基于DEMETAL和VIKOR方法的航天研制项目风险评估

韩志超 王建铎 朱军

(航天工程大学，北京 102200)

0 引言

航天项目通常具有规模大、周期长、系统复杂等特点，项目风险较大且难以度量，如设计缺陷、成本超支、研发人员经验不足等。上述风险因素轻则导致研制项目拖延，重则导致研制项目终止。因此，航天项目风险评估成为航天项目管理的重点问题。近年来，航天研制项目风险评估方法不断丰富和完善。例如，李合平等[1]利用模糊综合评价法分析了某火箭武器研制过程风险，为后续研制过程提供了重要参考；王晓烨[2]运用层次分析法和模糊综合评价法分析了航天制冷系统研制风险；雷晓刚[3]运用网络层次分析法和模糊综合评价法分析了大型航空航天项目开发研制的风险；熊杰等[4]运用层次分析法和风险矩阵法分析了航空航天开发研制项目风险；为了扩大风险标度范围，杨亚琴等[5]提出了基于不完全语言信息的航天研制项目风险评价方法；为了充分挖掘风险影响因素之间的关系，李保平[6]使用神经网络对装甲装备研制项目进行风险评价；为了分析开发研制过程某特定风险影响因素，徐吉辉等[7]提出改进的蒙特卡罗法，分析机翼研制项目费用风险；王锋[8]等使用聚类分析方法对火箭武器研制技术风险进行评估。

通过梳理和分析航天研制项目风险评估研究成果发现，虽然风险评估矩阵法是武器装备研制项目进行风险评估的常用方法[9]，但是该方法无法有效提取各种风险影响因素之间的隐藏性信息，评估手段较为单一。基于此，本文首先通过识别航天研制项目的风险影响因素，采用模糊集理论获取各风险影响因素的发生概率(L)和风险后果严重程度(S)；其次，利用DEMATEL方法[10]分析各风险影响因素的原因度，修正初始风险评估的严重度；最后，通过VIKOR方法[11]对风险影响因素的群体效益值、最大遗憾值和综合评估值进行评估。

1 航天工程研制项目风险评估模型

首先，通过头脑风暴法确定潜在的风险影响因素，并通过问卷调查法获得各风险影响因素的L和S初始值；其次，利用DEMATEL方法分析风险影响因素的相互关系，得出各风险影响因素原因度，对S初始值进行调整；最后，通过VIKOR方法对风险影响因素进行综合评价。航天工程研制项目风险评估模型如图1所示。

2 基于模糊DEMATEL方法的风险评估

DEMATEL方法是一种能够有效解决各种复杂难题的方法，已经成功应用于较多领域，如定价决策[12]、工程建筑[13]、软件应用[14]和环境保护[15]等。通过分析和评估某个问题中各风险影响因素之间的逻辑关系与直接作用影响矩阵，计算得到每个影响因素对其他影响因素的影响程度、被作用的影响程度和原因程度。由于多数被评估的事物具有模糊性，通过直觉模糊理论能够有效提取无法量化表示的信息，因此将DEMATEL法与直觉模糊理论相结合，对风险影响因素进行量化分析。具体步骤如下：

(1)组织专家对航天研制项目存在的风险影响因素进行分析，得到n种潜在风险影响因素mi(1

(2)分析风险影响因素间的相互影响，得到风险影响因素直接影响矩阵A，即

(1)

(3)将直接影响矩阵进行归一化处理，得到规范直接影响矩阵N。公式如下

(2)

(3)

(4)计算综合作用矩阵。将规范直接影响矩阵连续自乘，矩阵中的所有值均趋近0，即影响要素之间增加的间接影响趋近0。将全部间接影响相加得到矩阵T，即

T=(N1+N2+…+Nk)

(4)

当k趋近无穷大时，得到

T=N(I-N)-1

(5)

(5)计算风险影响因素的影响度、被影响度和原因度。

1)影响度。矩阵T各个行值之和，表示风险影响因素i对其他所有风险影响因素的综合影响度量值，记为Di。

2)被影响度。矩阵T各列值之和，表示风险影响因素i受到所有其他风险影响因素的综合影响度量值，记为Ci。

3)原因度。将风险影响因素i的影响度和被影响度相减得到该因素的原因度，记为Ki。当原因度大于0时，表示因素i对其他影响因素影响较大，可称为原因因素或影响因素；反之，称为后果因素或被影响因素。

(6)调整S值。在LS风险评估方法中，风险影响因素之间的影响对L值的影响较小，对S值的影响较大。将专家对风险影响因素mi的初始评估值记为Si，调整后的风险后果影响度记为S′i，得到

S′i=Si+Di-Ci

(6)

3 基于模糊VIKOR方法的风险影响因素排序

VIKOR法是一种进行折中性排序的方法，通过实现最大化群体值和最小化个体遗憾值，可以将有限的决策计划方案进行折中性排序。本文选择VIKOR方法进行风险影响因素排序。

设定风险影响因素值计算过程中的L、S值的权重分别为ωL和ωS，具体计算步骤如下：

(1)基于L、S值评估结果以及调整后的S值，得到风险影响因素评价矩阵H，即

(7)

(2)将L、S值正向化处理。

(3)分别确定风险影响因素的正理想解A+和负理想解A-。公式如下

A+={maxAi1, maxAi2}

(8)

A-={minAi1, minAi2}

(9)

(4)计算风险影响因素的群体效益值Bi和最大个别遗憾值Wi。公式如下

(10)

(11)

(5)计算风险影响因素综合评价值Qi。即

(12)

式中，V为决策系数，能够体现具体决策者的心理偏好或准则作用程度。当V>0.5时，表示在开发投资选择中采取少数人的支持意见，属于一种偏向风险性决策方法；当V=0.5时，表示兼顾大多数人的利益和少数人反对观点，属于一种中性风险决策方法；当V<0.5时，表示采取少数人的反对意见，属于一种规避风险决策方法。本文设定V=0.5，采取折中的方式进行风险评估。

(6)风险影响因素排序。分别计算Bi、Wi、Qi值，进行风险影响因素排序。

(7)确定重点关注妥协风险影响因素。假设R(1)代表i是在Qi排序中位列第一的风险影响因素。若同时满足下面条件，则表示风险影响因素R(1)为最佳妥协解。具体条件为：①Q(R(2))-Q(R(1))≥DQ，DQ=1/(n-1)；②Si和Ri排序时，R(1)排在第一。

如果上述两种情况有任何一个不满足，则得到另一组妥协解。具体为：①如果只有条件2无法满足，则R(1)和R(2)都是妥协解；②若条件均不满足，由关系Q(R(n ))-Q(R(1))<1/(n- 1)得到最大n，则R(1)，R(2)，…,R(n)均为需要重点关注的风险影响因素。

4 案例分析

本文以某研究所新型气象卫星研制项目为例。该项目具有技术新、专业多、指标高等特点，研制过程中存在较大的不确定性和风险性，对该项目研制期间的潜在风险进行评估十分重要。该项目研制风险评估步骤如下。

4.1 确定各风险影响因素权重

组织5名专家和学者(Z1～Z5)针对该项目情况进行交流与分析，通过梳理和分析国内外研究相关数据和研究成果[16-17]，指出该项目主要包括以下风险影响因素：技术风险 (R1)、组织风险(R2)、环境风险(R3)、立项风险(R4)和财务风险(R5)。设定风险评价矩阵中的L、S值的权重分别为：ωL=0.4，ωS=0.6。通过专家评价，各影响因素所占权重分别为0.3，0.2，0.2，0.15，0.15。

4.2 计算各风险影响因素的加权平均值

采用5粒度模糊评价法对各风险影响因素进行评价，分为很低VL(0，0，0.25)、低 L(0，0.25，0.50)、中等M(0.25，0.50，0.75)、高H(0.50，0.75，1)、特别高 VH(0.75，1，1)。技术风险 (R1)、组织风险(R2)、环境风险(R3)、立项风险(R4)和财务风险(R5)5种风险影响因素评价情况见表1。对评价信息进行三角模糊化处理后取加权平均值，见表2。

表1 风险影响因素评价表

(续)

表2 风险影响因素三角模糊化评价

4.3 确定各风险影响因素平均综合影响矩阵

通过对各种风险影响因素之间的相互影响关系展开分析和评估，构建风险影响因素直接相互影响矩阵。利用式(2)和式(3)将风险影响因素直接影响矩阵归一化，得到规范性影响矩阵。通过利用式(5)和Excel函数直接求出各风险影响因素综合影响矩阵，并进行算术平均处理，得到风险影响因素平均综合影响矩阵，见表3。

4.4 计算各风险影响因素原因度

根据表3数据，分别计算各风险影响因素原因度。计算结果为

表3 风险影响因素平均综合影响矩阵

K1=(0.043，0.102，0.142)，K2=(-0.006，0.007，0.066)，K3=(0.094，0.371，0.332)，K4=(-0.14，-0.366，-0.429)，K5=(-0.008，-0.116，-0.112)

4.5 确定风险最大的妥协解

基于上述5个风险影响因素的原因度对风险影响因素三角模糊评价表中的S值进行调整，得到调整后的风险影响因素三角模糊评价表，见表4。

表4 调整后的风险影响因素三角模糊评价表

利用式(8)和式(9)求得正、负理想解，分别为

A+={0.61，0.86，1，0.633，0.942，1}

A-={0.04，0.29，0.54，0，0.167，0.476}

根据式(10)～式(12)分别计算Bi、Wi和Qi值，得到

B1=0，B2=2.793，B3=1.788，B4=1.4，B5=1.078

W1=0，W2=0.6，W3=0.4，W4=0.594，W5=0.217

Q1=0，Q2=1.696，Q3=0.653，Q4=0.745，Q5=0.372

对Bi、Wi和Qi值由小到大进行排序，排序结果见表5。

表5 基于VIKOR法的风险影响因素排序

由此，确定风险最大的妥协解，得到：①Q(R(2))-Q(R(1))=0.375-0=0.375> 0.25；②R1在Bi、Wi排序中位列第一。研究结果表明：R1是最需要预防或降低的风险影响因素，应成立专业技术水平较高的团队进行技术指标论证、方案可行性调研、技术风险动态评估；风险影响因素R2、R3、R4、R5造成的危害程度相对较轻，需要做好规避，如加强研发团队人员管理、完善组织架构、关注国内外形势政策、关心团队人员思想动态、完善项目变更流程、采用关键路线法控制研制进度、采用挣得值法控制项目费用、采用帕累托图进行项目质量分析等。

5 结语

本文基于相关专家的风险因素评价结果，结合航天研制项目特点，计算得到航天研制项目风险影响因素及其概率值、后果严重度量值。通过模糊集方法进行评价信息处理，采用DEMATEL法系统分析了各研制风险影响因素间的影响关系，得出风险影响因素原因度，用于修正风险影响因素严重度；采用模糊VIKOR分析方法对各风险影响因素的发生频率及后果严重程度进行综合评估。从气象卫星研制项目风险评估结果可以看出，除技术风险属于高风险，其他风险均属于较高风险，说明该项目总体风险较高。因此，该项目应以技术风险管理为基础，组织风险、环境风险、立项风险和财务风险管理并重，通过引入先进的风险管理方法和工具，保证项目的顺利实施。