试验风险辨识与评估方法研究

冷述振 吴建业

（91851部队 葫芦岛 125000）

1 引言

靶场试验是对军队新研制产品的摸底、验证、鉴定、定型或者批检等一系列军事科研活动。由于试验本身的各种属性，决定了试验活动具有高风险性［1］，这一点不必过多阐述。我们常说“确保安全”，这是一个美好的愿望，也是我们从事试验工作必须追求的目标之一，但从理论上讲，任何试验活动都带有一定的风险，我们需要做的工作就是如何将风险降到最低，以及做出在一定风险条件下尽量合理的决策。那么，对试验风险进行科学的评价和在一定风险条件下的试验管理就成为靶场试验工作中重要的问题。

2 试验风险定义

试验风险内涵包括两个方面：不希望事件发生的概率和发生后果的严重性。从这个意义上讲，风险是一个只在未来意义上存在的字眼，没有“过去的风险”，只有实际发生的事件。风险分析和风险管理即包括风险发生的可能性和它产生的后果这两方面内容［2］。

风险可以定量的表示为R=f(P,C)

其中，f:[0,1]×R↦R；P为不良事件发生的概率；C为不良事件可能造成的损失。

风险具有不确定性、损失性、客观性和动态性等特点。不确定性是风险的固有特点，试验风险也不例外。即试验系统面临何种风险，造成这种风险的后果是不确定性的。损失性是指风险事件发生后对试验系统产生的负面影响。风险评估区别于一般分析评估的一个重要特点在于强调不确定性因素的作用，要求对不确定性因素进行清晰的定量研究。在试验系统风险分析中，对风险源进行识别，对其不确定性进行研究是总体风险评估的基础。试验风险分析的目的在于更好地认识试验系统和对试验系统管理提供一个定律的依据，为解决和控制风险提供指导。

试验系统是一个具有复杂功能和结构的系统。由相互制约、相互联系的多层次的因素组成；同时又与外界的诸多条件和因素相互作用。因此，试验系统的风险因素也十分复杂，在试验风险分析中我们不可能将所有的因素都考虑在内。在具体的研究中，选取对试验系统中较大威胁的风险因素进行风险分析。在研究方法上，从问题入手，识别风险因素、对风险因素进行风险估计、从解决问题的角度对风险进行决策管理。

3 试验风险分析步骤

由于试验风险具有动态性，且人们对风险的认知水平及对风险管理技术也处于不断完善的过程中，试验系统风险分析是一个动态的过程［3］。这个动态的试验系统风险分析是由试验风险辨识、试验风险估计、试验风险管理三个阶段形成的一个循环的过程。一般步骤如图1。

图1 试验系统风险分析程序

3.1 试验风险辨识

由于试验系统本身是复杂的，因此影响它的风险因素很多，相互关系错综复杂，并且各风险因素所引起后果的严重程度不同。决策时，完全不考虑这些风险因素或是忽略了其中的主要因素，都将会导致决策失误。但如果对每个风险因素都加以考虑，又会使问题极其复杂。试验风险辨识就是在对特定试验深刻认识的基础上进行全面分析，将引起试验系统风险的复杂因素分解成易于被认识的基本单元；从错综复杂的关系中找出因素间的本质联系，并且分析它们引起试验系统风险严重程度，从而确定出主要风险。

3.2 试验风险评估

试验风险评估就是对辨识出的试验风险进行度量，给出某一试验因素发生风险的概率及其发生后果的不确定性。风险评估的结果通常表示为风险发生的概率或风险发生的程度。对试验系统风险进行概率估计主要有客观概率和主观概率两种方法。客观概率是有风险发生的历史数据用统计方法得出的；主观概率是由于决策的需要必须对风险出现的可能性做出估计时，由专家（组）根据合理的判断和当时已获取的有效信息及过去的经验对事件的概率做出的一个合理的评估。

3.3 试验风险管理

试验风险管理指根据试验风险评估的结果，针对某项试验面临的问题进行风险管理和分析防范化解。试验风险管理包括对风险的出来和控制化解及对试验系统风险分析的结果实施风险管理。

4 试验风险评估模型

试验系统风险分析由试验风险辨识、试验风险评估和试验风险管理三个紧密结合的步骤组成。试验风险辨识可以采用层次分析法、专家调查法，这里就不详细介绍了［4～6］。

4.1 单因素试验风险的测度

在风险分析中，对风险发生的测度有两类指标：平均指标和变异指标。平均指标表示风险变量的集中趋势，变异指标则表示了风险变量的离散趋势。一般的，平均指标为风险变量的期望值，变异指标为风险变量的标准差和变异系数。其中，变异系数为标准差与期望值的比，为风险测度的相对指标。

平均指标：期望值

其中，E(X ) 为离散型风险变量的期望值；Xi，Pi（i=1,2,…,n）为离散型风险变量样本和其相应的概率。

其中，E()

X 为连续型风险变量的期望值：X，f(x)为连续型风险变量和其相应的密度函数；a，b为x取值的上、下限。

变异指标：标准差、变异系数

标准差是对风险程度的绝对测度，表示风险变量与期望值的离散程度。于是，我们定义描述相对风险大小的风险度为

风险度越大，表示相对的离散程度越大。

在风险评估中，通常将随机事件的期望看成适宜值，而用其标准差（或方差）表征风险损失。但在某些试验中，这样的假设可能会产生偏颇。

4.2 多因素试验系统风险的测度

定义总体风险值，用来表示试验系统在不良事件影响下的整体损失。其表达式如下：

其中，k为可能发生的试验风险的种类数；Pi和Ci分别为在第i种试验风险的发生概率及其损失程度。一般的，对于特定的试验风险需要考虑各类风险的联合分布。

假设有n种试验风险因素ri(i=1,2,…,n)，每种风险因素的标准差为σi(i=1,2,…,n)，且ri在总体风险中所占的比重为总体风险变量是各风险因素的线性组合，即

风险变量的线性组合的方差即为联合分布的标准差，其表示式为，

联合分布的标准差σω表示了总体风险的绝对大小。在无法判断各风险因子是否为独立随机变量或无法获得各风险因子的比重时，只有借助蒙特卡罗（Monte-Carlo）方法求总体风险的标准差。

定义总体风险度为

其中，σω为联合分布的标准差，E(rω)为联合分布的期望。总体风险度用来表示总体风险的相对大小。

4.3 综合评估模型

依据军事装备试验学和应用数学的研究理论和研究方法［7］，针对试验各分系统风险评估问题建立以下综合评估模型。

假设i(i=1,2,…,m)为试验分系统号，j(j=1,2,…,n)为试验评估指标号，yij(i=1,2,…,m;j=1,2,…,n)表示第i个分系统第 j个风险评估指标的实测数据，yaj(j=1,2…,n)表示第 j个试验安全指标的最适值，构成数据表1。

如果将试验系统风险定义为试验风险因子对最适值的偏离程度，则有如下的试验系统风险评估模型。

表1 数据表

首先，用如下公式将数据标准化：

其中，ymax和ymin分别表示所有实测数据中的最大值和最小值。则试验系统风险指标Fi可以表示为

以上模型中数据标准化时，忽略各试验评估指标的差异；在计算试验系统风险指标时，假设各试验评估指标都是等效的，这显然不是很合理。我们根据以上模型，提出如下试验系统风险评估的模糊数学模型。

首先，用如下公式将数据标准化：

然后，根据标准化后的数据建立如下试验系统风险评估的模糊数学模型：

其中，Fi(i=1,2…,m)表示第i个试验分系统的风险指标；uij为第i个分系统第 j个试验评估指标的风险值对试验系统风险指标的权重，满足：

表示第i个分系统中第 j个试验评估指标的风 险 值 。 ηj为 模 型 参 数 ，满 足 ：ηj≤1,(j=1,2,…,n)。

下面对模型参数ηj进行估计，假设每个试验评估指标的风险值在m个分系统中本试验评估指标的均值处取值为-0.5，即

5 试验系统风险管理决策模型

风险管理包括风险处理和风险决策。风险处理的方法有接受风险、回避风险、分散风险、限制风险、减少风险损失、改变风险发生的条件和用工程技术措施控制风险等［8～9］；风险决策是针对各种风险处理方案可能导致的风险后果进行分析、作出决策，即应用科学的决策理论来选择风险处理的最佳手段［10～11］。

5.1 试验风险决策集

风险决策集U由事件集A、对策集B、效果集C组成，即U=ABC。其中：

若记sij=(ai,bj)，表示用第 j个决策去对付第i个事件的局势，称局势sij与效果测度rij的比值为决策元。

5.2 风险决策矩阵

由决策元构成的矩阵D称为风险决策矩阵。

5.3 效果测度分析

在风险决策中，由于需求目标的不同，对不同目标的效果测度也不同。一般的情况如下：

1）上限效果测度

适用于“越大越好”的目标，如试验效果最佳，试验资源利用效率最高等。此情形下，效果测度可按下式计算：

2）下限效果测度适用于“越小越好”的目标，如试验消耗最小，周期最短等。此情形下，效果测度可按下式计算：

3）适中效果测度

适用于“不宜太小，也不宜太大”的目标如试验所需样本量，试验气象条件等。此情形下，效果测度可按下式计算：

其中，u0为效果测样中指定的适中值，uij为实测效果值。

5.4 决策矩阵

这时，综合决策矩阵为

5.5 决策准则

决策准则就是建立从诸局势中择优的方法。择优可以从决策矩阵的行进行，也可以按决策矩阵的列进行。

1）行决策

决策矩阵的行指所有决策作用于同一事件，行决策的原则是选择行最优局势。对D(∑)中的每一行，选择(i=1,2,…,m)为行最优局势。

2）列决策

决策矩阵的列指所有事件与同一对策匹配的结果，列决策的原则是选择列最优局势对D(∑)中的每一列，选择(j=1,2,…,n)为行最优局势。

如果出现行列决策局势不一致时，尚需根据研究问题对行列决策进行全局协调。

6 结语

试验风险分析与管理已经成为靶场试验的常态化军事实践活动，是一项科研试验管理的系统工程。本文正是采用系统分析的方法，为试验风险的分析、评估以及决策等一系列管理活动提供模型化方法，以期对靶场试验风险管理提供有益的参考。