基于DEMETAL和VIKOR方法的航天研制項目風險評估

韓志超 王建鐸 朱軍

(航天工程大學，北京 102200)

0 引言

航天項目通常具有規(guī)模大、周期長、系統(tǒng)復雜等特點，項目風險較大且難以度量，如設計缺陷、成本超支、研發(fā)人員經(jīng)驗不足等。上述風險因素輕則導致研制項目拖延，重則導致研制項目終止。因此，航天項目風險評估成為航天項目管理的重點問題。近年來，航天研制項目風險評估方法不斷豐富和完善。例如，李合平等[1]利用模糊綜合評價法分析了某火箭武器研制過程風險，為后續(xù)研制過程提供了重要參考；王曉燁[2]運用層次分析法和模糊綜合評價法分析了航天制冷系統(tǒng)研制風險；雷曉剛[3]運用網(wǎng)絡層次分析法和模糊綜合評價法分析了大型航空航天項目開發(fā)研制的風險；熊杰等[4]運用層次分析法和風險矩陣法分析了航空航天開發(fā)研制項目風險；為了擴大風險標度范圍，楊亞琴等[5]提出了基于不完全語言信息的航天研制項目風險評價方法；為了充分挖掘風險影響因素之間的關系，李保平[6]使用神經(jīng)網(wǎng)絡對裝甲裝備研制項目進行風險評價；為了分析開發(fā)研制過程某特定風險影響因素，徐吉輝等[7]提出改進的蒙特卡羅法，分析機翼研制項目費用風險；王鋒[8]等使用聚類分析方法對火箭武器研制技術風險進行評估。

通過梳理和分析航天研制項目風險評估研究成果發(fā)現(xiàn)，雖然風險評估矩陣法是武器裝備研制項目進行風險評估的常用方法[9]，但是該方法無法有效提取各種風險影響因素之間的隱藏性信息，評估手段較為單一。基于此，本文首先通過識別航天研制項目的風險影響因素，采用模糊集理論獲取各風險影響因素的發(fā)生概率(L)和風險后果嚴重程度(S)；其次，利用DEMATEL方法[10]分析各風險影響因素的原因度，修正初始風險評估的嚴重度；最后，通過VIKOR方法[11]對風險影響因素的群體效益值、最大遺憾值和綜合評估值進行評估。

1 航天工程研制項目風險評估模型

首先，通過頭腦風暴法確定潛在的風險影響因素，并通過問卷調(diào)查法獲得各風險影響因素的L和S初始值；其次，利用DEMATEL方法分析風險影響因素的相互關系，得出各風險影響因素原因度，對S初始值進行調(diào)整；最后，通過VIKOR方法對風險影響因素進行綜合評價。航天工程研制項目風險評估模型如圖1所示。

2 基于模糊DEMATEL方法的風險評估

DEMATEL方法是一種能夠有效解決各種復雜難題的方法，已經(jīng)成功應用于較多領域，如定價決策[12]、工程建筑[13]、軟件應用[14]和環(huán)境保護[15]等。通過分析和評估某個問題中各風險影響因素之間的邏輯關系與直接作用影響矩陣，計算得到每個影響因素對其他影響因素的影響程度、被作用的影響程度和原因程度。由于多數(shù)被評估的事物具有模糊性，通過直覺模糊理論能夠有效提取無法量化表示的信息，因此將DEMATEL法與直覺模糊理論相結(jié)合，對風險影響因素進行量化分析。具體步驟如下：

(1)組織專家對航天研制項目存在的風險影響因素進行分析，得到n種潛在風險影響因素mi(1

(2)分析風險影響因素間的相互影響，得到風險影響因素直接影響矩陣A，即

(1)

(3)將直接影響矩陣進行歸一化處理，得到規(guī)范直接影響矩陣N。公式如下

(2)

(3)

(4)計算綜合作用矩陣。將規(guī)范直接影響矩陣連續(xù)自乘，矩陣中的所有值均趨近0，即影響要素之間增加的間接影響趨近0。將全部間接影響相加得到矩陣T，即

T=(N1+N2+…+Nk)

(4)

當k趨近無窮大時，得到

T=N(I-N)-1

(5)

(5)計算風險影響因素的影響度、被影響度和原因度。

1)影響度。矩陣T各個行值之和，表示風險影響因素i對其他所有風險影響因素的綜合影響度量值，記為Di。

2)被影響度。矩陣T各列值之和，表示風險影響因素i受到所有其他風險影響因素的綜合影響度量值，記為Ci。

3)原因度。將風險影響因素i的影響度和被影響度相減得到該因素的原因度，記為Ki。當原因度大于0時，表示因素i對其他影響因素影響較大，可稱為原因因素或影響因素；反之，稱為后果因素或被影響因素。

(6)調(diào)整S值。在LS風險評估方法中，風險影響因素之間的影響對L值的影響較小，對S值的影響較大。將專家對風險影響因素mi的初始評估值記為Si，調(diào)整后的風險后果影響度記為S′i，得到

S′i=Si+Di-Ci

(6)

3 基于模糊VIKOR方法的風險影響因素排序

VIKOR法是一種進行折中性排序的方法，通過實現(xiàn)最大化群體值和最小化個體遺憾值，可以將有限的決策計劃方案進行折中性排序。本文選擇VIKOR方法進行風險影響因素排序。

設定風險影響因素值計算過程中的L、S值的權(quán)重分別為ωL和ωS，具體計算步驟如下：

(1)基于L、S值評估結(jié)果以及調(diào)整后的S值，得到風險影響因素評價矩陣H，即

(7)

(2)將L、S值正向化處理。

(3)分別確定風險影響因素的正理想解A+和負理想解A-。公式如下

A+={maxAi1, maxAi2}

(8)

A-={minAi1, minAi2}

(9)

(4)計算風險影響因素的群體效益值Bi和最大個別遺憾值Wi。公式如下

(10)

(11)

(5)計算風險影響因素綜合評價值Qi。即

(12)

式中，V為決策系數(shù)，能夠體現(xiàn)具體決策者的心理偏好或準則作用程度。當V>0.5時，表示在開發(fā)投資選擇中采取少數(shù)人的支持意見，屬于一種偏向風險性決策方法；當V=0.5時，表示兼顧大多數(shù)人的利益和少數(shù)人反對觀點，屬于一種中性風險決策方法；當V<0.5時，表示采取少數(shù)人的反對意見，屬于一種規(guī)避風險決策方法。本文設定V=0.5，采取折中的方式進行風險評估。

(6)風險影響因素排序。分別計算Bi、Wi、Qi值，進行風險影響因素排序。

(7)確定重點關注妥協(xié)風險影響因素。假設R(1)代表i是在Qi排序中位列第一的風險影響因素。若同時滿足下面條件，則表示風險影響因素R(1)為最佳妥協(xié)解。具體條件為：①Q(mào)(R(2))-Q(R(1))≥DQ，DQ=1/(n-1)；②Si和Ri排序時，R(1)排在第一。

如果上述兩種情況有任何一個不滿足，則得到另一組妥協(xié)解。具體為：①如果只有條件2無法滿足，則R(1)和R(2)都是妥協(xié)解；②若條件均不滿足，由關系Q(R(n ))-Q(R(1))<1/(n- 1)得到最大n，則R(1)，R(2)，…,R(n)均為需要重點關注的風險影響因素。

4 案例分析

本文以某研究所新型氣象衛(wèi)星研制項目為例。該項目具有技術新、專業(yè)多、指標高等特點，研制過程中存在較大的不確定性和風險性，對該項目研制期間的潛在風險進行評估十分重要。該項目研制風險評估步驟如下。

4.1 確定各風險影響因素權(quán)重

組織5名專家和學者(Z1～Z5)針對該項目情況進行交流與分析，通過梳理和分析國內(nèi)外研究相關數(shù)據(jù)和研究成果[16-17]，指出該項目主要包括以下風險影響因素：技術風險 (R1)、組織風險(R2)、環(huán)境風險(R3)、立項風險(R4)和財務風險(R5)。設定風險評價矩陣中的L、S值的權(quán)重分別為：ωL=0.4，ωS=0.6。通過專家評價，各影響因素所占權(quán)重分別為0.3，0.2，0.2，0.15，0.15。

4.2 計算各風險影響因素的加權(quán)平均值

采用5粒度模糊評價法對各風險影響因素進行評價，分為很低VL(0，0，0.25)、低 L(0，0.25，0.50)、中等M(0.25，0.50，0.75)、高H(0.50，0.75，1)、特別高 VH(0.75，1，1)。技術風險 (R1)、組織風險(R2)、環(huán)境風險(R3)、立項風險(R4)和財務風險(R5)5種風險影響因素評價情況見表1。對評價信息進行三角模糊化處理后取加權(quán)平均值，見表2。

表1 風險影響因素評價表

(續(xù))

表2 風險影響因素三角模糊化評價

4.3 確定各風險影響因素平均綜合影響矩陣

通過對各種風險影響因素之間的相互影響關系展開分析和評估，構(gòu)建風險影響因素直接相互影響矩陣。利用式(2)和式(3)將風險影響因素直接影響矩陣歸一化，得到規(guī)范性影響矩陣。通過利用式(5)和Excel函數(shù)直接求出各風險影響因素綜合影響矩陣，并進行算術平均處理，得到風險影響因素平均綜合影響矩陣，見表3。

4.4 計算各風險影響因素原因度

根據(jù)表3數(shù)據(jù)，分別計算各風險影響因素原因度。計算結(jié)果為

表3 風險影響因素平均綜合影響矩陣

K1=(0.043，0.102，0.142)，K2=(-0.006，0.007，0.066)，K3=(0.094，0.371，0.332)，K4=(-0.14，-0.366，-0.429)，K5=(-0.008，-0.116，-0.112)

4.5 確定風險最大的妥協(xié)解

基于上述5個風險影響因素的原因度對風險影響因素三角模糊評價表中的S值進行調(diào)整，得到調(diào)整后的風險影響因素三角模糊評價表，見表4。

表4 調(diào)整后的風險影響因素三角模糊評價表

利用式(8)和式(9)求得正、負理想解，分別為

A+={0.61，0.86，1，0.633，0.942，1}

A-={0.04，0.29，0.54，0，0.167，0.476}

根據(jù)式(10)～式(12)分別計算Bi、Wi和Qi值，得到

B1=0，B2=2.793，B3=1.788，B4=1.4，B5=1.078

W1=0，W2=0.6，W3=0.4，W4=0.594，W5=0.217

Q1=0，Q2=1.696，Q3=0.653，Q4=0.745，Q5=0.372

對Bi、Wi和Qi值由小到大進行排序，排序結(jié)果見表5。

表5 基于VIKOR法的風險影響因素排序

由此，確定風險最大的妥協(xié)解，得到：①Q(mào)(R(2))-Q(R(1))=0.375-0=0.375> 0.25；②R1在Bi、Wi排序中位列第一。研究結(jié)果表明：R1是最需要預防或降低的風險影響因素，應成立專業(yè)技術水平較高的團隊進行技術指標論證、方案可行性調(diào)研、技術風險動態(tài)評估；風險影響因素R2、R3、R4、R5造成的危害程度相對較輕，需要做好規(guī)避，如加強研發(fā)團隊人員管理、完善組織架構(gòu)、關注國內(nèi)外形勢政策、關心團隊人員思想動態(tài)、完善項目變更流程、采用關鍵路線法控制研制進度、采用掙得值法控制項目費用、采用帕累托圖進行項目質(zhì)量分析等。

5 結(jié)語

本文基于相關專家的風險因素評價結(jié)果，結(jié)合航天研制項目特點，計算得到航天研制項目風險影響因素及其概率值、后果嚴重度量值。通過模糊集方法進行評價信息處理，采用DEMATEL法系統(tǒng)分析了各研制風險影響因素間的影響關系，得出風險影響因素原因度，用于修正風險影響因素嚴重度；采用模糊VIKOR分析方法對各風險影響因素的發(fā)生頻率及后果嚴重程度進行綜合評估。從氣象衛(wèi)星研制項目風險評估結(jié)果可以看出，除技術風險屬于高風險，其他風險均屬于較高風險，說明該項目總體風險較高。因此，該項目應以技術風險管理為基礎，組織風險、環(huán)境風險、立項風險和財務風險管理并重，通過引入先進的風險管理方法和工具，保證項目的順利實施。