基于技術(shù)成熟困難度的航天型號研制風(fēng)險(xiǎn)管理方法

1、基于技術(shù)成熟困難度的航天型號研制風(fēng)險(xiǎn)管理方法ufacturingTechnology,MinistryofEducation,NorthwesternPolytechnicalUniversity,Xian,Shanxi710072,China2.No.710ResearchInstituteofChinaAerospaceScienceandTechnologyCorporation,Beijing100048,China3.ChinaAerospaceScienceandTechnologyCorporation,Beijing100048,ChinaAbstractByanalyzing

2、avarietyofR&Driskofweapons,itindicatesthattechnicalriskisthendamentalandparamountdevelopmentrisk.Mostoftodaystechnologyriskmanagementisbasedonthequalitativeassessmentofriskmanagementaccordingtothetraditionalexpertise.Anassessmentframeworkoftechnologyriskbasedontheadvancementdegreeofdifficultyass

3、essmentispresented.Thetechnologymaturity,國家自然科學(xué)基金工程資助(工程代碼:90818024);國家863方案工程資助(工程代碼:2021AA01Z433,2021AA010313).收稿日期:2021-06.07作者簡介:張剛(1974一),男,山東淄博人,博士研究生,研究員,主要研究方向?yàn)楣こ坦芾?軟件工程及嵌入式系統(tǒng);王瀟茵(1982一),女,吉林四平人,博士,工程師,主要研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)仿真;馬寬(1980一),男,河北邢臺人,博士研究生,T程師,主要研究方向?yàn)楣こ田L(fēng)險(xiǎn)管理;許勝(1942一),男,湖北武漢人,本科,研究員,主要研究方向?yàn)楣こ田L(fēng)

4、險(xiǎn)管理;楊海成(1958一),男,陜西寶雞人,博士,博士生導(dǎo)師,主要研究方向?yàn)楣こ坦芾??78?航天控制theadvancementdegreeofdifficultyandthetechnologycriticalvalueareintroducedtotechnologyriskassessmentprocess.Throughtheassessmentresultsofadvancementdegreeofdifficultyandtechnologyrisk,thetechnicalcommandsystemisguidedtoimplementtechnologyriskmanage

5、mentanddesignersystemisguidedtocarryouttheR&Dofkeytechnology.Accordingtothegapsbetweendifferenttechnologymaturitylevels,themethodisdevelopedbycombiningthequalitativeandquantitativeapproaches,whichisdynamicandadaptable.Themethodcanbeusedthroughouttheriskmanagementofentiredevelopmentcycleofaerospa

6、ceprojectandhasastrongrelevanceandpracticality.KeywordsTechnologymaturity;Advancementdegreeofdifficulty;R&Dofweapon;Riskmanagement航天型號研制以及武器裝備升級能力是一個國家國防實(shí)力的重要表達(dá),就航天型號工程研制的全周期來說,面臨著各種各樣的風(fēng)險(xiǎn)因素,其中,研制的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)是貫穿于整個周期之中的根本性和重要性的風(fēng)險(xiǎn)要素.根據(jù)國內(nèi)外453個武器裝備研制風(fēng)險(xiǎn)案例的統(tǒng)計(jì)分析,技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的頻率最高,是導(dǎo)致工程研制失敗或延誤的主要風(fēng)險(xiǎn),也是造成研制費(fèi)用風(fēng)險(xiǎn),進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)和性

7、能風(fēng)險(xiǎn)的主要因素.因此,要到達(dá)控制航天型號研制風(fēng)險(xiǎn)的目的,對型號研制各級主管部門而言,具備技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)的管理能力至關(guān)重要,而對于承當(dāng)型號任務(wù)研制的廣大院所而言,掌握關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域風(fēng)險(xiǎn)的辨識和應(yīng)對能力,也將成為設(shè)計(jì)師系統(tǒng)的一項(xiàng)根本要求.現(xiàn)有的關(guān)于技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)管理方法多以定性分析為主,研究定量化的方法是目前主要的研究方向,比方其中較為流行的有MonteCarlo仿真方法,失效模式及影響分析法,概率風(fēng)險(xiǎn)分析法,故障樹分析法,多目標(biāo)決策法,風(fēng)險(xiǎn)因子評價法等.基于風(fēng)險(xiǎn)矩陣的分析方法是傳統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)管理所采用的根本方法,它利用技術(shù)失效帶來的災(zāi)難后果等級及這些后果發(fā)生概率這兩個維度的綜合來進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)的評估,有一定量化評價的

8、因素,但這些量如何確定也往往是基于傳統(tǒng)的專家經(jīng)驗(yàn)為主.在這些既有方法中,多數(shù)應(yīng)用了仿真分析,金融風(fēng)險(xiǎn),可靠性理論,決策理論等研究成果,對涉及航天型號成敗的關(guān)鍵技術(shù)開展的概念和面向_T程應(yīng)用的技術(shù)成熟規(guī)律研究不深入,缺乏一定的針對性,并且這些方法多數(shù)是靜態(tài)的方法,缺少對型號研制過程全周期的跟蹤,難以適應(yīng)快速開展的航天型號研制與裝備的需要.由此可見,能夠針對復(fù)雜航天工程的技術(shù)成熟規(guī)律,有針對性地將定性定量方法相結(jié)合提出一種動態(tài)性的,可適用于全周期的風(fēng)險(xiǎn)評價和管理方法.綜合以上2個方面,本文提出了一種基于技術(shù)成熟困難度的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)管理方法,將技術(shù)成熟度,技術(shù)成熟困難度和技術(shù)關(guān)鍵度(Technology

9、CriticalValue,簡稱TCV)引入風(fēng)險(xiǎn)矩陣分析方法中,并通過技術(shù)成熟度和成熟困難度的相關(guān)評價細(xì)那么來指導(dǎo)指揮系統(tǒng)實(shí)施技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)管理和設(shè)計(jì)師系統(tǒng)開展技術(shù)攻關(guān)籌劃.通過對困難度評價可以將影響航天型號成敗且難度大的關(guān)鍵技術(shù)識別為高風(fēng)險(xiǎn)要素,促進(jìn)資源保障,確保關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)成功作用,降低由于技術(shù)不成熟所導(dǎo)致的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn).技術(shù)成熟困難度分析技術(shù)成熟度評價方法是一種基于技術(shù)開展成熟的科學(xué)規(guī)律,采用標(biāo)準(zhǔn)化分級度量對工程某項(xiàng)技術(shù)的成熟程度進(jìn)行評價的系統(tǒng)化方法和流程.技術(shù)成熟困難度(AdvancementDegreeofDifficulty,簡稱AD)指的是技術(shù)從一個等級的成熟度開展為更高等級成熟度的困難程

10、度.它是一個動態(tài)的概念,以技術(shù)成熟度的評價為根底,反映成熟度在不同等級之間的跨越難度;同時,它也是風(fēng)險(xiǎn)管理參考的量化指標(biāo),因?yàn)榧夹g(shù)在不同成熟度等級之間跨越的難度反映了技術(shù)本身對工程研制帶來的不確定性,而這個不確定性恰恰是工程風(fēng)險(xiǎn)的來源.通過對技術(shù)成熟困難度的分析和評價可以反映出工程在下一步的研制過程中將面對的技術(shù)障礙以及障礙有多大,而這些障礙,也即通常所說的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn),會影響到航天型號系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)和經(jīng)費(fèi)等資源投入等.由此可見,建立技術(shù)攻關(guān)時間方案,制定資金等資源投入方案,設(shè)定關(guān)鍵審查節(jié)點(diǎn)以保障關(guān)鍵技術(shù)突破,最后獲得型號成功均依賴于準(zhǔn)確的技術(shù)成熟困難度的評價結(jié)果.通過對技術(shù)成熟困難度的概念進(jìn)行研

11、究,可確定其具備以下3個性質(zhì):1)對于同一項(xiàng)技術(shù),如果當(dāng)前的成熟度等級相同,那么目標(biāo)成熟度等級越高,技術(shù)成熟困難度越大,第29卷第5期張剛等:基于技術(shù)成熟困難度的航天型號研制風(fēng)險(xiǎn)管理方法?79?反之,目標(biāo)成熟度等級越低,技術(shù)成熟困難度越小.2)對于同一項(xiàng)技術(shù),如果目標(biāo)成熟度等級相同,那么當(dāng)前成熟度等級越高,技術(shù)成熟困難度越小,反之,當(dāng)前成熟度等級越低,技術(shù)成熟困難度越大.3)一般情況下,對于不同的技術(shù),即使當(dāng)前成熟度等級和目標(biāo)成熟度等級均相等時,技術(shù)成熟困難度也不相等.這是不同技術(shù)領(lǐng)域的差異化特點(diǎn)所決定的.以上這些性質(zhì)對于制定困難度的量化方法及評估框架是重要的,但是,由于各項(xiàng)技術(shù)之間的評價標(biāo)準(zhǔn)

12、不盡相同,技術(shù)成熟困難度評價屬于較難實(shí)現(xiàn)的技術(shù)評價過程,需要定性定量相結(jié)合的系統(tǒng)工程學(xué)思想,并制定合理的評估框架.2基于技術(shù)成熟困難度實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)管理的方法框架技術(shù)成熟困難度的評價以技術(shù)成熟度的評價為根底,當(dāng)前,在技術(shù)成熟度評價過程中,普遍采用的是基于技術(shù)完備等級(TechnologyReadinessLevel,簡稱TRL)的技術(shù)成熟度評價方法,在大部分航天型號工程中,當(dāng)技術(shù)處于低等級成熟度的時候,屬于方案研制階段,通過理論和技術(shù)的研究,以及演示驗(yàn)證完成研制任務(wù),當(dāng)技術(shù)處于高等級成熟度的時候,進(jìn)人產(chǎn)品階段,主要完成產(chǎn)品的開發(fā)和制造任務(wù).針對不同技術(shù)成熟度等級所對應(yīng)的工程階段,工程的風(fēng)險(xiǎn)管理一般可

13、以分為兩類:方案研制階段的風(fēng)險(xiǎn)管理和產(chǎn)品階段的風(fēng)險(xiǎn)管理,兩類風(fēng)險(xiǎn)管理所面向的對象不同.方案研制階段的風(fēng)險(xiǎn)主要面向設(shè)計(jì)方案,理論和技術(shù)設(shè)計(jì)等方向的風(fēng)險(xiǎn),屬于宏觀層次,此階段產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)對于工程的整個生命周期的影響較為重大,甚至產(chǎn)生顛覆性的風(fēng)險(xiǎn);產(chǎn)品階段的風(fēng)險(xiǎn)主要面向元器件的生產(chǎn)和生產(chǎn)工藝等方面,屬于微觀層次.目前,針對航天型號工程的風(fēng)險(xiǎn)管理方法主要是針對產(chǎn)品階段的風(fēng)險(xiǎn)管理,從工程項(xiàng)目的開發(fā)和制造方面進(jìn)行分析與管理,而針對方案研制階段的風(fēng)險(xiǎn)管理方面的研究那么較少,本文即針對航天型號工程的方案研制階段,進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析和風(fēng)險(xiǎn)管理方法的研究.本文所提出的在某項(xiàng)航天型號系統(tǒng)中技術(shù)成熟度,技術(shù)成熟困難度及技術(shù)風(fēng)

14、險(xiǎn)管理控制的關(guān)系框圖如圖1所示.豆一一一一一一一一一一一圖1技術(shù)成熟度,困難度及風(fēng)險(xiǎn)管理關(guān)系圖通過對當(dāng)前技術(shù)成熟度和目標(biāo)技術(shù)成熟度進(jìn)行評價,確定技術(shù)成熟困難度,將技術(shù)成熟度和技術(shù)成熟困難度的評價結(jié)果應(yīng)用于技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)的評估,并指導(dǎo)技術(shù)攻關(guān)籌劃和管理控制方案的制定.設(shè)計(jì)師系統(tǒng)可據(jù)此進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)分析,同時還可以進(jìn)一步把技術(shù)成熟度評價時確定的評價原那么條目作為開展技術(shù)攻關(guān)籌劃的指導(dǎo)框架,即把關(guān)鍵技術(shù)下一個級別直到目標(biāo)級別的各級評價定級時確定的考核條目,作為要到達(dá)該級別的成熟度時需要開展的技術(shù)攻關(guān)活動的根本框架,以此為綱補(bǔ)充完善并制定關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)方案.型號指揮系統(tǒng)可在工程的各個階段,用它來定量化識

15、別和控制技術(shù)風(fēng)險(xiǎn),并確保設(shè)計(jì)師系統(tǒng)確定的技術(shù)攻關(guān)方案的資源投入,并在關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)上組織各類考核驗(yàn)證等質(zhì)量活動,以到達(dá)型號指揮系統(tǒng)和技術(shù)系統(tǒng)在應(yīng)對型號研制技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)時的協(xié)調(diào)一致.本文所提出的基于技術(shù)成熟困難度的研制風(fēng)險(xiǎn)管理方法涉及關(guān)鍵技術(shù)識別,關(guān)鍵技術(shù)的技術(shù)成熟度當(dāng)前等級和目標(biāo)等級的評價,技術(shù)成熟困難度等級的評價,技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)的辨識,分析,評價和應(yīng)對等管理環(huán)節(jié),從而構(gòu)成一套相對完整的系統(tǒng)方法,方法模塊如圖2所示.圖2中的關(guān)鍵技術(shù)識別模塊用于選取評價對象,技術(shù)成熟度評價模塊用于說明當(dāng)前狀態(tài),技術(shù)成熟困難度評價模塊用于說明開展過程中的狀態(tài),風(fēng)險(xiǎn)對策模塊用于對開展過程中的狀態(tài)進(jìn)行管理.其中,關(guān)鍵技術(shù)的識別通過專

16、家和研制人員的經(jīng)驗(yàn)確定,建立工程的技術(shù)分解結(jié)構(gòu)圖,根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)粗略獲取各項(xiàng)技術(shù)對工程的重要性和技術(shù)本身的風(fēng)險(xiǎn)性,將重要性和風(fēng)險(xiǎn)性均較大的技術(shù)確定為關(guān)鍵技術(shù).技術(shù)成熟度的評價采用基于TRL的技術(shù)成熟度評價方法,根據(jù)TRL技術(shù)成熟度評價方法中的各?80?航天控制關(guān)鍵技術(shù)識別技術(shù)成熟度評價技術(shù)成熟困難度計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)對策包括關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域,評價關(guān)鍵技術(shù)的當(dāng)包括技術(shù)成熟困難關(guān)鍵分系統(tǒng),犬項(xiàng)關(guān)前技術(shù)成熟度等級度積分公式的建立包括技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)的辨鍵技術(shù),子項(xiàng)關(guān)鍵技和目標(biāo)狀態(tài)的技術(shù)神1評價細(xì)那么特征權(quán):l,分析,評價和應(yīng)對術(shù),技術(shù)難點(diǎn)等成熟度等級重?cái)?shù)值確實(shí)定(技術(shù)成熟度(技術(shù)成熟困難度(風(fēng)險(xiǎn)評估的根底)(落實(shí)到技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)

17、管理)評估時明確)評估的根底)圖2基于技術(shù)成熟困難度的風(fēng)險(xiǎn)管理方法模塊圖項(xiàng)評價準(zhǔn)那么和評價細(xì)那么特征確定技術(shù)當(dāng)前的成熟度等級.其中,評價準(zhǔn)那么和評價細(xì)那么確實(shí)定是重點(diǎn),需要針對所評價的專業(yè)領(lǐng)域具體確定.技術(shù)成熟困難度的計(jì)算過程采用文獻(xiàn)4提出的技術(shù)成熟困難度積分計(jì)算方法完成,技術(shù)成熟困難度.計(jì)算的積分公式如下,D2=Jot(feature)一Tw(feature)d(feature)J(1)其中,Tv(feature)表示該技術(shù)在第級時的成熟狀態(tài);Tw(feature)表示該技術(shù)在第W級時的成熟狀態(tài)(>);OL為各個特征維的權(quán)重系數(shù),是計(jì)算:的積分公式中較為重要的參數(shù),決定了.計(jì)算公式的準(zhǔn)

18、確度,具體權(quán)重?cái)?shù)值那么通過遺傳算法優(yōu)化選擇獲取.與傳統(tǒng)的基于表單的技術(shù)成熟網(wǎng)難度評價方法相比,基于遺傳算法的技術(shù)成熟困難度計(jì)算方法能夠更加客觀準(zhǔn)確地得出技術(shù)成熟困難度數(shù)值,為技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)評估提供較為準(zhǔn)確的根底數(shù)據(jù).3技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)評估及風(fēng)險(xiǎn)管理技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)與待評價技術(shù)失敗的概率及待評價技術(shù)失敗后果嚴(yán)重性相關(guān),為量化技術(shù)風(fēng)險(xiǎn),需要對上述2個要素進(jìn)行準(zhǔn)確的分析及量化.待評價技術(shù)開展失敗的概率P可以由技術(shù)成熟度與技術(shù)成熟困難度綜合評價,P=(V,TRL)(2)技術(shù)成熟度說明待評價技術(shù)所處的狀態(tài),它的級別越低,說明該技術(shù)越不成熟,其失敗的概率也就越大.技術(shù)成熟困難度說明該技術(shù)從所處的技術(shù)成熟狀態(tài)向高級別的技術(shù)成熟狀

19、態(tài)(即更后果嚴(yán)重性計(jì)算函數(shù)g(.:,TRL),可以根據(jù)具體工程進(jìn)行實(shí)例化,設(shè)置為不同的函數(shù)形式,以得出技術(shù)開展失敗概率,如R=g(ATRL,TCV)=豫LTCV(5)在航天型號工程中,不同技術(shù)對工程的成功具有不同的影響,技術(shù)關(guān)鍵度本質(zhì)上是一種描述待評價對工程成功影響程度的數(shù)值,即技術(shù)在本工程中的重要性.具體的技術(shù)關(guān)鍵度TCV分級可如表l所示表1技術(shù)關(guān)鍵度分級描述通過表1反映了TCV是表示該技術(shù)對于工程成功的重要性的加權(quán)系數(shù),在根據(jù)專家評價得出技術(shù)關(guān)鍵度之后,綜合當(dāng)前的技術(shù)成熟度級別與進(jìn)入系統(tǒng)開發(fā)階段時所要求的目標(biāo)技術(shù)成熟度級別的差值,得出技術(shù)失敗后果的嚴(yán)重性,技術(shù)失敗后果的嚴(yán)重性分級描述如表2

20、所示.第29卷第5期張剛等:基于技術(shù)成熟困難度的航天型號研制風(fēng)險(xiǎn)管理方法?81?表2技術(shù)研發(fā)失敗的后果嚴(yán)重性分級描述綜合技術(shù)成熟度,技術(shù)成熟困難度,技術(shù)關(guān)鍵度,得出技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)矩陣評價結(jié)果如下列圖3所示.|囊|套毫毒!iii瓤:i:ili:iiii:ii:iiii!iiiiiii:iiiiiii瓣中險(xiǎn)低險(xiǎn)0.10.20.30.40.50.60.70.80.91Rfailre=l(ATRL,圖3技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)矩陣評價圖該方法結(jié)合了技術(shù)成熟度,技術(shù)成熟困難度,技術(shù)關(guān)鍵度的分析結(jié)果,獲取技術(shù)開展風(fēng)險(xiǎn)矩陣結(jié)果,得出技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)的高,中,低三個級別,或劃分為更為細(xì)致的控制層級.技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)矩陣是風(fēng)險(xiǎn)分析和管理的根底和核心

21、,在采用技術(shù)成熟困難度獲取了較為準(zhǔn)確的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)矩陣之后,即可利用現(xiàn)有的風(fēng)險(xiǎn)管理措施,從本錢,人員和資源等方面,對航天型號工程進(jìn)行相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)管理.4結(jié)論本文提出了一種基于技術(shù)成熟困難度的風(fēng)險(xiǎn)評估和管理框架,用以指導(dǎo)航天型號技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)的管理工作.該方法建立在廣泛驗(yàn)證的技術(shù)成熟度評估基礎(chǔ)上,充分針對航天型號中相關(guān)技術(shù)的特點(diǎn),建立技術(shù)成熟困難度計(jì)算方法,并在技術(shù)成熟度評價結(jié)果和技術(shù)成熟困難度計(jì)算結(jié)果的根底上,結(jié)合技術(shù)關(guān)鍵度,采取定性與定量相結(jié)合的方式,得出技術(shù)開展的風(fēng)險(xiǎn)評估結(jié)果,以此指導(dǎo)技術(shù)的公關(guān)籌劃和工程管理工作.本文所提出的方法已通過了專家審定,被某型號工程接受為風(fēng)險(xiǎn)管理及關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)籌劃的支撐技術(shù)

22、,下一步隨著工程應(yīng)用的不斷深入還需結(jié)合航天型號研制管理模式的變革開展進(jìn)一步的研究和探索.參考文獻(xiàn)1馮珊,郭四海,周凱波.武器裝備虛擬采辦技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)綜合評估J.智能系統(tǒng),2021,5(3):384-392.(FENGShan,GUOSihai,ZHOUKaibo.AComprehen-siveMeansforEvaluatingTechnicalRiskintheSimulationBasedAcquisitionModelforWeaponSystemsJ.CAAITransactionsonIntelligentSystems,2021,5(3):384392.)2符志民,李漢鈴.航天研發(fā)工程風(fēng)險(xiǎn)分