基于改進(jìn)FMEA和灰色關(guān)聯(lián)理論的機(jī)載彈藥技術(shù)保障安全風(fēng)險(xiǎn)分析?

葉 文 趙建忠 呂曉峰

（海軍航空工程學(xué)院兵器科學(xué)與技術(shù)系 煙臺 264001）

基于改進(jìn)FMEA和灰色關(guān)聯(lián)理論的機(jī)載彈藥技術(shù)保障安全風(fēng)險(xiǎn)分析?

葉 文 趙建忠 呂曉峰

（海軍航空工程學(xué)院兵器科學(xué)與技術(shù)系 煙臺 264001）

論文通過對失效模式與影響分析與灰色關(guān)聯(lián)理論的概念、應(yīng)用分析，并嘗試通過兩種方法的融合形成一種改良的分析，建立基于改進(jìn)FMEA和灰色關(guān)聯(lián)理論的機(jī)載彈藥技術(shù)保障安全風(fēng)險(xiǎn)分析模型。案例分析表明該方法可以有效地解決機(jī)載彈藥技術(shù)保障安全風(fēng)險(xiǎn)分析問題。

機(jī)載彈藥技術(shù)保障；安全風(fēng)險(xiǎn)分析；改進(jìn)FMEA；灰色關(guān)聯(lián)理論

ClassNum ber TP391

1 引言

機(jī)載彈藥技術(shù)保障安全風(fēng)險(xiǎn)分析，就是了解機(jī)載彈藥實(shí)彈訓(xùn)練技術(shù)保障任務(wù)，分析保障任務(wù)特點(diǎn)，明確任務(wù)實(shí)施過程中的重要階段和關(guān)鍵環(huán)節(jié)［1～2］。分析保障過程當(dāng)中各類安全風(fēng)險(xiǎn)事件發(fā)生的可能性以及如果風(fēng)險(xiǎn)事件發(fā)生，其可能產(chǎn)生的后果與影響范圍，并根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)生的概率及其后果，確定各類風(fēng)險(xiǎn)等級，制定應(yīng)對措施。

安全風(fēng)險(xiǎn)分析方法總體上可以分為兩類［3～5］：一是定性分析方法：常見的主要有專家調(diào)查打分法、事故樹分析、事件樹分析等；二是定量分析方法：常用的方法有層次分析法、事故樹分析、模糊數(shù)學(xué)綜合評價(jià)法、事件樹分析等。作為一種常用的可靠性分析方法——失效模式與影響分析（Failure Modes and Effects Analysis，F(xiàn)MEA），其能夠在深入分析系統(tǒng)的硬件或功能的基礎(chǔ)上，確定系統(tǒng)潛在的故障、原因以及其對系統(tǒng)的影響，從而判斷出系統(tǒng)潛在的薄弱環(huán)節(jié)，進(jìn)而有針對性地采取預(yù)防、改進(jìn)或補(bǔ)償?shù)却胧?，促進(jìn)可靠性的提升［6～7］。

雖然FMEA可以直接應(yīng)用于機(jī)載彈藥實(shí)彈訓(xùn)練技術(shù)保障安全風(fēng)險(xiǎn)分析問題求解中，但是直接應(yīng)用還存在許多問題［8～9］，主要表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面。1）將FMEA方法中的術(shù)語直接照搬用于機(jī)載彈藥實(shí)彈訓(xùn)練技術(shù)保障安全風(fēng)險(xiǎn)分析之中，由于使用場景的差異，術(shù)語的含義很難被理解，很難直接使用，需要重新界定。2）FMEA方法中的嚴(yán)重度、探測度、頻度的確定需要通過大量的歷史數(shù)據(jù)和實(shí)例分析來完成。而當(dāng)FMEA應(yīng)用于機(jī)載彈藥實(shí)彈訓(xùn)練技術(shù)保障的特定場景時(shí)，在數(shù)據(jù)獲取上，由于機(jī)載彈藥實(shí)彈訓(xùn)練技術(shù)保障的條件限制，無法獲取大量具體的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，只能依賴于專家的知識和經(jīng)驗(yàn)。而傳統(tǒng)的FMEA無法對專家的知識和經(jīng)驗(yàn)作出準(zhǔn)確判斷，因?yàn)檫@些知識和經(jīng)驗(yàn)都是主觀或定性的描述，因而限制了FMEA在機(jī)載彈藥實(shí)彈訓(xùn)練技術(shù)保障安全風(fēng)險(xiǎn)分析上的使用。3）FMEA中嚴(yán)重度、頻率、探測度三者的乘積就是風(fēng)險(xiǎn)順序數(shù)（Risk Priority Number，RPN），并且在模型應(yīng)用過程中該三者的重要性是等同的。但實(shí)際上當(dāng)RPN值相同而S、O、D不同時(shí)，無法客觀決定風(fēng)險(xiǎn)因素排列的前后順序［10～11］。

2 FMEA法的改進(jìn)

2.1 FMEA關(guān)鍵術(shù)語的置換與確認(rèn)

1）失效模式置換為風(fēng)險(xiǎn)模式

傳統(tǒng)FMEA中失效模式可以通過詢問“過程怎么會失效”來確定。在機(jī)載彈藥實(shí)彈訓(xùn)練技術(shù)保障中用失效一詞則在概念上很難作出判斷，故根據(jù)機(jī)載彈藥實(shí)彈訓(xùn)練技術(shù)保障的特點(diǎn)和風(fēng)險(xiǎn)管理的要求，本文將其定義為風(fēng)險(xiǎn)模式，重點(diǎn)集中在機(jī)載彈藥實(shí)彈訓(xùn)練技術(shù)保障系統(tǒng)的功能失效和使用失效上。即在界定機(jī)載彈藥實(shí)彈訓(xùn)練技術(shù)保障關(guān)鍵活動的基礎(chǔ)上，找出每一個(gè)關(guān)鍵活動可能出現(xiàn)的問題。

2）失效起因置換為風(fēng)險(xiǎn)因素

傳統(tǒng)FMEA中的失效模式起因主要是指引起問題的可能原因。這里，根據(jù)機(jī)載彈藥實(shí)彈訓(xùn)練技術(shù)保障風(fēng)險(xiǎn)分析的特點(diǎn)和要求，將失效起因置換為風(fēng)險(xiǎn)因素。風(fēng)險(xiǎn)因素指導(dǎo)致技術(shù)保障中關(guān)鍵活動風(fēng)險(xiǎn)的原因。

3）嚴(yán)重度S、頻度O、探測度D置換為影響度E、頻度O、不可預(yù)知度P

嚴(yán)重度S是評價(jià)失效模式對“最終使用者”影響效果嚴(yán)重程度的重要指標(biāo)。在機(jī)載彈藥實(shí)彈訓(xùn)練技術(shù)保障風(fēng)險(xiǎn)分析中，將其置換為影響度E（Effect），表示風(fēng)險(xiǎn)因素對風(fēng)險(xiǎn)模式產(chǎn)生的影響。

頻度O是表示某種失效起因發(fā)生的可能性，繼續(xù)沿用這個(gè)術(shù)語，解讀為導(dǎo)致機(jī)載彈藥實(shí)彈訓(xùn)練技術(shù)保障安全風(fēng)險(xiǎn)的風(fēng)險(xiǎn)因素發(fā)生的可能性大小。

探測度D是表示用現(xiàn)有方法識別發(fā)生失效起因的可能性大小。針對機(jī)載彈藥實(shí)彈訓(xùn)練技術(shù)保障的特性，將其定義為不可預(yù)知度P（Puzzle），即機(jī)載彈藥實(shí)彈訓(xùn)練技術(shù)保障人員對機(jī)載彈藥實(shí)彈訓(xùn)練技術(shù)保障安全風(fēng)險(xiǎn)模式及風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行識別時(shí)不可預(yù)知的概率大小。

2.2 E/O/P值的獲取

1）建立模糊語言術(shù)語集

風(fēng)險(xiǎn)模式的E、O、P三個(gè)變量作為模糊語言變量。根據(jù)機(jī)載彈藥實(shí)彈訓(xùn)練技術(shù)保障安全風(fēng)險(xiǎn)的特點(diǎn)，用5級Likert量表進(jìn)行測量。｛很低VL，較低L，一般M，較高H，很高VH｝為每個(gè)變量的5種評價(jià)語言術(shù)語，具體含義如表1所示。

表1 模糊語言術(shù)語含義表

2）建立對應(yīng)的模糊數(shù)

對不精確的信息的描述采用“一般”、“很高”等模糊性語言。模糊數(shù)的形式有很多種，通常根據(jù)安全工程中常用的規(guī)則來確定，如表2所示。

3）三角模糊數(shù)的非模糊化

（1）給定最大模糊集合與最小模糊集合：

（2）決定各模糊數(shù)A的左右邊界值

（3）由左右邊界值計(jì)算出此模糊數(shù)的總值

表2 安全風(fēng)險(xiǎn)分析各指標(biāo)評分標(biāo)準(zhǔn)

3 機(jī)載彈藥技術(shù)保障安全風(fēng)險(xiǎn)分析模型

在機(jī)載彈藥實(shí)彈訓(xùn)練技術(shù)保障安全風(fēng)險(xiǎn)分析中，將FMEA和灰色關(guān)聯(lián)理論相結(jié)合，首先根據(jù)已建立的模糊語言術(shù)語集對各種風(fēng)險(xiǎn)模式作出評價(jià)，得到風(fēng)險(xiǎn)因素的評價(jià)矩陣。應(yīng)用經(jīng)典灰色關(guān)聯(lián)決策理論確定各評價(jià)矩陣與排序基準(zhǔn)之間的關(guān)聯(lián)度，得到風(fēng)險(xiǎn)因素的排序［12～13］。基本分析流程如圖1所示。

圖1 基于FMEA和灰色關(guān)聯(lián)理論的分析流程圖

1）計(jì)算FMEA中的E、O、P值

對每一安全風(fēng)險(xiǎn)因素的影響度E、頻度O、不可預(yù)知度P三個(gè)指標(biāo)的模糊語義進(jìn)行描述，再對這三個(gè)指標(biāo)進(jìn)行非模糊化處理。

2）建立排序基準(zhǔn)矩陣

這里選擇最差值作為參考建立基準(zhǔn)矩陣：

3）建立各決策矩陣

假設(shè)機(jī)載彈藥實(shí)彈訓(xùn)練技術(shù)保障系統(tǒng)的某個(gè)活動有 n 個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素，分別記為 x1，x2，…，xj，…，xn，其中xj為第 j個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素。

根據(jù)每個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素的E、O、P三個(gè)變量，用xj={xj(1)，xj(2)，xj(3)} 表示第 j個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素的數(shù)據(jù)列。

其中 xj(t)(t=1，2，3)表示專家小組對3個(gè)變量的評價(jià)，應(yīng)用非模糊化公式，得到其代表的模糊數(shù)，最終獲取反映n個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素的決策矩陣：

4）計(jì)算對應(yīng)元素絕對差值的最值

計(jì)算每個(gè)評價(jià)對象指標(biāo)序列與基準(zhǔn)序列對應(yīng)元素之間的絕對差值，即

其中，x0(t)為標(biāo)準(zhǔn)序列中第t個(gè)因素對應(yīng)值；xj(t)為比較序列矩陣中第 j個(gè)故障模式第t個(gè)因素對應(yīng)值；n為被評價(jià)對象的個(gè)數(shù)，即機(jī)載彈藥實(shí)彈訓(xùn)練技術(shù)保障中安全風(fēng)險(xiǎn)因素的個(gè)數(shù)。

然后確定

5）計(jì)算灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)：

式中，ζ為分辨系數(shù)，ζ∈(0，1)，ζ越小，通常取0.5。

6）計(jì)算灰色關(guān)聯(lián)度并排序：

式中，lt為各因素的權(quán)重系數(shù)，且滿足由專家根據(jù)實(shí)際情況事先確定，也可由AHP法得到。如果γ(x0，xj)越接近1，說明此風(fēng)險(xiǎn)因素帶來的風(fēng)險(xiǎn)越大。

4 案例分析

在機(jī)載導(dǎo)彈實(shí)彈訓(xùn)練技術(shù)保障活動中，人是活動主體，是起決定作用的因素。因此，為保證安全順利地完成機(jī)載導(dǎo)彈技術(shù)保障任務(wù)，降低導(dǎo)彈技術(shù)保障任務(wù)實(shí)施過程中各種人為過失的影響，需要事先進(jìn)行人員安全風(fēng)險(xiǎn)分析?，F(xiàn)在以某場站導(dǎo)彈技術(shù)隊(duì)參加某次重大實(shí)彈演練任務(wù)為例，通過與裝備管理人員、工程技術(shù)人員、科研機(jī)構(gòu)專家討論，明確了由人員引起安全風(fēng)險(xiǎn)模式的風(fēng)險(xiǎn)因素主要有：工作態(tài)度（FM1）、應(yīng)急能力（FM2）、生理狀況（FM3）、文化程度（FM4）、心理素質(zhì)理（FM5）、操作能力（FM6）。

1）確定風(fēng)險(xiǎn)因素模糊數(shù)總值。由專家利用模糊語言術(shù)語給出6個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素的評價(jià)值（見表3），可以得出其模糊數(shù)總值（見表4）。

表3 人員安全風(fēng)險(xiǎn)因素評價(jià)結(jié)果

表4 模糊語言術(shù)語的明確值

2）確 定 參 考 數(shù) 列 ：{x0}={10.000，10.000，10.000}。

表5 |x0(t)-xj(t)|的計(jì)算結(jié)果

4）求出最值

5）計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)ξ[x0(t)，Xj(t)]，取ζ=0.5 。結(jié)果如表6所示。

6）計(jì)算灰色關(guān)聯(lián)度并排序，結(jié)果如表7所示。

可 見 ，γ(x0，x1)＞γ(x0，x6)＞γ(x0，x3)＞γ(x0，x5)＞γ(x0，x2)＞γ(x0，x4)。則人員安全風(fēng)險(xiǎn)因素的解決順序應(yīng)為：FM1→FM6→FM3→FM5→FM2→FM4。從排序結(jié)果來看，在機(jī)載導(dǎo)彈實(shí)彈訓(xùn)練技術(shù)保障人為因素分析與管理中，工作態(tài)度是導(dǎo)致技術(shù)保障安全風(fēng)險(xiǎn)的首要風(fēng)險(xiǎn)因素；其次是操作能力不佳，技術(shù)水平較差；其它依次是生理狀況、心理素質(zhì)、應(yīng)急能力、文化程度。根據(jù)分析結(jié)果有重點(diǎn)的采取措施，有利于降低機(jī)載導(dǎo)彈技術(shù)保障活動中人為因素引起的安全風(fēng)險(xiǎn)。

表6 關(guān)聯(lián)系數(shù)計(jì)算結(jié)果

表7 灰色關(guān)聯(lián)度排序

5 結(jié)語

根據(jù)機(jī)載彈藥實(shí)彈訓(xùn)練技術(shù)保障安全風(fēng)險(xiǎn)分析需要，重新界定了傳統(tǒng)FMEA中的一些關(guān)鍵術(shù)語，采用模糊數(shù)學(xué)分析方法對改進(jìn)了數(shù)據(jù)的獲取方法，并提出了一種基于經(jīng)典灰色關(guān)聯(lián)度理論的風(fēng)險(xiǎn)順序數(shù)（RPN）排序方法，并且可以作為管理工具應(yīng)用于機(jī)載彈藥實(shí)彈訓(xùn)練技術(shù)保障安全風(fēng)險(xiǎn)分析之中。實(shí)例證明該方法科學(xué)、有效，可以很好地適用于機(jī)載彈藥實(shí)彈訓(xùn)練技術(shù)保障安全風(fēng)險(xiǎn)分析。

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Security Risk Assessmentof Airborne Ammunition Technical Support Based on Im proved FMEAand G rey Conjunction Theory

YEWen ZHAO Jianzhong LV Xiaofeng
（DepartmentofOrdnance Science and Technology，NAEI，Yantai 264001）

airborne ammunition technicalsupport,security risk assessment,improved FMEA,grey conjunction theory

TP391

10.3969/j.issn.1672-9730.2017.09.019

2017年3月9日，

2017年4月27日

葉文，男，博士，副教授，研究方向：裝備綜合保障。趙建忠，男，博士，講師，研究方向：裝備綜合保障。呂曉峰，男，碩士，講師，研究方向：裝備綜合保障。

Abstraet The concept and application of failure mode and effects analysis(FMEA)and grey conjunction theory are introduced.The study provides an improved analysismethod by the fusion of twomethods.This paperestablishes the security risk assessmentmodel of the airborne ammunition technical support security based on improved FMEAand grey conjunction theory.Example isgiven to prove themethod can be effectively applied to the security risk assessmentofairborne ammunition technicalsupport.