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2 0 0 9 年7 月 第7 卷第7 期 项目管理技术 P R OJ E CT MANAGE ME NT T E CH N OL OGY 基于制造成熟度的武器装备研制 项 目制造风险评估 水 何益海 常文兵(北京航 空航天大学工程系统工程系 北京 1 O O 1 9 1)摘要：制造风险是否得到有效控制是影响武器装备研制项 目成功与否的关键因素，针对武器装备研制项 目制造 风 险评估方法研 究的不足，提 出 了基于制造成熟度 与模糊层析分析 方法的制造风 险评估方法。在剖析 美军采办 制造成熟度概 念的基础上，明确 了制造风 险内涵与评估流程；基于制造成熟度评估模型，建立 了制造风 险评 估指 标体 系；基于模糊层 析分析方法，建立起 了制造风险的量化评估方法；最后，通过 某导弹装备研制项 目制造风 险 评估 实例，初 步验证 了所提 方法的正确性 与有效性。关键词：武器装备研制项 目；制造成熟度；制造风险；评估指标体 系；模糊层次分析 0引言 随着 武 器装备 研 制项 目规 模 与要 求 的不断 提 高，大量项 目因为在研制阶段缺乏应有的制造知识 辅助决策而造成进度拖延、质量下降与费用超支等 情 况，因此，有 必要对 武 器装备 研制 项 目进行 专门 的 制造风 险评 估。通过 制造 风 险评估，可 以识 别 出 武器装备研制项 目存在的风险以及这些风险将给 武器装备研制带来的可能影响。根据评估结果可以 选择相应的防范措施，通过实施改进措施，有效地 降低风险或避 免风险，保证武 器装备研制 项 目顺利 完成。在制造风险评估领域，国内外开展 了大量研 究，其中，美国三军联合制造技术委员会(J D MT P)基于技术成熟度(T e c h n o l o g y Re a d i n e s s L e v e l，T R L)提 出制造成熟度(Ma n u f a c t u r i n g R e a d i n e s s L e v e l，MR L)评价模型，通过评价武器装备研制项 目关键节点的制造成熟度水平来识别制造风险，初 步提出了基于制造成熟度评价 的制造风险管理流 程；国内学者对生产风险概念与制造风险评估策略 进行了定性研究。从以上可以看出，在现有文献中，较少提及量化的制造风险评估模型与方法。为此，基金项 目：预研重 点基金项 目。本文提 出了一种新的基于制造成熟度与模糊层析 分 析方 法的制 造风险 评估 方法。1制造风险内涵与评估流程 1 1制 造成 熟度 制造成熟度是美军近年来在项 目采办管理中 基于技术成熟度引入并应用的一个新工具，用于确 定武器装备研制过程 中制造技术是否成熟，以及技 术转化过程中是否存在风险，从而管理并控制武器 系统生产，使其在质量和数量上实现最佳化，即最 大限 度提高武 器系统 质量、降低成 本和缩短生 产周 期，满足 作战任 务需求。制造成 熟度是对 技术成 熟度概念 的拓展，主要 用于弥补技术成熟度难以评估装备生产系统的经 济有效性这一不足。和技术成熟度等级划分一样，制造成熟度提供了系统的标准和衡量方法，用于评 定特 定阶段制 造技术 的成熟度，并允许 不同类型技 术之间进行一致的成熟度比较。制造成熟度等级共 分 以下 1 0 级：(1)MR L1 3 级。在实验室研究的基础上，已经 确定生产的概念或生产需求。(2)MR L 4 级。已确定按成本设计(DT C)目标，何益海 等：基于制造成熟度的武器装备研制项目制造风险评估 2 0 0 9 年第7 卷第7 期 初步启动可生产性风险评估。(3)MR L 5 级。已确定产量，效率问题、关键质量 特性以及科技 专用试验设备要求，已开始生产规 划。(4)MR L 6 级。在实验室环境下验证检测，试验 设备，分析生产成本影响因素和目标。(5)MR L 7 级。已达 到小批量 试生产要 求，已在 生产环境下验证工艺过程。(6)MR L 8 级。可生产性风险评估即将完成，所 有制造工艺已经确定。(7)MR L 9 级。系统、组件或零件处于小批量试 生产中，小批量试生产成本符 合生产 目标，设备、工装、检测 与试 验设 备 交 付满 足3 o 或 其 他质量要 求。(8)MRL1 0 级。本阶段为 大批量生产或维护阶段，是制 造 成熟度 最高水 平，要 求所有 原 材 料、制 造 工 艺过 程、检测 与试 验 设 备的 生 产 能 力都 符 合6 o r 或其 他 质量 要求。在武器装备研制项 目过程 中的每个里程碑决策点，都需 形式的后果：装备实物质量(性能)达不到预期指 标，质量不稳定；研制进度拖延，不能按时批量生 产与交付；研制费用超支，需要额外拨款，加大经 费投入。1 3制造风险评估流程 根据系统工程与并行工程思想，为了有效地预 防和 降低武器装备研制过 程制造风 险，制造风险评 估活动应该贯穿于研制生产过程始终，而不是等到 快投产时 才被动开展。在借鉴美军采 办项 目制造成 熟度评估与风险管理流程的基础上，提出如图1 所 示的制 造风险 评估流程。翟羞 一 要从制造角度评估整体项 目的技术成熟度，其核心 目标是根据制造和生产过程的成熟度，评估装备项 目可制造性风险，确保装备技术方案从设计部门到 生产车 间的平稳转 移。1 2制造风险内涵 制造风险是指在武器装备研制过程中，由于生 产系统中的有关因素及其变化的不确定性而导致 新产品开发失败的可能性。如难以实现大批量生 产、生产周期过长、工艺不合理、设备和仪器损坏、检测手段落后、产品质量难以保证、可靠性差或者 供应 系统无法满 足批量生 产的要 求等。为了在武器装备研制过程中量化和控制制造 风险，可以通过评价关键节点生产系统的成熟度等 级的实测值与 目标值之间偏差大小来确定制造风 险发生概率的大小，偏差越大，概率越高，偏差越 小，发生可能越低。生产系统成熟度偏差大小也直 接影响着制造风险后果，制造风险有可能导致以下 在武器装备研制过程中，总共有7 个节点需要 进行制造风险评估，每个节点对项 目生产系统的成 熟度有明确要求，其中第2、第4 和第6 个节点为里程 碑节点，在美军采办管理过程中，这3 个节点是重点 监督对象。单节点制造风险评估的流程核心是对照 评估基准，明确制造风险源，分析它们的发生概率 与影响 后果，最后 综合评 估 出单 节点 制造风 险。在 项 目制造管理中，转阶段决策除了考虑当前评估节 点的制造风险值外，还需要考虑之前节点的制造风 险值的大小，保证每个阶段制造风险值都在合理的 波动范围之内，这是制造风险评估与管理的最终 目 的。2制造风险评估指标体系 为 了有效地度量武器装备研制过程评估节点 的制造风险，需要构建能够反映出制造成熟度水平 2 0 0 9 年第7 卷第7 期 项目管理技术 变差与影响后果的评估指标体系，在参考制造成熟 度评价模型的基础上，提出从技术与工业化基础、设计方案、成本与预算、生产材料、过程能力与控 制、质量管理、人员、设备和生产管理等9 个方面来 综 合评估制 造风 险。(1)技术与工业化基础风险。技术与工业化基 础风险是指当前国家的整体技术水平给项目设计、开发、生产、运行、维修及报废等方面带来的不确定 性。考虑的主要风险因素有：制造技术成熟度等级、工业化基础能力水平以及工业能力与容量满足任 务程度等。(2)设计方案风险。设计方案风险是指设计方 案满足需求的程度。考虑的主要风险因素有：设计 方案技术状态水平、关键节点可制造性评价情况、技术状态接受标准是否存在、可生产性工程与计划 实施情况以及特殊工装与测试设备准备情况等。(3)生产材料风险。生产材料风险是指原材料 与配套件供应风险。考虑的主要风险因素有：原材 料合理性验证情况、原材料保障性情况、物料表风 险管理、环境因素与合同特殊处理措施等。(4)成本与预算风险。成本与预算风险是指项 目满足研制经费要求与预算计划的风险。考虑的主 要风险因素有：面向成本的设计、生产成本评估、成 本 降低 措施 以及经 费保障 等。(5)过程能力与控制风险。过程能力与控制风 险是指制造过程保证关键特性再现性与稳定性的 风险。考虑的主要风险因素有：关键特性与工艺过 程 分析、波动 偏差 分析 与控制、过 程能 力分 析与 评 价以及工艺可靠性分析等。(6)质量管理风险。质量管理风险是指质量控 制与质量改进风险。考虑的主要风险因素有：质量 管理组织与策略、供应商质量管理、质量策划以及 质量保证大纲实施等。(7)人员风险。人员风险是指支持制造顺利进 行的一定数量的人员的技能与可保障性风险。考虑 的主要风险因素有：参与设计与开发情况、各类生 产人员确定情况、人员特殊技能识别情况以及培训 与认证情况等。(8)设备风险。设备风险是指生产线设备能力 与容量保证方面的风险。考虑的主要风险因素有：生产线策划与建设情况、新设备采购与校验情况、生产线试运行与验证情况等。(9)生产管理风险。生产管理风险是指武器装 备制造生产过程所有要素的集成与协调风险。考虑 的主要风险因素有：制造策略与计划、车间调度计 划、生产线作业控制以及库房管理等情况。3制造风险模糊综合评估 武 器装 备研 制项 目的 制造 风 险的 评 估具 有很 强的模糊性。首先是制造风险概念本身的模糊性，理论 界至今还 没有一个统 一的定 义，对其 包括的 因 素和表现形式的研究也未形成统一的体系。其次是 影响因素的模糊性，由于风险的复杂性，存在着诸 多不确定性的影响因素，而且这些因素之间相互可 能发生关联，同时这些影响因素对损失的影响程度 是非线性 和动态化 的，使得 对它们 的评估既 不能通 过有效 的数据统计 确定风 险事件发生 的概率，也无 法 直接准 确地判 断其 发生后 的严 重程度。因此，为减少判断的随意性，提高评估结果科 学性，本文将模糊评价方法与A HP 方法相结合，首 先在指标体系中用AHP 方法，按照指标 的递阶结 构，计算出各种指标的权重向量，而后用多层次模 糊 综 合评价 模型对制 造风 险进 行评估。3 1建 立指标 体 系 根据对制造风险的分析，先按制造风险的性质 分为九个结构性指标，并将每类风险的风险因子作 为各类结构性指标的分析指标，设结构指标集：U ，U ，U 3，U 4，U 5，U 6，U 7，U 8，U 9 ，指标体系如表1 所示。3 2 确 定评语 集 评语集指所有可能出现的对评估对象的评语，根据实际情况及制造风险管理的需要，将每个指标 按其表现程度划分为几个等级，评语集=V ，V：，v 3，V 4，1，5 ，其中 l，V 2，V 3，4，5 对应的风险等级分别 为“风险高”，“风险较高”，“风险一般”，“风险较 低”，“风 险低”。3 3构建权重集 在综合评价中，权重体现了每项指标在整个指 标体系中的重要程度，权重的确定是否科学合理直 何益海 等：基于制造成熟度的武器装备研制项目制造风险评估 2 0 0 9 年第7 卷第7 期 表 1制造风险评估指标体系 结构性指标 分析指标 技术与工业化 制造技术成熟度等级(u l I)基础风险 工业化基础能力水平(ul 2)(U )工业能力与容量(u l 3)设计方案风险 技术状态水平(u 2 1)(U，)可制造性(u 2 2)生产材料风险 原材料 质量水平(u 3 1)(u 3)配套管理(u 3 2)武器 成 本与预算风 险 成本 设计(U 4。)装备(u )成本评估(U 4 )研制 经费保障(3)项目 过程能力与控制风险 关键特性与工艺过程分析(1)制造 波动偏差分析与控制(u 5 2)风险(u 5)过程能力分析与评价(u 5 3)评估 指标 质量管理风险 质量管理组织与策略(u 6 )体系 (u 6)供应商质量管理()质量策划与保证(u 6 3)人 员风险 人员技能(u 7 1)(u )人 员可保障性(u 7 2)设备风险 设备能力(u 8 1)(u8)设备容量(u 8 2)生产管理风险 制造策略与计划(u 9 1)(u。)库房与车间调度(u 9 2)生产线作业控制(U 9 3)接影响到评价的准确性。由于在不同项 目里程碑节 点，各项制造风险中的各项因素对所评估指标的影 响程度不一样，而且存在风险偏好的不同，不同的 决策者对同一风险的认识和评价也各不相同。因而 对于武器装备研制项 目制造风险的评估，应反映各 种风 险 因素对武 器装备 的影 响程度 并缩 小评 估人 员之 间主观影 响的 差别。因此，可以 采用 层次分 析 法对各结构性指标和分析指标的重要性分别进行 排序，并按照各指标的影响程度及其重要性赋以相应 的权重，从而确定制造风险的各层次指标的权重 集。设结构性指标的权重集为A：(A ，A ，A )，各分析指标对应的权重为A =(a a ，a )(f=I，2，9)，-表示结构性指标U，中包含的分析指标的 数量。3 4模糊综合评价(I)建立模糊判断矩阵。利用德尔菲(De l p h i)法，参照已经建立的评语集 依次对各层级指标进 行评价，得到“隶属于第f(f=1，2，5)个评语v，的 程度，其中r =m，m为参与模糊综合评价的专 家总数，mij t 为参评的专家中认为指标“，属于评价等 级v 的 人数，由此可 以得到模糊 评价矩 阵，、I 川r fl5 J R：l l s J(2)第一级模糊综合评判。第一级模糊综合评 判是按结构性指标中的所有分析指标进行评价，根 据模糊评价矩阵足 结合各个分析指标的权重，对 每个分析指标进行综合评价，得到第一级模糊综合 评判为(采用加权平均型算子)B，=Af 一，(3)第二级模糊综合评判。第二级模糊综合评 判是在各结构性指标之间进行评判，将每个结构性 指标 当做一个因素，用 胙为 单因素评价，则 模糊综合评判矩阵为 R=(曰l，B2，B 3，B4，B 5，B6，B 7，曰8，B 9)=(6“)9 5 因此，可以得到 二级模糊 综合评判 为 B=A。=(b l，b 2，b 3，b 4，b 5)采取加权平均型算子，则 6=A b(4)评判指标的处理。经过模糊评价，得到一个 模糊向量曰：(b ，b：，b )，表示制造风险对第f 个评语v，的隶属度。最后，可以赋予不同等级评语 规定值卢，以隶属度b 为权重，得到制造风险的综合 评估分值为 0=，b 一般取k：1，2。4应 用分析 以某单位承担的某导弹装备研制项 目为例进 行各因素风险评估，以表1 给出的制造风险评估指 标为被评估因素论域，邀请1 0 名专家组成评估小组 对图1 中的关键节点6 即投产前制造风险进行评估。应用过程中的主要步骤及结果简述如下：(1)确定指标权重。根据专家对表1 的各结构指 标与分析指标采用层次分析法进行权重评分，经过 归一化处理后，具 体权重结果如 下：A=(0 0 5，0 0 7，壁 2 0 0 9 第7 卷第7 期 项目管理技术 表2分析指标评价结果统计 V l v 2 V 1 v 2 v 3 V 1 Ul】0 1 2 5 2 U4 2 O l 2 5 2 U7 l 0 1 l 6 2 Ul 2 l 2 5 2 0 U4 3 O 0 1 7 2 U 0 1 6 2 1 Ul 3 0 2 2 6 0 U 5 1 l 3 4 2 0 U 8 l 0 3 2 4 l U2 1 0 2 4 4 0 U 1 3 2 4 0 U8 2 0 2 3 3 2 U2 2 O 0 5 4 l U5 3 1 1 5 l 2 U9 l 1 1 4 1 l U3 l 0 l 2 3 4 U6 l 0 l 0 7 2 U l 1 2 5 l U3 2 1 2 l 3 3 U6 2 O 2 3 4 1 U9 3 2 l 3 4 1 U4 l 0 l l 4 4 U6 3 0 1 3 5 1 0 0 9，0 0 9，0 2，0 1，0 1 5，0 1，0 1 5)，A =(0 3，0 3，0 4)，A，=(0 4，0 6)，A =(0 5，0 5)，A =(0 4，0 3，0 3)，A =(0 3，0 3，0 4)，A =(0 3 5，0 3 5，0 3)，A，=(0 7，0 3)，A =(0 5，0 5)，A。=(0 3，0 3，0 4)。(2)构建模糊综合评判矩阵。评估小组对表1 中 每个分析指标根据所提供的问卷基于评估评语集 分别进行风 险权重评 分，经过 归一化处理 后得到二 级评判矩阵，在和权重相乘后合并得到一级模糊评 判矩阵，权重评分表如表2 所示。一级模糊评判矩阵如下 R=0 1 7 0 0 8 0 1 5 0 0 7 0 2 2 0 1 3 5 0 1 0 2 5 0 1 0 2 9 0 2 4 0 1 5 O 1 3 0 3 8 0 1 9 5 0 2 5 O 2 5 0 3 0 4 6 0 4 0-3 0 5 2 0 2 2 0 5 3 5 0 4 8 0 3 5 0 3 4 0 0 6 0 0 6 0 3 5 0 28 0 O8 0 1 3 5 0 1 7 0 1 5 O 1 (3)制造风险量化 评估。B=A。R=(0 0 4 7 0，0 1 4 6 4，0 2 7 4 9，0 3 7 9 8，0 1 4 8 9)，归一 化处 理后 得B。=(0 0 4 7，0 1 4 7，0 2 7 6，0 3 8 1，0 1 4 9)。将评语 集量化为=(1 0，8，6，4，2)，则制造总风险得分 卢=曰 V=5 1 2 4，即在该节点的风险值介于较低和一 般之 间。(4)风险原因分析与控制。评估结果表明，虽然 该项 目批产前制造总风险不高，但从表3 可以看出，和。指标的风险评估偏高，即该型导弹生产过程 控制和生产管理方面还存在一定的风险，需要进一 步强化各分析指标要求的工作内容，提高生产过 程控制能力与生产管理水平，进一步降低制造风 险。5结语 实现武器装备研制项 目制造风险的量化评估，是预防和控制制造风险的关键。本文借鉴美军采办 项 目制造成熟度评价思路，基于模糊层次分析方法 构建了一套系统化的制造风险评估方法，并进行 了 初步的案例应用，为武器装备研制项 目过程中开展 制造风险预防与控制提供了有效的途径和解决方 案。但是该方法还需要不断完善与应用，如何建立 更加符合我国国情 的风险评估指标体系的研究正 在 进行 当 中。参考文献【1】J o i n t De f e n s e Ma n u f a c t u r i n g Te c h n o l o g y P a n e l(J DMT P)Ma n u f a c t u r i n g Re a d i n e s s As s e s s me n t De s k b o o k R】W a s h i n gt on：De p a r t me nt o f De f e n s e，USA，2 0 08 2】T a ma r a J Ad a ms，e t a 1 As s e s s i n g t h e t r a n s i t i o n t o p r o d u c t i o n r i s k J P r o g r a m Ma n a g e r，2 0 0 2，3 1(5)：9 0 9 4 【3】Th e J o i n t De f e n s e Ma n u f a c t u r i n g T e c h n o l o g y P a n e l Ma n u f a c t u r i n g Re a d i n e s s L e v e l W o r k i n g Gr o u p MRL Gu i d e R】W a s hi ng t o n：De pa r t me n t of De f e ns e，USA，20 0 7【4】佟振博，等 面向工程系统研制的可制造性评价策略研究 J】，计 算机集 成制造 系统，2 0 0 5，1 1(1 0)：1 4 6 1 1 4 6 4 【5】陈弘 企业 新 产 品开 发风 险 及 其评 估模 型 J】系统 工程，2 0 0 6，2 4(7)：1 0 2 1 O 4 【6 De p a r t me n t Of De f e n s e，US A Ri s k Ma n a g e me n t Gu i d e F o r Do D Ac q u i s i t i o n R Wa s h i n g t o n：De p a r t me n t Of De f e n s e，USA，20 0 6【7】高会生，等 基于改进的F A H P 电力通信网风险评估 J 1 系统 工程理论与实践，2 0 0 8(3)：1 3 3 一 l 3 8 【8 张凤娟，等 基于模糊A H P 的第三方物流企业服务质量评价 研究【J】工业工程，2 0 0 5，8(3)：1 0 8 1 1 2 缸 固 收稿日期：2 0 0 9 0 3 2 0 0 0 n 0 0 0 O 0 C 0