一种基于技术成熟度的武器系统研制技术风险评估方法

王浩宇 楼京俊 李 静

1.海军工程大学 舰船与海洋学院 湖北 武汉 430033

2.海军装备部 北京 100841

3.海军工程大学 兵器工程学院 湖北 武汉 430033

前言

随着军事科技水平的不断发展，当代武器系统的技术密集度越来越高、采用新技术和前沿技术越来越多，由此而带来的研制风险也越来越大[1]。在该背景下，武器研制项目管理的复杂程度和技术难度较以往大大增加，研制过程中的风险具有较强的不确定性，造成的进度和经济损失有时难以弥补[2]。因此，必须对武器装备研制的技术风险进行准确的评估和管控。

武器系统一般结构组成复杂，通常由具备特定技术的设备组合完成指定的作战任务[3]，因此可以说武器系统承载了大量的先进技术，而这些技术有的比较成熟，有的则需要新研。技术成熟度的不同对于整个武器系统的研制风险来说，具有明显不同的影响。国内外关于技术风险评估的方法[4-7]主要是以装备整体为研究对象，分别对风险影响因素进行技术风险的影响分析评估。本文通过对武器系统研制技术风险点的分析确定，以技术成熟度为标准确定研制项目各技术风险点的风险等级和风险发生概率，评估武器系统研制风险。

1 武器系统研制技术风险分析

在武器系统研制过程中，根据装备体系能力框架，在确定其使命任务的基础上，对照武器装备战技指标要求，可以形成装备系统应具备的能力，如目标控制能力、精确打击能力、综合毁伤能力、指挥控制能力等等。

武器系统要形成以上这些能力，就需要具备具体的性能指标，如：物理性能、目标控制性能、精确打击性能、综合毁伤性能、快速反应性能、战备值班性能、环境适应性能、安全性能、电磁兼容性能等各类具体指标要求。

每种性能指标，需要一定的技术来实现，如：制导技术、总线控制技术、远距离点火技术、雷达红外综合隐身技术等。而这些技术需要通过相应的设备来承载，并具象化为武器系统的各部分组成。

因此，可以通过体系结构分析的方法，从武器系统的使命任务出发，建立相应的层次模型，进而确定其能力分解模型，最终确定其底层的技术风险点模型。从而得到武器系统的技术风险点集合P。

2 基于技术成熟度的研制技术风险点分析

在分析得到武器系统的技术风险点集合P后，可以针对每种技术的借鉴、继承、新研、改进等特点确定其成熟度，并用技术成熟度等级RP=｛1，2，3，4，5，6，7，8，9｝，衡量技术满足预期的装备应用目标的程度。

表1 技术成熟度的等级划分[8]

3完成概念和应用设想的可行性验证4以原理样品或部件为载体完成实验室环境验证5以模型样品或部件为载体完成相关环境验证6以系统或子系统原型为载体完成相关环境验证7以系统原形为载体完成典型使用环境验证8以实际系统为载体完成使用环境验证9以实际系统为载体完成使用任务

武器系统研制过程中，各技术风险点由于其技术成熟度的不同，存在着不同的研制风险等级，可将风险等级设置为“低风险”、“中等风险”、“较高风险”、“高风险”、“严重风险”5个等级。在技术成熟度定义的基础上，考虑技术和工艺两个的方面，进一步细化研制技术风险等级的判定依据[2]。技术类条件主要是指设计和验证方面的内容，设计方面主要是指技术研究开发时应完成的研究设计内容，包括应用需求和使用环境的了解，研究假定和原理运用的明确，技术特性的确定，技术资料(含技术报告、图样、标准规范)的编制等；验证方面主要是指对技术研究开发成果进行验证的内容，包括验证对象、验证环境、验证结果以及需强调的验证项目。工艺类条件主要是指试制(生产)所涉及技术的工艺性设计、工艺可达性、工艺经济性(制造成本、成品率)、制造工艺、工艺设备等内容。

以此为基础，进而可以分析各技术风险点的发生概率，即研制失败概率，为技术风险控制研究奠定基础。在根据技术成熟度准则，确定单一技术研制风险的发生概率时，除了对具体技术的技术风险等级进行分析外，还要依据相应技术的复杂性、先进性、充裕性等方面进行分析。

3 基于熵权的武器系统研制风险评估

设某型武器系统研制技术风险评估问题的所有评估结果用识别框架Θ表示，将识别框架 Θ设置为“θ1低风险”、“θ2中等风险”、“θ3较高风险”、“θ4高风险”、“θ5严重风险”5个等级。

多类型信息的融合是武器系统研制风险评估时常遇到的一个问题，为了减少可能存在的冲突证据的影响，多类型信息的融合需要利用证据加权分配的思想进行修正，鉴于信息类型不同，本文利用熵权法对各个证据分配不同的权重以修正基本可信度分配，多类型证据的合成评估步骤如下：

①建立风险等级评估指标体系。在运用D-S证据理论进行风险评价时，正确地选择评价指标是真实地反映武器系统研制项目技术风险程度的前提和基础，由于武器系统研制项目技术风险影响因素复杂和产生后果滞后，为此，通过观察和分析技术风险的影响因素、产生机理和产生后果分析得出，武器系统研制风险评价指标包括性能、进度和费用3类，分别对应各种技术风险事件不同状态下的概率信息与后果信息。

表2 风险评估指标体系

②建立风险等级识别框架下的基本信度分配。设计专家调查表，选定不同的领域专家、项目管理专家分别对分析出的各技术风险点的性能、进度、经费影响进行打分。在利用专家问卷调查设计时，以技术风险等级描述为蓝本，具体实施过程中，参考指标的重要性及其耦合关系，由专家根据给定的评价标准，定量地给出风险点影响值。采用区间灰数的方法对专家信息进行处理，据此可得出各风险点的基本信度函数。

对于技术风险点本身的风险等级、相似型号技术风险信息等其他类型的数据信息(证据)进行标准化处理，将不同类型信息转化为在同一识别框架Θ下的基本可信度。

③利用熵权法确定各技术风险点的权重。采用熵权法可以根据各技术风险点传递给决策者信息量大小决定相应的权重，能够有效度量在风险评估过程中所获取数据提供的有用信息量。首先假设有q个评估专家，专家集合为E={e1，…，e q}，评估技术风险点集合为P={I1，…，I p}，专家集E与风险集P构成评估矩阵A=[a ij]q×p，a ij表示第i个评估专家对第j个技术风险点的评价值，第i个评估专家的熵定义为[9]

则，第i个评估专家的熵权为

利用熵权对各个信息证据的基本可信度分配进行重新修正，得到修正后的基本可信度分配。

④通过D-S理论对风险影响值合成评估。设E1，E2，…，E N为同一识别框架Θ上的N个证据，其相对应的基本信度分配函数为m1，m2，…，m N，焦元分别是A1，A2，…A i，…，A N，则多个证据的Dempster合成规则[10]可以表示为

⑤建立技术风险控制模型。建立一个各技术风险发生概率和影响值的分析矩阵C=［c ij］，c ij=p i×m j，p i表示第i个风险点的发生概率，m j表示其风险影响值。对照识别框架Θ的“低风险”、“中等风险”、“较高风险”、“高风险”、“严重风险”5个等级，可得到武器系统研制技术风险点的控制等级。

4 典型武器装备研制技术风险评估

以某型导弹武器装备研制为例，技术风险点集合P=｛I1，I2，I3｝，I i分别表示总线、制导、突防，技术成熟度分别为RP=｛7，6，8｝。获取专家评估数据以及相似型号数据(标准量化后)如表3所示。

表3 风险评估数据

采用熵权法计算可得各评估数据的权重，如表4所示。

表4 评估权重确定

利用熵权对各个风险证据的基本可信度分配进行重新修正，通过D-S证据理论合成评估，可得该型导弹研制技术风险等级。

表5 风险等级评估结果

表中“其他”的含义分别为：I1处于“低”或“中”状态的基本可信度，I2处于“较高”或“高”状态的基本可信度，I3处于“较高”或“高”状态的基本可信度。从上表可以看出，I1为“中等风险”状态，I2为“高风险”状态，I3为“较高风险”状态。

结论

对三个技术风险点的基本可信度进行定性分析可以看出：专家z2的权重最大，远大于其他数据；其次是相似型号形象z5的权重，略大于权重相当的z3和z4，专家z1权重远小于其他数据。对于总线技术，数据z2、z3、z5均强烈支持θ2，即中等风险状态，因此本文评估总线技术处于中等风险状态是合理的；对于制导技术，数据z2、z5强烈支持θ4，数据z3、z4支持θ3，但修正后z3、z4大部分信度分配给Θ，相对而言θ4的支持度要大于θ3，由于证据理论的合成效果，评估结果将向θ4偏移，因此本文评估制导技术处于高风险状态也较为合理，同理分析突防技术也反映了本文方法的有效性与合理性。