考慮人及組織因素的航天工程項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)分析模型論文
1引言
航天工程項(xiàng)目中，由于人及組織因素造成的航天工程失敗案例占總案例的50%～90。例如，1986年“挑戰(zhàn)者號(hào)”和2003年“哥倫比亞號(hào)”航天飛機(jī)失事事件的調(diào)查均揭示出人及組織因素會(huì)產(chǎn)生災(zāi)難性的結(jié)果。
傳統(tǒng)的航天工程項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)分析方法往往忽略了人及組織因素引起的風(fēng)險(xiǎn)，如：失效模式效果分析(FailureModeandEffectsAnalysis，F(xiàn)MEA)是應(yīng)用表格對(duì)不同風(fēng)險(xiǎn)源的發(fā)生概率及其后果進(jìn)行描述;影響圖表(InfluenceDiagrams)是從復(fù)雜過程中提煉和分解出顯著的不確定因素，并且應(yīng)用專家評(píng)價(jià)、統(tǒng)計(jì)學(xué)方法或數(shù)學(xué)模型分析這些不確定因素;在航天工程項(xiàng)目中得到普遍應(yīng)用的概率風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法(ProbabilisticRiskAssessment，PRA)是將產(chǎn)品從概念上分解為功能模塊，接著評(píng)價(jià)在不確定外部事件條件下組件和子系統(tǒng)的失效率，最后將其組合成一個(gè)整體的失效概率;系統(tǒng)行為管理框架是應(yīng)用PRA分析人及組織的行為，描述了管理政策是如何影響人的行為及工程系統(tǒng)的。這些模型從航天工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)、系統(tǒng)組成等方面對(duì)風(fēng)險(xiǎn)因素識(shí)別，風(fēng)險(xiǎn)事件定義，風(fēng)險(xiǎn)概率和風(fēng)險(xiǎn)后果計(jì)算給出了定性和定量化的方法，但是沒有指明人及組織因素引起工程風(fēng)險(xiǎn)的機(jī)理和機(jī)制，也沒有提供一種定量化的方法。本文將根據(jù)對(duì)多項(xiàng)航天工程項(xiàng)目的.調(diào)查，描述人及組織和引起工程風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)系，并建立考慮了人及組織行為因素的航天工程項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)分析模型框架。
2人及組織因素對(duì)航天工程風(fēng)險(xiǎn)的影響
人及組織行為因素是通過影響元器件的建造工作，引起潛在的缺陷風(fēng)險(xiǎn)，影響元器件失效概率從而引起航天工程風(fēng)險(xiǎn)的。因此本文認(rèn)為，人及組織行為因素引起工程風(fēng)險(xiǎn)的過程是“工作質(zhì)量齬倘畢莘縵帳錄齬倘畢菅現(xiàn)匭”。
其中，考慮人及組織行為因素的工作質(zhì)量可以用“工作完成率”描述;工作質(zhì)量與某種風(fēng)險(xiǎn)事件的相關(guān)性可以用工作質(zhì)量與工程缺陷的“一致性概率”描述;用Poisson過程描述該工程缺陷對(duì)元器件失效概率的影響;應(yīng)用PRA 模型描述工程缺陷對(duì)元器件失效概率的修正及復(fù)雜系統(tǒng)的失效概率。圖1描述了人及組織行為因素引起工程風(fēng)險(xiǎn)的過程。
3實(shí)證分析
本文對(duì)一個(gè)衛(wèi)星項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)證研究，該工程的相關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)均進(jìn)行了處理。該衛(wèi)星項(xiàng)目包括4個(gè)子系統(tǒng)：軌道器、發(fā)射器、地面系統(tǒng)和通信子系統(tǒng)。其中，軌道器、發(fā)射器、地面系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案相同，而通信子系統(tǒng)有兩種不同的技術(shù)方案：低冗余設(shè)計(jì)和高冗余設(shè)計(jì)，其中，低冗余設(shè)計(jì)僅有一個(gè)元器件，而高冗余設(shè)計(jì)有兩個(gè)并聯(lián)的元器件。這兩種技術(shù)方案的復(fù)雜程度有著很大的不同，因此其設(shè)計(jì)開發(fā)的人員組成及組織結(jié)構(gòu)均有所不同。
描述了兩種技術(shù)方案下通信子系統(tǒng)工作完成率的累計(jì)概率分布函數(shù)。該值是所有子任務(wù)的平均值。從圖2可知，工程項(xiàng)目越簡(jiǎn)單，其工作完成率越高。該結(jié)果與假設(shè)的方案及組織屬性和工作屬性相關(guān)。
表2描述了該航天工程項(xiàng)目的缺陷類型。該工程項(xiàng)目需要一個(gè)通信系統(tǒng)支持特定數(shù)據(jù)的傳輸，因此可以從無法保證傳輸要求來分析可能產(chǎn)生的缺陷，例如造成運(yùn)行時(shí)傳輸數(shù)據(jù)丟失的軟件bug，不一致的通訊協(xié)議等。
表2僅僅列出了6種缺陷類型，其發(fā)生概率可以通過專家訪談并根據(jù)航天工程的數(shù)據(jù)庫得到。其中，由于假設(shè)兩種航天工程技術(shù)方案的不同僅僅在于通信子系統(tǒng)，因此認(rèn)為這兩種方案中系統(tǒng)通信協(xié)議不一致這種缺陷的發(fā)生概率是不同的，而其他缺陷的概率是相同的。
描述了缺陷模型的缺陷嚴(yán)重性評(píng)估。缺陷模型應(yīng)用Poisson分布估計(jì)開發(fā)過程造成的這種缺陷的嚴(yán)重性。從該圖中可以看出，高冗余的方案中，由于更為復(fù)雜的設(shè)計(jì)任務(wù)，相對(duì)于低冗余方案，仿真結(jié)果顯示會(huì)產(chǎn)生較為嚴(yán)重的缺陷。優(yōu)化模型將評(píng)估較高的缺陷嚴(yán)重性能夠補(bǔ)償冗余所帶來的收益。
得到了缺陷發(fā)生次數(shù)對(duì)應(yīng)的缺陷概率。該值可以看成是元器件失效的一次檢驗(yàn)，因此可以作為元器件或子系統(tǒng)失效的后驗(yàn)實(shí)驗(yàn)對(duì)元器件失效的先驗(yàn)概率進(jìn)行修正，得到元器件或子系統(tǒng)失效的后驗(yàn)概率。根據(jù)以上的方案，得到了兩種技術(shù)方案下通信子系統(tǒng)失效概率的累計(jì)分布函數(shù)，具體如圖4所示�？梢钥闯�，在所研究的航天工程項(xiàng)目中，兩種設(shè)計(jì)方案的失效概率差別并不大，相對(duì)來說冗余設(shè)計(jì)方案的失效概率相對(duì)單設(shè)計(jì)方案的失效概率要小。盡管冗余設(shè)計(jì)中人及組織行為較為復(fù)雜，引起的缺陷風(fēng)險(xiǎn)較高，但冗余設(shè)計(jì)本身的高可靠性還是補(bǔ)償了組織行為所帶來的風(fēng)險(xiǎn)。
4結(jié)束語
本文構(gòu)建了考慮人及組織因素的航天工程項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)分析模型。首先，提出了人及組織因素引起工程風(fēng)險(xiǎn)的過程“工作質(zhì)量齬倘畢莘縵詐齬倘畢菅現(xiàn)匭冤鱸器件失效概率”。該過程說明，人及組織行為因素首先影響元器件的建造工作，沒有完成的工作會(huì)引起潛在的缺陷風(fēng)險(xiǎn)，缺陷風(fēng)險(xiǎn)會(huì)對(duì)元器件的先驗(yàn)失效率進(jìn)行修正，從而得到一個(gè)更合理的元器件失效概率(后驗(yàn)概率)。所構(gòu)建的模型能夠根據(jù)人及組織行為因素對(duì)元器件的建造工作進(jìn)行評(píng)價(jià)，得到工作完成率，進(jìn)而根據(jù)工程工作與各種可能缺陷類型之間的相關(guān)性測(cè)度工作質(zhì)量與不同缺陷類型之間的一致性概率。通過Poisson分布可以計(jì)算得到缺陷嚴(yán)重性能夠修正對(duì)元器件先驗(yàn)失效率的認(rèn)識(shí)，并且可以根據(jù)PRA模型得到復(fù)雜系統(tǒng)的失效模型。最后，本文實(shí)證研究驗(yàn)證了本文所提出的風(fēng)險(xiǎn)分析模型。
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