基于專家權重和風險矩陣的潛艇集體逃生艙風險評估方法

陳生春，陳華偉

海軍工程大學船舶與動力學院，湖北武漢430033

0 引 言

目前，國內外對裝備的風險評估大多是在對大量歷史數據或實驗數據進行統計分析的基礎上進行的，而新型裝備和研制中的裝備由于缺少實驗數據，因而較難進行風險評估，尤其是難以開展定量分析。當前，使用較廣泛的基于專家權重的風險分析方法、基于模糊集合的分析方法以及風險矩陣方法都不能很好地解決此類問題，本文將結合以上3 種方法的特點，給出一種新的風險評估模型，即把基于專家權重的風險等級計算方法和基于模糊集合的風險概率計算方法與風險矩陣相結合，以較好地解決這一問題。

潛艇集體逃生艙是艇員逃生的有效裝置，因而進行風險評估對逃生艙的設計和制造具有重要的指導意義。這種基于風險的設計思路可以有效降低因設計缺陷而造成的資源浪費。利用本文給出的風險評估模型，將對部分失效模式進行初步的風險評估，并對結果進行對比分析，以證明該模型的適用性和結果的可信度。

1 專家權重的確定

確定專家權重是對評估專家的評估，是度量評估專家可信度的過程，有助于保證評估質量。對專家賦予的權重是對專家知識、經驗和能力的綜合數量表示。這里將專家權重分為兩部分：靜態權重和動態權重，通過靜態權重和動態權重的組合得到最終的專家權重［1-3］。

1.1 靜態權重

本文把依據專家影響力、專業熟悉度及相關知識充裕度等而確定的權重稱為靜態權重。以專家質量模型為基礎，通過計算專家影響力(ZY)、專家相關知識充裕度(ZC)和專家專業經驗熟悉度(ZJ)，由公式Zi=k1ZY+k2ZC+k3ZJ得到專家質量得分(Zi)，進行歸一化處理后得到靜態權重。設專家數為n，第j個專家的靜態權重為

式中：Zij為第j 個專家的質量得分；Zik為第k 個專家的質量得分。

1.2 動態權重

在實際評估過程中，專家所判斷的質量并不一定與他的靜態權重相一致。動態權重是根據專家本次評估的偏離程度經反饋計算得到，偏離程度越大，專家獲得的權重就越小，這種權重是一種動態的權重，可以考核專家本次的評估質量，是對專家評審質量的動態反映。在群體決策過程中加入動態權重可以使評估結果更貼近真實情況。

設n 個專家對同一方案的評估為mj（j=1，2，…，n），平均值，取可得

經歸一化處理，得到各專家的動態權重

式中，Kj為第j個專家對該方案評估時的動態權重。

1.3 靜態權重與動態權重的組合

靜態權重與動態權重既可單獨使用，也可以組合使用。靜態權重反映專家本身的素質和，動態權重是專家在靜態權重的前提下其能力的體現。為了對被評估對象做出更公正、科學的評估，提高評估系統的可靠性以及評估結果的精度，本文將靜態權重與動態權重進行了融合，使得利用專家權重進行的模糊綜合評判矩陣能更接近于實際。

首先，將靜態權重與動態權重相乘，然后再進行歸一化處理，計算公式為

在評估過程中，決定專家權重的因素很多，其中靜態權重是每個專家所特有的，并且是固定的。同時，在專家進行評估的過程中，還存在臨時的經驗信息和臨時心態，使得最終的專家權重由靜態權重和動態權重共同決定。這種確定專家權重的方法在很大程度上降低了主觀因素的影響，與其它直接賦予專家權重的方法相比，更加科學、合理。

2 風險矩陣的建立及計算

2.1 風險等級的確定

風險等級表征失效效應的嚴重程度，這里著重強調對艇員可能造成的傷害情況。目前，并沒有一種精確的量值來描述風險等級，而只是將它們進行粗略的劃分。依據標準的不同，劃分情況也不同，通常依具體情況而定。

本文針對集體逃生艙，依據對人員可能造成的傷害情況，將風險等級劃分為了5 個等級，即A，B，C，D，E，分別為致命的、可能造成永久性殘疾的、需住院治療的、需在岸上由醫生治療的，以及簡單的海上應急救治。專家一般不會直接判斷某失效模式的風險等級，多用帶有模糊性的分值給出判斷。本文為不同的風險等級賦予了不同的區間值，對應關系如表1 所示。

表1 風險等級Tab.1 Risk grade

這里選取20 人組成專家組，通過專家會議法來進行風險識別，得到的部分失效模式如表2所示。

表2 失效模式及其符號Tab.2 Failure modes and symbols

由專家組對各失效模式的危險程度進行打分，并根據打分情況確定專家動態權重，然后由公式（1）計算專家靜態權重，由公式（4）確定最終的專家權重。計算結果如表3 所示。

表3 專家權重Tab.3 Expert weights

將各專家的權重與其給出的分值進行組合（計算方法見式（5））。查表1 可確定各失效模式的風險等級，其結果如表4 所示。

式中：wi為第i 個專家的權重；ri為第i 個專家的打分分值；Bj為第j 個失效模式的最終分值。

表4 失效模式的風險等級Tab.4 Risk grade of failure modes

2.2 風險概率的計算

風險概率帶有顯著的模糊性，傳統的統計方法難以解決此類問題。本文將采用專家主觀判斷法與模糊集理論相結合的方法來評估事件發生的風險概率。

模糊可能性值表示某事件發生的置信度，與風險概率的近似對應關系如表5 所示。通過將專家評估語言轉化為模糊可能性值，從而確定風險概率，其計算過程參照文獻［4-8］。

表5 風險概率Tab.5 Risk probability

2.3 風險值的確定

在失效模式、影響及危害度分析（FMECA）中，將失效模式的發生概率與失效模式的嚴重程度綜合在一起即為失效模式的危害度，風險值的概念即來源于此。本文將失效模式的風險等級（嚴重程度）與風險概率（發生的概率）進行了綜合，其結果即為失效模式的風險值。

結合上述針對潛艇集體逃生艙的風險等級和風險概率，建立了風險值矩陣，如表6 所示［9-10］。風險值為1～15 的整數，并將其劃分為了不同的區間，給出了不同的應急方案。

表6 風險矩陣Tab.6 Risk matrix

結合各失效模式的風險概率及其風險等級，查表6 可得到其風險值，結果如表7 所示。

表7 失效模式的風險等級Tab.7 Risk grade of failure mode

表8 給出了在不同風險值下應采取的措施。

表8 風險值Tab.8 Risk value

3 評估結果的可信度分析

潛艇集體逃生艙作為一種新型的救生裝備，目前還沒有相關失效模式的統計數據，也難以進行實驗驗證。因此，本文將主要通過與類似救生裝備的風險評估結果進行對比來確定該評估結果的可信度。2009年，英國詹姆士費舍爾公司（JFD 公司）采用風險矩陣的方法對LR7 型深潛救生艇進行了風險評估（表9），本文在其評估結果中選取了4 個與集體逃生艙類似的失效模式進行了對比。

表9 LR7 部分失效模式的評估結果Tab.9 Evaluation results of LR7 failure modes

由于兩者在結構、原理和使用方式等方面存在差異，因而類似失效模式的評估結果不可能完全相同。由表9 和表10 可以看出，4 種類似失效模式的評估結果基本一致，說明該評估結果具有較高的可信度。

表10 集體逃生艙部分失效模式的評估結果Tab.10 Evaluation results of collective escape capsule failure modes

4 結 語

針對處于研制階段的裝備無歷史數據和實驗數據，風險評估較為困難的情況，本文將基于專家權重的風險等級計算方法和基于模糊集合的風險概率計算方法與風險矩陣予以了結合，給出了一種新的風險評估模型，解決了無法進行定量分析的問題。從評估過程及評估結果來看，本文所提出的評估模型具有較好的適用性，能較好地完成對在研項目的風險評估，應用該評估模型得到的評估結果具有較高的可信度。

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