基于模糊綜合評價法的航天型號項目風險評估

◎南京航空航天大學 孫璐

航天型號項目具有科技含量高、投資規(guī)模大、研制周期長、風險損失大、政治性強等特點。這些特點決定了航天型號研制過程中存在眾多風險因素，因此，在項目研制初期進行風險因素識別并有效評估，對降低和規(guī)避項目研制的風險，保證航天型號項目的順利實施具有重要意義。

模糊綜合評價是指對多屬性體系結(jié)構(gòu)描述的對象作出全局性、整體性的評價，其基本思想是在確定評價因素、因子的評價等級標準和權(quán)值的基礎上，運用模糊集合變換原理，以隸屬度描述各因素及因子的模糊界線，構(gòu)造模糊評價矩陣，通過多層復合運算，最終確定評價對象的所屬等級。采用模糊綜合評價法進行航天型號項目風險評估，其中的隸屬函數(shù)和模糊統(tǒng)計為定性指標定量化提供了有效的方法，實現(xiàn)了定性和定量方法的有效集合，解決了判斷的模糊性和不確定性問題。

一、航天型號項目風險因素體系結(jié)構(gòu)及等級度量

航天型號項目風險是指人們不希望在航天型號項目中發(fā)生的導致人們預期目標負偏離的潛在可能性，是人們因?qū)ξ磥砗教祉椖啃袨榈臎Q策及型號研制的內(nèi)外客觀條件的不確定性而可能引起的后果與預期目標發(fā)生多重負偏離的綜合。

風險包括兩個方面：一是不能實現(xiàn)具體目標的概率；二是不能實現(xiàn)該目標所導致的后果。風險的一般數(shù)學表達式為Rf=f(Pf,Wf)，其中Rf為風險系數(shù)，Pf為風險發(fā)生概率，Wf表示風險影響結(jié)果的嚴重程度。風險系數(shù)Rf實際上是風險事件發(fā)生概率及其產(chǎn)生后果的似然估計，因而定義為：

1.航天型號項目風險因素體系結(jié)構(gòu)

航天型號項目風險識別主要依據(jù)型號項目特點進行風險資料的收集，包括相似項目研發(fā)過程中已發(fā)生的事件和事故信息、項目說明書、項目制約因素等，再采用多種風險識別方法進一步對風險資料進行歸納分類，最后建立詳細的航天型號項目風險體系結(jié)構(gòu)，如圖1所示。該體系表明了某航天型號項目在研制過程中的各級風險因素。

圖1所示風險主要包括技術(shù)風險、能力風險、外協(xié)風險、管理風險、環(huán)境風險5類。

技術(shù)風險是指使用新技術(shù)、新材料、新工藝、新設計時，型號項目提出前所未有的技術(shù)性能要求所承擔的風險。該風險與性能密切相關(guān)，存在于航天型號項目全壽命的各個階段。項目早期技術(shù)風險主要來源于技術(shù)指標設定過高、新技術(shù)所占比重過大和設計實施過程風險。

能力風險是指由于人員素質(zhì)問題造成的航天型號研制過程中的風險。

外協(xié)風險主要是由于航天型號項目研制協(xié)作單位所屬部門多，以及由產(chǎn)品供應帶來的風險。

管理風險是指由于計劃、組織、協(xié)調(diào)、控制不當以及保障能力不到位造成的費用增多、進度拖期、性能下降等風險。

圖1 航天型號項目風險體系結(jié)構(gòu)

環(huán)境風險包括組織行政環(huán)境風險、政治經(jīng)濟環(huán)境風險和自然因素造成的風險損失。

上述主要風險因素對航天型號研制項目的影響結(jié)果主要反映在進度、費用、技術(shù)性能3個方面。

2.航天型號項目風險因素等級度量

風險事件發(fā)生的概率可分為5個等級，Ⅰ級風險發(fā)生的概率為0.85～1.00；Ⅱ級風險發(fā)生的概率為0.65～0.85；Ⅲ級風險發(fā)生的概率為0.35～0.65；Ⅳ級風險發(fā)生的概率為0.15～0.35；Ⅴ級風險發(fā)生的概率為0.00～0.15。

風險因素對項目費用、進度、以及技術(shù)性能的影響可分為4個等級，Ⅰ級為造成巨大損失的災難性后果；Ⅱ級為造成系統(tǒng)重大損失；Ⅲ級為造成系統(tǒng)損失；Ⅳ級為不會導致上述任何后果的輕微損失。

按照上述風險等級的劃分，結(jié)合航天型號項目的具體情況，可建立如表1所示的風險度量指標體系。

二、模糊綜合評價法的算法流程

模糊綜合評價法進行航天型號項目風險定量分析的步驟如下：

第一步，劃分風險因素評價對象。技術(shù)風險、能力風險、外協(xié)風險等為一級風險評價指標，且每個評價指標具有多個二級風險評價指標，因此可建立一級風險指標集合U={U1,U2,…,Un}和二級風險指標集合u={u1,u2, …,um}。

第二步，建立評價集合，根據(jù)評價指標對航天型號項目風險概率和風險結(jié)果產(chǎn)生的不同影響設立不同的評價集合V={V1,V2,…,Vk}。

表1 風險度量指標體系

第三步，確定隸屬度矩陣，通過航天型號項目專家對照評價集合對各項評價指標進行評價，構(gòu)造隸屬度矩陣，設某個一級風險評價指標下面有m個二級指標，則該一級風險評價指標的隸屬度矩陣為：

第四步，采用熵權(quán)系數(shù)法確定各因子的權(quán)重矩陣A。

第五步，確定每個項目總體的隸屬度矩陣，通過分別得到每個一級風險指標的隸屬度確定項目總體的隸屬度矩陣。

最后，確定型號項目總體的風險系數(shù)和各個風險指標的風險系數(shù)。

三、算例分析

1.風險評估問卷調(diào)查

根據(jù)圖1確定的航天型號項目風險體系結(jié)構(gòu)，結(jié)合表1建立的風險度量指標體系編制出關(guān)于航天型號項目風險因素發(fā)生概率及其對項目費用、進度和技術(shù)性能的影響調(diào)查表。問卷調(diào)查表的統(tǒng)計結(jié)果如表2所示。

表2 專家調(diào)查表結(jié)果統(tǒng)計表

2.總體風險評估

根據(jù)表2的統(tǒng)計結(jié)果，用各個風險因素指標發(fā)生的概率及其對項目費用、進度和技術(shù)性能影響的不同等級所獲得的專家票數(shù)除以專家總數(shù)，可確定該指標在不同等級的支持率，即各指標的概率隸屬度矩陣Rpi(i=1,2,3,4,5)，項目費用結(jié)果隸屬度矩陣Rci(i=1,2,3,4,5)，項目進度結(jié)果隸屬度矩陣Rsi(i=1,2,3,4,5)，項目技術(shù)性能隸屬度矩陣Rti(i=1,2,3,4,5)。

下面以技術(shù)風險U1為例說明風險評估過程。

技術(shù)風險的概率隸屬度矩陣、項目費用結(jié)果隸屬度矩陣、項目進度結(jié)果隸屬度矩陣和項目技術(shù)性能隸屬度矩陣分別為：

根據(jù)熵權(quán)系數(shù)原理，可確定技術(shù)風險中的二級風險指標的發(fā)生概率權(quán)向量Api(i=1,2,3,4,5)，項目費用結(jié)果權(quán)向量Aci(i=1,2,3,4,5)，項目進度結(jié)果權(quán)向量Asi(i=1,2,3,4,5)，項目技術(shù)性能權(quán)向量Ati(i=1,2,3,4,5)，對于技術(shù)風險則有：

確定各個一級風險指標的發(fā)生概率評價向量rpi=Api×Rpi(1,2,3,4,5)，項目費用結(jié)果評價向量rci=Aci×Rci(1,2,3,4,5)，項目進度結(jié)果評價向量rsi=Asi×Rsi(1,2,3,4,5)，項目技術(shù)性能評價向量rti=Ati×Rti(1,2,3,4,5)，則對于技術(shù)風險為：

綜合5個一級風險指標，可得到風險指標的發(fā)生概率評價矩陣Rp，項目費用結(jié)果評價矩陣Rc，項目進度結(jié)果評價矩陣Rs，以及項目技術(shù)性能評價矩陣Rt：

再根據(jù)熵權(quán)系數(shù)原理，可確定5個一級風險因素的發(fā)生概率權(quán)向量Ap，項目費用結(jié)果權(quán)向量Ac，項目進度結(jié)果權(quán)向量As，項目技術(shù)性能權(quán)向量At：

確定表1的風險評價等級的權(quán)重為：

則項目風險事件發(fā)生的概率為：

風險事件對項目費用結(jié)果的影響程度為：

風險事件對項目進度結(jié)果的影響程度為：

風險事件對項目技術(shù)性能結(jié)果的影響程度為：

通過計算得出了風險因素對項目的費用、進度和技術(shù)性能的影響程度，通過給出費用、進度和技術(shù)性能這3個指標的權(quán)值向量，可確定風險事件對該型號項目的綜合影響程度。

一般來說，由于不同航天型號項目的目的和用途不同，其權(quán)值向量也不相同，如果從航天型號項目的整體研制考慮，可以將項目的技術(shù)性能確定為最重要的權(quán)值，其次為進度，最后為費用。根據(jù)模糊判斷方法，可形成費用、進度和技術(shù)性能的模糊判斷矩陣，并進行標準化。

最后得到費用、進度和技術(shù)性能的權(quán)值向量：

因此確定的風險事件對項目的綜合影響程度Wf為：

根據(jù)式（1）可確定項目的風險系數(shù)Rf為：

對風險系數(shù)Rf進行判定，由于0.3

3.各個風險因素的評估

按照項目總體風險系數(shù)的評估方法進行技術(shù)風險、能力風險、外協(xié)風險、管理風險和環(huán)境風險等一級風險因素的風險系數(shù)評估，得出如表3所示的5個一級風險因素的評估結(jié)果。

由 表3可知，技術(shù)風險和能力風險的發(fā)生概率和對項目的3個指標因素的影響相對都較大，外協(xié)風險和管理風險對項目進度的影響較大，環(huán)境風險對項目的費用和進度指標影響較大，而對技術(shù)性能影響較小。

進一步考慮項目的費用、進度和技術(shù)性能指標的權(quán)值向量，根據(jù)式（2）可確定5個一級風險因素對項目的綜合影響結(jié)果和風險系數(shù)，可知技術(shù)風險、能力風險和外協(xié)風險的風險系數(shù)較大，在0.35以上，而管理風險和環(huán)境風險的風險系數(shù)較小。

按照項目總體風險系數(shù)的評估方法進行14個二級風險因素指標的風險系數(shù)評估。某個二級風險因素的發(fā)生概率由Rpi×確定，該風險因素對項目費用結(jié)果影響程度由Rci×確定，對項目進度結(jié)果影響程度由Rsi×確定，對項目技術(shù)性能影響程度由Rti×確定，計算結(jié)果如表4所示。

通過單個風險因素分析可知，風險指標中技術(shù)指標過高，新技術(shù)比重過大，設計能力、試驗能力等幾項指標的風險系數(shù)較大；生產(chǎn)能力、政治經(jīng)濟環(huán)境、設計實施風險、外協(xié)外購產(chǎn)品供應、計劃編制合理性、組織行政環(huán)境等幾項指標的危險系數(shù)一般；其它幾項指標的危險系數(shù)較低，在項目實施中帶來的風險發(fā)生概率及影響后果小。

表3 一級風險因素評估結(jié)果