任玉彬，索相波，賈寶林，范玉珠

(1.國(guó)防大學(xué)聯(lián)合勤務(wù)學(xué)院，北京 100036；2.酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心，甘肅 酒泉 732750)

0 引言

航天發(fā)射具有系統(tǒng)復(fù)雜、技術(shù)密集、風(fēng)險(xiǎn)環(huán)節(jié)多等特點(diǎn)，對(duì)試驗(yàn)產(chǎn)品和發(fā)射場(chǎng)設(shè)施設(shè)備的安全性、可靠性有著極為嚴(yán)格的要求[1]。國(guó)外航天部門如美國(guó)航空航天局(NASA)、歐洲空間標(biāo)準(zhǔn)化合作組織(ECSS)等非常注重風(fēng)險(xiǎn)管理研究與應(yīng)用，并制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和程序文件[2]。為把航天測(cè)試發(fā)射任務(wù)中的風(fēng)險(xiǎn)降低到最小程度，確保航天員和試驗(yàn)產(chǎn)品安全，確保航天測(cè)試發(fā)射任務(wù)圓滿成功，有必要在航天發(fā)射場(chǎng)引入風(fēng)險(xiǎn)管理的理念和方法。

風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別是風(fēng)險(xiǎn)管理過(guò)程的第一步，是風(fēng)險(xiǎn)管理中最重要的步驟，如果不能準(zhǔn)確地識(shí)別面臨的潛在風(fēng)險(xiǎn)，就可能失去處理這些風(fēng)險(xiǎn)的最佳機(jī)會(huì)[3-5]。常見(jiàn)的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別方法有檢查表法、專家調(diào)查法、工作—風(fēng)險(xiǎn)分解結(jié)構(gòu)法、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查法、歷史記錄統(tǒng)計(jì)法等[6-11]。這些方法均在特定的階段和場(chǎng)景下有其適用的范圍，但又有比較明顯的局限性。由于航天發(fā)射場(chǎng)火箭加注系統(tǒng)的復(fù)雜性和特殊性，其風(fēng)險(xiǎn)分析通常需要兼顧多個(gè)目標(biāo)且面臨目標(biāo)難以度量的問(wèn)題，如加注過(guò)程的可靠性安全性要求和加注的及時(shí)性準(zhǔn)確性要求等。對(duì)于像航天發(fā)射場(chǎng)火箭加注系統(tǒng)這樣的大型復(fù)雜系統(tǒng)而言，只用一個(gè)模型展現(xiàn)其所有方面有時(shí)是十分困難的[12]。

等級(jí)全息建模方法[13-14](hierarchical holographic model，HHM)是大型復(fù)雜系統(tǒng)開(kāi)展風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別的一種重要方法，“等級(jí)”指的是從系統(tǒng)等級(jí)的不同層面來(lái)分析系統(tǒng)存在的風(fēng)險(xiǎn)；“全息”在這里指的是從系統(tǒng)的不同視角來(lái)分析系統(tǒng)存在的風(fēng)險(xiǎn)。HHM是以協(xié)作、互補(bǔ)的形式將復(fù)雜系統(tǒng)分解為多個(gè)等級(jí)層次，每個(gè)層次都是復(fù)雜系統(tǒng)的某一特定視角結(jié)構(gòu)，通過(guò)對(duì)每個(gè)層次進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別分析，最終能得到近乎完備的復(fù)雜系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)集合。目前，HHM方法已經(jīng)廣泛運(yùn)用于國(guó)防基礎(chǔ)設(shè)施、信息安全系統(tǒng)、跨國(guó)企業(yè)供應(yīng)鏈、航天任務(wù)、新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)等領(lǐng)域的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別分析[15-17]。

本文從系統(tǒng)的觀念出發(fā)，結(jié)合等級(jí)全息建模的思想，設(shè)計(jì)一個(gè)航天發(fā)射場(chǎng)火箭加注系統(tǒng)HHM風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別框架，應(yīng)用該識(shí)別框架，對(duì)加注系統(tǒng)開(kāi)展風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別。該HHM框架是一張航天發(fā)射場(chǎng)火箭加注系統(tǒng)的多視角立體圖像，從不同的視角分等級(jí)描述加注系統(tǒng)，使風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別及不同風(fēng)險(xiǎn)要素之間的關(guān)聯(lián)分析更加全面、系統(tǒng)，可改進(jìn)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別的完備性和準(zhǔn)確性。此外，這個(gè)框架具有良好的動(dòng)態(tài)可擴(kuò)展性，可適應(yīng)航天發(fā)射場(chǎng)火箭加注系統(tǒng)的擴(kuò)展變化。

1 航天發(fā)射場(chǎng)火箭加注系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)概述

1.1 風(fēng)險(xiǎn)的定義

根據(jù)GJB 9001C—2017《質(zhì)量管理體系要求》，風(fēng)險(xiǎn)被定義為在規(guī)定的費(fèi)用、進(jìn)度和技術(shù)約束條件下，不能實(shí)現(xiàn)任務(wù)目標(biāo)的可能性及所導(dǎo)致后果的一種度量。

Kaplan和Garrick對(duì)風(fēng)險(xiǎn)R定義為

R={Si，Li，Xi}c

(1)

式中：Si為第i個(gè)風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)景；Li為這種場(chǎng)景發(fā)生的可能性；Xi為風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)景引起的損失或影響；下標(biāo)c表示風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)景集{Si}是完備的，即它包括所有可能的風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)景，或至少是所有重要的場(chǎng)景[18]。

1.2 航天發(fā)射場(chǎng)火箭加注系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)特點(diǎn)

航天發(fā)射場(chǎng)火箭加注系統(tǒng)安全性、可靠性要求極高?；鸺七M(jìn)劑具有易燃易爆特性，常規(guī)推進(jìn)劑還有很強(qiáng)的毒性?；鸺幼⑾到y(tǒng)工作時(shí)，運(yùn)載火箭和衛(wèi)星均已上塔，加注系統(tǒng)稍有失誤就會(huì)對(duì)試驗(yàn)產(chǎn)品和任務(wù)進(jìn)程造成直接影響，若發(fā)生安全事故，會(huì)對(duì)人員生命和財(cái)產(chǎn)造成不可挽回的巨大損失。美國(guó)、蘇聯(lián)和巴西等國(guó)家都曾發(fā)生過(guò)火箭在塔架爆炸導(dǎo)致大量人員傷亡的災(zāi)難性事故，教訓(xùn)深刻。

航天發(fā)射場(chǎng)火箭加注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、風(fēng)險(xiǎn)因素多。系統(tǒng)復(fù)雜性主要表現(xiàn)為組成、結(jié)構(gòu)、技術(shù)狀態(tài)的復(fù)雜性；風(fēng)險(xiǎn)的來(lái)源包括人(操作崗位人員、技術(shù)人員、指揮人員等)、設(shè)備(控制系統(tǒng)、工藝系統(tǒng)、配套系統(tǒng))、原料(氧化劑、燃燒劑及所用氣體)、工藝方法、環(huán)境因素各個(gè)方面。

航天發(fā)射場(chǎng)火箭加注系統(tǒng)歷史風(fēng)險(xiǎn)信息較少。由于航天發(fā)射高成本、高風(fēng)險(xiǎn)和極高的技術(shù)復(fù)雜性，實(shí)施發(fā)射次數(shù)有限，因而造成了可供借鑒分析的歷史數(shù)據(jù)不足，也給風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估帶來(lái)很大的困難。

鑒于航天發(fā)射場(chǎng)火箭加注系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別的復(fù)雜性和特殊性，本文采用等級(jí)全息建模方法開(kāi)展風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別，確保風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)景識(shí)別的完備性。

圖1 航天發(fā)射場(chǎng)火箭加注系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別框架Fig.1 Risk identification framework of space launch site propellant loading system

2 等級(jí)全息建模方法的應(yīng)用

等級(jí)全息建模方法的核心是用一個(gè)矩陣式框架圖，實(shí)現(xiàn)對(duì)加注系統(tǒng)不同視角和不同層級(jí)風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)景的識(shí)別。

2.1 火箭加注系統(tǒng)HHM風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別框架設(shè)計(jì)

運(yùn)載火箭推進(jìn)劑加注系統(tǒng)是航天發(fā)射場(chǎng)的重要組成部分，也是最具有發(fā)射場(chǎng)特色的系統(tǒng)，主要起著為運(yùn)載火箭加注/泄出常規(guī)推進(jìn)劑的作用。加注系統(tǒng)是一個(gè)集推進(jìn)劑轉(zhuǎn)注、存貯、流量計(jì)在線校驗(yàn)、推進(jìn)劑調(diào)溫及向火箭實(shí)施推進(jìn)劑加注等任務(wù)為一體的多功能系統(tǒng)，系統(tǒng)主要由加注工藝設(shè)備和加注控制系統(tǒng)組成，運(yùn)載火箭推進(jìn)劑加注過(guò)程共有30多個(gè)相對(duì)獨(dú)立的工序。

設(shè)計(jì)提出了加注系統(tǒng)HHM風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別框架，圖1所示是一個(gè)初步的HHM風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別框架，從系統(tǒng)組成、功能區(qū)域、工作階段和職能分工4個(gè)視角來(lái)描述加注系統(tǒng)。圖中的每一列代表一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別視角，向下細(xì)分的樹(shù)狀結(jié)構(gòu)表示加注系統(tǒng)在該視角下的層級(jí)結(jié)構(gòu)。

“系統(tǒng)組成視角”從系統(tǒng)的基本構(gòu)成來(lái)描述，將加注系統(tǒng)分為加注控制系統(tǒng)、加注工藝系統(tǒng)(加注泵、儲(chǔ)罐、閥門、管路等)和加注配套系統(tǒng)3個(gè)子系統(tǒng)，便于從加注設(shè)備所屬功能系統(tǒng)定位來(lái)識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)；“功能區(qū)域視角”按設(shè)備所屬功能區(qū)域識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)景，分為氧化劑庫(kù)區(qū)(控制室、罐間、泵間、轉(zhuǎn)注間)、燃燒劑庫(kù)區(qū)(控制室、罐間、泵間、轉(zhuǎn)注間)、塔上和加注外管線及其他區(qū)域(配電間、配氣間、調(diào)溫間、廢氣處理間等)等場(chǎng)景，便于從不同功能區(qū)域分析和統(tǒng)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)；“工作階段視角”按照加注系統(tǒng)在航天發(fā)射任務(wù)不同階段所承擔(dān)的工作劃分為日常維護(hù)、檢修檢測(cè)、任務(wù)遂行、正式加注和設(shè)備恢復(fù)等階段?！奥毮芊止ひ暯恰卑凑章毮芊止し譃闆Q策層、指揮層、操作層和保障層，考察的是人為因素風(fēng)險(xiǎn)源。

加注系統(tǒng)HHM風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別框架是一個(gè)開(kāi)放的框架，框架中的視角和層級(jí)都可以根據(jù)加注系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的實(shí)際需求進(jìn)行拓展。比如，在風(fēng)險(xiǎn)信息收集分析過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)某一類風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)景無(wú)法在當(dāng)前的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別框架中確定其來(lái)源，就可以增加新列(新視角)來(lái)擴(kuò)展該框架模型，使其包含這類風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)不斷的完善，最終使風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別框架可以包含所有可能的風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)景。

2.2 HHM風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別框架的應(yīng)用

2.2.1 利用HHM風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別框架指導(dǎo)加注系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)管理信息采集

將加注系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別框架作為指導(dǎo)性框架，開(kāi)展風(fēng)險(xiǎn)管理信息采集。從不同的視角以及每一個(gè)視角下不同的層級(jí)確定的風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)景，完成風(fēng)險(xiǎn)信息采集，比如風(fēng)險(xiǎn)源、風(fēng)險(xiǎn)事件、風(fēng)險(xiǎn)概率和風(fēng)險(xiǎn)屬性等信息。按照此框架采集的信息的完整性和系統(tǒng)性，不會(huì)遺漏重要的風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)景。

完善HHM風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別框架和利用風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別框架指導(dǎo)風(fēng)險(xiǎn)信息采集是循環(huán)迭代過(guò)程，如圖2所示。

圖2 加注系統(tǒng)HHM框架完善過(guò)程Fig.2 Improvement process of HHM framework

2.2.2 利用HHM風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別框架描述加注系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)事件

利用設(shè)計(jì)的HHM風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別框架，逐一分析框架中的風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)景，結(jié)合風(fēng)險(xiǎn)分解結(jié)構(gòu)矩陣(見(jiàn)圖3)，可對(duì)航天發(fā)射場(chǎng)火箭加注系統(tǒng)開(kāi)展全方位多層級(jí)的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別。

圖3 航天發(fā)射場(chǎng)火箭加注系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)分解結(jié)構(gòu)Fig.3 Risk decomposition structure of space launch site propellant loading system

航天發(fā)射加注系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)事件按風(fēng)險(xiǎn)屬性(原因)可分為技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、管理風(fēng)險(xiǎn)、人力風(fēng)險(xiǎn)、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)；按風(fēng)險(xiǎn)影響(后果)可以分為安全風(fēng)險(xiǎn)、質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)、進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)、費(fèi)用風(fēng)險(xiǎn)等，在航天發(fā)射試驗(yàn)工作中，質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)和進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)通常比較受關(guān)注；按層級(jí)可以分為決策層風(fēng)險(xiǎn)、指揮層風(fēng)險(xiǎn)、操作層風(fēng)險(xiǎn)。例如根據(jù)加注當(dāng)天的氣象情況和后續(xù)發(fā)射塔上環(huán)境溫度保障能力的評(píng)估情況，研究決定是否進(jìn)行加注，就屬于決策層風(fēng)險(xiǎn)；加注過(guò)程中，一旦出現(xiàn)設(shè)備故障，根據(jù)加注預(yù)案及時(shí)采用迂回加注方案確保準(zhǔn)確及時(shí)地完成加注任務(wù)，就屬于指揮層風(fēng)險(xiǎn)；加注過(guò)程中準(zhǔn)確、可靠、安全地操作各臺(tái)設(shè)備，就屬于操作層風(fēng)險(xiǎn)[19-21]。

風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別的過(guò)程是按照HHM風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別框架定義的層級(jí)和樹(shù)狀結(jié)構(gòu)，逐級(jí)開(kāi)展風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別。下面以加注系統(tǒng)HHM風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別框架中部分風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)景為例，使用該框架開(kāi)展風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別和風(fēng)險(xiǎn)信息收集分析。分別選擇不同視角下的3個(gè)第一級(jí)風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)景作為典型場(chǎng)景，分別是系統(tǒng)組成視角下的加注工藝系統(tǒng)場(chǎng)景C2、職能分工視角下的指揮層場(chǎng)景F2和操作層場(chǎng)景F3等三個(gè)風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)景，分析該風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)景下的風(fēng)險(xiǎn)源、風(fēng)險(xiǎn)事件及風(fēng)險(xiǎn)后果，結(jié)果如表1所示。

在表1的基礎(chǔ)上，按照風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別框架中的樹(shù)狀結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步對(duì)下一級(jí)風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)景磁性浮子液位計(jì)C21、加注泵C22和流量計(jì)C23開(kāi)展風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別，收集并分析C21、C22和C23場(chǎng)景下的風(fēng)險(xiǎn)信息，并對(duì)識(shí)別出的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估分析，主要包括風(fēng)險(xiǎn)事件、激發(fā)因素、影響等級(jí)、風(fēng)險(xiǎn)概率和風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，結(jié)果見(jiàn)表2所示。其中，影響等級(jí)是指風(fēng)險(xiǎn)事件對(duì)航天發(fā)射試驗(yàn)任務(wù)影響后果的嚴(yán)重程度，分為輕微級(jí)(Ⅰ)、顯著級(jí)(Ⅱ)、重大級(jí)(Ⅲ)、危險(xiǎn)級(jí)(Ⅳ)和災(zāi)難級(jí)(Ⅴ)五個(gè)等級(jí)；風(fēng)險(xiǎn)概率即風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的可能性，分為極小可能發(fā)生(A)、不大可能發(fā)生(B)、很可能發(fā)生(C)、極有可能發(fā)生(D)、頻繁發(fā)生(E)五個(gè)等級(jí)。通過(guò)建立概率—影響(P—I)矩陣，可計(jì)算出風(fēng)險(xiǎn)事件的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)=影響等級(jí)×風(fēng)險(xiǎn)概率，風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)越大，風(fēng)險(xiǎn)越大。從表2可以看出，加注泵并泵故障風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)最大。

本文僅對(duì)發(fā)射場(chǎng)加注系統(tǒng)部分場(chǎng)景應(yīng)用HHM風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別框架開(kāi)展了風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與評(píng)估，借助于本文設(shè)計(jì)的航天發(fā)射場(chǎng)火箭加注系統(tǒng)HHM風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別框架和識(shí)別方法，可對(duì)航天發(fā)射場(chǎng)火箭加注系統(tǒng)進(jìn)行全方位多層級(jí)的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與評(píng)估。

表1 航天發(fā)射場(chǎng)火箭加注系統(tǒng)部分風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)景風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別表Tab.1 Risk identification table of partial risk scenarios of space launch site propellant loading system

表2 加注系統(tǒng)加注泵風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與評(píng)估表Tab.2 Risk identification and evaluation table of the filling pump of propellant loading system

3 結(jié)語(yǔ)

1)等級(jí)全息建模方法是大型復(fù)雜系統(tǒng)開(kāi)展風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別的一種重要方法，可以改進(jìn)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別的完備性，對(duì)信息采集和風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別過(guò)程有較好的應(yīng)用效果，能夠提高風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的準(zhǔn)確性，是開(kāi)展航天發(fā)射場(chǎng)火箭加注系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別的有效方法。

2)本文構(gòu)建的航天發(fā)射場(chǎng)火箭加注系統(tǒng)HHM風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別框架，從系統(tǒng)組成、功能區(qū)域、工作階段和職能分工等四個(gè)視角來(lái)刻畫(huà)加注系統(tǒng)不同類別的風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)景。在該HHM框架指導(dǎo)下，結(jié)合加注系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)分解結(jié)構(gòu)，對(duì)加注系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)景開(kāi)展風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別，可實(shí)現(xiàn)對(duì)航天發(fā)射場(chǎng)火箭加注系統(tǒng)全方位多層級(jí)的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別。