基于专家权重和风险矩阵的潜艇集体逃生舱风险评估方法

陈生春，陈华伟

海军工程大学船舶与动力学院，湖北武汉430033

0 引 言

目前，国内外对装备的风险评估大多是在对大量历史数据或实验数据进行统计分析的基础上进行的，而新型装备和研制中的装备由于缺少实验数据，因而较难进行风险评估，尤其是难以开展定量分析。当前，使用较广泛的基于专家权重的风险分析方法、基于模糊集合的分析方法以及风险矩阵方法都不能很好地解决此类问题，本文将结合以上3 种方法的特点，给出一种新的风险评估模型，即把基于专家权重的风险等级计算方法和基于模糊集合的风险概率计算方法与风险矩阵相结合，以较好地解决这一问题。

潜艇集体逃生舱是艇员逃生的有效装置，因而进行风险评估对逃生舱的设计和制造具有重要的指导意义。这种基于风险的设计思路可以有效降低因设计缺陷而造成的资源浪费。利用本文给出的风险评估模型，将对部分失效模式进行初步的风险评估，并对结果进行对比分析，以证明该模型的适用性和结果的可信度。

1 专家权重的确定

确定专家权重是对评估专家的评估，是度量评估专家可信度的过程，有助于保证评估质量。对专家赋予的权重是对专家知识、经验和能力的综合数量表示。这里将专家权重分为两部分：静态权重和动态权重，通过静态权重和动态权重的组合得到最终的专家权重［1-3］。

1.1 静态权重

本文把依据专家影响力、专业熟悉度及相关知识充裕度等而确定的权重称为静态权重。以专家质量模型为基础，通过计算专家影响力(ZY)、专家相关知识充裕度(ZC)和专家专业经验熟悉度(ZJ)，由公式Zi=k1ZY+k2ZC+k3ZJ得到专家质量得分(Zi)，进行归一化处理后得到静态权重。设专家数为n，第j个专家的静态权重为

式中：Zij为第j 个专家的质量得分；Zik为第k 个专家的质量得分。

1.2 动态权重

在实际评估过程中，专家所判断的质量并不一定与他的静态权重相一致。动态权重是根据专家本次评估的偏离程度经反馈计算得到，偏离程度越大，专家获得的权重就越小，这种权重是一种动态的权重，可以考核专家本次的评估质量，是对专家评审质量的动态反映。在群体决策过程中加入动态权重可以使评估结果更贴近真实情况。

设n 个专家对同一方案的评估为mj（j=1，2，…，n），平均值，取可得

经归一化处理，得到各专家的动态权重

式中，Kj为第j个专家对该方案评估时的动态权重。

1.3 静态权重与动态权重的组合

静态权重与动态权重既可单独使用，也可以组合使用。静态权重反映专家本身的素质和，动态权重是专家在静态权重的前提下其能力的体现。为了对被评估对象做出更公正、科学的评估，提高评估系统的可靠性以及评估结果的精度，本文将静态权重与动态权重进行了融合，使得利用专家权重进行的模糊综合评判矩阵能更接近于实际。

首先，将静态权重与动态权重相乘，然后再进行归一化处理，计算公式为

在评估过程中，决定专家权重的因素很多，其中静态权重是每个专家所特有的，并且是固定的。同时，在专家进行评估的过程中，还存在临时的经验信息和临时心态，使得最终的专家权重由静态权重和动态权重共同决定。这种确定专家权重的方法在很大程度上降低了主观因素的影响，与其它直接赋予专家权重的方法相比，更加科学、合理。

2 风险矩阵的建立及计算

2.1 风险等级的确定

风险等级表征失效效应的严重程度，这里着重强调对艇员可能造成的伤害情况。目前，并没有一种精确的量值来描述风险等级，而只是将它们进行粗略的划分。依据标准的不同，划分情况也不同，通常依具体情况而定。

本文针对集体逃生舱，依据对人员可能造成的伤害情况，将风险等级划分为了5 个等级，即A，B，C，D，E，分别为致命的、可能造成永久性残疾的、需住院治疗的、需在岸上由医生治疗的，以及简单的海上应急救治。专家一般不会直接判断某失效模式的风险等级，多用带有模糊性的分值给出判断。本文为不同的风险等级赋予了不同的区间值，对应关系如表1 所示。

表1 风险等级Tab.1 Risk grade

这里选取20 人组成专家组，通过专家会议法来进行风险识别，得到的部分失效模式如表2所示。

表2 失效模式及其符号Tab.2 Failure modes and symbols

由专家组对各失效模式的危险程度进行打分，并根据打分情况确定专家动态权重，然后由公式（1）计算专家静态权重，由公式（4）确定最终的专家权重。计算结果如表3 所示。

表3 专家权重Tab.3 Expert weights

将各专家的权重与其给出的分值进行组合（计算方法见式（5））。查表1 可确定各失效模式的风险等级，其结果如表4 所示。

式中：wi为第i 个专家的权重；ri为第i 个专家的打分分值；Bj为第j 个失效模式的最终分值。

表4 失效模式的风险等级Tab.4 Risk grade of failure modes

2.2 风险概率的计算

风险概率带有显著的模糊性，传统的统计方法难以解决此类问题。本文将采用专家主观判断法与模糊集理论相结合的方法来评估事件发生的风险概率。

模糊可能性值表示某事件发生的置信度，与风险概率的近似对应关系如表5 所示。通过将专家评估语言转化为模糊可能性值，从而确定风险概率，其计算过程参照文献［4-8］。

表5 风险概率Tab.5 Risk probability

2.3 风险值的确定

在失效模式、影响及危害度分析（FMECA）中，将失效模式的发生概率与失效模式的严重程度综合在一起即为失效模式的危害度，风险值的概念即来源于此。本文将失效模式的风险等级（严重程度）与风险概率（发生的概率）进行了综合，其结果即为失效模式的风险值。

结合上述针对潜艇集体逃生舱的风险等级和风险概率，建立了风险值矩阵，如表6 所示［9-10］。风险值为1～15 的整数，并将其划分为了不同的区间，给出了不同的应急方案。

表6 风险矩阵Tab.6 Risk matrix

结合各失效模式的风险概率及其风险等级，查表6 可得到其风险值，结果如表7 所示。

表7 失效模式的风险等级Tab.7 Risk grade of failure mode

表8 给出了在不同风险值下应采取的措施。

表8 风险值Tab.8 Risk value

3 评估结果的可信度分析

潜艇集体逃生舱作为一种新型的救生装备，目前还没有相关失效模式的统计数据，也难以进行实验验证。因此，本文将主要通过与类似救生装备的风险评估结果进行对比来确定该评估结果的可信度。2009年，英国詹姆士费舍尔公司（JFD 公司）采用风险矩阵的方法对LR7 型深潜救生艇进行了风险评估（表9），本文在其评估结果中选取了4 个与集体逃生舱类似的失效模式进行了对比。

表9 LR7 部分失效模式的评估结果Tab.9 Evaluation results of LR7 failure modes

由于两者在结构、原理和使用方式等方面存在差异，因而类似失效模式的评估结果不可能完全相同。由表9 和表10 可以看出，4 种类似失效模式的评估结果基本一致，说明该评估结果具有较高的可信度。

表10 集体逃生舱部分失效模式的评估结果Tab.10 Evaluation results of collective escape capsule failure modes

4 结 语

针对处于研制阶段的装备无历史数据和实验数据，风险评估较为困难的情况，本文将基于专家权重的风险等级计算方法和基于模糊集合的风险概率计算方法与风险矩阵予以了结合，给出了一种新的风险评估模型，解决了无法进行定量分析的问题。从评估过程及评估结果来看，本文所提出的评估模型具有较好的适用性，能较好地完成对在研项目的风险评估，应用该评估模型得到的评估结果具有较高的可信度。

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