于越、孫會(huì)鵬、賈玻、房桂祥 /中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院

航天系統(tǒng)工程的復(fù)雜性、高可靠性要求決定了航天事業(yè)的高風(fēng)險(xiǎn)屬性。技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)的識(shí)別與控制貫穿整個(gè)裝備研制過程，是航天裝備研制過程質(zhì)量管控的核心。近年來，航天任務(wù)的快速增長以及新技術(shù)的不斷應(yīng)用對技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別工作提出了更高要求，技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)的識(shí)別與分析既要覆蓋產(chǎn)品全任務(wù)剖面、全壽命周期的各個(gè)環(huán)節(jié)，又要突出重點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)，集中力量做深做透。目前，航天技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別工作主要依靠隊(duì)伍內(nèi)部技術(shù)人員進(jìn)行分析匯總，不僅需要投入大量的時(shí)間與人力，還受限于研制隊(duì)伍的技術(shù)能力，容易出現(xiàn)對重大風(fēng)險(xiǎn)認(rèn)識(shí)不足，進(jìn)而導(dǎo)致重大質(zhì)量問題甚至飛行試驗(yàn)失敗。因此，需要一種更為客觀、定量、高效的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別方法，作為傳統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別方法的補(bǔ)充。

按照航天裝備研制流程，需組織外部專家在研制的各項(xiàng)關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行評審把關(guān)。邀請的專家具備本專業(yè)較高的技術(shù)水平，且了解本裝備背景及特點(diǎn)，其意見更為客觀、全面，是傳統(tǒng)技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別的重要補(bǔ)充。然而，專家意見數(shù)量龐大、涉及專業(yè)復(fù)雜，難以通過遍覽全部數(shù)據(jù)識(shí)別出有效的信息或規(guī)律。文本挖掘技術(shù)能夠從海量的文本數(shù)據(jù)中提取出可信度高、具有潛在利用價(jià)值的信息或趨勢，在圖書、科技、情報(bào)等領(lǐng)域已有廣泛應(yīng)用。本文利用一款非結(jié)構(gòu)化文本分析開源軟件KH Coder，運(yùn)用詞頻統(tǒng)計(jì)、對應(yīng)分析、共現(xiàn)分析等方法，對裝備研制評審過程中的專家意見進(jìn)行多角度解析，從而有效挖掘?qū)＜乙庖姷闹黝}內(nèi)容，定量識(shí)別重點(diǎn)技術(shù)環(huán)節(jié)與產(chǎn)品，并歸納出重大風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)目，為裝備研制技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)管控提供支撐。

一、研究框架

運(yùn)用文本量化分析方法提出基于專家意見文本挖掘的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)分析框架，如圖1所示。第一階段為專家意見數(shù)據(jù)收集。利用評審會(huì)場語音轉(zhuǎn)錄文本或者人工整理的專家意見紀(jì)要，獲取專家意見文本數(shù)據(jù)。第二階段為數(shù)據(jù)預(yù)處理。對獲取的文本進(jìn)行數(shù)據(jù)清理，去除文本中的特殊符號、數(shù)值及單位等形成評審意見語料庫。結(jié)合航天裝備領(lǐng)域詞匯形成領(lǐng)域詞典并依據(jù)詞典進(jìn)行分詞。過程中去除無關(guān)、無意義的停用詞，即得到經(jīng)過預(yù)處理的文本。第三階段為數(shù)據(jù)分類。對數(shù)據(jù)按照特定屬性劃分并標(biāo)記。為便于后續(xù)分析，對評審意見按照評審項(xiàng)目進(jìn)行分類。第四階段為數(shù)據(jù)分析。采用KH Coder 軟件對文本進(jìn)行詞頻統(tǒng)計(jì)、對應(yīng)分析以及共現(xiàn)分析，以得到相應(yīng)的分析結(jié)論。

二、研究結(jié)果分析

以某航天裝備演示驗(yàn)證研制為例，統(tǒng)計(jì)該裝備研制過程中各項(xiàng)評審會(huì)議記錄的專家意見，共收集到各類評審會(huì)議23項(xiàng)，專家意見總計(jì)487條。根據(jù)圖1中的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)分析框架，對采集到的專家意見進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理。首先去除所有文本中的數(shù)字、單位、特殊符號；其次利用KH Coder 軟件對文本進(jìn)行預(yù)分詞，對于未識(shí)別的專業(yè)性詞匯建立領(lǐng)域詞典，導(dǎo)入軟件進(jìn)行強(qiáng)制識(shí)別；對于詞頻較高且無分析意義的詞匯建立停用詞清單，避免進(jìn)行統(tǒng)計(jì)；對于具有相同含義的詞匯統(tǒng)一用詞，建立編碼規(guī)則文件，避免統(tǒng)計(jì)詞頻不準(zhǔn)確。按照評審項(xiàng)目對專家意見進(jìn)行屬性劃分。

圖1 基于專家意見文本挖掘的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)分析框架

1.基于詞頻統(tǒng)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)及產(chǎn)品識(shí)別

在數(shù)據(jù)預(yù)處理的基礎(chǔ)上，對全部文本數(shù)據(jù)使用詞頻工具進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。將文本高頻詞進(jìn)行分類分析，得到評審意見中反復(fù)被提及的高頻技術(shù)及產(chǎn)品詞匯（見表1）。關(guān)鍵產(chǎn)品中飛行器、慣組、發(fā)動(dòng)機(jī)、載荷、遙測、伺服為影響裝備基本功能性能的傳統(tǒng)關(guān)鍵產(chǎn)品；適配器、電纜、導(dǎo)航系統(tǒng)、空氣舵是在本裝備中新采用的或有新功能的產(chǎn)品。關(guān)鍵技術(shù)高頻詞可概括為發(fā)射過程安全性（發(fā)射、平臺(tái)、出筒）、環(huán)境適應(yīng)性（環(huán)境、振動(dòng)、模態(tài)），控制穩(wěn)定性（攻角、時(shí)序、測力、軌跡）三大類別。對比由技術(shù)人員分析提煉出的關(guān)鍵技術(shù)項(xiàng)目，由專家意見詞頻統(tǒng)計(jì)得到的關(guān)鍵技術(shù)與產(chǎn)品能夠體現(xiàn)其中的主要內(nèi)容，具有代表性。

表1 專家意見詞頻統(tǒng)計(jì)

2.基于對應(yīng)分析的評審相關(guān)性研究

對應(yīng)分析可以反映關(guān)鍵詞與不同屬性項(xiàng)目的關(guān)系。在數(shù)據(jù)分類的基礎(chǔ)上，統(tǒng)計(jì)上述20項(xiàng)高頻關(guān)鍵詞在各評審項(xiàng)目中的分布，如圖2所示。方塊大小為該關(guān)鍵詞在對應(yīng)評審項(xiàng)目專家意見文本中的詞頻百分比，方塊顏色表示該詞頻與其他評審項(xiàng)目詞頻相比的差異程度。該圖可清晰展現(xiàn)不同評審項(xiàng)目與關(guān)鍵詞的對應(yīng)關(guān)系。以發(fā)動(dòng)機(jī)為例，該詞在發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)要求評審專家意見中出現(xiàn)頻率最高，同時(shí)也出現(xiàn)在與發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)的某試驗(yàn)大綱評審以及存在接口關(guān)系的吊具、適配器設(shè)計(jì)要求評審中。評審項(xiàng)目之間對比可知，總體方案評審涵蓋要素全面，共涉及16個(gè)關(guān)鍵詞，而試驗(yàn)大綱類評審只涉及參試產(chǎn)品和試驗(yàn)條件。因此，通過詞頻分布統(tǒng)計(jì)能夠客觀反映評審項(xiàng)目的主題內(nèi)容。

圖2 高頻關(guān)鍵詞在各評審項(xiàng)目中的分布

采用對應(yīng)分析進(jìn)一步解析評審項(xiàng)目的關(guān)聯(lián)關(guān)系。選取評審意見文本中詞頻為7次及以上的共107個(gè)詞匯與評審項(xiàng)目進(jìn)行對應(yīng)分析。圖3展示了23項(xiàng)評審項(xiàng)目與特征顯著的80個(gè)關(guān)鍵詞在二維坐標(biāo)圖中的分布情況。關(guān)鍵詞圍繞坐標(biāo)原點(diǎn)分布，與坐標(biāo)原點(diǎn)的距離代表了該詞頻率分布的集中程度，與坐標(biāo)軸的夾角體現(xiàn)了詞匯之間的關(guān)聯(lián)程度?？拷行牡脑~匯往往在多條專家意見中出現(xiàn)；而遠(yuǎn)離中心的詞匯，通常是只集中在特定的專家意見中。與坐標(biāo)軸夾角相近的詞匯往往出現(xiàn)在同一條意見中共同，具有強(qiáng)相關(guān)性；夾角越大，詞匯在同一條意見中共同出現(xiàn)的頻率越低。評審項(xiàng)目可以視為所涉及關(guān)鍵詞的集合，分布在所涉及關(guān)鍵詞的中心。關(guān)鍵詞組成相似的評審項(xiàng)目坐標(biāo)位置相鄰。相鄰的關(guān)鍵詞與評審項(xiàng)目可大致分為4個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域都有獨(dú)特的內(nèi)容與含義。1區(qū)涵蓋3項(xiàng)風(fēng)洞試驗(yàn)評審以及相關(guān)的產(chǎn)品和技術(shù)詞匯，與其他區(qū)域相比較為獨(dú)立。2區(qū)以電氣專業(yè)產(chǎn)品及試驗(yàn)為主，包含慣組、伺服等相關(guān)試驗(yàn)。3區(qū)以結(jié)構(gòu)和地面專業(yè)設(shè)計(jì)要求為主。級間分離設(shè)計(jì)與試驗(yàn)涉及到結(jié)構(gòu)與電氣專業(yè)，因此位于2區(qū)與3區(qū)之間。4區(qū)以飛行器、發(fā)動(dòng)機(jī)等系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求與試驗(yàn)項(xiàng)目組成。對應(yīng)分析通過詞匯結(jié)構(gòu)揭示了評審項(xiàng)目之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，揭示了產(chǎn)品與技術(shù)之間的脈絡(luò)，作為技術(shù)索引，便于快速了解技術(shù)狀態(tài)，也為產(chǎn)品的影響域分析提供參考。

圖3 關(guān)鍵詞與評審項(xiàng)目的對應(yīng)分析

3.基于詞語共現(xiàn)的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

詞語共現(xiàn)分析能夠展示出經(jīng)常共同出現(xiàn)的詞匯集群，從而分析出文本的主旨。選取詞頻最小為5的150個(gè)詞匯進(jìn)行共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分析，繪制出共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖，如圖4所示。圖中氣泡大小表示詞頻，之間的連線代表詞匯的共現(xiàn)關(guān)系，即2個(gè)相鄰詞匯在同一句話中共同出現(xiàn)的頻率。對具有共現(xiàn)關(guān)系的詞匯進(jìn)行原文檢索，可瀏覽2個(gè)詞匯共同出現(xiàn)的語境，并從中分析出該共現(xiàn)關(guān)系所代表的主要內(nèi)涵。詞匯之間主要形成了6組共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，主要內(nèi)涵概括如下：A組，建議進(jìn)行分離姿態(tài)計(jì)算、飛行器姿態(tài)仿真、模態(tài)試驗(yàn)與仿真、級間段分離壓力仿真，細(xì)化級間段起吊接口設(shè)計(jì)、發(fā)射間隙與安全性分析、軌跡設(shè)計(jì)；B組，注意慣組傳遞對準(zhǔn)試驗(yàn)，注意慣組安裝力矩系數(shù)調(diào)整；C組，關(guān)注級間分離起控、起控時(shí)序設(shè)計(jì)、氣動(dòng)約束、氣動(dòng)干擾、俯仰舵偏，關(guān)注發(fā)動(dòng)機(jī)涂層；D組，關(guān)注裝填過程箭體滾轉(zhuǎn)現(xiàn)象，注意分離判據(jù)設(shè)計(jì)；E組，關(guān)注導(dǎo)航作用距離，載荷與射程關(guān)系，噴管與空氣舵的復(fù)合控制，出筒速度測量和堵片打開時(shí)間測量；F組，補(bǔ)充極性設(shè)計(jì)、熱環(huán)境分析和軟件研制內(nèi)容，關(guān)注尾段電纜熱防護(hù)，振動(dòng)、沖擊、噪聲、發(fā)射平臺(tái)等環(huán)境適應(yīng)性。與設(shè)計(jì)人員分析匯總的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別結(jié)果相比，專家意見主要內(nèi)容不僅能夠有效覆蓋相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)目，還能夠作為索引啟發(fā)獲得更為全面的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別?！胺蛛x”一詞在A組、C組、D組共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中多次出現(xiàn)，說明分離過程涉及多項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)作為重大風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行管控。此外，在C組、E組出現(xiàn)的時(shí)序設(shè)計(jì)、時(shí)間測量相關(guān)內(nèi)容，以及在F組出現(xiàn)的極性設(shè)計(jì)、軟件研制等內(nèi)容，在傳統(tǒng)技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別中未覆蓋，可作為風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)目補(bǔ)充開展工作。

圖4 專家意見關(guān)鍵詞共現(xiàn)關(guān)系網(wǎng)絡(luò)圖

三、實(shí)踐成果

將上述技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)目、關(guān)鍵技術(shù)及關(guān)鍵產(chǎn)品分析結(jié)果應(yīng)用于該裝備研制質(zhì)量管理過程，跨組織、跨專業(yè)梳理各項(xiàng)技術(shù)方案的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證情況，形成專題并邀請相關(guān)專業(yè)專家以評審的形式進(jìn)行審查把關(guān)。產(chǎn)品方面，選取基于詞頻統(tǒng)計(jì)獲得的高詞頻關(guān)鍵產(chǎn)品，對其功能性能實(shí)現(xiàn)情況、試驗(yàn)驗(yàn)證情況開展專題分析，形成飛行器設(shè)計(jì)與試驗(yàn)結(jié)果分析、慣組動(dòng)態(tài)特性設(shè)計(jì)及驗(yàn)證、發(fā)動(dòng)機(jī)性能專項(xiàng)審查共3項(xiàng)專題。針對關(guān)鍵技術(shù)，形成發(fā)射技術(shù)專項(xiàng)審查、環(huán)境適應(yīng)性分析、穩(wěn)定控制專項(xiàng)審查3項(xiàng)專題。對于時(shí)序、極性、軟件等新增風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)目，開展流程及時(shí)序設(shè)計(jì)、全系統(tǒng)極性、軟件專項(xiàng)審查3項(xiàng)專題。針對“分離”重大技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，專題開展了分離判據(jù)分析、分離動(dòng)態(tài)過程數(shù)值仿真計(jì)算、追擊風(fēng)險(xiǎn)分析等論證工作，提出了優(yōu)化級間段分離壓力、調(diào)整分離判據(jù)等改進(jìn)措施。以上專項(xiàng)審查以及補(bǔ)充論證工作全面檢視了裝備研制技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)的釋放情況，取得了良好的效果，有效保障了飛行試驗(yàn)的圓滿成功。

專家意見文本挖掘是一種客觀、定量、高效的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別方法。專家評審意見能夠更為客觀地反映裝備研制關(guān)鍵技術(shù)與風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)目。對專家評審意見進(jìn)行詞頻統(tǒng)計(jì)、對應(yīng)分析及共現(xiàn)分析，能夠定量獲得裝備的關(guān)鍵技術(shù)與關(guān)鍵產(chǎn)品，揭示裝備研制的技術(shù)脈絡(luò)，歸納出未識(shí)別的風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)目以及重大風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)目。該方法能夠?yàn)閭鹘y(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別方法提供補(bǔ)充，可作為裝備研制精細(xì)化質(zhì)量管控的有效手段。

不僅如此，專家意見文本挖掘還能夠快速概括評審意見內(nèi)容，適用于對評審質(zhì)量的精細(xì)化管控。例如，橫向比較不同裝備在相似評審環(huán)節(jié)的評審意見的全面性、比較不同參評專家的評審意見數(shù)量和質(zhì)量，從而判斷評審的有效性，進(jìn)而通過設(shè)置評審專題、優(yōu)化評審專家組成員等方式提高評審質(zhì)量。