基于RIMER的艦艇通信裝備狀態風險評價?

趙 翀 杜荔紅 趙 靖

（火箭軍工程大學 西安 710025）

1 引言

對于當今世界水面艦艇而言，面臨著海洋環境陌生而復雜多變、任務多樣且周期長以及遠離岸基保障等多方面的挑戰。在實際執行任務過程中，通信裝備可以說是艦艇的“嘴巴和耳朵”，具有時效要求高，速率要求快，保障難度大，運行時間長等特點。隨著我軍裝備保障能力的提升，艦員對于裝備的風險預測能力也大大加強。而對于艦艇通信裝備的狀態進行風險評價，能夠及時發現裝備運行隱患，大幅降低裝備保障成本，顯著提高任務執行效率，具有非常好的實際借鑒意義。并且，在實際任務過程中，通信裝備的運行還是有諸多不確定性，給艦艇戰斗力生成帶來了一定的風險，對艦艇所擔負任務的順利進行構成了相當大的影響。

當前針對艦艇通信裝備狀態風險評價的研究處于空白狀態。對于狀態風險評價的研究主要集中在裝備、工程項目領域，其主要研究成果集中在以下兩方面：第一，裝備項目指標體系評估研究。蔡秋慧等［1］從技術風險、管理風險、人力風險等角度構建了航天項目風險評價指標體系，包括4個一級指標及11個二級指標。藺志強等［2］從主戰裝備保障能力、作戰保障裝備保障能力以及防護裝備保障能力等4個方面構建了特種破襲戰斗裝備作戰效能評估指標體系。望佳等［3］采用層次分析法、熵值法、模糊綜合評價法等運籌學的基本方法構建了航空裝備試飛風險評價指標體系，包括人員因素、飛機因素、管理因素和環境因素4個一級指標以及評估過后的39個二級指標。第二方面，裝備風險評價模型應用研究。夏亮等［4］運用故障樹分析方法對大型相控陣雷達系統進行定性分析，并轉化為定量貝葉斯網絡風險評價模型，最后利用軟件進行仿真模擬。張樺等［5］運用BP神經網絡對裝備采購項目進行了風險評價模型構建，并實例運用到某采購項目中，驗證了此方法對項目風險管理的可行性。鄒樹梁等［6］運用灰色網絡分析法建立海上浮動式核電站建設項目的風險評價模型，并為相關建設項目風險規避提供了策略。

現階段在風險評價方面的研究方法，大部分采用了層次分析法（AHP）或模糊綜合評價法，這兩類研究方法需要依賴專家的經驗去進行判斷，主觀性較強且具有不確定性；也有部分學者使用了BP神經網絡等方法進行研究，此類方法雖在一定程度上提高了計算精度，但對于數據的精確性要求相對較高，需要大量的數據樣本支撐。鑒于艦艇通信裝備運行情況及特點，本文選用基于證據推理算法的置信規則庫推理方法（Belief Rule-Base Inference Methodology Using the Evidential Reasoning Ap?proach，RIMER）進行風險評價。

2 艦艇通信裝備狀態風險評價指標體系構建

本文在構建風險評價指標體系時以提升艦艇通信裝備維護水平為研究的出發點，根據《海軍裝備使用保養規定》、《武器裝備質量管理條例》等法規制度，以4M1E原理為依據，結合艦艇通信專家、艦艇通信部門干部以及軍工企業負責人，在科學、系統、有效的構建方法指導下，構建艦艇通信裝備狀態風險評價指標體系，如圖1所示。艦艇通信裝備狀態風險評價體系主要由人員風險、設備風險、管理風險、協同風險、環境風險5個主要指標及15個二級指標構成。

圖1 風險評價指標體系

2.1 人員風險

艦艇通信裝備操作人員是艦艇通信的關鍵因素。人員風險包括以下四方面：第一，操作人員的專業能力水平對通信裝備的效能發揮具有至關重要的作用，若其操作能力、專業素質不全面、不過硬，未按規章或條令規范操作，很容易造成通信不暢。第二，應急處置能力不夠也決定著任務的成功與否。信息化條件下的戰場環境瞬息萬變，應急情況隨時可能發生，而對于應急演練方案不熟悉、操作不熟練則可能會發生誤操作損壞裝備的情況，嚴重時甚至會導致指令傳遞失敗決定戰場勝負。第三，通信部門涉及到大量的軍事秘密信息，而一些年輕職手的保密意識相對較為淡薄，保密紀律執行不到位，造成軍事秘密泄露，而這會對戰場勝負構成直接且嚴重威脅。第四，操作人員在長期任務環境下面臨著疲勞、暈船、壓力大等思想問題，艦艇長時間航行，值勤人員工作單一枯燥，很容易產生疲勞感，這種疲勞感既來自于身體上的，也有心理上的。這對于裝備操作尤其是應急情況處置是非常不利的，操作手疲勞作業所導致的操作失誤，會直接導致裝備運行風險隱患加大，影響通信裝備運行。

2.2 設備風險

艦艇通信裝備以及各類輔助設備的可靠性、穩定性，決定著能否完成收發信息任務，是戰場信息傳遞的重要支撐。設備風險主要有以下兩方面風險因素：一方面，任務艦艇所裝配的通信設備如果性能不穩定，質量不可靠，易發生故障問題，對戰備任務的完成質量進度有著非常大的影響。另一方面，艦艇通信裝備長期處于高工況運行狀態，若裝備質量不達標，長時間的作戰環境會導致其性能下降，若裝備使用管理者沒有按照保養規定進行定期維護和故障排查，那么通信設備的故障發生率將會大大升高。

2.3 管理風險

合理的艦艇通信裝備管理規章制度和裝備管理責任人科學的管理方法對艦艇通信裝備效能發揮起著決定性的作用。結合當前裝備管理現狀，艦艇通信裝備的管理風險主要包括以下三方面：第一，對艦艇通信裝備的管理制度計劃性差、針對性不強、可操作性差，無法為實際使用提供科學的維護保養，不利于實際作戰運用。第二，通信裝備管理者由于對維修保養的時間利用率不高，針對不同運行狀態的保養計劃方案缺乏適應性，對突發情況的準備不充分，管理者對關鍵時間點檢查不及時，易造成裝備帶故障運行甚至裝備損毀。最后，由于裝備出廠時疏于監管與管理，會導致裝備存在缺陷，質量不合格導致技術性能不達標，后期上艦調試安裝后存在運行風險，需要重新返廠維修，影響艦艇裝備完好率。

2.4 協同風險

軍工企業和軍方對裝備的設計、生產、安裝調試、維修等過程形成有效的配合協作，達成高效合作，對裝備升級或維修對通信裝備效能發揮是非常關鍵的。關于協同風險主要包括以下三個方面：首先，軍方與企業由于從屬關系的區別，在層級結構、管理方式、人員意識等方面有較大差異，管理理念和使命任務的不同會導致軍地雙方艦艇通信裝備在研制過程中可能會出現進度偏差與觀念分歧，對于整個裝備項目合作的深度和有效性影響巨大。其次，軍地雙方在合同擬制、條款細則等方面沒有界定清晰，可能會在后續合作中關系到雙方核心利益的環節上出現分歧，導致整個項目出現糾紛。最后，軍地雙方協同是一項技術與管理兼顧的合作活動，若其中一方過于強調自身立場而不考慮對方實際，項目很難推動運行。特別是軍工企業作為技術密集型企業，若對于所生產研發裝備的技術有所保留，那么對作戰效能發揮影響是非常大的，也很容易發生機會主義等不道德行為。

2.5 環境風險

運行環境是艦艇通信裝備順利完成任務的重要保障。環境風險主要表現在以下三個方面問題：首先，艦艇通信裝備作為一種長時間運行的裝備在運行過程中面臨著高鹽、高濕度、高溫等惡劣的外部環境因素，導致設備遭受嚴重損壞，無法正常使用的情況，影響裝備運行。其次，長時間航行任務，會致使裝備得不到充分的維護保養、停機檢修工作，出現故障停機問題。最后，艦艇通信裝備的零部件、備件在市場中較為稀少，會使得維修保障所必需的原材料及儀器設備的維修難度升高，裝備不能得到及時的維修更換。

3 基于RIMER的艦艇通信裝備狀態風險評價

RIMER是曼徹斯特大學YANG教授提出的一種方法，其整合集成了D-S證據理論、多屬性決策理論、模糊理論及傳統IF-THEN規則庫理論［7～8］。該方法可在數據信息較少且具有一定模糊性的情況下，結合證據推理合成方法，最大程度克服信息不確定性影響，提高風險評價的準確性、科學性及合理性［9～11］，共包括以下5個步驟。

3.1 構造置信規則庫

置信規則庫由“If-Then”規則組成，其運用統一的框架結構展示各個指標的區間范圍及取值［12］，可有效反映輸入信息與輸出結果的關系。

上式中，Pik表示在第k條規則中第i個條件的取值；Tk表示前提條件的個數，βlk表示第k條規則的前提條件成立時結論為rl的信度，且若βlk等于1，表明第k條規則是完整的，反之則是不完整的。σ1表示第k條規則的第i個條件的權重，可反映此條件下的數值相較于其他數值的重要程度。

3.2 轉換輸入數據

aij表示輸入指標xi對屬性Pij的匹配程度，Pij是第i個指標的第j個參考值，ψ(xi,pij)表示輸入值xi與參考值Pij的相似程度。由于數據類型的不同，ψ(xi,pij)的計算分為以下三種情況。

當規則前提項為離散序列時，其計算公式為

若輸入值為某個單點，則其匹配度為

上式中，[p,q]表示輸入數據的取值范圍。若為1；當xi遠離會遞減。

若輸入值為專家學者的主觀經驗判斷，其匹配度也就是其信度，即aij=εi。

3.3 計算激活權重

設輸入數據所對應的第k條規則可轉換為，且所有的前提條件均可用“^”進行連接，則表示輸入信息對第k條規則的前提項的匹配程度。?i表示相對權重，其計算公式如下：

對pk進行歸一化處理即可求得激活權重ωk，而θk表示第k條規則對于前提條件m的相對權重。

3.4 構造基本可信數

基本可信數的構造公式如下：

公式中ml,k是第k條規則的第l個結論的基本可信數，表示與權重有關的不確定性，而指由數據不完備信息所引起的不確定性，且

3.5 置信度計算

經過上述計算，假設置信規則庫中有S條規則被激活，由式（8）可求得以 及βl、βR、βT，其分別表示低風險、中風險及高風險。

4 案例分析

某驅逐艦支隊擁有我軍目前最先進的主戰艦艇，該單位下轄多艘最先進的導彈驅逐艦和導彈護衛艦。近年來，隨著海軍戰略轉型的深入，由近海防御戰略轉為遠海防衛，該單位的艦艇執行任務更為多樣，具有任務多，時間長，強度大的特點，而該單位也具有相當強的艦艇通信裝備使用經驗和通信裝備業務專家，因此，本案例以該單位的某型導彈驅逐艦通信部門為依托，進行通信裝備狀態風險評價模型的實際應用。

4.1 艦艇通信裝備狀態風險評價

該艦艇通信裝備風險指標包括定性類以及定量類，各個指標的取值范圍如表1所示。

經過調研考察，邀請專家進行打分，各項指標的具體得分如表2所示。

4.1.1 置信規則庫構造

根據專家給出的各個指標的概率參數可相應構建置信規則庫。此處以設備風險為例分析，假設各條規則的初始權重及前提屬性的相對權重相等，均為1，則其置信規則庫如表2所示。

4.1.2 輸入數據轉換

此處以設備風險為例計算，已知其兩項指標的打 分 結 果 分 別 為U21=(優，0.2)(良，0.8)),U22=(88%,1),將其代入式（3）、式（4）可得，ψ21(優,良,一般)=(0.2,0.8,0)，ψ22(88%,100%)=0.4 ，ψ22（88%,80%）=0.6。

表1 艦艇通信裝備狀態風險評價指標

表2 設備風險置信規則庫

4.1.3 激活權重計算

根據求得的轉換數據結果可知，表2中的第1、2、4及第5條規則被激活，運用式（5）、（6）可求得各條規則歸一化后的激活程度ωk，ω1=0.36,ω2=0.24,ω4=0.24，ω5=0.16。

4.1.4 計算基本可信數

利用式（7）求得設備風險的基本可信數，具體結果如下。

4.1.5 置信度計算

通過式（8）可求得其置信度，具體如下。

由結果可知，設備風險發生高風險、中風險及低風險的概率分別為15.61%，30.73%，53.66%。同理，人員風險、管理風險、協同風險、環境風險及總體風險等級也可求得。限于文章篇幅，此處不做具體展開，僅展示最終結果，如表3所示。

表3 風險指標的信度

根據以上結果可得，風險等級最高的一級指標為協同風險，該指標所顯示產生的風險級別較高，對艦艇通信裝備運行影響較大，可能會加速運行過程中風險故障的發生率，應將其列為重點指標進行管理。綜合可信度計算結果，該艦艇通信裝備風險總體上屬于中風險。

4.2 對策建議

根據運算結果，針對性地提出如下對策建議：對裝備運行風險而言，協同風險與管理風險所體現的關聯度較高，對裝備運行具有較大影響，應采取有效的措施，及資源進行強有力的風險管理。關于軍地雙方的協同風險，軍工企業與軍方應加強溝通，互利互信，本著對武器裝備戰斗力負責的態度進行裝備的生產驗收；在企業中構建黨委領導下的風險管控組織，使管理人員分工明確，權責統一，將軍地雙方領導納入進來，共同面對裝備生產過程中出現的問題；同時簽訂更為科學、完備的生產合同條款，明確軍地雙方所應負責的內容；并在保證不影響企業知識產權等雙方核心利益的前提下，增強裝備軍地雙方維護保養技能及廠家技術的交流與互動，提高裝備使用者科學操作、維護裝備的習慣，同時也促進軍地雙方彼此的學習與進步，發揮各自的特點與優勢，達到資源互通、信息共享和成果共贏的目標，不斷提升合作深度，提高裝備質量和效益。針對管理風險，駐場軍事代表應加強裝備生產的監督與控制，定期或不定期地對裝備質量進行抽查以及項目進度檢查等，把生產管理工作落實、落細，確保所生產的通信裝備可以按照既定的質量性能、商定的技術標準，在規定的技戰術性能指標予以交付，以保證裝備最大限度的發揮其效能；裝備使用管理人員應當嚴格遵循維修保養相關的規章制度要求定期維護，科學制定保養計劃，達到裝備性能的長久保持。

相比以上兩者風險指標，環境風險、人員風險及設備風險的風險等級較低，但根據裝備使用實際也應對其進行適當管理。針對環境風險，由于裝備自身具有一定的抗腐蝕性、防水密封性，故障的發生頻率與概率相對較低，應做好日常保養維護，而對于更加重要的管理維護環境及市場環境而言，裝備管理操作人員應密切關注裝備運行情況、維護保養時間等內外部關鍵信息，增強對于裝備可能出現的風險隱患的敏感性，在任務間隙和關鍵運行過程對裝備保養工作做好落實；裝備管理責任人應利用管理工具制定科學合理的風險應對方案與應急預案，充分預估運行過程中可能遇到的風險，形成具有可操作性和預判性的風險管理方案。應堅持定期檢查制度和裝備巡檢制度，廠家對于易發生故障的裝備，應定期指派專業技術人員進行檢查與維修，將風險扼殺于萌芽狀態，避免裝備帶故障運行的情況。關于人員風險，應定期對所屬人員進行培訓教育、專業知識考試，其中主要包括保密教育、方案預案學習、應急情況處置等方面，定期開展通信部門的操演訓練，不斷提高通信裝備操作管理人員的應急處理能力和風險防范意識，樹立全員風險管理意識，增強風險防范的責任感和自覺性，形成規范化、制度化的風險監督與安全操作機制。

5 結語

隨著對戰場態勢感知重要性的提高，艦艇通信裝備的狀態運行評價將是未來艦艇保障的發展趨勢。本文所構建的基于RIMER的風險評價體系可為艦艇通信裝備的維修、保障提供新的思路，為快速發展的艦艇通信裝備提供狀態評估的理論依據。本文所研究的方法通過實例驗證表明具有一定的可行性，可以為各型艦艇通信裝備的風險評估提供參考。