陳生春，陳華偉

海軍工程大學(xué)船舶與動(dòng)力學(xué)院，湖北武漢430033

0 引 言

目前，國內(nèi)外對(duì)裝備的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估大多是在對(duì)大量歷史數(shù)據(jù)或?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，而新型裝備和研制中的裝備由于缺少實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，因而較難進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，尤其是難以開展定量分析。當(dāng)前，使用較廣泛的基于專家權(quán)重的風(fēng)險(xiǎn)分析方法、基于模糊集合的分析方法以及風(fēng)險(xiǎn)矩陣方法都不能很好地解決此類問題，本文將結(jié)合以上3 種方法的特點(diǎn)，給出一種新的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，即把基于專家權(quán)重的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)計(jì)算方法和基于模糊集合的風(fēng)險(xiǎn)概率計(jì)算方法與風(fēng)險(xiǎn)矩陣相結(jié)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(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估對(duì)逃生艙的設(shè)計(jì)和制造具有重要的指導(dǎo)意義。這種基于風(fēng)險(xiǎn)的設(shè)計(jì)思路可以有效降低因設(shè)計(jì)缺陷而造成的資源浪費(fèi)。利用本文給出的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，將對(duì)部分失效模式進(jìn)行初步的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，以證明該模型的適用性和結(jié)果的可信度。

1 專家權(quán)重的確定

確定專家權(quán)重是對(duì)評(píng)估專家的評(píng)估，是度量評(píng)估專家可信度的過程，有助于保證評(píng)估質(zhì)量。對(duì)專家賦予的權(quán)重是對(duì)專家知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)和能力的綜合數(shù)量表示。這里將專家權(quán)重分為兩部分：靜態(tài)權(quán)重和動(dòng)態(tài)權(quán)重，通過靜態(tài)權(quán)重和動(dòng)態(tài)權(quán)重的組合得到最終的專家權(quán)重［1-3］。

1.1 靜態(tài)權(quán)重

本文把依據(jù)專家影響力、專業(yè)熟悉度及相關(guān)知識(shí)充裕度等而確定的權(quán)重稱為靜態(tài)權(quán)重。以專家質(zhì)量模型為基礎(chǔ)，通過計(jì)算專家影響力(ZY)、專家相關(guān)知識(shí)充裕度(ZC)和專家專業(yè)經(jīng)驗(yàn)熟悉度(ZJ)，由公式Zi=k1ZY+k2ZC+k3ZJ得到專家質(zhì)量得分(Zi)，進(jìn)行歸一化處理后得到靜態(tài)權(quán)重。設(shè)專家數(shù)為n，第j個(gè)專家的靜態(tài)權(quán)重為

式中：Zij為第j 個(gè)專家的質(zhì)量得分；Zik為第k 個(gè)專家的質(zhì)量得分。

1.2 動(dòng)態(tài)權(quán)重

在實(shí)際評(píng)估過程中，專家所判斷的質(zhì)量并不一定與他的靜態(tài)權(quán)重相一致。動(dòng)態(tài)權(quán)重是根據(jù)專家本次評(píng)估的偏離程度經(jīng)反饋計(jì)算得到，偏離程度越大，專家獲得的權(quán)重就越小，這種權(quán)重是一種動(dòng)態(tài)的權(quán)重，可以考核專家本次的評(píng)估質(zhì)量，是對(duì)專家評(píng)審質(zhì)量的動(dòng)態(tài)反映。在群體決策過程中加入動(dòng)態(tài)權(quán)重可以使評(píng)估結(jié)果更貼近真實(shí)情況。

設(shè)n 個(gè)專家對(duì)同一方案的評(píng)估為mj（j=1，2，…，n），平均值，取可得

經(jīng)歸一化處理，得到各專家的動(dòng)態(tài)權(quán)重

式中，Kj為第j個(gè)專家對(duì)該方案評(píng)估時(shí)的動(dòng)態(tài)權(quán)重。

1.3 靜態(tài)權(quán)重與動(dòng)態(tài)權(quán)重的組合

靜態(tài)權(quán)重與動(dòng)態(tài)權(quán)重既可單獨(dú)使用，也可以組合使用。靜態(tài)權(quán)重反映專家本身的素質(zhì)和，動(dòng)態(tài)權(quán)重是專家在靜態(tài)權(quán)重的前提下其能力的體現(xiàn)。為了對(duì)被評(píng)估對(duì)象做出更公正、科學(xué)的評(píng)估，提高評(píng)估系統(tǒng)的可靠性以及評(píng)估結(jié)果的精度，本文將靜態(tài)權(quán)重與動(dòng)態(tài)權(quán)重進(jìn)行了融合，使得利用專家權(quán)重進(jìn)行的模糊綜合評(píng)判矩陣能更接近于實(shí)際。

首先，將靜態(tài)權(quán)重與動(dòng)態(tài)權(quán)重相乘，然后再進(jìn)行歸一化處理，計(jì)算公式為

在評(píng)估過程中，決定專家權(quán)重的因素很多，其中靜態(tài)權(quán)重是每個(gè)專家所特有的，并且是固定的。同時(shí)，在專家進(jìn)行評(píng)估的過程中，還存在臨時(shí)的經(jīng)驗(yàn)信息和臨時(shí)心態(tài)，使得最終的專家權(quán)重由靜態(tài)權(quán)重和動(dòng)態(tài)權(quán)重共同決定。這種確定專家權(quán)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(quán)重的方法相比，更加科學(xué)、合理。

2 風(fēng)險(xiǎn)矩陣的建立及計(jì)算

2.1 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的確定

風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)表征失效效應(yīng)的嚴(yán)重程度，這里著重強(qiáng)調(diào)對(duì)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(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，而只是將它們進(jìn)行粗略的劃分。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的不同，劃分情況也不同，通常依具體情況而定。

本文針對(duì)集體逃生艙，依據(jù)對(duì)人員可能造成的傷害情況，將風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分為了5 個(gè)等級(jí)，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(yī)生治療的，以及簡單的海上應(yīng)急救治。專家一般不會(huì)直接判斷某失效模式的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，多用帶有模糊性的分值給出判斷。本文為不同的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)賦予了不同的區(qū)間值，對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1 所示。

表1 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)Tab.1 Risk grade

這里選取20 人組成專家組，通過專家會(huì)議法來進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識(shí)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(hào)Tab.2 Failure modes and symbols

由專家組對(duì)各失效模式的危險(xiǎn)程度進(jìn)行打分，并根據(jù)打分情況確定專家動(dòng)態(tài)權(quán)重，然后由公式（1）計(jì)算專家靜態(tài)權(quán)重，由公式（4）確定最終的專家權(quán)重。計(jì)算結(jié)果如表3 所示。

表3 專家權(quán)重Tab.3 Expert weights

將各專家的權(quán)重與其給出的分值進(jìn)行組合（計(jì)算方法見式（5））。查表1 可確定各失效模式的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，其結(jié)果如表4 所示。

式中：wi為第i 個(gè)專家的權(quán)重；ri為第i 個(gè)專家的打分分值；Bj為第j 個(gè)失效模式的最終分值。

表4 失效模式的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)Tab.4 Risk grade of failure modes

2.2 風(fēng)險(xiǎn)概率的計(jì)算

風(fēng)險(xiǎn)概率帶有顯著的模糊性，傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)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(jié)合的方法來評(píng)估事件發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)概率。

模糊可能性值表示某事件發(fā)生的置信度，與風(fēng)險(xiǎn)概率的近似對(duì)應(yīng)關(guān)系如表5 所示。通過將專家評(píng)估語言轉(zhuǎn)化為模糊可能性值，從而確定風(fēng)險(xiǎn)概率，其計(jì)算過程參照文獻(xiàn)［4-8］。

表5 風(fēng)險(xiǎn)概率Tab.5 Risk probability

2.3 風(fēng)險(xiǎn)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(fā)生概率與失效模式的嚴(yán)重程度綜合在一起即為失效模式的危害度，風(fēng)險(xiǎn)值的概念即來源于此。本文將失效模式的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)（嚴(yán)重程度）與風(fēng)險(xiǎn)概率（發(fā)生的概率）進(jìn)行了綜合，其結(jié)果即為失效模式的風(fēng)險(xiǎn)值。

結(jié)合上述針對(duì)潛艇集體逃生艙的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)和風(fēng)險(xiǎn)概率，建立了風(fēng)險(xiǎn)值矩陣，如表6 所示［9-10］。風(fēng)險(xiǎn)值為1～15 的整數(shù)，并將其劃分為了不同的區(qū)間，給出了不同的應(yīng)急方案。

表6 風(fēng)險(xiǎn)矩陣Tab.6 Risk matrix

結(jié)合各失效模式的風(fēng)險(xiǎn)概率及其風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，查表6 可得到其風(fēng)險(xiǎn)值，結(jié)果如表7 所示。

表7 失效模式的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)Tab.7 Risk grade of failure mode

表8 給出了在不同風(fēng)險(xiǎn)值下應(yīng)采取的措施。

表8 風(fēng)險(xiǎn)值Tab.8 Risk value

3 評(píng)估結(jié)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(guān)失效模式的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，也難以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。因此，本文將主要通過與類似救生裝備的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果進(jìn)行對(duì)比來確定該評(píng)估結(jié)果的可信度。2009年，英國詹姆士費(fèi)舍爾公司（JFD 公司）采用風(fēng)險(xiǎn)矩陣的方法對(duì)LR7 型深潛救生艇進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估（表9），本文在其評(píng)估結(jié)果中選取了4 個(gè)與集體逃生艙類似的失效模式進(jìn)行了對(duì)比。

表9 LR7 部分失效模式的評(píng)估結(jié)果Tab.9 Evaluation results of LR7 failure modes

由于兩者在結(jié)構(gòu)、原理和使用方式等方面存在差異，因而類似失效模式的評(píng)估結(jié)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(píng)估結(jié)果基本一致，說明該評(píng)估結(jié)果具有較高的可信度。

表10 集體逃生艙部分失效模式的評(píng)估結(jié)果Tab.10 Evaluation results of collective escape capsule failure modes

4 結(jié) 語

針對(duì)處于研制階段的裝備無歷史數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估較為困難的情況，本文將基于專家權(quán)重的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)計(jì)算方法和基于模糊集合的風(fēng)險(xiǎn)概率計(jì)算方法與風(fēng)險(xiǎn)矩陣予以了結(jié)合，給出了一種新的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，解決了無法進(jìn)行定量分析的問題。從評(píng)估過程及評(píng)估結(jié)果來看，本文所提出的評(píng)估模型具有較好的適用性，能較好地完成對(duì)在研項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，應(yīng)用該評(píng)估模型得到的評(píng)估結(jié)果具有較高的可信度。

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