楊陽，萬里勇

（中國航發(fā)沈陽發(fā)動機研究所，沈陽 110015）

0 引言

當(dāng)前中國航空發(fā)動機生產(chǎn)和大修的交付模式普遍為兩次裝配+兩次試車（分別為以磨合和交付為目的），而目前國際上普遍的交付模式為一次裝配試車合格后即可交付。相對于“一裝一試”的交付模式，“兩裝兩試”的模式從時間和成本上都不占優(yōu)勢，因此中國從現(xiàn)有的交付模式向“一裝一試”的模式轉(zhuǎn)變，可以縮短發(fā)動機廠內(nèi)工作時間，降低人工和試驗的經(jīng)濟成本，加倍批產(chǎn)新機和大修機的交付進度。根據(jù)《中國航發(fā)創(chuàng)新基金項目研究合同-面向“一裝一試”交付模式的評定標(biāo)準(zhǔn)研究》開展了基于風(fēng)險等效的風(fēng)險評定方法研究。通過研究復(fù)雜系統(tǒng)綜合技術(shù)風(fēng)險評定方法，對2種交付模式進行風(fēng)險評定，確定發(fā)動機交付模式轉(zhuǎn)變的主要技術(shù)風(fēng)險，并為其它型號發(fā)動機交付模式風(fēng)險評定提供參考。

在發(fā)動機研制過程中必須開展風(fēng)險管理工作，加大風(fēng)險管理力度。周亞峰等采用風(fēng)險矩陣對某燃機采用的新技術(shù)進行了逐項風(fēng)險分析；狄鵬等運用風(fēng)險矩陣和網(wǎng)絡(luò)層次分析法對武器裝備體系建設(shè)風(fēng)險模型進行了分析；王天婕運用頭腦風(fēng)暴法、風(fēng)險矩陣分析法和模糊綜合評價法構(gòu)建了商用航空發(fā)動機研發(fā)項目風(fēng)險評估指標(biāo)體系。在其他行業(yè)，層次分析法也是對復(fù)雜項目進行風(fēng)險分析的有力工具。李毅利用該方法對隧道坍塌風(fēng)險進行了分析；張凱等將該方法應(yīng)用于核事故應(yīng)急決策中。綜合以上學(xué)者的研究成果，層次分析法在復(fù)雜系統(tǒng)的風(fēng)險評價方面有著廣泛應(yīng)用。

風(fēng)險矩陣是在管理過程中識別風(fēng)險重要性的一種結(jié)構(gòu)性方法，也是風(fēng)險潛在影響評估的1套方法論，在目前的航空發(fā)動機研制過程風(fēng)險分析中應(yīng)用廣泛。風(fēng)險矩陣作為一種篩查工具對風(fēng)險進行排序，根據(jù)其在矩陣中所處的區(qū)域確定哪些風(fēng)險需要更細致地分析，或者應(yīng)首先應(yīng)對哪些風(fēng)險，但對于其他維度（如風(fēng)險能被識別的概率、風(fēng)險持續(xù)時間等）缺乏評價手段。而且，對整個系統(tǒng)來說，如何評價其整體的風(fēng)險情況，尚缺少1個合理的計算模型來定量評價。層次分析法將一個復(fù)雜的多目標(biāo)決策問題作為一個系統(tǒng)，將目標(biāo)分解為多個子目標(biāo)，進而分解為多準(zhǔn)則的若干層次，通過將定性指標(biāo)模糊量化逐層算出子目標(biāo)層次權(quán)重和排序，最終得到總目標(biāo)評價值。該方法作為多方案優(yōu)化決策的系統(tǒng)方法，比較適于具有分層交錯評價指標(biāo)的目標(biāo)系統(tǒng)且目標(biāo)值又難以定量描述的決策問題。

本文在目前常用的風(fēng)險矩陣基礎(chǔ)上，通過引入“識別率”的概念，基于權(quán)重的分配建立了系統(tǒng)風(fēng)險評價模型，通過層次分析法的數(shù)學(xué)手段建立了一種多維度的航空發(fā)動機系統(tǒng)風(fēng)險評價模型。

1 單項風(fēng)險2維度風(fēng)險矩陣評價方法

風(fēng)險矩陣是用于識別風(fēng)險并對其進行優(yōu)先排序的有效工具。嚴酷度等級和概率等級的組合，用半定量賦值的思想構(gòu)成風(fēng)險評價指數(shù)矩陣表，根據(jù)數(shù)值即可進行風(fēng)險分級。這種方法稱為風(fēng)險評價指數(shù)矩陣法，是一種評價風(fēng)險水平和確定風(fēng)險的簡單方法。風(fēng)險優(yōu)先數(shù)（Risk Priority Number,RPN）是嚴酷度等級（Effect Severity Ranking,ESR）與發(fā)生概率等級（Occurrence Probability Ranking,OPR）的乘積。

RPN值越大，其危害性越高。

1.1 確定分級量化原則

確定指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)的方法是：在對風(fēng)險實際調(diào)查數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析的基礎(chǔ)上，找出各風(fēng)險因子最高和最低的2個極限值，劃定指標(biāo)的的級差范圍；根據(jù)確定的指標(biāo)分級值，在2個極值之間，按取差原則，以遞增或遞減規(guī)律取值劃分出級別。

目前應(yīng)用較多的的分級方法一般采用邏輯分類和特征分類，如將等級劃分為3類、5類等（數(shù)目不限，可根據(jù)需要變化；可定性或定量）。比如3類表示為良好、中等和不良；5類表示為好、較好、中等、較差、差或很低、較低、中等、較高、很高等。也可根據(jù)數(shù)值按照階梯的原則分級，比如5類表示為0.2、0.4、0.6、0.8、1.0（如果取10級可以以0.1為間隔），其他分級思路類似。

1.2 嚴酷度等級

嚴酷度（ESR）是指潛在風(fēng)險的影響程度。在嚴酷度等級劃分中，定性等級分為4個級別Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，定量的級別分為1～10種賦分值，數(shù)字越大嚴酷程度越高，詳見表1。

表1 嚴酷度等級

1.3 發(fā)生概率等級

發(fā)生概率等級（OPR）用來評定風(fēng)險實際發(fā)生的可能性，見表2。OPR的評分等級可根據(jù)發(fā)生頻次或發(fā)生概率可能性在相應(yīng)等級中選取。

表2 發(fā)生概率等級

1.4 2維度風(fēng)險矩陣[13]

只有2個維度時，建立的風(fēng)險矩陣見表3，其中嚴酷度與概率等級均為10級（取值1～10）。

表3 風(fēng)險評價指數(shù)矩陣

1.5 單個風(fēng)險項風(fēng)險接受準(zhǔn)則

根據(jù)風(fēng)險指數(shù)范圍[1，100]，將風(fēng)險級別定性分為5級A、B、C、D、E。同時，對應(yīng)每級制定風(fēng)險接受準(zhǔn)則，見表4。

表4 單個風(fēng)險項風(fēng)險級別與接受準(zhǔn)則

1.6 優(yōu)缺點說明

該方法的優(yōu)點是比較直觀，應(yīng)用簡便。顯示直觀，可將風(fēng)險很快地劃分為不同的重要性水平。該方法的缺點也很明顯，假設(shè)有個風(fēng)險項，在以概率等級和嚴酷度等級為交叉軸的平面坐標(biāo)系下，只能得到個離散點，無法描述系統(tǒng)風(fēng)險情況，示例如圖1所示。

圖1 風(fēng)險坐標(biāo)圖示例

風(fēng)險坐標(biāo)圖直觀地比較了多項風(fēng)險，從而確定各風(fēng)險管理的優(yōu)先順序和策略，但對系統(tǒng)風(fēng)險如何評價沒有計算方法。而且，假設(shè)有多個專家對同一風(fēng)險項進行評價，因每個人評價結(jié)果不一樣，則無法在2維風(fēng)險坐標(biāo)圖上表現(xiàn)出來所有風(fēng)險項。因此，這是該方法無法應(yīng)用于系統(tǒng)風(fēng)險計算的關(guān)鍵。

2 引入“識別率”的系統(tǒng)風(fēng)險評價方法

2.1 “識別率”定義

3維度的評價結(jié)構(gòu)是在2維度的基礎(chǔ)上增加1個維度，引入“識別率”的概念。對于識別率，沒有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)定義，本文將識別率初步定義為“風(fēng)險能夠被識別的概率（Risk Identification Rate，RIR）”。

為便于理解，參考嚴酷度等級的定義，建立RIR分值與等級，按照定量分為1～10分值，定性分為4級，見表5。越難被識別的風(fēng)險，其潛在的危害性就越大；容易識別出來的風(fēng)險，則采取措施的機會越大，所造成的危害性越小。

表5 識別率（RIR）等級評分準(zhǔn)則

2.2 系統(tǒng)風(fēng)險計算過程

無論對2維度評價還是3維度評價，風(fēng)險矩陣只是對所有單個風(fēng)險項分別計算1個風(fēng)險指數(shù)，然后根據(jù)風(fēng)險指數(shù)大小進行風(fēng)險項排序，得出單個風(fēng)險項可接受與不可接受的說明。對于系統(tǒng)來說，缺乏計算總風(fēng)險的過程。在此基礎(chǔ)上引入風(fēng)險權(quán)重的概念，計算系統(tǒng)總風(fēng)險。

設(shè)發(fā)動機共識別出個風(fēng)險項，第個風(fēng)險項的風(fēng)險值為R（1≤≤），風(fēng)險權(quán)重為W，則總的風(fēng)險值為

式中：為第個專家對第個風(fēng)險項的第個風(fēng)險維度進行評價的結(jié)果。

式中：R為對第個風(fēng)險項的第個風(fēng)險維度進行綜合評價的結(jié)果。

根據(jù)第個風(fēng)險項的風(fēng)險維度權(quán)重向量R計算出相應(yīng)的風(fēng)險值R

在得到每個風(fēng)險項的風(fēng)險值R后，即可根據(jù)式（2）計算出總的風(fēng)險值。若()=3，則為3維度評價結(jié)果；若()＞3，則為多維度評價方法。

2.3 權(quán)重[14]系數(shù)的確定

本方法中所要確定的權(quán)重共有3種：各風(fēng)險項權(quán)重、各風(fēng)險維度的權(quán)重、專家權(quán)重。其中由各風(fēng)險的重要程度來確定；由風(fēng)險因素的特點和影響確定；由專家的組成結(jié)構(gòu)確定。

權(quán)重系數(shù)的確定可以采用層次分析法，通過對評價指標(biāo)相互比較，建立判斷矩陣。層次分析法的重要程度劃分見表6。矩陣判斷標(biāo)度（1～9標(biāo)度法）使矩陣中的各要素的重要性能夠進行定量顯示、排序計算等獲得權(quán)重集。

表6 層次分析法的重要程度劃分

表6反映的是2個評價指標(biāo)相對重要程度的得分，若評價指標(biāo)相對評價指標(biāo)j的比較分值為a，則指標(biāo)相對的比較分值a=1／a。如果認為一樣重要就是1∶1，稍重要就是3∶1，也可以取中間數(shù)值2∶1等，兩兩相比較，把數(shù)值填入，構(gòu)造出成對比較判斷矩陣。通過計算各判斷矩陣的權(quán)重、排序并做一致性檢驗即可得到權(quán)重分配。

主要步驟如下：

（3）計算判斷矩陣的最大特征根

式中：()為向量()的第個元素。

（4）計算進行一致性檢驗

式中：為判斷矩陣的階數(shù)，查隨機一致性指標(biāo)，見表7，并計算比值。

定義：=0，有完全的一致性；接近于0，有滿意的一致性；越大，不一致性越嚴重。當(dāng)且僅當(dāng)＜0.1時，認為一致性可以接受。

表7 隨機一致性指標(biāo)RI

在簡便計算的情況下可采用取平均值的方法，即各權(quán)重均等分配。

2.4 系統(tǒng)風(fēng)險值說明

計算得到的是1個系統(tǒng)風(fēng)險值，對整個系統(tǒng)來說，需要系統(tǒng)風(fēng)險總的級別說明，見表8。

表8 系統(tǒng)風(fēng)險接受準(zhǔn)則

表8與表4的區(qū)別在于表4適用于單個風(fēng)險項的風(fēng)險級別確定，僅是多個維度分值的簡單相乘，有多少個單個風(fēng)險項即得到多少個數(shù)值結(jié)果；而表8是對整個系統(tǒng)的系統(tǒng)級風(fēng)險，最終得到的只有1個數(shù)值結(jié)果。由于權(quán)重系數(shù)的引入，使得無論是幾個維度的計算，最終結(jié)果都會與單維度保持相同數(shù)量級，位于[0，10]區(qū)間內(nèi)，因此，風(fēng)險接受準(zhǔn)則是不同的。

表9 評價結(jié)果示例

3 計算示例

假設(shè)共識別出5個風(fēng)險項，由5位專家對識別出的風(fēng)險項進行評價，假設(shè)賦分見表9。

按照系統(tǒng)風(fēng)險評價方法，其中各權(quán)重采用最簡單的均值法，得到各風(fēng)險項的風(fēng)險值分別為：=7.8、=6.4、=6、=2.8、=3，則系統(tǒng)總風(fēng)險值為5.2，依據(jù)表8的接受準(zhǔn)則，為有條件接受，不希望發(fā)生，應(yīng)采取措施降低風(fēng)險。

4 結(jié)束語

該方法可以用來定量評價航空發(fā)動機系統(tǒng)風(fēng)險，對于其他機械系統(tǒng)也可運用該評價模型的理論方法定量計算風(fēng)險值。

風(fēng)險評價具有不確定性，即將定性描述的風(fēng)險用定量的方式來表達。該方法的計算基礎(chǔ)是專家評分，主觀性較強，但是通過專家權(quán)重的引入，又降低了主觀性帶來的影響。

目前的航空發(fā)動機風(fēng)險評價方法還停留在簡單的“嚴酷度+概率等級”的2維度評價方式上，只是簡單的以列表的形式羅列風(fēng)險項。通過增加評價維度的方式，比如“識別率”等，并通過層次分析法引入了權(quán)重的概念，可以實現(xiàn)發(fā)動機系統(tǒng)風(fēng)險的評價。需要指出的是，除了“識別率”之外，還可以增加其他維度，比如“風(fēng)險持續(xù)的時間”等，因此，是一種多維度的評價方法。與此同時，根據(jù)系統(tǒng)風(fēng)險等效的原理，也提供了一種可以反向降低系統(tǒng)風(fēng)險途徑的可能。