淺談國外航天領域風險管理

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一、引言

風險有很多不同的定義：若針對某個項目，風險指在項目執行過程中可能出現的不利事件，其發生會引起該項目在限定的費用、時間和技術約束條件下無法完成甚至完全失?。欢鳪JB5852-2006中對風險的定義是在規定的技術、費用和進度等幾個約束條件下，對不利于實現裝備研制目標的可能性及所導致的后果嚴重性的度量。從中可以歸納出風險的兩個基本要素，即發生的概率和影響的大小，風險發生的概率越大、影響越嚴重，風險水平就越高。風險管理就是對可能遇到的各種風險進行規劃、識別、評估、應對和監控的過程，是以科學的管理方法實現最大安全保障的實踐活動的總稱。航天器環境試驗是在模擬空間環境條件下，對航天器整體或部分進行考核的一系列試驗項目的總稱，它涵蓋的試驗項目主要包括：振動、沖擊、噪聲、模態、熱真空、熱平衡、EMC、電磁兼容等。從學科來說，這些試驗項目基本上涵蓋了航天器有關的力學、熱學、電磁學、可靠性等學科。由于不同的試驗項目涉及的設備、方法、條件等因素都各不相同，這就更加提高了航天器環境試驗項目的風險性。環境試驗本身是降低航天器研制風險的一種手段，可以通過模擬環境條件來考核或測試產品在空間環境下的功能、性能是否滿足設計要求。合理有效的環境試驗可以有效降低航天器的研制風險，但是環境試驗本身又會引入新的風險，可能給安全、進度、經費等帶來負面影響，所以對航天器研制及環境試驗進行有效的風險管理十分重要。

二、國外航天領域風險管理的發展情況

（一）美國國家航空航天局（NASA）的風險管理20世紀50年代，美國國家航空航天局（NASA）開始采用概率計算的方法來對航天器的可靠性進行分析，同時應用故障樹方法對導彈的可靠性進行了定性分析。60年代美國開始對大型航天項目進行風險管理，主要手段是失效模式及其影響分析（FMEA）和關鍵相關項目表（CIL），同時NASA開始將風險分析工作制度化。到70年代，為了提高核反應堆的安全性，研究者在故障樹理論的基礎上開發出了故障樹分析（FTA）方法，使風險分析更加量化。80年代概率風險評價（PRA）法作為一種新的定量風險分析方法被用于核工業和化學工業，但并沒有引起NASA的重視和應用。但隨著1986年挑戰者號航天飛機發生爆炸事故造成重大損失，NASA開始采用PRA方法對航天飛機的飛行過程進行全面的風險分析。1988年2月NASA了管理條例8070.4“載人飛行項目中的風險管理政策”，正式將風險分析工作制度化。1998年4月，NASA的程序和指南NPG7120.5A“型號計劃和項目的管理過程與要求”中規定計劃或項目的主管人員應將風險管理作為決策工具來保證在計劃和技術上的成功，將風險管理和資源管理、性能管理、采購管理、安全和任務成功、環境管理并列，并在該文件的4.2節中對風險管理的目的、要求和方法做出了詳細的規定。2002年4月，NASA又頒布了NPG8000.4“風險管理程序和指南”，其中詳細規定了整個風險管理過程的實施要求，這充分體現了NASA對風險管理工作的重視程度。（二）歐洲空間局（ESA）的風險管理歐洲空間局（ESA）成立的時間相對較晚，但也對風險管理工作十分重視，風險分析貫穿在其航天項目的各個階段，但各階段的側重點有所不同。ESA在風險管理上主要借鑒了美國的概率風險分析技術，并根據實際情況進行了改進。歐洲空間標準化合作組織（ECSS）也制定了風險管理標準ECSS-M-00-03A，這說明風險管理在歐洲也已經制度化和標準化，成為航天工程中的一項重要工作。

三、主要風險分析及管理方法

（一）專家評估專家評估法是通過咨詢本領域或相關領域的專家，依靠專家豐富的知識和實踐經驗，對項目中可能出現的風險進行識別、預測和分析，并對風險控制措施提出建議的一種方法。專家評估一般是與評審活動同時進行的，在根據專家意見進行風險評估時可以根據專家的水平對其評估的權重加以調整，通過綜合考量多個專家的評估意見形成項目風險識別和分析結果或補充。（二）風險矩陣（RiskMatrixMethod，RMM）風險矩陣法是一種定性和定量相結合的風險分析方法，最早由美國空軍電子系統中心于20世紀90年代提出，并在美國軍方的項目風險管理中得到了廣泛的應用。風險矩陣法的基本思路是將風險的兩個要素（發生概率和影響）劃分為若干等級，然后分別作為矩陣表的行和列，交叉后的結果就是對風險水平的綜合考量結果，根據風險水平高低對風險事件進行相應的處理。（三）故障樹分析（(FaultTreeAnalysis，FTA）故障樹分析技術是美國貝爾電報公司的電話實驗室于1962年開發的，其主要思路是把所關注的系統風險事件作為分析的目標（即“頂事件”），然后逐級尋找直接導致風險事件發生的“中間事件”和無法或不需再深入研究的“底事件”，再用適當的邏輯關系把這些事件聯系起來從而形成“故障樹”，這樣就能表明系統的風險事件和引發風險的眾多因素之間的邏輯關系。故障樹分析法可用于對風險定性分析，這時可通過故障樹的生成和分析找到對風險事件出現起主要作用的底事件，然后采取相應的控制措施。故障樹分析法還可以結合布爾運算對具有邏輯關系的故障樹進行詳細的風險定量分析。（四）失效模式及影響分析（FailureModeandEffectsAnalysis，FMEA）失效模式及影響分析是一種由底至頂的分析方法，是在產品的策劃設計階段，對構成產品的各子系統、零部件逐一分析，找出潛在失效模式，分析其可能的后果，從而預先采取措施以提高產品的質量的一種系統化的活動。這種方法的工作原理為：①明確潛在的失效模式，并對失效產生的后果進行評分；②客觀評估各種失效原因出現的可能性；③對產品潛在的失效情況進行排序；④采取措施消除產品存在的問題。（五）概率風險評價（ProbabilisticRiskAssessment，PRA）概率風險評價是一種用于辨識與評估復雜系統風險的結構化、集成化的邏輯分析方法。它綜合了系統工程、概率論、可靠性工程及決策理論等學科的知識，主要用于分析那些發生概率低、后果嚴重但統計數據比較有限的事件。PRA方法通過系統地構建事件鏈并對其進行量化分析來研究系統風險，事件鏈由一系列事件組成，這些事件孤立地看可能不嚴重或不重要，但如果組合在一起卻可能引起嚴重的后果。PRA實施過程包括：定義目標與系統分析、識別初因事件、事件鏈建模、確定故障模式、數據收集和分析、模型量化和集成、不確定性與敏感性分析、評價結果與分析等步驟。

四、結語

本文介紹了風險管理在國外航天領域的發展歷史，并給出了幾種航天工程中常用的風險分析和管理方法。為保證航天任務的成功，除了提高相關的科學技術水平之外，風險管理水平也要同步提高，這樣才能有效地控制風險，減少事故或問題出現的概率或減弱其影響。

作者:胡青 單位:上海交通大學船舶海洋與建筑工程學院

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