基于模糊評價與GIOWA算子的技術(shù)風(fēng)險評估方法

馮 臻 鄧忠民

(北京航空航天大學(xué) 宇航學(xué)院，北京 100191)

吳 強 黃小峰

(中國航空工業(yè)發(fā)展研究中心，北京 100012)

基于模糊評價與GIOWA算子的技術(shù)風(fēng)險評估方法

馮 臻 鄧忠民

(北京航空航天大學(xué) 宇航學(xué)院，北京 100191)

吳 強 黃小峰

(中國航空工業(yè)發(fā)展研究中心，北京 100012)

將不確定多屬性決策方法應(yīng)用到風(fēng)險評估當(dāng)中，給出了一種定性與定量相結(jié)合的飛行器型號研制項目技術(shù)風(fēng)險評估方法.采用基于廣義導(dǎo)出的有序加權(quán)平均(GIOWA，Generally Induced Ordered Weighted Averaging)算子的模糊綜合評價系統(tǒng)去處理風(fēng)險評估中的專家語言信息，通過對風(fēng)險概率與后果的分別量化并結(jié)合風(fēng)險矩陣確定單個技術(shù)風(fēng)險事件等級，從而進一步獲得整個項目的風(fēng)險狀況.結(jié)合一個航空研制項目分系統(tǒng)的風(fēng)險評估實例，闡述了方法的詳細(xì)實施步驟與實用性，為型號研制過程中技術(shù)風(fēng)險評估工作的開展提供了一種方法.

風(fēng)險評估;技術(shù)風(fēng)險;廣義導(dǎo)出的有序加權(quán)平均算子;模糊評價

風(fēng)險管理目前已成為國防工業(yè)、商品工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的一門重要學(xué)科，而在風(fēng)險管理進程當(dāng)中，風(fēng)險評估是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)［1］.諸如飛行器型號研制這樣的現(xiàn)代武器裝備項目常常伴隨著高新技術(shù)的發(fā)展與更新，新技術(shù)、新工藝在研制過程中得到廣泛應(yīng)用，同時也帶來了更多的不確定因素.由于項目技術(shù)性能要求往往超出現(xiàn)有系統(tǒng)，技術(shù)風(fēng)險成為造成研制進度拖延、費用增加的主要原因［2］，相關(guān)統(tǒng)計亦表明它是影響項目成敗的主要風(fēng)險［3］.然而，技術(shù)風(fēng)險往往由于其復(fù)雜性、多樣性以及產(chǎn)生結(jié)果的滯后性難以量化得到評估結(jié)果.當(dāng)前對技術(shù)風(fēng)險評估方法的研究仍處于不斷發(fā)展當(dāng)中［4］，既有理論意義又有實際工程應(yīng)用價值的方法不斷出現(xiàn).

項目技術(shù)風(fēng)險評估通常是一個群體決策(GDM，Group Decision Making)過程，專家意見不可或缺.近年來，由美國學(xué)者Yager提出的有序加權(quán)平均(OWA，Ordered Weighted Averaging)系列算子在決策學(xué)等領(lǐng)域得到了極為廣泛的應(yīng)用［5］，將其應(yīng)用到項目風(fēng)險決策中的相關(guān)研究正在展開［6］.為集結(jié)以三角模糊數(shù)等為特征的語言環(huán)境下的不確定評價信息，一種廣義導(dǎo)出的有序加權(quán)平均(GIOWA，Generalized Induced Ordered Weighted Averaging)算子被提出［7］.本文提出采用該算子處理技術(shù)風(fēng)險評估當(dāng)中的專家語言信息，給出了基于該方法進行飛行器研制項目技術(shù)風(fēng)險評估的詳細(xì)步驟.應(yīng)用本文所提出的方法，通過實例分析，得到了方法特性的相關(guān)結(jié)論.

1 相關(guān)理論

1.1 GIOWA 算子

定義1n維的OWA算子(記作O)反映一種映射關(guān)系［7］:Rn→R.，且bj是集結(jié)的這一組數(shù)據(jù)(a1，a2，…，an)中第 j大的元素.

定義2對于導(dǎo)出的有序加權(quán)平均算子［7］IOWA(記作I)有

定義3將GIOWA算子記作G，有［7］:

該算子特點是:數(shù)據(jù)〈ξi，πi，αi〉與 wi沒有任何聯(lián)系，wi只與集結(jié)過程中順序的第i個位置有關(guān)，對元素αi(i∈N)加權(quán)集結(jié)時并不是按其本身值大小，而是基于〈ξi，πi，αi〉中與 αi相對應(yīng)的 ξi(i∈N)值.πi一般為問題的屬性，用語言或數(shù)值來表示;ξi一般為πi的重要程度、特性等，用數(shù)值或語言表示;αi一般為屬性值或其他表征αi的量，用數(shù)值表示(如實數(shù)、區(qū)間數(shù)、三角模糊數(shù)等).

1.2 三角模糊數(shù)

定義4設(shè)，其中 0 ＜ aL≤aM≤aU，稱為一個三角模糊數(shù)，其特征函數(shù)［7］可表示為

有關(guān)三角模糊數(shù)的兩種運算為

1.3 算子權(quán)重確定方法

其中，μn是由(1，2，…，n)賦以權(quán)重1/n，…，1/n)得出的數(shù)學(xué)期望;σn(σn＞0)是由(1，2，…，n)在 μn及權(quán)重得出的標(biāo)準(zhǔn)差.μn和 σn分別由下面兩個式子給出:

在大型復(fù)雜工程項目中，有關(guān)風(fēng)險評價因素權(quán)重的信息往往是未知的.飛行器型號研制項目中未知領(lǐng)域尤其眾多，為便于風(fēng)險評估的展開，可選擇較為客觀的方法來確定與GIOWA算子相關(guān)聯(lián)的權(quán)重向量.考慮從正態(tài)分布出發(fā)，給出離散正態(tài)分布，確定位置的權(quán)重向量［8］.

設(shè) w=(w1，w2，…，wn)為算子的權(quán)重向量，wi由下面的定義給出:

對式(6)、式(7)給出的結(jié)果由式(8)作單位化處理:

Yager進一步對關(guān)聯(lián)權(quán)重向量的特征引入了兩種度量方法，“或”度量和“離散度”度量，其中數(shù)據(jù)集結(jié)的“或”度量被定義為

其取值在區(qū)間［0，1］中，代表的是集結(jié)的過程與模糊數(shù)學(xué)中“或”運算的相似程度.而“離散度”度量(記為D)，被定義為

其代表的是集結(jié)過程中數(shù)值信息的利用程度［9］.

2 技術(shù)風(fēng)險評估標(biāo)度

飛行器型號研制項目技術(shù)風(fēng)險評估流程及所要解決的相關(guān)問題如圖1所示.

圖1 技術(shù)風(fēng)險評估流程

圖1表明，對技術(shù)風(fēng)險的評估從風(fēng)險事件發(fā)生的概率與造成的后果兩方面進行.技術(shù)風(fēng)險事件發(fā)生概率評估屬性集 P={P1，P2，P3，P4，P5}.

其中，P1為所涉及軟件的技術(shù)不成熟程度;P2為所涉及硬件的技術(shù)不成熟程度;P3為所涉及硬件的復(fù)雜程度;P4為所涉及軟件的復(fù)雜程度;P5為對現(xiàn)有系統(tǒng)、設(shè)施的依賴度.

而風(fēng)險事件發(fā)生后果評估屬性集C={C1，C2，C3}.

其中，C1為對技術(shù)性能的影響程度;C2為對研制進度造成的影響程度;C3為對研制費用造成的影響程度［10］.

對各屬性評估等級標(biāo)準(zhǔn)的確定往往是風(fēng)險評估中的難點，專家評價時其思維又往往具有較大的模糊性，因此考慮讓專家的評估信息以語言形式給出，并研究如何在對信息模糊化處理的基礎(chǔ)上得到量化的評估結(jié)果，將具有實用價值.

對于風(fēng)險概率與后果的這一系列屬性的評估等級，可設(shè)S={很低，較低，中等，較高，很高}為專家評估時模糊語言標(biāo)度，與各標(biāo)度相對應(yīng)的三角模糊數(shù)的表達形式為:很低 =［0，0.1，0.2］;低 =［0.2，0.3，0.4］;中等 =［0.4，0.5，0.6］;高 =［0.6，0.7，0.8］;很高 =［0.8，0.9，1］.

3 基于模糊評價與GIOWA算子的技術(shù)風(fēng)險評估步驟

對于某個研制項目技術(shù)風(fēng)險的評估，具體步驟如下:

1)項目風(fēng)險管理小組首先辨識出項目中潛在的技術(shù)風(fēng)險事件，列出風(fēng)險清單，請若干專家對清單中的風(fēng)險事件發(fā)生概率與后果兩方面相關(guān)屬性進行評價.本文設(shè):

X={x1，x2，…，xn}為風(fēng)險事件集合;P={P1，P2，…，P5}為風(fēng)險概率評估屬性集;C={C1，C2，C3}為風(fēng)險后果評估屬性集;D={d1，d2，…，dt}為專家集.

專家dk∈D給出風(fēng)險事件xi∈X在Pj∈P下的模糊語言評估)與Cj∈C下的模糊語言評估，得到概率評判矩陣Pk和后果評判矩陣Ck，如表1與表2所示.

表1 專家dk給出的概率評估矩陣Pk

表2 專家dk給出的后果評估矩陣Ck

2)利用GIOWA算子Gw分別對評估矩陣Pk與Ck中的模糊語言評估信息進行集結(jié).

對于Pk中第i行的評估信息進行集結(jié)后可得專家 dk給出xi的為

其中，算子Gw相關(guān)聯(lián)的加權(quán)向量:wc=(0.2429，0.5142，0.242 9)(n=3，μ3=2，，E(wc)=0.5，D(wc)=0.8473.

3)再利用算子Gw對t位專家給出的xi的與進行集結(jié)，得到 xi的 pi與ci.如

其中bim是中第m大的元素所對應(yīng)的三元數(shù)據(jù)中的第3個分量.同理可得到ci.

4)確定與pi和ci值相近的代表等級的三角模糊數(shù)，得到xi發(fā)生概率與發(fā)生后果的等級，在此基礎(chǔ)上，進一步根據(jù)風(fēng)險矩陣可以判斷該風(fēng)險事件所屬的風(fēng)險等級.圖2所示5×5風(fēng)險判定矩陣將風(fēng)險劃分為5等:很低、較低、中等、較高、很高.針對不同等級的風(fēng)險事件，應(yīng)采取不同的風(fēng)險應(yīng)對措施.

圖2 風(fēng)險判定矩陣

5)確定項目的風(fēng)險等級.將各等級風(fēng)險事件對應(yīng)模糊語言評估標(biāo)度，使用算子Gw對整個項目的風(fēng)險等級進行評價.

4 應(yīng)用分析

應(yīng)用上述方法，對某航空飛行器研制項目“設(shè)計”分系統(tǒng)進行技術(shù)風(fēng)險評估，過程如下:

1)經(jīng)風(fēng)險辨識該系統(tǒng)存在7個技術(shù)風(fēng)險事件:x1，x2，…，x7.風(fēng)險評估專家組由 3 位成員 d1，d2和d3組成，表3～表5分別給出他們對風(fēng)險事件概率與后果的評估結(jié)果.

表3 專家d1給出的概率與后果評估結(jié)果

2)對3位專家的概率與后果各屬性評估意見分別進行集結(jié).以對專家d1給出的x1概率評估信息處理為例，在將各概率屬性評估語言對應(yīng)的三角模糊數(shù)排序的基礎(chǔ)上，由式(11)可得d1對于x1的概率綜合評估值:

同理得到專家d1，d2，d3對所有風(fēng)險事件的概率綜合評估值與后果綜合評估值.

3)采用算子Gw對3位專家的評估信息進行新一輪的集結(jié).本文設(shè)g'相關(guān)聯(lián)權(quán)重向量w'=［0.33，0.33，0.33］，風(fēng)險事件 x1發(fā)生概率專家組綜合評估值:

對照模糊語言評估標(biāo)度，該值最接近“低”等級(［0.2，0.3，0.4］)，則判斷 x1發(fā)生概率評估等級為低.同樣得到其余6個風(fēng)險事件概率等級分別為中等、中等、低、高、中等、中等.各風(fēng)險事件發(fā)生后果嚴(yán)重程度評判等級為高、中等、很高、中等、低、高、低.

4)利用圖2所示風(fēng)險評估矩陣綜合考慮可得:高風(fēng)險事件為 x3，中等風(fēng)險事件為 x2，x5，x6，低風(fēng)險事件為x1，x4，x7.至此完成了對被辨識出的7個風(fēng)險事件風(fēng)險等級的判定.

5)繼續(xù)利用式(14)對風(fēng)險事件評估結(jié)果進行集結(jié)以得到系統(tǒng)的風(fēng)險狀況.本文設(shè)算子Gw關(guān)聯(lián)權(quán)重向量 w=［1/7，1/7，…，1/7］，則有

將計算值與語言標(biāo)度比較，該系統(tǒng)風(fēng)險等級可判別為中等.

5 結(jié)論

本文將相關(guān)不確定多屬性決策方法引入技術(shù)風(fēng)險評估當(dāng)中，所提出的方法可滿足專家以確定性語言形式給出評估信息的情況.考慮到專家評估時受到研制項目復(fù)雜性、人類思維模糊性等主客觀因素的制約影響，采用GIOWA算子可使專家的群體評價信息得到較大限度的綜合利用.說明性的算例表明論文使用的方法可以很方便地確定風(fēng)險事件的概率與后果等級，從而獲得單個風(fēng)險事件及整個項目的風(fēng)險狀況，這為實際工程項目中技術(shù)風(fēng)險評估工作的展開提供了一種途徑.

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(編 輯:張 嶸)

M ethod based on fuzzy evaluation and GIOWA operator for technical risk assessment

Feng Zhen Deng Zhongmin

(School of Astronautics，Beijing University of Aeronautics and Astronautics，Beijing 100191，China)

Wu Qiang Huang Xiaofeng

(Aviation Industry Development Research Center of China，Beijing 100012，China)

The purpose was to present a qualitative and quantitative integrated approach to assess technical risk in aircraft type development project，with multiple attribute decision making methods introduced into it.A fuzzy syntheses evaluating system based on the generally induced ordered weighted averaging(GIOWA)operator was adopted to aggregate the fuzzy linguistic evaluating information used in risk assessment.By quantifying the possibility and consequence respectively，as well as employing risk matrix，the rank of each technical risk scenario was determined，and the whole project's risk status was evaluated.Finally，a technical risk assessment example for aircraft development project was analyzed to illustrate detailed steps and feasibility of the method given above.It can provide an approach for technical risk assessment in the process of aircraft type development.

risk assessment;technical risk;generally induced ordered weighted averaging(GIOWA)operator;fuzzy evaluation

N 945

A

1001-5965(2011)06-0743-05

2010-03-05

馮 臻(1985－)，男，江蘇高郵人，碩士生，gyfengzhen@163.com.