基于多層次灰色模型的導彈裝備研制風險評估方法

金永旵,王 亮

(1.海軍駐北京地區艦空導彈系統軍事代表室,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彈裝備研制風險評估方法

金永旵1,王 亮2

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

根據導彈裝備研制過程中所面臨風險的實際特點，從現實需求出發，建立了導彈研制風險評估流程及指標體系。針對風險評估中的定性評估指標所具有的灰性特點，為解決不同類型定性、定量指標統一標準化問題，提出了一種基于多層次灰色系統理論的風險評估模型，研究實例表明：該模型具有一定的應用價值。

導彈研制；多層次灰色模型；風險評估

導彈裝備是我軍裝備中的重要一員，在提升我軍戰斗力方面發揮了不可替代的作用。任何一型導彈武器系統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。但是在導彈裝備研制過程中又面臨著新技術開發，加工生產工藝提升以及大規模的組織、指揮協調等千頭萬緒的工作，這些都會帶來種種難以預料的不確定因素，同時給導彈裝備研制帶來了巨大的風險和壓力[1]。對導彈裝備研制項目進行風險評估，目的在于深刻了解型號研制過程中面臨風險的總體水平，為制定出合理的風險規避策略提供理論依據。因此，加強導彈武器系統型號研制項目風險評估理論研究，研究導彈裝備研制風險評估模型和方法，對提高導彈武器系統型號研制項目管理水平、增強科研經費使用效益具有重要意義[2]。

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

1 導彈研制風險評估流程及指標體系

導彈裝備研制風險評估是一項復雜的系統工程，要科學的進行風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。根據導彈裝備研制項目管理的實踐，導彈裝備研制過程的風險評估流程如圖1所示。

圖1 導彈裝備研制風險評估流程

從流程圖可以看出，確定風險評估指標體系和建立適合的風險評估模型是導彈裝備研制風險評估過程中最重要的兩個環節。

導彈裝備研制項目風險評估指標體系的建立必須遵循構建指標體系的原則，必須服務于評估目標，促成評估目標的實現。同時，指標體系并不針對具體型號項目，而是從一般概念意義上，抽取某些共性的風險內容構成評估體系。

根據對導彈研制過程中可能出現的風險進行綜合分析后，依據指標體系設計的SMART原則[3]，建立了導彈裝備研制項目風險評估指標體系，如圖2所示。對具體的導彈型號研制項目而言，進行風險綜合評估時，其指標側重點也不盡相同，因此在進行具體的型號風險綜合評估時，可以在此指標體系基礎上根據客觀實際進行增減，或設定不同的權重，以適應具體的導彈武器系統型號研制項目風險綜合評估的需要。

2 基于多層次灰色系統理論的風險評估模型

由于導彈裝備研制風險評估過程中絕大部分指標屬于主觀評估問題，評估指標往往很少有確切的定量指標值，很難完全真實地反映風險的破壞程度，這就導致在實施風險評估時所依據的信息是不確定的、不完全的。通常把信息部分明確、部分不明確的系統稱為灰色系統[4-5]。因此，本研究建立基于多層次灰色系統理論的風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，有助于提高風險評估的科學性和精確性。基于多層次灰色系統理論[6]的風險評估模型是灰色系統理論與層次分析法相結合的產物，具體講就是在層次分析中，不同層次決策“權”的數值是按灰色系統理論計算的。灰色層次綜合評估模型的基本步驟如下列各節所述。

2.1 確定定性指標評分標準

在進行評估前，應對指標進行預處理，盡可能地實現指標定量化、一致化和無量綱化。對于定性指標，進行定量化，才能給出有效的評估結果。對于經驗定性指標，由于缺乏足夠的經驗數據，沒有足夠統計資料，可采用專家打分方法對定性指標量化。在選取評估專家后，將專家打分級別設為5個風險等級，分別對應于低、較低、較高、高、很高，分別對各個風險等級制訂相應的標準如表1所示。

表1 定性指標評分標準

圖2 導彈裝備研制風險評估指標體系

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

2.2 確定評估指標的權重

本文利用AHP法[7-8]確定各個指標的權重，不再贅述。

2.3 組織評估專家打分

設評估專家序號為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Aij按評分等級標準打分。

2.4 確定評估樣本矩陣

根據評估專家的打分，即根據第k個評估專家對評估指標Aij按評分等級標準給出的分值dijk，得評估樣本矩陣D：

2.5 確定評估灰類

一般來說，指標中可能含有“極大值”指標、“極小值”指標、“居中型”指標和“區間型”指標。2.1節已經對定性指標進行量化，其分值同樣需要與定量指標保持一致。為實現定量指標之間的一致化和定量、定性指標的一致化，本文采用白化權函數對定量指標和已經量化的定性指標進行處理，將評估指標的分值轉化到區間[0，1]。確定評估灰類就是要確定評估灰類的等級數、灰類的灰數以及灰數的白化權函數。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，各白化權函數如下所示：

灰類e=1(低)，其灰類?1∈[0,d1,2d1]，白化權函數為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]，白化權函數為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]，白化權函數為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]，白化權函數為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,∞]，白化權函數為f5

式中dijk表示評估樣本矩陣。

白化權函數轉折點的值稱為閾值，可以按照準則或經驗，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

對于評估指標Aij，其屬于第e個評估灰類的灰色評估系數記為ηije，則有

對于評估指標Aij，其屬于各個評估灰類的灰色評估系數記為ηij，則有

2.7 計算灰色評估權向量及權矩陣

所有評估專家就評估指標Aij主張第e個灰類的灰色評估權記為rije，則有

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

rij=(rij1,rij2,…,rij5)

從而得到評估指標Ai所屬指標Aij對于各評估灰類的灰色評估權矩陣Ri，則有

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

2.8 綜合風險評估

綜合評估的結果，即綜合目標A的灰色評估權向量r，則有

可以看出，綜合評估結果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作進一步處理，使r單值化，即計算綜合評估值R。設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

根據前面所述的評估方法，結合導彈武器系統型號研制項目管理的實踐，以某型艦空導彈武器系統型號研制項目為例，具體介紹導彈武器系統型號研制項目研制風險評估的實施過程和方法。

3.1 評估指標數據的確定

3.1.1 定性評估指標數據的獲取

在選取評估專家后，根據各底層指標的評分標準組織評估專家進行評分，根據具體導彈武器系統型號研制項目風險評估實際，遵循評估專家選擇原則，本文邀請5位相關領域的專家進入風險評估系統。評估專家通過資料分析、實地調研等方式，最后依據評分標準(表1)給出各底層定性指標的分值。

3.1.2 定量評估指標數據的獲取

通過觀測、調研、計算等方式可獲得到各底層定量指標的原始數據，但其中一些定量指標需要通過單項評估和公式計算才能得到評估數據。通過綜合，得到如表2所示的定量指標數據。

表2 定量指標數據

3.2 評估指標權重的確定

在確定評估指標體系后，應對指標進行權重分析。這里選擇5位相關專家，采取5點法判斷各指標的重要程度。根據專家給出的相對重要度數值，運用AHP法運算，將數值轉換成相對權重，然后計算出幾何平均數，求得各指標權重，如表3所示，限于篇幅，僅給出部分權重。

表3 各評估指標權重

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的指標數值，下面以表格形式給出各底層指標的評估樣本矩陣，如表4～表6所示，限于篇幅，對于五級指標評估樣本矩陣僅給出部分數據。

表4 六級指標評估樣本矩陣

表5 五級指標評估樣本矩陣

表6 四級指標評估樣本矩陣

3.4 確定評估灰類

按照灰色理論系統，設灰類有5個等級，分別對應于：“低”、“較低”、“較高”、“高”、“很高”，用e=1、2、3、4、5表示。對于定性指標，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]，白化權函數為f1，如圖3所示。

式中dijk表示評估樣本矩陣的分值。

圖3 e=1白化權函數

其他灰類及白化權函數可以以此類推，不再贅述。

對于每個定量指標，應根據各指標的具體涵義和規定或一般性準則，依照白化權函數確定準則，確定白化權函數，具體如下：

1) 費用風險A231

取d1=1、d2=3、d3=5、d4=7、d5=9。

2) 進度風險A232

取d1=1、d2=3、d3=5、d4=7、d5=9。

3) 技術狀態不受控率A2521

4) 檢驗錯誤率A2522

5) 重大問題發生率A2523

6) 一次軍檢不合格率A2541

7) 產品返修率A2542

8) 產品品質問題提高率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及評估權向量

根據前文所述的方法，以技術風險為例計算各灰類的評估系數及評估權向量，具體表7～表11所示。

表7 六級指標評估系數及評估權向量

表8 沒有六級指標的五級指標評估系數及評估權向量

表9 其他五級指標的權重集及評估權向量

表10 四級指標的權重集及評估權向量

表11 三級指標的權重集及評估權向量

通過計算可知技術風險的評估權向量

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

同理求得品質風險的評估權向量

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

環境政策風險的評估權向量

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

進展風險的評估權向量

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

組織管理風險的評估權向量

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

性能風險的評估權向量

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

采購風險的評估權向量

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

項目外部風險的評估權向量

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

項目內部風險的評估權向量為

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

根據最大隸屬度原則，導彈武器系統型號研制項目研制與定型階段各風險的等級如表12所示。

表12 項目各風險等級

3.6 綜合風險評估

綜合風險評估是對評估對象的整體情況進行全面評估，獲得其風險整體情況。通過分析可知，為考察評估對象的整體風險情況，須得出整體風險水平A的評估權向量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)

總體風險水平A的評估權向量

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

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

4 結論

導彈裝備研制風險評估是一個涉及技術、經濟和環境政策等諸多因素的復雜決策過程，往往要根據不同的目的、對象確定不同的方法。傳統的完全依靠專家經驗的純定性分析方法，科學性、客觀性相對較差，而進行純定量分析又不具備條件。實踐證明，充分利用專家的經驗，建立基于多層次灰色系統理論的風險評估模型，將不同類型定性指標和定量指標的分析充分結合，綜合評估導彈裝備研制風險是提高評估品質的有效途徑，能夠為裝備研制決策機關提供一定的技術支撐。

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

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

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(責任編輯唐定國)

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、裝備制造監管;王亮(1985—)，男，博士，工程師，主要從事裝備綜合保障、PHM技術研究。

10.11809/scbgxb2017.01.034

金永旵,王亮.基于多層次灰色模型的導彈裝備研制風險評估方法[J].兵器裝備工程學報，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

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