第3卷第5期 智能系统学报 Vol 3 No 5 2008年10月 CAA I Transactions on Intelligent Systems 0ct2008 武器装备虚拟采办技术风险综合评估 冯珊，郭四海2，周凯波 (1华中科技大学控制科学与工程系，湖北武汉430074；2武汉理工大学自动化学院，湖北武汉430070) 摘要：技术风险是武器装备虚拟采办全寿命周期过程中的根源性风险，是导致费用风险进度风险和性能风险的主要 因素.针对武器装备采办过程中技术风险的非结构特性和难以量化的问题，在阐述了武器装备虚拟采办技术风险、定性 定量综合集成等概念的基础上，提出了一种定性定量综合集成的技术风险评估模型，并给出了详细的评估过程和重要步 骤.最后通过防空导弹技术风险评估进行实例分析，表明该模型在实际运用中是有效的，具有实际应用价值， 关键词：虚拟采办：技术风险：定性定量综合集成：云模型 中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：1673-4785(2008)05-0384-09 A com prehensive means for eva lua ting techn ical risk n the siula tion-ba sed acquisition model for weapon systems FENG Shan',GUO Si-hai2,ZHOU Kai-bo' (1.Institute of Systems Engineering.Huazhong University of Science and Technology,Wuhan 430074,China;2 School of Automa- tion,Wuhan University of Technobgy,Wuhan 430074,China) Abstract:When using smulation-based acquisition (SBA),technical risk is the fundamental risk in the lifecycle of the process,particularly for weapon systems Technical risk is a major facpor leading to cost,time and effective- ness risks Because of the non-structural features of SBA,it is difficult to derive quantitative measurements of tech- nical risk in the lifecycles ofweapon systems BA.To resolve this,the concepts ofweapon system SBA were ana- lyzed,including technical risk and comprehensive integration,then a qualitative and quantitative model for techni- cal risk evaluation was develped And evaluaton procedures and a sequence of stepswere established Finally,to clarify the feasibility and effectiveness of the evaluation model,technical risk was evaluated for an air defense m is- sile system. Keywords:smulation based acquisition:technical risk qualitative and quantitative meta-synthesis cloud model 武器装备虚拟采办BA(smulation-based ac-效地实现有限资源在全寿命周期的优化配置.风险 quisitio)是开发、获取和使用高新技术武器装备的评估和风险对策方案的选择是基于全寿命周期的装 数字化全过程.它包括确定需求、设计、研制、试验、 备采办风险管理的2个关键问题，而风险评估作为 生产、部署、保障、改进、更新和最后退役处置等现实 风险管理的前提和基础，其重要性尤其突出 采办活动中的建模与仿真技术的运用.武器装备虚 造成主要武器装备采办项目无法实现预期目标 拟采办风险管理是武器装备全系统、全寿命管理的 的风险因素很多，但最核心、最根本的是技术风险， 重要有机组成部分，它旨在从武器装备采办的总目 它在采办全程始终存在，而且是造成费用风险、进度 标和全寿命周期的角度出发，通过仿真技术预测可 风险和性能风险的主要因素.据国内外453个航天 能发生的一切事态，采取措施规避各类风险，从而有 项目研制风险案例统计分析，结果发现技术风险发 收稿日期：2008-07-17 生的频率最高，是导致项目研制失败或延误的主要 基金项目：国家自然科学基金重大资助项目(79990580)：“十一五” 风险)因此，对技术风险的识别、评估、控制和管 因家部委预研资助项目(4130400501)：国家部委预研重点 基金资助项目(40A04050707). 理在武器装备采办风险管理中占据极为重要的地 通信作者：冯珊.Emaik sfeng@mail hust edu cn 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved htp://www.cnki.net
第 3卷第 5期 智 能 系 统 学 报 Vol. 3 №. 5 2008年 10月 CAA I Transactions on Intelligent System s Oct. 2008 武器装备虚拟采办技术风险综合评估 冯 珊 1 ,郭四海 1, 2 ,周凯波 1 (1. 华中科技大学 控制科学与工程系 ,湖北 武汉 430074; 2. 武汉理工大学 自动化学院 ,湖北 武汉 430070) 摘 要 :技术风险是武器装备虚拟采办全寿命周期过程中的根源性风险 ,是导致费用风险、进度风险和性能风险的主要 因素. 针对武器装备采办过程中技术风险的非结构特性和难以量化的问题 ,在阐述了武器装备虚拟采办、技术风险、定性 定量综合集成等概念的基础上 ,提出了一种定性定量综合集成的技术风险评估模型 ,并给出了详细的评估过程和重要步 骤. 最后通过防空导弹技术风险评估进行实例分析 ,表明该模型在实际运用中是有效的 ,具有实际应用价值. 关键词 :虚拟采办 ;技术风险 ;定性定量综合集成 ;云模型 中图分类号 : TP391 文献标识码 : A 文章编号 : 167324785 (2008) 0520384209 A comprehensive means for evaluating techn ical r isk in the simulation2based acquisition model for weapon system s FENG Shan 1 , GUO Si2hai 1, 2 , ZHOU Kai2bo 1 (1. Institute of System s Engineering, Huazhong University of Science and Technology, W uhan 430074, China; 2. School of Automa2 tion, W uhan University of Technology, W uhan 430074, China) Abstract: W hen using simulation2based acquisition (SBA) , technical risk is the fundamental risk in the lifecycle of the p rocess, particularly for weapon system s. Technical risk is a major factor leading to cost, time and effective2 ness risks. Because of the non2structural features of SBA, it is difficult to derive quantitative measurements of tech2 nical risk in the lifecycles of weapon system s SBA. To resolve this, the concep ts of weapon system SBA were ana2 lyzed, including technical risk and comp rehensive integration, then a qualitative and quantitative model for techni2 cal risk evaluation was developed. And evaluation p rocedures and a sequence of step swere established. Finally, to clarify the feasibility and effectiveness of the evaluation model, technical risk was evaluated for an air defense m is2 sile system. Keywords: simulation based acquisition; technical risk; qualitative and quantitative meta2synthesis; cloud model 收稿日期 : 2008207217. 基金项目 :国家自然科学基金重大资助项目 (79990580) ;“十一五 ” 国家部委预研资助项目 (4130400501) ;国家部委预研重点 基金资助项目 (40A04050707). 通信作者 :冯 珊. E2mail: sfeng@mail. hust. edu. cn. 武器装备虚拟采办 SBA ( simulation2based ac2 quisition)是开发、获取和使用高新技术武器装备的 数字化全过程. 它包括确定需求、设计、研制、试验、 生产、部署、保障、改进、更新和最后退役处置等现实 采办活动中的建模与仿真技术的运用. 武器装备虚 拟采办风险管理是武器装备全系统、全寿命管理的 重要有机组成部分 ,它旨在从武器装备采办的总目 标和全寿命周期的角度出发 ,通过仿真技术预测可 能发生的一切事态 ,采取措施规避各类风险 ,从而有 效地实现有限资源在全寿命周期的优化配置. 风险 评估和风险对策方案的选择是基于全寿命周期的装 备采办风险管理的 2个关键问题 ,而风险评估作为 风险管理的前提和基础 ,其重要性尤其突出. 造成主要武器装备采办项目无法实现预期目标 的风险因素很多 ,但最核心、最根本的是技术风险 , 它在采办全程始终存在 ,而且是造成费用风险、进度 风险和性能风险的主要因素. 据国内外 453个航天 项目研制风险案例统计分析 ,结果发现技术风险发 生的频率最高 ,是导致项目研制失败或延误的主要 风险 [ 1 ] . 因此 ,对技术风险的识别、评估、控制和管 理在武器装备采办风险管理中占据极为重要的地 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
第5期 冯珊，等：武器装备虚拟采办技术风险综合评估 ·385 位.由于现代大型复杂武器装备采办的全寿命周期 首次提出，即已明确其宗旨是在更小风险条件下，使 中采用新技术多、项目复杂性高、投入经费多，必须 采办能更好、更快和更便宜)所以，在很大程度 对其建构高效的技术风险评估模型，为其技术风险 上，虚拟采办是真实采办的一种转移风险、规避风险 管理提供事前评估预测、事中评估预警和事后评估 的技术手段.将真实采办按串行顺序进行的单循环 验证的一整套风险评估预警管理机制，从而保证武 采办流程改变为开发式的功能逐步升级的多循环 器装备采办能顺利达到预定目标 流程，SBA可同时探索更多方案，还可将作战概念研 20世纪末，大型武器装备采办工程的技术密集 究和训练环节纳入仿真环境，使用户在采办过程中 型兼资金密集型活动的特征日趋明显，一项装备如 早期参与和持续参与达到及时确定军事需求的目 弹道导弹潜艇造价达数十亿美元，从研制到服役的的，这些优势导致采办将收敛于全局最优方案.但这 周期长达15年以上，其寿命过程中的技术风险若无 ,一切优势都立足于M&S技术可以创造逼真的装备 严格的监察与有效的控制，可能造成研制过程中断. 研制与作战试验场景，M&$的技术发展水平是否能 如果研制中断，其损失是难以估量的.这样的例证在 担当此重任，成为最大的技术风险问题，并且随着作 各国装备采办中普遍存在.解决问题的对策的主要 战需求的迅速改变，M&S技术面临着日益严峻的挑 出路在建模与仿真 战，这是举世瞩目的军用仿真技术难题，本文内容不 由于技术风险问题的复杂性和非结构化的特 涉及这个领域，文中的SBA实例默认M&S技术的 点，长期以来技术风险的研究成果较少，往往以定性 支持完备性以简化讨论B 的主观评价为主，缺乏定性定量综合集成的风险评 1.2虚拟采办实施的技术风险 估模型.本文重点探讨了武器装备虚拟采办过程中 目前进行虚拟采办的新型武器装备系统通常是 技术风险的概念与内涵，构思并设计了一种基于定 机、电、液、气一体化的高新技术综合体，其采办过程 性定量综合集成方法的技术风险评价模型.将该模 是一个创新性的探索过程，在此过程中往往采用了 型用于一个防空导弹采办项目总体技术风险评估实 大量的新技术、新工艺、新材料，因此，在采办初期， 例，并在所建武器装备虚拟采办综合集成研讨系统 对这些新技术、新工艺、新材料能否在规定的时间 中进行实证分析，在决策者个人决策的基础上，通过 内、预定的资源条件下达到规定的技术任务需求具 定性定量综合集成研讨过程对该技术风险复杂问题 有不确定性，这就是武器装备采办的技术风险.一般 进行决策精化，获得该实例最终的总体技术风险评 来说，技术风险主要由技术成功的不确定性、采办的 估结果。 全寿命周期各个阶段存在的技术不确定性、技术效 本文第1节介绍虚拟采办技术风险评估模型， 果的不确定性、技术寿命的不确定性等造成的.因 阐明虚拟采办技术风险和定性定量综合集成的概 此，技术风险包括可能采用的新技术与性能方面要 念，并对常用的武器装备技术风险评估模型进行分 求有关的风险（如高精度、高速度、高机动性等），同 析比较，说明对于武器装备这类复杂产品，采用定性 时还涉及设计概念的可行性，或采用新工艺、新材 定量综合集成进行技术风险评估的必要性.第2节 料、新产品、新软件而导致武器装备采办“失败"的 集中讨论基于定性定量综合集成的技术风险模型中 风险.这里，失败的形式主要表现有以下3种：不 的多项关键技术，包括定性定量转换云模型、多专家 能达到预定的技术任务要求（性能风险）、大大超出 研讨方法等，并给出了技术风险评估的具体步骤.第 了预定的经费要求（费用风险）和不能在规定的时 3节是应用实例，采用该模型进行防空导弹技术风 间内完成项目进度风险)等] 险评估.第4节是结论和讨论 武器装备虚拟采办技术风险是采办项目风险在 技术领域的一种体现方式，它是指在采办的全寿命 1虚拟采办技术风险评估模型 周期过程中，由于技术上的不足或缺陷等所带来的 11虚拟采办战略技术风险 危害或危险，从而对整个系统效能产生相关影响的 虚拟采办于1997年由美国国防部仿真委员会 概率和后果，具体表现形式为费用的增加或进度的 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.htp://www.cnki.net
位. 由于现代大型复杂武器装备采办的全寿命周期 中采用新技术多、项目复杂性高、投入经费多 ,必须 对其建构高效的技术风险评估模型 ,为其技术风险 管理提供事前评估预测、事中评估预警和事后评估 验证的一整套风险评估预警管理机制 ,从而保证武 器装备采办能顺利达到预定目标. 20世纪末 ,大型武器装备采办工程的技术密集 型兼资金密集型活动的特征日趋明显 ,一项装备如 弹道导弹潜艇造价达数十亿美元 ,从研制到服役的 周期长达 15年以上 ,其寿命过程中的技术风险若无 严格的监察与有效的控制 ,可能造成研制过程中断. 如果研制中断 ,其损失是难以估量的. 这样的例证在 各国装备采办中普遍存在. 解决问题的对策的主要 出路在建模与仿真. 由于技术风险问题的复杂性和非结构化的特 点 ,长期以来技术风险的研究成果较少 ,往往以定性 的主观评价为主 ,缺乏定性定量综合集成的风险评 估模型. 本文重点探讨了武器装备虚拟采办过程中 技术风险的概念与内涵 ,构思并设计了一种基于定 性定量综合集成方法的技术风险评价模型. 将该模 型用于一个防空导弹采办项目总体技术风险评估实 例 ,并在所建武器装备虚拟采办综合集成研讨系统 中进行实证分析 ,在决策者个人决策的基础上 ,通过 定性定量综合集成研讨过程对该技术风险复杂问题 进行决策精化 ,获得该实例最终的总体技术风险评 估结果. 本文第 1节介绍虚拟采办技术风险评估模型 , 阐明虚拟采办技术风险和定性定量综合集成的概 念 ,并对常用的武器装备技术风险评估模型进行分 析比较 ,说明对于武器装备这类复杂产品 ,采用定性 定量综合集成进行技术风险评估的必要性. 第 2节 集中讨论基于定性定量综合集成的技术风险模型中 的多项关键技术 ,包括定性定量转换云模型、多专家 研讨方法等 ,并给出了技术风险评估的具体步骤. 第 3节是应用实例 ,采用该模型进行防空导弹技术风 险评估. 第 4节是结论和讨论. 1 虚拟采办技术风险评估模型 1. 1 虚拟采办战略技术风险 虚拟采办于 1997年由美国国防部仿真委员会 首次提出 ,即已明确其宗旨是在更小风险条件下 ,使 采办能更好、更快和更便宜 [ 2 ] . 所以 ,在很大程度 上 ,虚拟采办是真实采办的一种转移风险、规避风险 的技术手段. 将真实采办按串行顺序进行的单循环 采办流程 ,改变为开发式的功能逐步升级的多循环 流程 , SBA可同时探索更多方案 ,还可将作战概念研 究和训练环节纳入仿真环境 ,使用户在采办过程中 早期参与和持续参与达到及时确定军事需求的目 的 ,这些优势导致采办将收敛于全局最优方案. 但这 一切优势都立足于 M&S技术可以创造逼真的装备 研制与作战试验场景 ,M&S的技术发展水平是否能 担当此重任 ,成为最大的技术风险问题 ,并且随着作 战需求的迅速改变 ,M&S技术面临着日益严峻的挑 战 ,这是举世瞩目的军用仿真技术难题 ,本文内容不 涉及这个领域 ,文中的 SBA 实例默认 M&S技术的 支持完备性以简化讨论 [ 324 ] . 1. 2 虚拟采办实施的技术风险 目前进行虚拟采办的新型武器装备系统通常是 机、电、液、气一体化的高新技术综合体 ,其采办过程 是一个创新性的探索过程 ,在此过程中往往采用了 大量的新技术、新工艺、新材料 ,因此 ,在采办初期 , 对这些新技术、新工艺、新材料能否在规定的时间 内、预定的资源条件下达到规定的技术任务需求具 有不确定性 ,这就是武器装备采办的技术风险. 一般 来说 ,技术风险主要由技术成功的不确定性、采办的 全寿命周期各个阶段存在的技术不确定性、技术效 果的不确定性、技术寿命的不确定性等造成的. 因 此 ,技术风险包括可能采用的新技术与性能方面要 求有关的风险 (如高精度、高速度、高机动性等 ) ,同 时还涉及设计概念的可行性 ,或采用新工艺、新材 料、新产品、新软件而导致武器装备采办“失败 ”的 风险. 这里 ,“失败 ”的形式主要表现有以下 3种 :不 能达到预定的技术任务要求 (性能风险 )、大大超出 了预定的经费要求 (费用风险 )和不能在规定的时 间内完成项目 (进度风险 )等 [ 5 ] . 武器装备虚拟采办技术风险是采办项目风险在 技术领域的一种体现方式 ,它是指在采办的全寿命 周期过程中 ,由于技术上的不足或缺陷等所带来的 危害或危险 ,从而对整个系统效能产生相关影响的 概率和后果 ,具体表现形式为费用的增加或进度的 第 5期 冯 珊 ,等 :武器装备虚拟采办技术风险综合评估 ·385· © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
·386· 智能系统学报 第3卷 延误.据此，可以将武器装备虚拟采办技术风险定义 应属多层次与多维复杂性问题，这种问题只有通过 为采办项目在规定时间内、在一定的经费保障条件 定性与定量综合集成这种系统方法论所具备的人一 下，达不到预定战术技术指标要求的可能性，或者说 机结合，以人为主的方式，把专家的定性知识同评价 采办计划的某个部分出现意想不到的结果，从而对 模型的定量描述有机结合起来，实现定性变量和定 整个系统效能产生有害影响的概率及后果 量变量之间的相互转化，形成综合集成体系（包括 13定性定量综合集成概念 总体部、专家体系和知识体系)，在多层次信息、多 定性定量综合集成方法是由钱学森先生在对开 学科工具与经验知识并重的各种知识处理方式支持 放的复杂大系统研究的基础上提炼、概括、抽象出的 下，渐次完成剔除参与决策者间的认知冲突的决策 一种新方法.作为一种突破了还原论与整体论的科 优化与知识精化过程，最后获得满意解7劉 学方法论，它摆脱了单纯还原论与整体论方法的束 武器装备虚拟采办定性定量综合集成风险评估 缚，是一种方法论上的创新.从其研究路线的角度来 主要包括2个大部分：研讨系统综合和资源集成.研 说，它采取了从上而下和从下而上的路线，从整体到 讨系统综合主要是在风险评估各个子目标研讨决策 部分再由部分到整体，把宏观和微观研究统一起来， 的基础上，进行综合系统分析，以求最优的评价方 最终从整体上研究和解决问题.其技术实现是把专 案.资源集成的核心思想是尽可能运用相关知识、工 家体系、数据和信息体系以及计算机体系有机结合 具、方法去解决技术风险评估问题.从系统和软件设 起来，构成一个高度智能的人机结合、人网结 计的角度看，武器装备虚拟采办风险评估研讨厅体 合，以人为主的信息、知识和智慧的综合集成系 系实质上就是一种优化的软硬件系统结构，使信息、 统6 模型、资源和专家群体有机地联结在一起的系统集 武器装备虚拟采办系统通常是复杂大系统，其 成架构.武器装备虚拟采办定性定量综合集成研讨 中的技术风险评估问题具有很强的非结构化特征， 过程如图1所示901 研讨资源 风险评估方法集 建立研讨厅协 VV&A 同工作环境 研讨工且集 结果分析与 采办决策部门 提出风险问题 建模/仿真/分析 风险评估结论 形成评仙依据 研讨/评估 综合集成 与建议 专家体系 图1虚拟采办定性定量综合集成研讨过程 Fig 1 The group discussion procedure of SBA meta-synthesis 及影响分析(failure mode and effect analysis, 1.4技术风险评估模型比较 hMEA)、关键项目列表(critical items list,CL)、概 武器装备技术风险评估的方法有定性分析法和 率风险分析法(pobability risk analysis,PRA)、故障 定量分析法两大类.常用的定性方法有专家调查法、 树分析法(failure tree analysis,FTA)、多目标决策 层次分析法(analytic hierarchy process,AHP)等.这 法、风险因子评价法(risk factor evaluation method, 类方法依靠专家的主观判断和经验来识别风险，由 RFBM)、等风险曲线法(equp-risk contour method, 于缺乏评估依据的指导，风险评估结果过多依赖专 EQM)、系统动力学（system dynam ics,.SD)、模糊风 家的知识和经验，缺乏一定的可靠性和准确性.常用 险分析(fuzzy risk analysis,,FRA)、网络分析法（风险 的定量分析方法有Monte Carb仿真方法、失效模式 评审技术VERT图示评审技术GERT)、影响图分析 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
延误. 据此 ,可以将武器装备虚拟采办技术风险定义 为采办项目在规定时间内、在一定的经费保障条件 下 ,达不到预定战术技术指标要求的可能性 ,或者说 采办计划的某个部分出现意想不到的结果 ,从而对 整个系统效能产生有害影响的概率及后果. 1. 3 定性定量综合集成概念 定性定量综合集成方法是由钱学森先生在对开 放的复杂大系统研究的基础上提炼、概括、抽象出的 一种新方法. 作为一种突破了还原论与整体论的科 学方法论 ,它摆脱了单纯还原论与整体论方法的束 缚 ,是一种方法论上的创新. 从其研究路线的角度来 说 ,它采取了从上而下和从下而上的路线 ,从整体到 部分再由部分到整体 ,把宏观和微观研究统一起来 , 最终从整体上研究和解决问题. 其技术实现是把专 家体系、数据和信息体系以及计算机体系有机结合 起来 ,构成一个高度智能的人 —机结合、人 —网结 合 ,以人为主的信息、知识和智慧的综合集成系 统 [ 6 ] . 武器装备虚拟采办系统通常是复杂大系统 ,其 中的技术风险评估问题具有很强的非结构化特征 , 应属多层次与多维复杂性问题 ,这种问题只有通过 定性与定量综合集成这种系统方法论所具备的人 — 机结合 ,以人为主的方式 ,把专家的定性知识同评价 模型的定量描述有机结合起来 ,实现定性变量和定 量变量之间的相互转化 ,形成综合集成体系 (包括 总体部、专家体系和知识体系 ) ,在多层次信息、多 学科工具与经验知识并重的各种知识处理方式支持 下 ,渐次完成剔除参与决策者间的认知冲突的决策 优化与知识精化过程 ,最后获得满意解 [ 728 ] . 武器装备虚拟采办定性定量综合集成风险评估 主要包括 2个大部分 :研讨系统综合和资源集成. 研 讨系统综合主要是在风险评估各个子目标研讨决策 的基础上 ,进行综合系统分析 ,以求最优的评价方 案. 资源集成的核心思想是尽可能运用相关知识、工 具、方法去解决技术风险评估问题. 从系统和软件设 计的角度看 ,武器装备虚拟采办风险评估研讨厅体 系实质上就是一种优化的软硬件系统结构 ,使信息、 模型、资源和专家群体有机地联结在一起的系统集 成架构. 武器装备虚拟采办定性定量综合集成研讨 过程如图 1所示 [ 9210 ] . 图 1 虚拟采办定性定量综合集成研讨过程 Fig. 1 The group discussion p rocedure of SBA meta2synthesis 1. 4 技术风险评估模型比较 武器装备技术风险评估的方法有定性分析法和 定量分析法两大类. 常用的定性方法有专家调查法、 层次分析法 ( analytic hierarchy p rocess, AHP)等. 这 类方法依靠专家的主观判断和经验来识别风险 ,由 于缺乏评估依据的指导 ,风险评估结果过多依赖专 家的知识和经验 ,缺乏一定的可靠性和准确性. 常用 的定量分析方法有 Monte Carlo仿真方法、失效模式 及 影 响 分 析 ( failure mode and effect analysis, FMEA)、关键项目列表 ( critical item s list, CIL )、概 率风险分析法 (p robability risk analysis, PRA )、故障 树分析法 ( failure tree analysis, FTA )、多目标决策 法、风险因子评价法 ( risk factor evaluation method, RFEM)、等风险曲线法 ( equip2risk contour method, ECM)、系统动力学 ( system dynam ics, SD )、模糊风 险分析 (fuzzy risk analysis, FRA)、网络分析法 (风险 评审技术 VERT、图示评审技术 GERT)、影响图分析 ·386· 智 能 系 统 学 报 第 3卷 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
第5期 冯珊，等：武器装备虚拟采办技术风险综合评估 ·387 (influence diagrams,Ds)、过风险过滤、排序和管理 以语言文字表明的风险概率和风险结果，必须将之 risk filtering,ranking and management frame- 转换为数值才能进行计算和评估.反之，采办决策者 wok,RFRM)等.这类定量分析方法结果的可信性 常需用文字描述采办方案相关信息，如技术风险的 依赖于所用数据的真实性、大容量的数据样本与仿 高低评价，此时需要将某些数值运算结果转换成语 真模型求解复杂度-4 言表征.并且表示技术风险的发生可能性与影响程 在武器装备虚拟采办技术风险评估实际应用 度均存在一定范围内的模糊性和不确定性，而云模 中，根据技术风险的特点，技术风险结构不能以单一 型正是处理这类概念定性描述与定量描述间互相转 视角、用单一模型静态地进行描述，技术风险评估方 换的一种不确定型计算工具. 法也不能采用单一的评估方式进行分析，应采用定 云模型是李德毅院士提出的一种定性定量转换 性定量综合集成的方式，针对具体武器装备的技术模型，已经在智能控制、模糊评测等多个领域得到应 风险结构将多种技术风险评估方法组合进行评估. 用.云模型是用自然语言值表示的某个定性概念A 本文采用的基于定性定量综合集成的技术风险评估 与其定量表示之间的不确定性转换模型.设U是一 模型具有这样几个特点：1)是一种定性与定量相结 个用精确数值表示的论域一维的、二维的或多维 合的技术风险综合评估模型，集成了定性定量转换 的)，U上对应的定性概念A,对于论域中的任意 云模型、群决策、模糊分析法、风险因子评价法、等风 个元素x都存在一个有稳定倾向的随机数y= 险曲线图法等多种风险评估方法，根据各风险评估 ,(x),称作x对概念A的确定程度，x在论域上的 方法的特点运用在武器装备虚拟采办技术风险评估 分布称为云模型，简称为云.云的数字特征用期望 的不同阶段；2)运用工作分解结构(work breakdown E熵En和超熵H来表征，它们反映了定性概念A structure,WBS)对武器装备采办的全寿命周期各阶 整体上的定量特征，用3个数字特征表示的定性概 段进行过程动态)和功能静态)相结合的技术风 念的整体特征，记作C(E,E,H),称为云的特征 险结构构建，并借鉴层次全息模型(hierarchical ho 向量6，期望E,(expectation/:在论域空间最能够 ographic model,,HHM)多维度、多模型的思想建立技 代表定性概念A的点，或者是这个慨念量化的最典 术风险分解结构51，将复杂系统以互补、协作的方 型样本点，熵En(entropy):熵代表定性概念的可度 式分解为部件、子系统等层次，并从多维的角度进行 量粒度，通常熵越大概念越宏观.熵还反映了定性概 总体综合分析评估.从而实现武器装备虚拟采办全 念的不确定性，表示在论域空间可以被定性概念接 寿命周期技术风险评估管理的动态性和综合性 受的取值范围大小，即模糊度，是定性概念亦此亦彼 2基于定性定量综合集成的技术风险 性的度量；超熵H.(hyper entropy):超熵是熵的不确 定性的度量.它反映代表定性概念值的样本出现的 评估模型 随机性，揭示了模糊性和随机性的关联 根据风险的定义，风险可表示为SBA项目“失 通过正向云算法，可以把定性概念的整体特征 败的概率P与“失败”的影响程度C的函数，即 变换为定量数值表示，实现概念空间到数值空间的 R=fP,C).风险估计R就是该风险的似然估计： 转换：通过逆向云算法，可以实现从定量值到定性概 R=1-PC=1-1-P)1-C)= 念的转换，将一组定量数据转换为以数字特征 Pr +Cr-P.C C(E,E,H来表示的定性概念.下面分别给出正 式中：P表示SBA项目的失败的概率，即风险发生 向云算法和逆向云算法 的可能性；P,表示SBA项目成功的概率，即风险不 正向云发生器算法描述 发生的可能性；C表示风险发生对SBA项目的影响 输入：表示定性概念A的3个数字特征值E 程度：C表示风险不发生对SBA项目的影响程度 En、H.和云滴数N 21技术风险定性定量转换云模型 E,=mean(x),E =Stdev(x),H.Stdev(E). 武器装备虚拟采办技术风险评估中，经常遇到 输出：N个云滴的定量值以及每个云滴代表概 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved http://www.cnki.net
( influence diagram s, ID s)、过风险过滤、排序和管理 框架 ( risk filtering, ranking and management frame2 work, RFRM)等. 这类定量分析方法结果的可信性 依赖于所用数据的真实性、大容量的数据样本与仿 真模型求解复杂度 [ 11214 ] . 在武器装备虚拟采办技术风险评估实际应用 中 ,根据技术风险的特点 ,技术风险结构不能以单一 视角、用单一模型静态地进行描述 ,技术风险评估方 法也不能采用单一的评估方式进行分析 ,应采用定 性定量综合集成的方式 ,针对具体武器装备的技术 风险结构将多种技术风险评估方法组合进行评估. 本文采用的基于定性定量综合集成的技术风险评估 模型具有这样几个特点 : 1)是一种定性与定量相结 合的技术风险综合评估模型 ,集成了定性定量转换 云模型、群决策、模糊分析法、风险因子评价法、等风 险曲线图法等多种风险评估方法 ,根据各风险评估 方法的特点运用在武器装备虚拟采办技术风险评估 的不同阶段 ; 2)运用工作分解结构 (work breakdown structure,WBS)对武器装备采办的全寿命周期各阶 段进行过程 (动态 )和功能 (静态 )相结合的技术风 险结构构建 ,并借鉴层次全息模型 ( hierarchical hol2 ographic model, HHM)多维度、多模型的思想建立技 术风险分解结构 [ 15 ] ,将复杂系统以互补、协作的方 式分解为部件、子系统等层次 ,并从多维的角度进行 总体综合分析评估. 从而实现武器装备虚拟采办全 寿命周期技术风险评估管理的动态性和综合性. 2 基于定性定量综合集成的技术风险 评估模型 根据风险的定义 ,风险可表示为 SBA 项目“失 败 ”的概率 P 与“失败 ”的影响程度 C 的函数 , 即 R = f ( P, C). 风险估计 Rf 就是该风险的似然估计 : Rf = 1 - PsCs = 1 - (1 - Pf ) (1 - Cf ) = Pf + Cf - Pf Cf . 式中 : Pf 表示 SBA项目的失败的概率 ,即风险发生 的可能性; Ps 表示 SBA项目成功的概率 ,即风险不 发生的可能性; Cf 表示风险发生对 SBA项目的影响 程度; Cs 表示风险不发生对 SBA项目的影响程度. 2. 1 技术风险定性定量转换云模型 武器装备虚拟采办技术风险评估中 ,经常遇到 以语言文字表明的风险概率和风险结果 ,必须将之 转换为数值才能进行计算和评估. 反之 ,采办决策者 常需用文字描述采办方案相关信息 ,如技术风险的 高低评价 ,此时需要将某些数值运算结果转换成语 言表征. 并且表示技术风险的发生可能性与影响程 度均存在一定范围内的模糊性和不确定性 ,而云模 型正是处理这类概念定性描述与定量描述间互相转 换的一种不确定型计算工具. 云模型是李德毅院士提出的一种定性定量转换 模型 ,已经在智能控制、模糊评测等多个领域得到应 用. 云模型是用自然语言值表示的某个定性概念 A 与其定量表示之间的不确定性转换模型. 设 U 是一 个用精确数值表示的论域 (一维的、二维的或多维 的 ) , U上对应的定性概念 A,对于论域中的任意一 个元素 x, 都存在一个有稳定倾向的随机数 y = μA ( x) ,称作 x对概念 A 的确定程度 , x在论域上的 分布称为云模型 ,简称为云. 云的数字特征用期望 Ex、熵 En 和超熵 He 来表征 ,它们反映了定性概念 A 整体上的定量特征 ,用 3个数字特征表示的定性概 念的整体特征 ,记作 C ( Ex , En , He ) ,称为云的特征 向量 [ 16 ] . 期望 Ex ( expectation) :在论域空间最能够 代表定性概念 A的点 ,或者是这个概念量化的最典 型样本点;熵 En ( entropy) :熵代表定性概念的可度 量粒度 ,通常熵越大概念越宏观. 熵还反映了定性概 念的不确定性 ,表示在论域空间可以被定性概念接 受的取值范围大小 ,即模糊度 ,是定性概念亦此亦彼 性的度量;超熵 He ( hyper entropy) :超熵是熵的不确 定性的度量 ,它反映代表定性概念值的样本出现的 随机性 ,揭示了模糊性和随机性的关联. 通过正向云算法 ,可以把定性概念的整体特征 变换为定量数值表示 ,实现概念空间到数值空间的 转换;通过逆向云算法 ,可以实现从定量值到定性概 念的转换 , 将一组定量数据转换为以数字特征 C ( Ex , En , He )来表示的定性概念. 下面分别给出正 向云算法和逆向云算法. 正向云发生器算法描述 : 输入 :表示定性概念 A 的 3个数字特征值 Ex、 En、He 和云滴数 N. Ex =mean ( xi ) , En = Stdev( xi ) , He = Stdev(E′n ). 输出 :N 个云滴的定量值以及每个云滴代表概 第 5期 冯 珊 ,等 :武器装备虚拟采办技术风险综合评估 ·387· © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
·388· 智能系统学报 第3卷 念A的确定度」 221采用多专家研讨方式确定技术风险概率 算法执行步骤： 在武器装备采办全寿命周期内，技术风险受许 1)生成以En为期望值、H.为标准差的正态随 多因素的影响，如技术成熟度、技术复杂性、标准化 机数En 等，这里选取技术先进性、技术复杂性与技术可参考 2)生成以E为期望值、E.为标准差的正态随 性3类典型的影响技术风险的因素作为分析风险概 机数x 率的特征因子.故首先设定风险特征因子集为U= 3)令x为定性概念A的一次量化值，称为云 技术先进性，技术复杂性，技术可参考性}={“， 滴： ,,再根据各个风险特征因子对武器装备研制 4计算y=E 失败的作用程度赋予不同的权重，令A=(a,, 21E2 )=0.4,0.4,0.2).风险特征因子集U对应的评 5)令y为x属于定性概念A的确定度 价集W的量值向量W=心1，⊙2，，O4,05)= 6){x,y完整地反映了一次定性定量转换的全 (01,03,05,07,09),评价集中5个量值描述 部内容： 如表1所示 7)重复1)~6)直到产生N个云滴为止 表1特征因子对技术风险概率的影响程度量值 逆向云发生器算法： Table 1 mpacts va lue of factors for techn ical risk 输入：N个云滴的定量值及每个云滴代表概念 probab ility 的确定度(x,以 技术先进性技术复杂性 技术可参考性 输出：这N个云滴表示的定性概念A的期望值 量值 因子4=2/5因子4=2/5因子4=1/5 E熵En和超熵H。 国内现 有完整的技术 1=0.1 简单设计 算法执行步骤： 有水平 资料可供参考 以乌一日会作为与的估计值 部分国 局部增加 有部分技术 02=0.3 内领先 复杂性 资料可供参考 2)将y>Q999的点剔除剩下m个云滴： 复杂性中等 有样机或样 ⊙3=0.5 因内领先 x-E 程度增加 品可供研仿 3)由En' 求出En 2Iny 部分国际 复杂性 有关键零部件或 04=0.7 领先水平 显著增加 元器件可供研仿 4)根据Em 之5，求出E,的估计值： 涉及专业技 无可供参考、 因际领 05=0.9 术门类很多， 研仿的技术 5)根据H。= 先水平 -1 ,(E-E)求出估 极其复杂 资料和样机 计值H。! 完成上述初始化步骤后，由主持人确定相关专 22技术风险定性定量综合评估过程 家组，请各位专家参照表1的评价标准，通过研讨方 武器装备系统是一个结构复杂、全寿命周期中 式对武器装备的各子系统技术成熟性、复杂性、相关 各阶段涉及的子系统众多的复杂大系统，从技术风 性进行评价，各自独立确定各子系统的相应量值，最 险分析评估的角度来看，需要设计的分系统、子系统 终由主持人按照下述公式对各位专家的结果进行统 技术状态项目)、部件、组件数目较多，因此，首先 计，从而得出研制技术风险概率P 按照工作分解结构的方法构建体现采办阶段相对应 的技术风险层次体系，然后进行底层各个子系统技 男=会2a=AEw 术风险的评估，在确定底层各个子系统技术风险基 式中：表示专家选择第个因子的第个量级的 础上对上一层分系统技术风险进行评估，依照确定 比例 的技术风险层次结构逐层向上进行，直到确定采办 222采用模糊综合评价确定技术风险影响程度 的全寿命周期某阶段的武器装备技术风险评估结果」 武器装备技术风险失败对采办项目造成的影响 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved. http://www.cnki.nei
念 A的确定度. 算法执行步骤 : 1)生成以 En 为期望值、He 为标准差的正态随 机数 E′n ; 2)生成以 Ex 为期望值、E′n 为标准差的正态随 机数 x; 3)令 x为定性概念 A 的一次量化值 , 称为云 滴; 4)计算 y = ( x - Ex ) 2 2 ( E′n ) 2 ; 5)令 y为 x属于定性概念 A的确定度; 6) { x, y}完整地反映了一次定性定量转换的全 部内容; 7)重复 1) ～6)直到产生 N 个云滴为止. 逆向云发生器算法 : 输入 :N 个云滴的定量值及每个云滴代表概念 的确定度 ( x, y). 输出 :这 N 个云滴表示的定性概念 A 的期望值 Ex、熵 En 和超熵 He . 算法执行步骤 : 1)以 E^x = 1 n 6 n i =1 xi 作为 Ex 的估计值; 2) 将 y > 0. 999的点剔除剩下 m 个云滴; 3) 由 En ′= | x - E^x | - 2 lny ,求出 En ′; 4) 根据 E^n = 1 m 6 m i =1 En i ,求出 En 的估计值 E^n ; 5) 根据 H^ e = 1 m - 1 6 m i =1 ( E′n i - E^n ) 2 求出估 计值 He ′. 2. 2 技术风险定性定量综合评估过程 武器装备系统是一个结构复杂、全寿命周期中 各阶段涉及的子系统众多的复杂大系统 ,从技术风 险分析评估的角度来看 ,需要设计的分系统、子系统 (技术状态项目 )、部件、组件数目较多 ,因此 ,首先 按照工作分解结构的方法构建体现采办阶段相对应 的技术风险层次体系 ,然后进行底层各个子系统技 术风险的评估 ,在确定底层各个子系统技术风险基 础上对上一层分系统技术风险进行评估 ,依照确定 的技术风险层次结构逐层向上进行 ,直到确定采办 的全寿命周期某阶段的武器装备技术风险评估结果. 2. 2. 1 采用多专家研讨方式确定技术风险概率 在武器装备采办全寿命周期内 ,技术风险受许 多因素的影响 ,如技术成熟度、技术复杂性、标准化 等 ,这里选取技术先进性、技术复杂性与技术可参考 性 3类典型的影响技术风险的因素作为分析风险概 率的特征因子. 故首先设定风险特征因子集为 U = {技术先进性 ,技术复杂性 ,技术可参考性 } = { u1 , u2 , u3 },再根据各个风险特征因子对武器装备研制 “失败 ”的作用程度赋予不同的权重 ,令 A = ( a1 , a2 , a3 ) = (014, 014, 012). 风险特征因子集 U 对应的评 价集 W 的量值向量 W = (ω1 ,ω2 , ω3 , ω4 , ω5 ) = (0. 1, 0. 3, 0. 5, 0. 7, 0. 9) ,评价集中 5个量值描述 如表 1所示. 表 1 特征因子对技术风险概率的影响程度量值 Table 1 Im pacts va lue of factors for techn ica l r isk probab ility 量值 技术先进性 因子 a1 = 2 /5 技术复杂性 因子 a2 = 2 /5 技术可参考性 因子 a3 = 1 /5 ω1 = 011 国内现 有水平 简单设计 有完整的技术 资料可供参考 ω2 = 013 部分国 内领先 局部增加 复杂性 有部分技术 资料可供参考 ω3 = 015 国内领先 复杂性中等 程度增加 有样机 (或样 品 )可供研仿 ω4 = 017 部分国际 领先水平 复杂性 显著增加 有关键零部件或 元器件可供研仿 ω5 = 019 国际领 先水平 涉及专业技 术门类很多 , 极其复杂 无可供参考、 研仿的技术 资料和样机 完成上述初始化步骤后 ,由主持人确定相关专 家组 ,请各位专家参照表 1的评价标准 ,通过研讨方 式对武器装备的各子系统技术成熟性、复杂性、相关 性进行评价 ,各自独立确定各子系统的相应量值 ,最 终由主持人按照下述公式对各位专家的结果进行统 计 ,从而得出研制技术风险概率 Pf . Pf = 6 3 i =1 6 5 j =1 ( ai eiωj j ) = A·E·W T . 式中 : eij表示专家选择第 i个因子的第 j个量级的 比例. 2. 2. 2 采用模糊综合评价确定技术风险影响程度 武器装备技术风险失败对采办项目造成的影响 ·388· 智 能 系 统 学 报 第 3卷 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
第5期 冯珊，等：武器装备虚拟采办技术风险综合评估 ·389· 后果很多，主要有效能指标不达标进度拖延和研制 研制技术风险影响程度，从技术性能、费用、进度3 费用的增加，即：1)不能在规定的时间内完成进度 个方面进行评价，确定相应的量值.综合各位专家的 风险)：2)大大超过了预定的资源条件，需要追加经 结果，可得到评判矩阵为 费方可完成费用风险；3)现有的技术、工艺水平 23 14 达不到原有技术要求，只能降低性能指标要求.因此 R 51 52 53 54 55 从技术性能、费用进度3个方面评估技术风险影响 L51 5253545 程度具有典型性意义.但是由于这种估计受诸多不 式中：表示选择第个因子的第个量级的专家比 确定性因素影响无法给出具体定量结果，具有模糊 例.由此得出技术风险影响程度的模糊综合评价矩 性的显著特征，故拟采用模糊综合评判法进行估计. 阵D是Q上的模糊子集：D=B·R,采用功效系数 首先设技术风险影响因子集V=技术性能，费用， 法对D进行规范化处理，得到D'=(d1,d,d, 进度}=片，5,5，赋予各因子相应的权重向量 d4,d5),公式如下： B=(6,,b)=1/3,13.1/3).因子集y对应的 D'=Da-Dandd+(1.a). 评价集Q的量值向量Q=(,,…,)=(01, Dmaxo Dmn 03,05.07,09).评价集Q中5个量值的描述如 式中：Dmg=max (DD2yD代表列最大值 表2所示 Dma0=minD,D2,,D,代表列最小值，a∈ 表2特征因子对技术风险后果的影响程度量值 0,1 Table 2 m pacts value of factors for techn ical risk 则武器装备研制失败的影响程度可表示为 consequences C,=D'·Q=V(D,ΛQ)= i 技术性能 费用因子 进度因子 量值 max[minD1AQy/min(D2ΛQ2)… 因子b=1/3 b=1/3 b=1/3 min(Dm∧21： 对进度的影响 对技术性能 费用略有变 极小，可忽略不 223计算各子系统风险估计值 =0.1影响极小或 化，但不超 计，或可由进度 根据上述步骤确定各子系统的技术风险概率 无影响 过预算估计 松弛时间补偿 P和风险影响程度C后，按照公式R=P+C 部分进度延后」 PC计算各个子系统的风险估计值.并依据计算出 费用超出预 技术性能 但超过计划进 的各个子系统层次的风险概率P,和风险影响程度 4=0.3 算约1%~ 下降很小 度的10%，需对 C,在等风险曲线图上绘制各个子系统技术风险所 5% 进度计划调整 处的位置，确定各子系统间技术风险等级.一般认为 技术性能 费用超出预进度延后，超过 R>Q7为高风险，R<03为低风险，介于两者之 4=0.5 有某种程 算约5%~计划进度的 间(Q3≤R≤07)为中等风险 度下降 20% 10%~-30% 224采用云模型计算系统总体研制风险 费用超出预进度延后，超过 首先按各子系统发生风险时对总体影响重要程 技术性能 4=0.7 算约20%~计划进度的 显著下降 度设定权重等级为W=很重要，较重要，一般重 50% 30%一50% 要，次重要，不重要}5个档次，应用逆向云发生器的 进度延后，超过 实现算法，分别转化为云表示(1,0085，Q002)、 费用超出 计划进度的 (075,0085,0005)、(051,0085.0005)、 技术性能指 4=0.9 预算约 50%,并影响系 标不能达到 024.0085.0005)、001,0085.0002),如图2 50%以上 统的里程碑进 色 所示.再按照已确定的各子系统风险估计值和风险 等级高风险、中等风险和低风险三级)，也应用逆 完成上述初始化步骤后，由主持人确定相关专 向云发生器分别转化为云表示(07,0125， 家组，请各位专家参照表2的评价标准，对武器装备 0002)、(030,0125.0005)、(001.0125. 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
后果很多 ,主要有效能指标不达标、进度拖延和研制 费用的增加 ,即 : 1)不能在规定的时间内完成 (进度 风险 ) ; 2)大大超过了预定的资源条件 ,需要追加经 费方可完成 (费用风险 ) ; 3)现有的技术、工艺水平 达不到原有技术要求 ,只能降低性能指标要求. 因此 从技术性能、费用、进度 3个方面评估技术风险影响 程度具有典型性意义. 但是由于这种估计受诸多不 确定性因素影响无法给出具体定量结果 ,具有模糊 性的显著特征 ,故拟采用模糊综合评判法进行估计. 首先设技术风险影响因子集 V = {技术性能 ,费用 , 进度 } = { v1 , v2 , v3 }, 赋予各因子相应的权重向量 B = ( b1 , b2 , b3 ) = ( 1 /3, 1 /3, 1 /3). 因子集 V 对应的 评价集 Q 的量值向量 Q = ( q1 , q2 , …, q5 ) = ( 0. 1, 0. 3, 0. 5, 0. 7, 0. 9). 评价集 Q 中 5个量值的描述如 表 2所示. 表 2 特征因子对技术风险后果的影响程度量值 Table 2 Im pacts va lue of factors for techn ica l r isk con sequences 量值 技术性能 因子 b1 = 1 /3 费用因子 b2 = 1 /3 进度因子 b3 = 1 /3 q1 = 011 对技术性能 影响极小或 无影响 费用略有变 化 ,但不超 过预算估计 对进度 的 影 响 极小 ,可忽略不 计 ,或可由进度 松弛时间补偿 q2 = 013 技术性能 下降很小 费用超出预 算约 1% ～ 5% 部分进度延后 , 但超过 计 划 进 度的 10% ,需对 进度计划调整 q3 = 015 技术性能 有某种程 度下降 费用超出预 算约 5% ～ 20% 进度延后 , 超过 计划进度的 10% ～30% q4 = 017 技术性能 显著下降 费用超出预 算约 20% ～ 50% 进度延后 , 超过 计划进度的 30% ～50% q5 = 019 技术性能指 标不能达到 费用超出 预算约 50%以上 进度延后 , 超过 计划进度的 50% ,并影响系 统的里 程 碑 进 度 完成上述初始化步骤后 ,由主持人确定相关专 家组 ,请各位专家参照表 2的评价标准 ,对武器装备 研制技术风险影响程度 ,从技术性能、费用、进度 3 个方面进行评价 ,确定相应的量值. 综合各位专家的 结果 ,可得到评判矩阵为 R = r11 r12 r13 r14 r15 r21 r22 r23 r24 r25 r31 r32 r33 r34 r35 . 式中 : rij表示选择第 i个因子的第 j个量级的专家比 例. 由此得出技术风险影响程度的模糊综合评价矩 阵 D 是 Q 上的模糊子集 : D =B ·R,采用功效系数 法对 D 进行规范化处理 ,得到 D ′= ( d′1 , d′2 , d′3 , d′4 , d′5 ) ,公式如下 : D ′= D ij - Dm in ( j) Dmax( j) - Dm in ( j) α + (1 - α). 式中 : Dmax( j) =max(D1 j , D2 j , …, Dm j )代表列最大值; Dm in ( j) =m in (D1 j , D2 j , …, Dm j ) 代表列最小值 ,α∈ (0, 1). 则武器装备研制失败的影响程度可表示为 Cf = D ′·Q T =∨ n j=1 (Di ∧Qij ) = max[m in (D1 ∧Q1 j ) m in (D2 ∧Q2 j ) … m in (Dm ∧Qm j ) ]1 2. 2. 3 计算各子系统风险估计值 根据上述步骤确定各子系统的技术风险概率 Pf 和风险影响程度 Cf 后 ,按照公式 Rf = Pf + Cf - Pf Cf 计算各个子系统的风险估计值. 并依据计算出 的各个子系统层次的风险概率 Pf 和风险影响程度 Cf ,在等风险曲线图上绘制各个子系统技术风险所 处的位置 ,确定各子系统间技术风险等级. 一般认为 Rf > 0. 7为高风险 , Rf < 0. 3为低风险 ,介于两者之 间 (0. 3≤Rf ≤0. 7)为中等风险. 2. 2. 4 采用云模型计算系统总体研制风险 首先按各子系统发生风险时对总体影响重要程 度设定权重等级为 W = {很重要 , 较重要 , 一般重 要 ,次重要 ,不重要 } 5个档次 ,应用逆向云发生器的 实现算法 , 分别转化为云表示 ( 1, 0. 085, 0. 002 ) 、 ( 0. 75, 0. 085, 0. 005 ) 、( 0. 51, 0. 085, 0. 005 ) 、 (0. 24, 0. 085, 0. 005) 、(0. 01, 0. 085, 0. 002) ,如图 2 所示. 再按照已确定的各子系统风险估计值和风险 等级 (高风险、中等风险和低风险三级 ) ,也应用逆 向云 发 生 器 分 别 转 化 为 云 表 示 ( 0. 7, 0. 125, 0. 002) 、( 0. 30, 0. 125, 0. 005 ) 、( 0. 01, 0. 125, 第 5期 冯 珊 ,等 :武器装备虚拟采办技术风险综合评估 ·389· © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
·390· 智能系统学报 第3卷 Q002).最后计算出系统总体研制风险结果，并采 程，按照上述的定性定量综合集成评估模型进行具 用正向云发生器转换成定性语言值确定其技术风险 体分析计算如下： 状况 1)请专家根据表1的评判标准对最底层的4 不重要次重要一般重要较重要很重要 类技术风险的技术先进性技术复杂性技术可参考 1.0 0.8 性进行量值评分，下面给出专家对动力子系统技术 06 风险概率P的影响程度量值统计结果 0 00.70.30 0.2 E 003060 -0.4-0.20 0.20.40.60.81.01.21.4 02080 0 权重等级 计算得出动力子系统的技术风险概率为 图2云表示的权重等级 = ∑∑(a,e0)=AXEw'= Fig 2 Weight class with cloud representation 0 3防空导弹总体技术风险评估实例 0 0.70.3 0 0 [040402 030601 本文以防空导弹虚拟采办为例说明总体技术风 0 0208 0 0 Q 险定性定量综合集成评估方法的应用.在防空导弹 虚拟采办全寿命周期每一个里程碑阶段都应进行正 0423 式的风险评估，这里为了简化，仅以概念设计阶段为 2)请各位专家参照表2的评价标准，对武器装 例说明方法实施的步骤和评估结果.应指出，此时， 备研制技术风险影响程度，从技术性能、费用、进度 采办项目己通过立项论证，总体效能指标已经确定， 3个方面进行评价，确定相应的评分量值.下面给出 技术实现已有备选方案集，所以，可以按照某一方案 专家对动力子系统技术风险后果C,的影响程度量 进行技术风险评估.首先根据防空导弹的特点，根据 值统计结果 各子系统效能体现不同及分别不同程度地采用了新 0020402 技术、新材料、新工艺等情况，可基于工作结构分解 R0 0 02040 建立技术分解结构(technology breakdown structure, 0 020404 BS),将防空导弹研制技术风险分为图3所示的2 计算得出动力子系统的技术风险后果的模糊综 层结构： 合评价结果为 总 动力子系统技术风隐 D=BR=10303041× 体 研 「002040204 战斗子系统技术风险 制 0 0020404 = 技 制导子系统技术风险 L00020404 术 [0020303041 风 险 引信子系统技术风险 采用功效系数法对D进行规范化处理，取ā= 09,得到D'=0,017,0276.0276,0342),则动 图3防空导弹技术风险结构分解图 力子系统的技术风险后果影响程度为C=D'·Q「= Fig 3 A ir defense m issile technical risk structure yNe- decompositon max[min(D1∧gy)min(D2∧g2) 在本次评估过程中，首先由研讨主持人邀请18 min(Dn∧gm)1= 位相关领域的专家参加了本次技术风险评估研讨过 [00170276027603421· 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved htp://www.cnki.net
0. 002). 最后计算出系统总体研制风险结果 , 并采 用正向云发生器转换成定性语言值确定其技术风险 状况. 图 2云表示的权重等级 Fig. 2 W eight class with cloud rep resentation 3 防空导弹总体技术风险评估实例 本文以防空导弹虚拟采办为例说明总体技术风 险定性定量综合集成评估方法的应用. 在防空导弹 虚拟采办全寿命周期每一个里程碑阶段都应进行正 式的风险评估 ,这里为了简化 ,仅以概念设计阶段为 例说明方法实施的步骤和评估结果. 应指出 ,此时 , 采办项目已通过立项论证 ,总体效能指标已经确定 , 技术实现已有备选方案集 ,所以 ,可以按照某一方案 进行技术风险评估. 首先根据防空导弹的特点 ,根据 各子系统效能体现不同及分别不同程度地采用了新 技术、新材料、新工艺等情况 ,可基于工作结构分解 建立技术分解结构 ( technology breakdown structure, TBS) ,将防空导弹研制技术风险分为图 3所示的 2 层结构 : 图 3 防空导弹技术风险结构分解图 Fig. 3 A ir defense missile technical risk structure decomposition 在本次评估过程中 ,首先由研讨主持人邀请 18 位相关领域的专家参加了本次技术风险评估研讨过 程 ,按照上述的定性定量综合集成评估模型进行具 体分析计算如下 : 1) 请专家根据表 1的评判标准对最底层的 4 类技术风险的技术先进性、技术复杂性、技术可参考 性进行量值评分 ,下面给出专家对动力子系统技术 风险概率 Pf 的影响程度量值统计结果. E = 0 017 013 0 0 0. 3 0. 6 0. 1 0. 2 0. 8 0 0 . 计算得出动力子系统的技术风险概率为 Pf = 6 3 i =1 6 5 j =1 ( ai eiωj j ) = A ×E ×W T = [0. 4 0. 4 0. 2 ] 0 017 013 0 0 0. 3 0. 6 0. 1 0. 2 0. 8 0 0 0. 1 0. 3 0. 5 0. 7 0. 9 = 0. 423. 2)请各位专家参照表 2的评价标准 ,对武器装 备研制技术风险影响程度 ,从技术性能、费用、进度 3个方面进行评价 ,确定相应的评分量值. 下面给出 专家对动力子系统技术风险后果 Cf 的影响程度量 值统计结果. R = 0 0. 2 0. 4 0. 2 0. 2 0 0 0. 2 0. 4 0. 4 0 0 0. 2 0. 4 0. 4 . 计算得出动力子系统的技术风险后果的模糊综 合评价结果为 D =B ×R = [0. 3 0. 3 0. 4 ] × 0 0. 2 0. 4 0. 2 0. 2 0 0 0. 2 0. 4 0. 4 0 0 0. 2 0. 4 0. 4 = [ 0 0. 2 0. 3 0. 3 0. 4 ]. 采用功效系数法对 D 进行规范化处理 ,取 α = 0. 9,得到 D′= (0, 0. 17, 0. 276, 0. 276, 0. 342) ,则动 力子系统的技术风险后果影响程度为 Cf =D ′·Q T = ∨ n j = 1 (Di ∧Qij ) = max[m in (D1 ∧Q1 j ) m in (D2 ∧Q2 j ) … m in (Dm ∧Qm j ) ] = [0 0. 17 0. 276 0. 276 0. 342 ]· ·390· 智 能 系 统 学 报 第 3卷 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
第5期 冯珊，等：武器装备虚拟采办技术风险综合评估 ·391 [01030507097=06337 1.0- 低风险中等风险高风险 3)根据上述计算得到的技术风险概率P,和风 0.9 险影响程度C后，计算动力子系统的风险估计值为 0.8 0.7 Ry=P+C1-PC= 0.6 0423+06337-042306337=07886 抖 0.5 由于R>Q7,故确定动力子系统技术风险估 0.4 计值语言表达为高风险”，其他3个子系统分别按 0.3 0.2 照上述步骤进行计算，得出相应的技术风险估计值 4 0. 0.4-0.200.20.40.60.81.01.2 如图4所示的等风险曲线图上绘制出每个子系统技 归一化指标 术风险所处的位置 1.0 0.9 图5防空导弹技术风险综合评价结果 0.8 Fig 5 Evaluation results of air defense missile technical risk 刘07 时0.6 ☆动力了系统 4结束语 0.5 0.4 本文对武器装备虚拟采办技术风险评估问题进 ☆战斗子系统 行了探讨，在考虑技术风险复杂性和非结构化等特 0.2 女制导子系统 0.1 慌子系统小等风险 高风险 点的基础上，提出了定性定量综合集成的技术风险 低风险 00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0 评估模型.其实质是体现虚拟采办仿真综合集成的 风险概* 现代要求，为支持虚拟采办仿真复杂系统决策科学 化、智能化提供支持与服务.在武器装备型号发展对 图4防空导弹各子系统风险分布图 SBA全系统、全寿命、全方位管理的应用需求牵引和 Fig 4 Distribution map of air defense missile subsystem risk 复杂系统问题求解的定性与定量综合集成方法论及 4)根据已确定的各子系统风险估计值和风险 相应计算技术发展的推动下，面向武器装备虚拟采 等级高风险、中等风险和低风险三级)，采用逆向 办风险决策，构建一种基于定性与定量综合集成技 云发生器将其转化为云表示A.再将各子系统发生 术的新型智能决策支持系统，支持典型装备虚拟采 风险时对总体影响重要程度也转化成云表示A,.最 办示范系统的全生命周期风险决策，这是要继续努 后计算出系统总体研制风险结果如图5所示，并采 力实现的目标 用正向云发生器转换成定性语言值从而确定其技术 参考文献： 风险状况，其中总体风险定量估计值为07005：总 [1符志民，李汉铃.航天研发项目风险分析、等级评估和相 体风险定量估计值的确定度为Q8131:总体风险等 关性研究[J1.系统工程与电子技术，2005,27(1)：5259 级为高风险 FU Zhi in,L I Hanling Risk analysis,evaluation and cor 对上述防空导弹武器技术风险评估结果分析， relation study for aerospace research and devebpment pro- 动力子系统技术风险最大，而引信子系统风险最小， ject[J]Systems Engineering and Electronics,2005,27 系统总体风险发生概率在07左右，武器装备采办 (1):52-59 过程中出现风险的概率是较高的，但主要原因在于 [2李伯虎，柴旭东.BA支撑环境技术的研究[J]系统 动力子系统.在工程实施中应对该子系统实施前馈 仿真学报，2004,16(2)：181-185 控制，随着采办系统的运行对该子系统的技术过程 LIBohu,CHA IXudong Supporting envirorment technology 进行预先分析，制订具体风险降低计划，并跟踪其执 of smulation based acquisition[J ]Journal of System Smu- 行情况，以利采办在低风险条件下完成 lation,2004,16(2):181-185 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved htp://www.cnki.net
[0. 1 0. 3 0. 5 0. 7 0. 9 ] T = 0. 6337. 3) 根据上述计算得到的技术风险概率 Pf 和风 险影响程度 Cf 后 ,计算动力子系统的风险估计值为 Rf = Pf +Cf - Pf Cf = 0. 423 + 0. 6337 - 0. 423 ×0. 6337 = 0. 7886. 由于 Rf > 0. 7,故确定动力子系统技术风险估 计值语言表达为“高风险 ”,其他 3个子系统分别按 照上述步骤进行计算 ,得出相应的技术风险估计值 , 如图 4所示的等风险曲线图上绘制出每个子系统技 术风险所处的位置. 图 4 防空导弹各子系统风险分布图 Fig. 4 Distribution map of air defense missile subsystem risk 4)根据已确定的各子系统风险估计值和风险 等级 (高风险、中等风险和低风险三级 ) ,采用逆向 云发生器将其转化为云表示 A1 . 再将各子系统发生 风险时对总体影响重要程度也转化成云表示 A2 . 最 后计算出系统总体研制风险结果如图 5所示 ,并采 用正向云发生器转换成定性语言值从而确定其技术 风险状况 ,其中总体风险定量估计值为 0. 7005;总 体风险定量估计值的确定度为 0. 8131;总体风险等 级为高风险. 对上述防空导弹武器技术风险评估结果分析 , 动力子系统技术风险最大 ,而引信子系统风险最小 , 系统总体风险发生概率在 0. 7左右 ,武器装备采办 过程中出现风险的概率是较高的 ,但主要原因在于 动力子系统. 在工程实施中应对该子系统实施前馈 控制 ,随着采办系统的运行对该子系统的技术过程 进行预先分析 ,制订具体风险降低计划 ,并跟踪其执 行情况 ,以利采办在低风险条件下完成. 图 5 防空导弹技术风险综合评价结果 Fig. 5 Evaluation results of air defense missile technical risk 4 结束语 本文对武器装备虚拟采办技术风险评估问题进 行了探讨 ,在考虑技术风险复杂性和非结构化等特 点的基础上 ,提出了定性定量综合集成的技术风险 评估模型. 其实质是体现虚拟采办仿真综合集成的 现代要求 ,为支持虚拟采办仿真复杂系统决策科学 化、智能化提供支持与服务. 在武器装备型号发展对 SBA全系统、全寿命、全方位管理的应用需求牵引和 复杂系统问题求解的定性与定量综合集成方法论及 相应计算技术发展的推动下 ,面向武器装备虚拟采 办风险决策 ,构建一种基于定性与定量综合集成技 术的新型智能决策支持系统 ,支持典型装备虚拟采 办示范系统的全生命周期风险决策 ,这是要继续努 力实现的目标. 参考文献 : [ 1 ]符志民 ,李汉铃. 航天研发项目风险分析、等级评估和相 关性研究 [J ]. 系统工程与电子技术 , 2005, 27 (1) : 52259. FU Zhim in, L I Hanling. Risk analysis, evaluation and cor2 relation study for aerospace research and development p ro2 ject[ J ]. Systems Engineering and Electronics, 2005, 27 (1) : 52259. [ 2 ]李伯虎 , 柴旭东. SBA 支撑环境技术的研究 [J ]. 系统 仿真学报 , 2004, 16 (2) : 1812185. L IBohu, CHA IXudong. Supporting environment technology of simulation based acquisition[J ]. Journal of System Simu2 lation, 2004, 16 (2) : 1812185. 第 5期 冯 珊 ,等 :武器装备虚拟采办技术风险综合评估 ·391· © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
·392· 智能系统学报 第3卷 [3]FENG Shan,GO Sihai,LI Xiaodong The fuzzy techno- of the ASME,2003,125(1):225-238 logical framework for a web-based decision support system [13除哲，冯允成，鲁大伟.武器装备研制项目的技术风 [C]//Proceedings of the 11 th World Multi-Conference on 险评估[J]系统工程与电子技术，2005,27(6)：1123 Systems,Cybemetics and Infomatics Orlando,2007:7- 1127 11 XU Zhe,FENG Yuncheng.LU Dawei Appraisement [4]CHA I Xudong,L IBohu Research and applicaton on serv- model of technical risk for weapon system develpment ice oriented infrastructure for netorkitized M&S[C]//Pro- [J ]Systems Engineering and Electronics,2005,27(6): ceedings of 2006 Intemational Workshop on Distributed 1123-1127. Smulation on the Grid Washington,DC,USA,2006:113- [14]KLEN J H,CORK R B.An approach to technical risk as 125 sessent [J ]Intemational Joumal of Project Manage- [5 FRANK M V.Choosing among safety mprovement strate- ment1998,16(6):345-351 gies discussion with example of risk assessment and multi- [15 ]HA MES YY,LAMBERT J,LID,et al Hierarchical criteria dec ision app roaches for NASA [J ]Reliability Engi- hobgraphic modeling for risk identification in complex sys- neering and System,1995,49:311-324 tems [C ]/IEEE Intemational Conference on Systems, [6于景元，周晓纪.综合集成方法与总体设计部[J].复杂 Man and Cybemetics Vancouver,Canada,1995:1027- 系统与复杂性科学，2004(1)：20-26 1032 YU Jingyuan,ZHOU Xiaoji Meta-syntheses and depart- [16李德毅，刘常昱，杜鹋.不确定性人工智能[J]软件 ment of integrative system design[J].Complex Systems and 学报，2004,15(11)：1583-1594 Comp lexity Science,2004 (1)20-26 LIDeyi,L U Changyu,DU Yi Artificial intelligence with [7吗珊，郭四海，周凯波，等.虚拟样机概念设计工具中 uncertainty J ]Joumal of Sofware,2004,15 (11 ) 的智能技术[)]华中科技大学学报，2007,35(8)：4851. 1583-1594 FENG Shan,GO Sihai,ZHOU Kaibo,et al Intelligent 作者简介： technology used in the tools for the concep tual design of vir- 冯珊，女，1935年生，教授，博士 tual prootypes and its evolution [J].Joumal of Huazhong 生导师.主要研究方向为复杂系统建模 University of Science and Technology,2007,35 (8):48- 与仿真，人工智能与计算智能的工程应 51 用及多Agenti系统等.承担国家级自然 [8吗珊，郭四海.面向虚拟采办的智能决策支持系统概 科学基金及国防预研基金重点科研项 念框架[J1智能系统学报，2008,3(3)：201-211 目并多次获国家及省部级科技进步奖。 FENG Shan,GO Sihai A conceptual framework or the 在国内外刊物上发表学术论文160余 BAoriented intelligent decision support system [J]CAAI 篇，其中有66篇被SCI EL STP及N- Transactions on Intelligent Systems,2008,3(3):201-211 SPEC等全文收录 [9]SH M J P,WARKENTN M.Past,present,and future of decision support technology[J].Decision Support Systems, 郭四海，男，1976年生，博士研究 2002,33(2):111-126 生，主要研究方向为建模与仿真、人工 [10 ]HEMANT K,DAN IEL J.Progress in web-based decision 智能技术及虚拟采办决策支持系统等」 support technologies decision support systems[J].Deci sion Support Systems,2007,43(4):1083-1095. [11 JMUSTAJOKIJ,RA MO P.Interactive computer support in decision conferencing to cases on off-site nuclear emer 周凯波，男，1972年生，副教授，主 gency management[J].Decision Support Systems,2007, 要研究方向为智能化集成系统.在国内 42(4):2247-2260 外刊物上发表学术论文20余篇 12 GRACE D.Technical risks and m itigaton measures in combustion turbine project deve bpment[J].Transactions 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.ner
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