基于改进FMEA和灰色关联理论的机载弹药技术保障安全风险分析∗

叶 文 赵建忠 吕晓峰

（海军航空工程学院兵器科学与技术系 烟台 264001）

基于改进FMEA和灰色关联理论的机载弹药技术保障安全风险分析∗

叶 文 赵建忠 吕晓峰

（海军航空工程学院兵器科学与技术系 烟台 264001）

论文通过对失效模式与影响分析与灰色关联理论的概念、应用分析，并尝试通过两种方法的融合形成一种改良的分析，建立基于改进FMEA和灰色关联理论的机载弹药技术保障安全风险分析模型。案例分析表明该方法可以有效地解决机载弹药技术保障安全风险分析问题。

机载弹药技术保障；安全风险分析；改进FMEA；灰色关联理论

ClassNum ber TP391

1 引言

机载弹药技术保障安全风险分析，就是了解机载弹药实弹训练技术保障任务，分析保障任务特点，明确任务实施过程中的重要阶段和关键环节［1～2］。分析保障过程当中各类安全风险事件发生的可能性以及如果风险事件发生，其可能产生的后果与影响范围，并根据风险产生的概率及其后果，确定各类风险等级，制定应对措施。

安全风险分析方法总体上可以分为两类［3～5］：一是定性分析方法：常见的主要有专家调查打分法、事故树分析、事件树分析等；二是定量分析方法：常用的方法有层次分析法、事故树分析、模糊数学综合评价法、事件树分析等。作为一种常用的可靠性分析方法——失效模式与影响分析（Failure Modes and Effects Analysis，FMEA），其能够在深入分析系统的硬件或功能的基础上，确定系统潜在的故障、原因以及其对系统的影响，从而判断出系统潜在的薄弱环节，进而有针对性地采取预防、改进或补偿等措施，促进可靠性的提升［6～7］。

虽然FMEA可以直接应用于机载弹药实弹训练技术保障安全风险分析问题求解中，但是直接应用还存在许多问题［8～9］，主要表现在如下几个方面。1）将FMEA方法中的术语直接照搬用于机载弹药实弹训练技术保障安全风险分析之中，由于使用场景的差异，术语的含义很难被理解，很难直接使用，需要重新界定。2）FMEA方法中的严重度、探测度、频度的确定需要通过大量的历史数据和实例分析来完成。而当FMEA应用于机载弹药实弹训练技术保障的特定场景时，在数据获取上，由于机载弹药实弹训练技术保障的条件限制，无法获取大量具体的统计数据，只能依赖于专家的知识和经验。而传统的FMEA无法对专家的知识和经验作出准确判断，因为这些知识和经验都是主观或定性的描述，因而限制了FMEA在机载弹药实弹训练技术保障安全风险分析上的使用。3）FMEA中严重度、频率、探测度三者的乘积就是风险顺序数（Risk Priority Number，RPN），并且在模型应用过程中该三者的重要性是等同的。但实际上当RPN值相同而S、O、D不同时，无法客观决定风险因素排列的前后顺序［10～11］。

2 FMEA法的改进

2.1 FMEA关键术语的置换与确认

1）失效模式置换为风险模式

传统FMEA中失效模式可以通过询问“过程怎么会失效”来确定。在机载弹药实弹训练技术保障中用失效一词则在概念上很难作出判断，故根据机载弹药实弹训练技术保障的特点和风险管理的要求，本文将其定义为风险模式，重点集中在机载弹药实弹训练技术保障系统的功能失效和使用失效上。即在界定机载弹药实弹训练技术保障关键活动的基础上，找出每一个关键活动可能出现的问题。

2）失效起因置换为风险因素

传统FMEA中的失效模式起因主要是指引起问题的可能原因。这里，根据机载弹药实弹训练技术保障风险分析的特点和要求，将失效起因置换为风险因素。风险因素指导致技术保障中关键活动风险的原因。

3）严重度S、频度O、探测度D置换为影响度E、频度O、不可预知度P

严重度S是评价失效模式对“最终使用者”影响效果严重程度的重要指标。在机载弹药实弹训练技术保障风险分析中，将其置换为影响度E（Effect），表示风险因素对风险模式产生的影响。

频度O是表示某种失效起因发生的可能性，继续沿用这个术语，解读为导致机载弹药实弹训练技术保障安全风险的风险因素发生的可能性大小。

探测度D是表示用现有方法识别发生失效起因的可能性大小。针对机载弹药实弹训练技术保障的特性，将其定义为不可预知度P（Puzzle），即机载弹药实弹训练技术保障人员对机载弹药实弹训练技术保障安全风险模式及风险因素进行识别时不可预知的概率大小。

2.2 E/O/P值的获取

1）建立模糊语言术语集

风险模式的E、O、P三个变量作为模糊语言变量。根据机载弹药实弹训练技术保障安全风险的特点，用5级Likert量表进行测量。｛很低VL，较低L，一般M，较高H，很高VH｝为每个变量的5种评价语言术语，具体含义如表1所示。

表1 模糊语言术语含义表

2）建立对应的模糊数

对不精确的信息的描述采用“一般”、“很高”等模糊性语言。模糊数的形式有很多种，通常根据安全工程中常用的规则来确定，如表2所示。

3）三角模糊数的非模糊化

（1）给定最大模糊集合与最小模糊集合：

（2）决定各模糊数A的左右边界值

（3）由左右边界值计算出此模糊数的总值

表2 安全风险分析各指标评分标准

3 机载弹药技术保障安全风险分析模型

在机载弹药实弹训练技术保障安全风险分析中，将FMEA和灰色关联理论相结合，首先根据已建立的模糊语言术语集对各种风险模式作出评价，得到风险因素的评价矩阵。应用经典灰色关联决策理论确定各评价矩阵与排序基准之间的关联度，得到风险因素的排序［12～13］。基本分析流程如图1所示。

图1 基于FMEA和灰色关联理论的分析流程图

1）计算FMEA中的E、O、P值

对每一安全风险因素的影响度E、频度O、不可预知度P三个指标的模糊语义进行描述，再对这三个指标进行非模糊化处理。

2）建立排序基准矩阵

这里选择最差值作为参考建立基准矩阵：

3）建立各决策矩阵

假设机载弹药实弹训练技术保障系统的某个活动有 n 个风险因素，分别记为 x1，x2，…，xj，…，xn，其中xj为第 j个风险因素。

根据每个风险因素的E、O、P三个变量，用xj={xj(1)，xj(2)，xj(3)} 表示第 j个风险因素的数据列。

其中 xj(t)(t=1，2，3)表示专家小组对3个变量的评价，应用非模糊化公式，得到其代表的模糊数，最终获取反映n个风险因素的决策矩阵：

4）计算对应元素绝对差值的最值

计算每个评价对象指标序列与基准序列对应元素之间的绝对差值，即

其中，x0(t)为标准序列中第t个因素对应值；xj(t)为比较序列矩阵中第 j个故障模式第t个因素对应值；n为被评价对象的个数，即机载弹药实弹训练技术保障中安全风险因素的个数。

然后确定

5）计算灰色关联系数：

式中，ζ为分辨系数，ζ∈(0，1)，ζ越小，通常取0.5。

6）计算灰色关联度并排序：

式中，lt为各因素的权重系数，且满足由专家根据实际情况事先确定，也可由AHP法得到。如果γ(x0，xj)越接近1，说明此风险因素带来的风险越大。

4 案例分析

在机载导弹实弹训练技术保障活动中，人是活动主体，是起决定作用的因素。因此，为保证安全顺利地完成机载导弹技术保障任务，降低导弹技术保障任务实施过程中各种人为过失的影响，需要事先进行人员安全风险分析。现在以某场站导弹技术队参加某次重大实弹演练任务为例，通过与装备管理人员、工程技术人员、科研机构专家讨论，明确了由人员引起安全风险模式的风险因素主要有：工作态度（FM1）、应急能力（FM2）、生理状况（FM3）、文化程度（FM4）、心理素质理（FM5）、操作能力（FM6）。

1）确定风险因素模糊数总值。由专家利用模糊语言术语给出6个风险因素的评价值（见表3），可以得出其模糊数总值（见表4）。

表3 人员安全风险因素评价结果

表4 模糊语言术语的明确值

2）确 定 参 考 数 列 ：{x0}={10.000，10.000，10.000}。

表5 |x0(t)-xj(t)|的计算结果

4）求出最值

5）计算关联系数ξ[x0(t)，Xj(t)]，取ζ=0.5 。结果如表6所示。

6）计算灰色关联度并排序，结果如表7所示。

可 见 ，γ(x0，x1)＞γ(x0，x6)＞γ(x0，x3)＞γ(x0，x5)＞γ(x0，x2)＞γ(x0，x4)。则人员安全风险因素的解决顺序应为：FM1→FM6→FM3→FM5→FM2→FM4。从排序结果来看，在机载导弹实弹训练技术保障人为因素分析与管理中，工作态度是导致技术保障安全风险的首要风险因素；其次是操作能力不佳，技术水平较差；其它依次是生理状况、心理素质、应急能力、文化程度。根据分析结果有重点的采取措施，有利于降低机载导弹技术保障活动中人为因素引起的安全风险。

表6 关联系数计算结果

表7 灰色关联度排序

5 结语

根据机载弹药实弹训练技术保障安全风险分析需要，重新界定了传统FMEA中的一些关键术语，采用模糊数学分析方法对改进了数据的获取方法，并提出了一种基于经典灰色关联度理论的风险顺序数（RPN）排序方法，并且可以作为管理工具应用于机载弹药实弹训练技术保障安全风险分析之中。实例证明该方法科学、有效，可以很好地适用于机载弹药实弹训练技术保障安全风险分析。

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Security Risk Assessmentof Airborne Ammunition Technical Support Based on Im proved FMEAand G rey Conjunction Theory

YEWen ZHAO Jianzhong LV Xiaofeng
（DepartmentofOrdnance Science and Technology，NAEI，Yantai 264001）

airborne ammunition technicalsupport,security risk assessment,improved FMEA,grey conjunction theory

TP391

10.3969/j.issn.1672-9730.2017.09.019

2017年3月9日，

2017年4月27日

叶文，男，博士，副教授，研究方向：装备综合保障。赵建忠，男，博士，讲师，研究方向：装备综合保障。吕晓峰，男，硕士，讲师，研究方向：装备综合保障。

Abstraet The concept and application of failure mode and effects analysis(FMEA)and grey conjunction theory are introduced.The study provides an improved analysismethod by the fusion of twomethods.This paperestablishes the security risk assessmentmodel of the airborne ammunition technical support security based on improved FMEAand grey conjunction theory.Example isgiven to prove themethod can be effectively applied to the security risk assessmentofairborne ammunition technicalsupport.