基于多層次灰色模型的導(dǎo)彈裝備研制風(fēng)險評估方法

金永旵,王 亮

(1.海軍駐北京地區(qū)艦空導(dǎo)彈系統(tǒng)軍事代表室,北京 100854; 2.中國人民解放軍91204部隊,北京 100161)

【后勤保障與裝備管理】

基于多層次灰色模型的導(dǎo)彈裝備研制風(fēng)險評估方法

金永旵1,王 亮2

(1.海軍駐北京地區(qū)艦空導(dǎo)彈系統(tǒng)軍事代表室,北京 100854; 2.中國人民解放軍91204部隊,北京 100161)

根據(jù)導(dǎo)彈裝備研制過程中所面臨風(fēng)險的實際特點，從現(xiàn)實需求出發(fā)，建立了導(dǎo)彈研制風(fēng)險評估流程及指標(biāo)體系。針對風(fēng)險評估中的定性評估指標(biāo)所具有的灰性特點，為解決不同類型定性、定量指標(biāo)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化問題，提出了一種基于多層次灰色系統(tǒng)理論的風(fēng)險評估模型，研究實例表明：該模型具有一定的應(yīng)用價值。

導(dǎo)彈研制；多層次灰色模型；風(fēng)險評估

導(dǎo)彈裝備是我軍裝備中的重要一員，在提升我軍戰(zhàn)斗力方面發(fā)揮了不可替代的作用。任何一型導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的型號研制都具有很強的探索性和綜合性，研制過程決定了裝備全壽命周期的品質(zhì)。但是在導(dǎo)彈裝備研制過程中又面臨著新技術(shù)開發(fā)，加工生產(chǎn)工藝提升以及大規(guī)模的組織、指揮協(xié)調(diào)等千頭萬緒的工作，這些都會帶來種種難以預(yù)料的不確定因素，同時給導(dǎo)彈裝備研制帶來了巨大的風(fēng)險和壓力[1]。對導(dǎo)彈裝備研制項目進(jìn)行風(fēng)險評估，目的在于深刻了解型號研制過程中面臨風(fēng)險的總體水平，為制定出合理的風(fēng)險規(guī)避策略提供理論依據(jù)。因此，加強導(dǎo)彈武器系統(tǒng)型號研制項目風(fēng)險評估理論研究，研究導(dǎo)彈裝備研制風(fēng)險評估模型和方法，對提高導(dǎo)彈武器系統(tǒng)型號研制項目管理水平、增強科研經(jīng)費使用效益具有重要意義[2]。

本研究針對導(dǎo)彈裝備研制過程中所面臨的各種現(xiàn)實風(fēng)險，建立了導(dǎo)彈裝備研制風(fēng)險評估流程及指標(biāo)體系，采用了一種基于多層次灰色模型的評估方法對某型導(dǎo)彈裝備研制風(fēng)險進(jìn)行了實例分析。

1 導(dǎo)彈研制風(fēng)險評估流程及指標(biāo)體系

導(dǎo)彈裝備研制風(fēng)險評估是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，要科學(xué)的進(jìn)行風(fēng)險評估必須制定合理的評估流程，按照既定的評估流程，逐步實施。根據(jù)導(dǎo)彈裝備研制項目管理的實踐，導(dǎo)彈裝備研制過程的風(fēng)險評估流程如圖1所示。

圖1 導(dǎo)彈裝備研制風(fēng)險評估流程

從流程圖可以看出，確定風(fēng)險評估指標(biāo)體系和建立適合的風(fēng)險評估模型是導(dǎo)彈裝備研制風(fēng)險評估過程中最重要的兩個環(huán)節(jié)。

導(dǎo)彈裝備研制項目風(fēng)險評估指標(biāo)體系的建立必須遵循構(gòu)建指標(biāo)體系的原則，必須服務(wù)于評估目標(biāo)，促成評估目標(biāo)的實現(xiàn)。同時，指標(biāo)體系并不針對具體型號項目，而是從一般概念意義上，抽取某些共性的風(fēng)險內(nèi)容構(gòu)成評估體系。

根據(jù)對導(dǎo)彈研制過程中可能出現(xiàn)的風(fēng)險進(jìn)行綜合分析后，依據(jù)指標(biāo)體系設(shè)計的SMART原則[3]，建立了導(dǎo)彈裝備研制項目風(fēng)險評估指標(biāo)體系，如圖2所示。對具體的導(dǎo)彈型號研制項目而言，進(jìn)行風(fēng)險綜合評估時，其指標(biāo)側(cè)重點也不盡相同，因此在進(jìn)行具體的型號風(fēng)險綜合評估時，可以在此指標(biāo)體系基礎(chǔ)上根據(jù)客觀實際進(jìn)行增減，或設(shè)定不同的權(quán)重，以適應(yīng)具體的導(dǎo)彈武器系統(tǒng)型號研制項目風(fēng)險綜合評估的需要。

2 基于多層次灰色系統(tǒng)理論的風(fēng)險評估模型

由于導(dǎo)彈裝備研制風(fēng)險評估過程中絕大部分指標(biāo)屬于主觀評估問題，評估指標(biāo)往往很少有確切的定量指標(biāo)值，很難完全真實地反映風(fēng)險的破壞程度，這就導(dǎo)致在實施風(fēng)險評估時所依據(jù)的信息是不確定的、不完全的。通常把信息部分明確、部分不明確的系統(tǒng)稱為灰色系統(tǒng)[4-5]。因此，本研究建立基于多層次灰色系統(tǒng)理論的風(fēng)險評估模型是非常適用的，它為主觀評估問題提供了一種適宜的量化工具，有助于提高風(fēng)險評估的科學(xué)性和精確性?；诙鄬哟位疑到y(tǒng)理論[6]的風(fēng)險評估模型是灰色系統(tǒng)理論與層次分析法相結(jié)合的產(chǎn)物，具體講就是在層次分析中，不同層次決策“權(quán)”的數(shù)值是按灰色系統(tǒng)理論計算的?；疑珜哟尉C合評估模型的基本步驟如下列各節(jié)所述。

2.1 確定定性指標(biāo)評分標(biāo)準(zhǔn)

在進(jìn)行評估前，應(yīng)對指標(biāo)進(jìn)行預(yù)處理，盡可能地實現(xiàn)指標(biāo)定量化、一致化和無量綱化。對于定性指標(biāo)，進(jìn)行定量化，才能給出有效的評估結(jié)果。對于經(jīng)驗定性指標(biāo)，由于缺乏足夠的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，沒有足夠統(tǒng)計資料，可采用專家打分方法對定性指標(biāo)量化。在選取評估專家后，將專家打分級別設(shè)為5個風(fēng)險等級，分別對應(yīng)于低、較低、較高、高、很高，分別對各個風(fēng)險等級制訂相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 定性指標(biāo)評分標(biāo)準(zhǔn)

圖2 導(dǎo)彈裝備研制風(fēng)險評估指標(biāo)體系

設(shè)評估指標(biāo)Aij是定性指標(biāo)，將評估指標(biāo)Aij劃分為“低”、“較低”、“較高”、“高”、“很高”5個等級，對應(yīng)的等級賦予分值1、3、5、7、9，指標(biāo)等級介于兩相鄰等級之間，相應(yīng)的分值為2、4、6、8。

2.2 確定評估指標(biāo)的權(quán)重

本文利用AHP法[7-8]確定各個指標(biāo)的權(quán)重，不再贅述。

2.3 組織評估專家打分

設(shè)評估專家序號為k，k=1,2,…,m，即有m個評估專家。組織m個評估專家對評估指標(biāo)Aij按評分等級標(biāo)準(zhǔn)打分。

2.4 確定評估樣本矩陣

根據(jù)評估專家的打分，即根據(jù)第k個評估專家對評估指標(biāo)Aij按評分等級標(biāo)準(zhǔn)給出的分值dijk，得評估樣本矩陣D：

2.5 確定評估灰類

一般來說，指標(biāo)中可能含有“極大值”指標(biāo)、“極小值”指標(biāo)、“居中型”指標(biāo)和“區(qū)間型”指標(biāo)。2.1節(jié)已經(jīng)對定性指標(biāo)進(jìn)行量化，其分值同樣需要與定量指標(biāo)保持一致。為實現(xiàn)定量指標(biāo)之間的一致化和定量、定性指標(biāo)的一致化，本文采用白化權(quán)函數(shù)對定量指標(biāo)和已經(jīng)量化的定性指標(biāo)進(jìn)行處理，將評估指標(biāo)的分值轉(zhuǎn)化到區(qū)間[0，1]。確定評估灰類就是要確定評估灰類的等級數(shù)、灰類的灰數(shù)以及灰數(shù)的白化權(quán)函數(shù)。這里將評估灰類分為“低”、“較低”、“高”、“較高”、“很高”5個等級，即e=1、2、3、4、5，閾值分別取為d1、d2、d3、d4、d5，各白化權(quán)函數(shù)如下所示：

灰類e=1(低)，其灰類?1∈[0,d1,2d1]，白化權(quán)函數(shù)為f1

式中dijk表示評估樣本矩陣的分值。

灰類e=2(較低)，其灰類?2∈[0,d2,2d2]，白化權(quán)函數(shù)為f2

式中dijk表示評估樣本矩陣的分值。

灰類e=3(高)，其灰類?3∈[0,d3,2d3]，白化權(quán)函數(shù)為f3

式中dijk表示評估樣本矩陣的分值。

灰類e=4(較高)，其灰類?4∈[0,d4,2d4]，白化權(quán)函數(shù)為f4

式中dijk表示評估樣本矩陣的分值。

灰類e=5(很高)，其灰類?5∈[0,d5,∞]，白化權(quán)函數(shù)為f5

式中dijk表示評估樣本矩陣。

白化權(quán)函數(shù)轉(zhuǎn)折點的值稱為閾值，可以按照準(zhǔn)則或經(jīng)驗，用類比的方法獲得(此法所得的閾值稱客觀閾值)。也可以從樣本矩陣中，尋找最大、最小和中等值，作為上限、下限和中等的閾值(此法所得的閾值稱為相對閾值)[9]。

2.6 計算灰色評估系數(shù)

對于評估指標(biāo)Aij，其屬于第e個評估灰類的灰色評估系數(shù)記為ηije，則有

對于評估指標(biāo)Aij，其屬于各個評估灰類的灰色評估系數(shù)記為ηij，則有

2.7 計算灰色評估權(quán)向量及權(quán)矩陣

所有評估專家就評估指標(biāo)Aij主張第e個灰類的灰色評估權(quán)記為rije，則有

考慮到灰類等級數(shù)為5，即e=1,2,3,4,5，便有評估指標(biāo)Aij對于各灰類的灰色評估權(quán)向量rij

rij=(rij1,rij2,…,rij5)

從而得到評估指標(biāo)Ai所屬指標(biāo)Aij對于各評估灰類的灰色評估權(quán)矩陣Ri，則有

評估指標(biāo)Ai對所屬指標(biāo)Aij的權(quán)重集Wi=(wi1,wi2,…,wij)，評估指標(biāo)Ai對于各灰類的灰色評估權(quán)向量ri，則有

2.8 綜合風(fēng)險評估

綜合評估的結(jié)果，即綜合目標(biāo)A的灰色評估權(quán)向量r，則有

可以看出，綜合評估結(jié)果r是一個向量，它表示綜合狀況各灰類程度的描述。對r所提供的信息，可以按照最大接近度原則確定所屬灰類等級。但是，按此原則判斷結(jié)果有時是實效的，往往會因為這種判斷原則丟失太多信息。為此，有必要對r作進(jìn)一步處理，使r單值化，即計算綜合評估值R。設(shè)將各評估灰類等級按“灰水平”賦值，則各評估灰類等級值量化向量C=(1,3,5,7,9)，則有

R=r·CT

3 案例分析

根據(jù)前面所述的評估方法，結(jié)合導(dǎo)彈武器系統(tǒng)型號研制項目管理的實踐，以某型艦空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)型號研制項目為例，具體介紹導(dǎo)彈武器系統(tǒng)型號研制項目研制風(fēng)險評估的實施過程和方法。

3.1 評估指標(biāo)數(shù)據(jù)的確定

3.1.1 定性評估指標(biāo)數(shù)據(jù)的獲取

在選取評估專家后，根據(jù)各底層指標(biāo)的評分標(biāo)準(zhǔn)組織評估專家進(jìn)行評分，根據(jù)具體導(dǎo)彈武器系統(tǒng)型號研制項目風(fēng)險評估實際，遵循評估專家選擇原則，本文邀請5位相關(guān)領(lǐng)域的專家進(jìn)入風(fēng)險評估系統(tǒng)。評估專家通過資料分析、實地調(diào)研等方式，最后依據(jù)評分標(biāo)準(zhǔn)(表1)給出各底層定性指標(biāo)的分值。

3.1.2 定量評估指標(biāo)數(shù)據(jù)的獲取

通過觀測、調(diào)研、計算等方式可獲得到各底層定量指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)，但其中一些定量指標(biāo)需要通過單項評估和公式計算才能得到評估數(shù)據(jù)。通過綜合，得到如表2所示的定量指標(biāo)數(shù)據(jù)。

表2 定量指標(biāo)數(shù)據(jù)

3.2 評估指標(biāo)權(quán)重的確定

在確定評估指標(biāo)體系后，應(yīng)對指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重分析。這里選擇5位相關(guān)專家，采取5點法判斷各指標(biāo)的重要程度。根據(jù)專家給出的相對重要度數(shù)值，運用AHP法運算，將數(shù)值轉(zhuǎn)換成相對權(quán)重，然后計算出幾何平均數(shù)，求得各指標(biāo)權(quán)重，如表3所示，限于篇幅，僅給出部分權(quán)重。

表3 各評估指標(biāo)權(quán)重

3.3 確定評估樣本矩陣

通過上述步驟，可得出各底層定性和定量指標(biāo)的指標(biāo)數(shù)值，下面以表格形式給出各底層指標(biāo)的評估樣本矩陣，如表4～表6所示，限于篇幅，對于五級指標(biāo)評估樣本矩陣僅給出部分?jǐn)?shù)據(jù)。

表4 六級指標(biāo)評估樣本矩陣

表5 五級指標(biāo)評估樣本矩陣

表6 四級指標(biāo)評估樣本矩陣

3.4 確定評估灰類

按照灰色理論系統(tǒng)，設(shè)灰類有5個等級，分別對應(yīng)于：“低”、“較低”、“較高”、“高”、“很高”，用e=1、2、3、4、5表示。對于定性指標(biāo)，閾值分別取d1=1、d2=3、d3=5、d4=7、d5=9。

灰類e=1(低)，其灰類?1∈[0,1,2]，白化權(quán)函數(shù)為f1，如圖3所示。

式中dijk表示評估樣本矩陣的分值。

圖3 e=1白化權(quán)函數(shù)

其他灰類及白化權(quán)函數(shù)可以以此類推，不再贅述。

對于每個定量指標(biāo)，應(yīng)根據(jù)各指標(biāo)的具體涵義和規(guī)定或一般性準(zhǔn)則，依照白化權(quán)函數(shù)確定準(zhǔn)則，確定白化權(quán)函數(shù)，具體如下：

1) 費用風(fēng)險A231

取d1=1、d2=3、d3=5、d4=7、d5=9。

2) 進(jìn)度風(fēng)險A232

取d1=1、d2=3、d3=5、d4=7、d5=9。

3) 技術(shù)狀態(tài)不受控率A2521

4) 檢驗錯誤率A2522

5) 重大問題發(fā)生率A2523

6) 一次軍檢不合格率A2541

7) 產(chǎn)品返修率A2542

8) 產(chǎn)品品質(zhì)問題提高率A2543

取d1=1、d2=0.8、d3=0.6、d4=0.6、d5=0.2。

3.5 計算灰類的評估系數(shù)及評估權(quán)向量

根據(jù)前文所述的方法，以技術(shù)風(fēng)險為例計算各灰類的評估系數(shù)及評估權(quán)向量，具體表7～表11所示。

表7 六級指標(biāo)評估系數(shù)及評估權(quán)向量

表8 沒有六級指標(biāo)的五級指標(biāo)評估系數(shù)及評估權(quán)向量

表9 其他五級指標(biāo)的權(quán)重集及評估權(quán)向量

表10 四級指標(biāo)的權(quán)重集及評估權(quán)向量

表11 三級指標(biāo)的權(quán)重集及評估權(quán)向量

通過計算可知技術(shù)風(fēng)險的評估權(quán)向量

r21=(0,0.070 8, 0.323 1, 0.339 8, 0.266 3)

同理求得品質(zhì)風(fēng)險的評估權(quán)向量

r25=(0.495 9, 0.207 1, 0.135 0, 0.089 9, 0.070 5)

環(huán)境政策風(fēng)險的評估權(quán)向量

r11=(0.038 7, 0.348 9, 0.269 8, 0.192 7, 0.149 9)

進(jìn)展風(fēng)險的評估權(quán)向量

r22=(0,0.345 9, 0.288 2, 0.205 8, 0.160 1)

組織管理風(fēng)險的評估權(quán)向量

r23=(0.058 8, 0.354 9, 0.275 3, 0.197 5, 0.153 6)

性能風(fēng)險的評估權(quán)向量

r24=(0,0.298 4, 0.309 1, 0.220 8, 0.171 7)

采購風(fēng)險的評估權(quán)向量

r26=(0,0.315 3, 0.301 6, 0.215 5, 0.167 5)

項目外部風(fēng)險的評估權(quán)向量

r1=(0.038 7, 0.348 9, 0.269 8, 0.192 7, 0.149 9)

項目內(nèi)部風(fēng)險的評估權(quán)向量為

r2(0.045 9, 0.218 0, 0.291 7, 0.252 4, 0.197 2)

根據(jù)最大隸屬度原則，導(dǎo)彈武器系統(tǒng)型號研制項目研制與定型階段各風(fēng)險的等級如表12所示。

表12 項目各風(fēng)險等級

3.6 綜合風(fēng)險評估

綜合風(fēng)險評估是對評估對象的整體情況進(jìn)行全面評估，獲得其風(fēng)險整體情況。通過分析可知，為考察評估對象的整體風(fēng)險情況，須得出整體風(fēng)險水平A的評估權(quán)向量r和綜合評估值R，則有：

(0.043 5, 0.261 6, 0.284 4, 0.232 5, 0.181 4)

總體風(fēng)險水平A的評估權(quán)向量

r=(0.043 5, 0.261 6, 0.284 4, 0.232 5, 0.181 4)

根據(jù)最大隸屬度原則，該型艦空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)型號研制項目研制與定型階段整體風(fēng)險情況為“較高”；綜合評估值R=5.510 4，接近閾值d3=5，有充足理由認(rèn)為本型號研制型階段整體風(fēng)險情況為“較高”。

4 結(jié)論

導(dǎo)彈裝備研制風(fēng)險評估是一個涉及技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境政策等諸多因素的復(fù)雜決策過程，往往要根據(jù)不同的目的、對象確定不同的方法。傳統(tǒng)的完全依靠專家經(jīng)驗的純定性分析方法，科學(xué)性、客觀性相對較差，而進(jìn)行純定量分析又不具備條件。實踐證明，充分利用專家的經(jīng)驗，建立基于多層次灰色系統(tǒng)理論的風(fēng)險評估模型，將不同類型定性指標(biāo)和定量指標(biāo)的分析充分結(jié)合，綜合評估導(dǎo)彈裝備研制風(fēng)險是提高評估品質(zhì)的有效途徑，能夠為裝備研制決策機關(guān)提供一定的技術(shù)支撐。

[1] 蘇續(xù)軍,陳建泗.模糊綜合評判的裝備研制風(fēng)險評估[J].活力與指揮控制,2013,38(4):118-121.

[2] 李曉松,王志成,陳慶華.基于云推理模型的武器裝備研制風(fēng)險評估研究[J].運籌與管理,2011,20(3):111-118.

[3] 鮑玉昆,張金隆,孫福全,等.基于SMART準(zhǔn)則的科技項目評標(biāo)指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)模型設(shè)計[J].科學(xué)學(xué)與科學(xué)技術(shù)管理.2003.2：46-48.

[4] 鄧聚龍.灰色系統(tǒng)理論教程[M].武漢:華中理工大學(xué)出版社,1990:20-43.

[5] 強鳳嬌.灰色聚類決策中指標(biāo)權(quán)重和綜合決策測度權(quán)系數(shù)的確定[J].統(tǒng)計與決策,2015(22):50-55.

[6] 胡笙煌.主觀指標(biāo)評價的多層次灰色評價法[J].系統(tǒng)工程理論與實踐,1996(1):12-20.

[7] CHEN C H.Evaluation Naval Tactical Missile System by AHP Based on the Grade of Member ship Function[J].European Journal of Operational Research,1997,96(2):343-450.

[8] 朱建軍,王夢光,劉士新.AHP判斷矩陣一致性改進(jìn)的若干問題研究[J].系統(tǒng)工程理論與實踐,2007,27(1):18-22.

[9] 候俊杰,楊玉中.基于三角白化權(quán)函數(shù)的汽車供應(yīng)鏈合作風(fēng)險評估研究[J].物流科技,2015(9):119-123.

[10]曹翊天，李彥彬，吳振亞，等.基于灰色物元分析法的導(dǎo)彈裝備采辦風(fēng)險評估[J].火力與指揮控制，2015(10):129-132.

(責(zé)任編輯唐定國)

Risk Assessment Method of Developing Missile Based on Multi-Hierarchy Grey Model

JIN Yong-chan1, WANG Liang2

(1.Air-Ship Missile Military Representative Office of Navy in Beijing, Beijing 100854, China;2.The No. 91204thTroop of PLA, Beijing 100161, China)

According to the actual characteristics of risk faced by the development of missile and the reality demands, the risk assessment process and assessment model of developing missile were studied. Aiming at the gray characteristic of the qualitative evaluation indexes for risk assessment, and to solve the standardization problem of different qualitative and quantitative indexes, a risk assessment model based on multilevel grey system theory was established. Research instance showed that the model had a certain application value.

development of missile; multi-hierarchy grey model; risk assessment

2016-09-05；

2016-10-05

金永旵(1985—)，男，工程師，主要從事裝備管理、裝備制造監(jiān)管;王亮(1985—)，男，博士，工程師，主要從事裝備綜合保障、PHM技術(shù)研究。

10.11809/scbgxb2017.01.034

金永旵,王亮.基于多層次灰色模型的導(dǎo)彈裝備研制風(fēng)險評估方法[J].兵器裝備工程學(xué)報，2017(1):146-153.

format:JIN Yong-chan, WANG Liang.Risk Assessment Method of Developing Missile Based on Multi-Hierarchy Grey Model[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2017(1):146-153.

TJ76

A