蒙特卡羅法在高壓加熱器制造工期上的風(fēng)險(xiǎn)分析應(yīng)用

牛 立

(上海電氣電站設(shè)備有限公司上海電站輔機(jī)廠，上海 200090)

1 概 述

1.1 問題的提出

高壓加熱器(以下簡(jiǎn)稱高加)是發(fā)電廠里的一種重要輔機(jī)設(shè)備,其工作原理是利用來(lái)自汽輪機(jī)的抽汽來(lái)加熱鍋爐給水,使給水達(dá)到所要求的溫度,從而提高電廠的熱效率和保證機(jī)組出力。

作為全國(guó)最大的制造電站輔機(jī)的專業(yè)企業(yè),上海電站輔機(jī)廠的高加產(chǎn)量在2007～2009年的3年時(shí)間里連續(xù)增長(zhǎng),2009年的產(chǎn)量達(dá)到了138.9GW。在這產(chǎn)量高速增長(zhǎng)的3年里,一個(gè)問題突出地顯現(xiàn)在廠家的面前:設(shè)備制造的實(shí)際進(jìn)度通常與計(jì)劃的安排有較大偏差,使得設(shè)備的交貨期不能滿足電廠的建設(shè)進(jìn)度。

怎樣在編制高加生產(chǎn)制造計(jì)劃時(shí)就有所側(cè)重地予以關(guān)注偏差問題,進(jìn)而針對(duì)有可能出現(xiàn)偏差的制造環(huán)節(jié)給予人力、物力等各類資源的適度投入?該問題實(shí)際上是一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)分析問題。

1.2 有關(guān)風(fēng)險(xiǎn)的定義

1901年,美國(guó)學(xué)者威雷特最早給出風(fēng)險(xiǎn)的概念,認(rèn)為風(fēng)險(xiǎn)是關(guān)于不愿發(fā)生的事件發(fā)生的不確定的客觀體現(xiàn)。后來(lái),另一位美國(guó)學(xué)者奈特把風(fēng)險(xiǎn)與不確定性作了明確的區(qū)分,指出風(fēng)險(xiǎn)是可測(cè)定的不確定性。1982年,日本學(xué)者武井勛在吸收前人研究成果的基礎(chǔ)上對(duì)風(fēng)險(xiǎn)概念做了新的描述,認(rèn)為風(fēng)險(xiǎn)是在特定環(huán)境中和特定期間內(nèi)自然存在的導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)損失的變化[1]。目前,美國(guó)項(xiàng)目管理協(xié)會(huì)(Project Management Institute,PMI)則認(rèn)為風(fēng)險(xiǎn)是一種不確定事件或狀況,一旦發(fā)生會(huì)對(duì)至少一個(gè)項(xiàng)目目標(biāo)產(chǎn)生積極或消極的影響。風(fēng)險(xiǎn)的起因可能是一種或多種,一旦發(fā)生,會(huì)產(chǎn)生一項(xiàng)或多項(xiàng)影響[2]。而我國(guó)學(xué)者王長(zhǎng)峰博士則認(rèn)為風(fēng)險(xiǎn)是在以特定利益為目標(biāo)的行動(dòng)過(guò)程中,存在與初衷利益相悖的潛在損失,并由此導(dǎo)致對(duì)行動(dòng)主體造成危害的事態(tài)[3]。本文針對(duì)高加制造的具體情況,作者將風(fēng)險(xiǎn)定義為在高加設(shè)備的制造過(guò)程中,由于各種因素可能引起的各制造環(huán)節(jié)延遲而導(dǎo)致出產(chǎn)期與計(jì)劃時(shí)間的偏差。

風(fēng)險(xiǎn)的存在威脅著設(shè)備交貨的準(zhǔn)時(shí)性,也潛在影響著電廠的建設(shè)進(jìn)度。為此必須加強(qiáng)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的管理,而風(fēng)險(xiǎn)管理的基礎(chǔ)工作之一就是風(fēng)險(xiǎn)分析。

1.3 風(fēng)險(xiǎn)分析的方法

風(fēng)險(xiǎn)分析的方法可分為定性和定量2大類。定性的方法主要有安全檢查表法、危害性預(yù)先分析、原因—結(jié)果分析、對(duì)應(yīng)子項(xiàng)目分析模型、“嚴(yán)重—可能性”矩陣劃分等級(jí)法、頂事件調(diào)研表法、工作分析結(jié)構(gòu)—過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)構(gòu)矩陣結(jié)構(gòu)、工程周期—過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)構(gòu)矩陣結(jié)構(gòu)等。定量的方法主要有模擬法、決策樹法、層次分析(The Analytic Hierarchy Process)法、作業(yè)條件危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)法分析等。如果項(xiàng)目執(zhí)行過(guò)程中各風(fēng)險(xiǎn)因素是相互影響的,那么可以考慮使用期望值的概念。

1.4 高加制造進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)分析方法的選擇

定量分析方法的優(yōu)點(diǎn)是可以測(cè)定一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)可能的所有變量的值,以及測(cè)定每個(gè)變量相關(guān)的可能性。具體對(duì)本文所定義的風(fēng)險(xiǎn)而言,它可以測(cè)定制造環(huán)節(jié)中每個(gè)分解到的步驟發(fā)生相關(guān)變化的可能性大小,為風(fēng)險(xiǎn)管理提供堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

2 風(fēng)險(xiǎn)定量分析的工具介紹

2.1 蒙特卡羅法介紹

蒙特卡羅(Monto-Carlo)法又稱統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)法或隨機(jī)模擬法。該法是一種通過(guò)對(duì)隨機(jī)變量的統(tǒng)計(jì)試驗(yàn),隨機(jī)模擬,求解數(shù)學(xué)、物理、工程技術(shù)問題近似解的數(shù)學(xué)方法。其特點(diǎn)是采用數(shù)學(xué)方法在計(jì)算機(jī)上模擬實(shí)際概率過(guò)程,然后加以統(tǒng)計(jì)處理。此法最初由數(shù)學(xué)家馮?諾伊曼和烏拉姆用來(lái)模擬核反應(yīng)堆中子的行為活動(dòng)而首創(chuàng)的。

通常作分析時(shí)人們最關(guān)心的問題是系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性。但目前各種定量計(jì)算所運(yùn)用的數(shù)學(xué)模型很少能反映隨時(shí)間變化的復(fù)雜過(guò)程,尤其當(dāng)變量本身牽涉到不確定性的問題時(shí),所考慮的問題更復(fù)雜,構(gòu)造數(shù)學(xué)模型也更困難。蒙特卡羅法可以隨機(jī)模擬各種變量間的動(dòng)態(tài)關(guān)系,解決某些具有不確定性的復(fù)雜問題,被公認(rèn)為是一種經(jīng)濟(jì)而有效的方法。

蒙特卡羅法的模擬步驟如下:①確定輸入變量及其概率分布,對(duì)于未來(lái)事件,通常采用主觀概率估計(jì);②通過(guò)模擬試驗(yàn),獨(dú)立地隨機(jī)抽取各輸入變量的值,并使所抽取的隨機(jī)數(shù)值符合既定的概率分布;③建立數(shù)學(xué)模型,按照研究目的編制程序,計(jì)算各輸出變量;④確定試驗(yàn)(模擬)次數(shù)以滿足預(yù)定的精度要求,以逐漸積累的較大樣本來(lái)模擬輸出的概率分布。

通過(guò)上述計(jì)算過(guò)程,雖然產(chǎn)生的是數(shù)值樣本,卻可以與其他統(tǒng)計(jì)樣本一樣,進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理。因此,蒙特卡羅法借助人對(duì)未來(lái)事件的主觀概率估計(jì)及計(jì)算機(jī)隨機(jī)模擬,能解決難以用數(shù)學(xué)分析方法求解的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)復(fù)雜問題,具有極大的優(yōu)越性,已成為當(dāng)今風(fēng)險(xiǎn)分析的主要工具之一。

2.2 Matlab軟件介紹

Matlab軟件是美國(guó)New Mexico大學(xué)的Cleve Moler博士首創(chuàng)的,并隨著Windows環(huán)境的發(fā)展而迅速發(fā)展起來(lái)。它具有多種功能強(qiáng)大的專用工具箱,如有限元分析、控制系統(tǒng)、系統(tǒng)辨識(shí)、信號(hào)處理、仿真、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。這些工具箱使得Matlab深入到工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究等多方面領(lǐng)域,成為眾多新項(xiàng)目開發(fā)和產(chǎn)品研制的首選軟件環(huán)境。

3 蒙特卡羅法在陳家港2×600MW機(jī)組高加項(xiàng)目上的應(yīng)用

3.1 項(xiàng)目情況簡(jiǎn)介

2008年1月,上海電站輔機(jī)廠與陳家港電廠簽定了供貨合同。合同規(guī)定,上海電站輔機(jī)廠為陳家港電廠提供2套超臨界的600MW高加,交貨期為2008年11月。合同金額總計(jì)3300萬(wàn)元。

3.2 制造工期風(fēng)險(xiǎn)定量分析的具體步驟

首先,作者運(yùn)用Project 2003軟件,做出了高加制造工序的甘特圖,具體見圖1～圖3。

圖1 加熱器進(jìn)度甘特圖1

圖2 加熱器進(jìn)度甘特圖2

圖3 加熱器進(jìn)度甘特圖3

由圖1～圖3可見,設(shè)備關(guān)鍵路線是“投料—管束制造—總裝”和“投料—短接制造—總裝”這2條。設(shè)備制造總工期是59 d。接著使用Matlab 2007軟件,運(yùn)用蒙特卡羅法對(duì)工期進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析。

(1)確定活動(dòng)的工期及相應(yīng)概率?；顒?dòng)的概率是根據(jù)作者長(zhǎng)期的工作經(jīng)驗(yàn)而取的值。具體數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 活動(dòng)的工期及相應(yīng)概率表

(2)根據(jù)概率分布情況對(duì)可能的隨機(jī)數(shù)編號(hào)。作者根據(jù)長(zhǎng)期的工作實(shí)踐定概率分布類型為均勻分布。

(3)隨機(jī)抽取20組樣本數(shù)據(jù)。

(4)確定關(guān)鍵路線和總工期。

(5)根據(jù)抽取的若干組數(shù)據(jù)進(jìn)行各工序概率計(jì)算。

根據(jù)表1利用計(jì)算機(jī)隨機(jī)生成10000組樣本數(shù)據(jù),從中隨機(jī)抽取20組樣本。樣本數(shù)據(jù)見表2。

關(guān)鍵路線見表2中帶下劃線的數(shù)字。然后根據(jù)關(guān)鍵路線統(tǒng)計(jì)總工期并計(jì)算概率,其結(jié)果見表3。

整個(gè)計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果與部分程序如圖4所示。

從表3中可以看出,高加在60 d(在保證質(zhì)量的前提下,基于本企業(yè)的工裝設(shè)備以及技術(shù)水平所能達(dá)到的最短工期為60 d),完成的概率是0.65(=0.05+0.10+0.15+0.35),準(zhǔn)時(shí)完工的工期風(fēng)險(xiǎn)較小。而計(jì)算機(jī)仿真的結(jié)果也較符合以往多時(shí)項(xiàng)目的實(shí)際情況,因此采取常規(guī)的管理措施即可。

表2 樣本數(shù)據(jù)

表3 總工期及概率

最終,該項(xiàng)目設(shè)備按照合同所規(guī)定的交貨期準(zhǔn)時(shí)發(fā)運(yùn)現(xiàn)場(chǎng),確保了工程的建設(shè)進(jìn)度。

4 結(jié) 語(yǔ)

圖4 仿真結(jié)果與部分程序

蒙特卡羅法用于高加制造進(jìn)度的定量分析是一個(gè)新的嘗試,其益處在于能對(duì)潛在風(fēng)險(xiǎn)事件建立一系列概率分布,對(duì)這些分布進(jìn)行隨機(jī)抽樣,再將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成能反映實(shí)際生產(chǎn)進(jìn)度中潛在風(fēng)險(xiǎn)量化的有用信息。作者下一步的工作重點(diǎn)就是在工作實(shí)踐中對(duì)此不斷完善,并在適當(dāng)?shù)臈l件下推廣到1GW機(jī)組的高壓加熱器的制造進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)定量分析上去,為項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)管理的下一步工作打下扎實(shí)基礎(chǔ)。

[1]Kerzner H.項(xiàng)目管理[M].楊愛華,譯.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007:3.

[2](美)項(xiàng)目管理協(xié)會(huì).項(xiàng)目管理知識(shí)體系指南[M].盧有杰,譯.北京:電子工業(yè)出版社,2007:198.

[3]王長(zhǎng)峰.現(xiàn)代項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)管理[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2008:10-11.