性能、戰備值班性能、環境適應性能、安全性能、電磁兼容性能等各類具體指標要求。

每種性能指標，需要一定的技術來實現，如：制導技術、總線控制技術、遠距離點火技術、雷達紅外綜合隱身技術等。而這些技術需要通過相應的設備來承載，并具象化為武器系統的各部分組成。

因此，可以通過體系結構分析的方法，從武器系統的使命任務出發，建立相應的層次模型，進而確定其能力分解模型，最終確定其底層的技術風險點模型。從而得到武器系統的技術風險點集合P。

2 基于技術成熟度的研制技術風險點分析

在分析得到武器系統的技術風險點集合P后，可以針對每種技術的借鑒、繼承、新研、改進等特點確定其成熟度，并用技術成熟度等級RP=｛1，2，3，4，5，6，7，8，9｝，衡量技術滿足預期的裝備應用目標的程度。

表1 技術成熟度的等級劃分[8]

3完成概念和應用設想的可行性驗證4以原理樣品或部件為載體完成實驗室環境驗證5以模型樣品或部件為載體完成相關環境驗證6以系統或子系統原型為載體完成相關環境驗證7以系統原形為載體完成典型使用環境驗證8以實際系統為載體完成使用環境驗證9以實際系統為載體完成使用任務

武器系統研制過程中，各技術風險點由于其技術成熟度的不同，存在著不同的研制風險等級，可將風險等級設置為“低風險”、“中等風險”、“較高風險”、“高風險”、“嚴重風險”5個等級。在技術成熟度定義的基礎上，考慮技術和工藝兩個的方面，進一步細化研制技術風險等級的判定依據[2]。技術類條件主要是指設計和驗證方面的內容，設計方面主要是指技術研究開發時應完成的研究設計內容，包括應用需求和使用環境的了解，研究假定和原理運用的明確，技術特性的確定，技術資料(含技術報告、圖樣、標準規范)的編制等；驗證方面主要是指對技術研究開發成果進行驗證的內容，包括驗證對象、驗證環境、驗證結果以及需強調的驗證項目。工藝類條件主要是指試制(生產)所涉及技術的工藝性設計、工藝可達性、工藝經濟性(制造成本、成品率)、制造工藝、工藝設備等內容。

以此為基礎，進而可以分析各技術風險點的發生概率，即研制失敗概率，為技術風險控制研究奠定基礎。在根據技術成熟度準則，確定單一技術研制風險的發生概率時，除了對具體技術的技術風險等級進行分析外，還要依據相應技術的復雜性、先進性、充裕性等方面進行分析。

3 基于熵權的武器系統研制風險評估

設某型武器系統研制技術風險評估問題的所有評估結果用識別框架Θ表示，將識別框架 Θ設置為“θ1低風險”、“θ2中等風險”、“θ3較高風險”、“θ4高風險”、“θ5嚴重風險”5個等級。

多類型信息的融合是武器系統研制風險評估時常遇到的一個問題，為了減少可能存在的沖突證據的影響，多類型信息的融合需要利用證據加權分配的思想進行修正，鑒于信息類型不同，本文利用熵權法對各個證據分配不同的權重以修正基本可信度分配，多類型證據的合成評估步驟如下：

①建立風險等級評估指標體系。在運用D-S證據理論進行風險評價時，正確地選擇評價指標是真實地反映武器系統研制項目技術風險程度的前提和基礎，由于武器系統研制項目技術風險影響因素復雜和產生后果滯后，為此，通過觀察和分析技術風險的影響因素、產生機理和產生后果分析得出，武器系統研制風險評價指標包括性能、進度和費用3類，分別對應各種技術風險事件不同狀態下的概率信息與后果信息。

表2 風險評估指標體系

②建立風險等級識別框架下的基本信度分配。設計專家調查表，選定不同的領域專家、項目管理專家分別對分析出的各技術風險點的性能、進度、經費影響進行打分。在利用專家問卷調查設計時，以技術風險等級描述為藍本，具體實施過程中，參考指標的重要性及其耦合關系，由專家根據給定的評價標準，定量地給出風險點影響值。采用區間灰數的方法對專家信息進行處理，據此可得出各風險點的基本信度函數。

對于技術風險點本身的風險等級、相似型號技術風險信息等其他類型的數據信息(證據)進行標準化處理，將不同類型信息轉化為在同一識別框架Θ下的基本可信度。

③利用熵權法確定各技術風險點的權重。采用熵權法可以根據各技術風險點傳遞給決策者信息量大小決定相應的權重，能夠有效度量在風險評估過程中所獲取數據提供的有用信息量。首先假設有q個評估專家，專家集合為E={e1，…，e q}，評估技術風險點集合為P={I1，…，I p}，專家集E與風險集P構成評估矩陣A=[a ij]q×p，a ij表示第i個評估專家對第j個技術風險點的評價值，第i個評估專家的熵定義為[9]

則，第i個評估專家的熵權為

利用熵權對各個信息證據的基本可信度分配進行重新修正，得到修正后的基本可信度分配。

④通過D-S理論對風險影響值合成評估。設E1，E2，…，E N為同一識別框架Θ上的N個證據，其相對應的基本信度分配函數為m1，m2，…，m N，焦元分別是A1，A2，…A i，…，A N，則多個證據的Dempster合成規則[10]可以表示為

⑤建立技術風險控制模型。建立一個各技術風險發生概率和影響值的分析矩陣C=［c ij］，c ij=p i×m j，p i表示第i個風險點的發生概率，m j表示其風險影響值。對照識別框架Θ的“低風險”、“中等風險”、“較高風險”、“高風險”、“嚴重風險”5個等級，可得到武器系統研制技術風險點的控制等級。

4 典型武器裝備研制技術風險評估

以某型導彈武器裝備研制為例，技術風險點集合P=｛I1，I2，I3｝，I i分別表示總線、制導、突防，技術成熟度分別為RP=｛7，6，8｝。獲取專家評估數據以及相似型號數據(標準量化后)如表3所示。

表3 風險評估數據

采用熵權法計算可得各評估數據的權重，如表4所示。

表4 評估權重確定

利用熵權對各個風險證據的基本可信度分配進行重新修正，通過D-S證據理論合成評估，可得該型導彈研制技術風險等級。

表5 風險等級評估結果

表中“其他”的含義分別為：I1處于“低”或“中”狀態的基本可信度，I2處于“較高”或“高”狀態的基本可信度，I3處于“較高”或“高”狀態的基本可信度。從上表可以看出，I1為“中等風險”狀態，I2為“高風險”狀態，I3為“較高風險”狀態。

結論

對三個技術風險點的基本可信度進行定性分析可以看出：專家z2的權重最大，遠大于其他數據；其次是相似型號形象z5的權重，略大于權重相當的z3和z4，專家z1權重遠小于其他數據。對于總線技術，數據z2、z3、z5均強烈支持θ2，即中等風險狀態，因此本文評估總線技術處于中等風險狀態是合理的；對于制導技術，數據z2、z5強烈支持θ4，數據z3、z4支持θ3，但修正后z3、z4大部分信度分配給Θ，相對而言θ4的支持度要大于θ3，由于證據理論的合成效果，評估結果將向θ4偏移，因此本文評估制導技術處于高風險狀態也較為合理，同理分析突防技術也反映了本文方法的有效性與合理性。