大型復雜電子體系工程風險傳遞機制研究

林海濤 崔辰悅

摘? 要：為研究大型復雜電子項目工程建設過程中的風險事件，文章從體系工程視角，聚焦風險傳遞路徑和傳遞模式，構建了一種基于群湯模型的技術風險傳遞模型，探討了大型復雜電子項目風險傳遞機制與應對策略，并給出了風險控制策略。研究結果表明，在體系工程推進過程中，應及時識別和發現風險源規模巨大的節點，并制定相應的風險應對措施，可以更精確地預測和控制高風險事件的發生。

關鍵詞：體系工程;風險事件;風險傳遞;群湯模型

中圖分類號：N945.12? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2021）05-0055-05

Research on Risk Transfer Mechanism of Large Complex Electronic

System Engineering

LIN Haitao，CUI Chenyue

（China Academy of Electronics and Information Technology，Beijing? 100041，China）

Abstract：In order to study risk events in the construction process of large complex electronic projects，from the perspective of system engineering，focusing on the risk transmission path and transmission pattern，this paper constructs a technology risk transmission model based on the group soup model，discusses the risk transmission mechanism and coping strategies of large complex electronic projects，and puts forward the risk control strategies. The research results show that in the process of advancing system engineering，we should identify and find the nodes with huge risk sources in time，and formulate the corresponding risk response measures，which can more accurately predict and control the occurrence of high-risk events.

Keywords：system engineering;risk event;risk transmission;group soup model

0? 引? 言

體系（System of Systems，SoS）是目前大多數大規模集成體（包括系統、組織、環境等）普遍存在的問題，對這一問題的研究從最初Eisner在研究多系統集成時提出SoS的概念，到目前這一術語成為眾多領域熱點問題，其典型的概念與定義不少于40種，以下4種較為典型的定義描述了不同領域的問題背景與對體系的不同理解與認識。其中，美國國防大學陸軍工業學院Kaplan認為：體系是大規模復雜系統的集成，按照共同的使命任務協同實現體系能力;美國國防部認為：體系是相互依賴系統組合的連接，提供的能力遠大于組成系統的能力之和;2005年美國參謀長聯席會議主席Myers在《聯合能力與系統演化》（Joint Capabilities Integration and Development System，JCIDS）中給出了體系的定義：體系是相互依賴系統的集成，去掉任何一個組成系統會影響體系整體效能或能力;美國陸軍部在關于《陸軍軟件模塊化法規》（版本11.4E，2001.09）中對體系定義：體系是系統的集合，系統間在協同交互過程中實現信息交換與共享。

在各種體系問題背景下，體系工程（System of Systems Engineering，SoSE）應運而生。與傳統的系統工程相比，體系工程在解決大型復雜系統之間的相互協調與互操作問題更具有針對性，重在解決對現有系統和新研系統的多系統集成問題，包括新體系規劃設計問題、多系統集成問題;而系統工程重點解決單個系統（現有系統和新研系統）的需求、設計與開發問題。體系工程是對系統工程的延伸和拓展，它更加關注于將能力需求轉化為體系解決方案，最終轉化為現實系統。體系工程源于系統工程，但優于系統工程，能解決系統工程解決不了的體系問題。

目前對大型復雜電子項目風險的研究主要集中在將風險管理的理論和技術拓展到大型復雜電子項目風險管理中，包括風險規劃、識別、評估、應對和監控。Lee等[1]提出用貝葉斯網絡對大型工程項目建設過程進行風險管理。Grimsey等[2]通過分析蘇格蘭AV&S項目，從不同利益主體視角研究了PPP項目風險，并且歸納了風險的評價方法、評價視角、評價指標，總結了PPP項目所要面臨的風險。Wibowo等[3]采用立方體隨機模型進行模擬，從各個項目參與方的角度對PPP項目風險進行了系統性分析。Thomas等[4]在德爾菲法以及故障樹法的研究基礎上分析了風險對項目的影響情況和風險出現的概率，研究框架主要分為兩部分：一是根據項目中出現的主要風險創建數學模型，二是利用專家學者的打分建立判斷風險的矩陣。對于風險傳遞的研究主要側重于金融風險與危機等相關的領域，Baig等[5]研究了東南亞金融危機中各國的風險傳遞，Kaminsky等[6]研究了信貸風險在不同國家之間的傳遞，崔毅等[7]通過對亞洲金融風暴的分析，研究了企業微觀風險和宏觀金融危機間的傳導機理，朱靜怡等[8]論證了金融風險的三條主要傳導機制。還有一些學者[9-12]主要從企業風險傳導的定義、路徑和載體，以及風險傳導特征和機制等方面開展了研究。

大型復雜電子項目風險不僅來自整個項目的內外部環境，更重要的是整個項目自身構成要素與結構決定的，這些要素處于不同層次，通過層層交互、環環相扣構成一個非線性的復雜體系。當風險事件在體系中的某個要素節點或者局部區域爆發，通過這種層次結構的傳播和擴散，使得風險層層的積累、放大乃至突變，產生“傳染效應”，最終將會引起整個工程危機。因此，為了更好地識別和管理大型復雜電子項目技術風險，有必要對風險的傳遞機制進行研究。

1? 大型復雜電子項目體系工程過程模型

體系工程開發過程一般可概括為“兩個層級、三個階段”，其中，“兩個層級”是指體系工程過程是分層級的，分為體系級和系統級2級;“三個階段”是指體系工程過程主要包括頂層設計、構建執行和集成驗證3個階段。在體系級上，以“體系能力需求”為目標，主要包括頂層設計、體系構建、集成驗證3個階段，頂層設計的工程活動以用戶需求為牽引，主要開展體系需求開發過程、邏輯功能分析過程、體系架構設計過程，形成體系能力統一要求，其階段任務是將體系能力要求分解為系統的功能要求，以作為系統層系統研制的輸入，待系統層構建執行后，再組織體系的集成、驗證與能力評估;在系統級上，以“系統功能實現”為目標，包括系統需求分析、系統設計、分系統設計、子系統設計、單元設計、關鍵技術攻關、子系統集成測試、分系統集成測試、系統集成測試以及系統評估，在此層級上采用系統工程方法來指導工程實踐。在組織架構上，按照“分級組織、聯合管理”的思想，由體系總體單位和各系統承研承制單位組成的聯合體系來組織實施工程活動，其中，體系級的工程活動由體系總體單位來負責實施，系統級則由各系統承研承制單位負責實施。如圖1所示。

一般地，體系工程過程可歸納為8個技術過程和8個技術管理過程，其中，8個技術過程為：

1.1? 需求開發過程

該過程的主要任務是從各類用戶處獲得需求輸入，然后將這些體系需求轉換為技術需求，且該過程需要在體系和系統兩個級上分別進行開發。其中，體系級的工程師團隊關注與體系相關的需求，聚焦于將體系能力需求轉變為體系技術需求;而系統級的工程師團隊則關注于系統需求，聚焦于將系統能力需求轉變為系統技術需求。此外，在需求開發過程中，體系級的工程師團隊還需要理解體系能力需求、各組成系統的系統能力需求以及體系與系統間的需求分解關系。

1.2? 邏輯功能分析過程

該過程的主要任務是理解體系需求，并確定系統的功能要求。其中，在體系級的工程師團隊聚焦于組成系統的功能是否滿足體系需求，識別出哪個系統可提供體系所需的哪些功能，理解體系所需的系統功能以及如何在已建好、在研、新研的組成系統中分配這些功能。

1.3? 架構設計過程

該過程的主要任務是將需求開發和邏輯分析過程的輸出轉變為架構設計方案。其中，體系級的工程師團隊設計體系架構并使其覆蓋到各組成系統，為體系的演進提供一個統一框架。體系設計方案包含為了實現體系級能力而對組成系統作出的改變，系統變更設計的責任一般由受影響的系統級的工程師團隊承擔，這些變更設計過程需要被反映在體系頂層的分配基線中，并會在受影響系統的技術基線中更新。

1.4? 構建執行過程

該過程的主要任務是產生或者變更系統級架構中最底層系統要素，這里產生或變更是指系統要素可以通過制造、采購和重用的方式獲得。在執行過程中，通過對組成系統的變更以及對所有變更進行累積可以產生新的體系能力或增強現有的體系能力。其中，系統級的工程師團隊主導執行過程，體系級的工程師團隊則扮演統籌協調、技術審查和測試的角色。

1.5? 集成過程

該過程的主要任務是將較底層的系統要素以協作方式銜接起來，使其轉變為體系架構中較高級的系統要素的過程。其中，系統級的工程師團隊負責執行系統內要素集成，體系級的工程師團隊負責整個體系功能和性能集成。由于體系中各系統的執行過程是異步進行的，所以集成過程也是異步進行的。

1.6? 驗證過程

該過程的主要任務是驗證體系或系統要素是否符合設計或建設要求。其中，系統級的工程師團隊負責系統技術基線以及體系分配基線的確認，體系級的工程師團隊應了解組成系統開發和執行的詳細測試計劃，并監督測試結果。

1.7? 評估過程

該過程的主要任務是在運行環境中評估體系能力是否滿足用戶需求。評估過程可能在集成測試環境中進行，或者作為演習或現場測試的一部分。其中，體系級的工程師團隊應確保對體系關鍵能力的評估都被包含在組成系統的試驗鑒定科目中，系統級的工程師團隊試驗鑒定應按照體系級工程師團隊的評估要求進行測試。

1.8? 交付過程

該過程的主要任務是最終將體系或系統按照各自既定過程交付用戶。

8個技術管理過程主要包括：決策分析過程、技術規劃過程、技術評估過程、需求管理過程、風險管理過程、配置管理過程、數據管理過程和接口管理過程，本文重點討論風險管理過程，該過程的主要任務是確保實現體系全壽命周期中每個階段的成本、進度和性能等目標，識別和確定風險的范圍并管控體系開發過程中的不確定性。其中，體系風險是指與體系自身及其任務和目標相關的風險，與體系的規模、業務質量要求、技術成熟度、跨系統風險管理協調或系統運行風險等因素相關。

大型復雜電子項目的利益相關方涉及各級地方政府及職能部門、專業機構、業主單位、專業化運營公司和工程承擔單位、行政指揮線、技術指揮線、產業技術創新聯盟等組織，由于項目利益相關方擔負不同的職責任務，對項目的目標理解和把握可能不一致，因此各利益相關方的工程管理模式存在差異，同時體系節點與各系統節點的整體利益與局部利益存在沖突，造成工程建設易受需求變更、研制目標、外部環境、部門溝通協調等多種不確定因素的影響，導致工期延誤、成本超支、溝通協作交接不暢等問題，需要采用先進的管理技術來識別和回避體系工程全過程風險，而且需要眾多工程利益相關方共同承擔工程風險，通過風險分配與轉移，實現利益共享與風險共擔。

2? 大型復雜電子項目風險傳遞機理分析

風險是指在規定的技術、進度和費用等約束條件下，不確定性對項目研制目標的影響的一種度量。其中，不確定性是指對風險源及其可能性或后果的信息缺失或了解片面的狀態;目標可以是不同方面（如技術性能、進度、費用、健康與安全、環境等）和層面（如項目、產品和過程等）的目標;影響是指與預期的偏差。偏差可能帶來正面的或負面的結果。本文所指的“風險”僅關注至少可能會產生負面結果的情況。

風險通常由風險源、可能性（或概率）和后果（影響）組成。其中，風險源是風險來源或者風險產生的根本原因，風險源的存在導致風險的存在，風險的實際發生造成風險事件的發生，即潛在的風險變成了實際的事件。風險對任何項目都是固有的，包括技術風險、費用風險和進度風險等，在工程研制的任何階段都可能產生。

按照組織形態、邏輯功能和物理構成，假設將體系結構劃分為體系、系統、分系統、設備、模塊以及元器件等不同層次，如圖2所示。大型復雜電子項目工程建設易受需求變更、研制目標、外部環境、部門溝通協調等多種不確定因素的影響，導致工期延誤、成本超支、溝通協作交接不暢等問題，給工程建設帶來了新的挑戰和不可控風險，使得工程的管理對象、管理環境、管理目標、組織結構、組織行為等都變得越來越復雜，各級管理者難以對工程研制過程實施動態監控，難以從全方位把控項目的實際狀態，工程管理不可控風險增大。風險管理是體系工程管理的核心內容之一，需要識別工程建設整個生命周期內潛在的風險。大型復雜電子項目風險需要從不同層次進行分析和評估，涵蓋體系、系統、分系統、設備、模塊以及元器件等不同層次的風險。

風險是一種客觀存在，是不可避免的，不可能將其完全消除，只能把風險縮減到最小的程度。大型復雜電子項目的風險傳遞是指在體系工程研制過程中，體系不同層次中的節點風險的潛在性變成了實際的風險事件，通過體系各層次節點間風險因素的交互耦合作用以及累積放大，最終可能會隨時爆發災難性事件，進而對整個體系產生致命性后果。需要說明的是，在體系中由于某個或幾個節點風險事件的誘發而導致整個體系發生一系列風險的連鎖反應，其實質是由于體系各層次節點風險源的客觀存在以及體系自組織特性，體系風險經過層次內以及層次間節點風險的級聯反應便能進入自組織臨界狀態，此時，某一節點風險事件的發生或許就能引起體系多個層次風險的傳播、累積和放大，造成整個體系的崩潰，而某一次風險事件波及的范圍完全是隨機的。

3? 大型復雜電子項目風險傳遞群湯模型

下面借助群湯（Soup-of-Groups，SOG）模型來闡述大型復雜電子項目體系工程風險傳遞機制。群湯模型是Johnson等[13]為了解釋分裂組織和恐怖主義事件規模的分布而引入的模型，其假定恐怖襲擊活動或者群眾騷亂活動的規模與組織大小是相關的。借助群湯模型，Johnson等成功地解釋了恐怖分子攻擊造成的死傷人數的冪律分布。該模型是以弗洛里（Flory）的聚合物化學動力學理論作為基礎，描述不同組織的融合、分裂的統計物理模型。假定由不同成員規模組成的組織系統，不論組織的大小，組織融合、分裂的概率分別為Va和Vb。圖中上半方顯示的是兩個不同大小組織融合的過程，如兩個規模分別為Si和Sj的組織融合成規模為Si+Sj更大的組織;相反地，圖中下半方顯示的是一個組織完全分裂成個別的成員，如規模為Si的組織完全分裂為Si個規模為1的組織。如圖3所示。

群湯模型的主方程（master equation）為：

（1）

在這個主方程里，擁有s個成員的組織共有ns個，而群湯總共有N個成員。當群湯成員無限多時，我們求解出：

以上方程告訴我們，在這個模型為動態平衡時，組織大小呈現冪律分布（嚴格意義上說，是服從有指數截斷的冪律分布）。另外，不論模型里的參數Va和Vb是什么，冪律分布的指數均是α=2.5。

利用群湯模型模擬大型復雜電子項目工程建設的風險傳遞機制，如圖4所示。大型復雜電子項目各層次中每個節點存在著多個風險源，在工程初始階段，各節點風險源處于隱形狀態，沒有爆發出來，在工程推進過程中，隨著某個節點風險事件被誘發，該節點風險會傳遞到周圍的其他節點，進而誘發一系列的風險事件。按照體系、系統、分系統、設備、模塊和元器件等體系工程的層次結構劃分，下一層次節點風險源會傳遞到上一層次的節點，風險源發生了在不同層次節點間的風險融合，最終聚合成風險源規模巨大節點;同時，任務承擔單位在風險控制時，可能通過風險轉移和風險規避等應對措施來控制風險，該節點的風險源轉移到其他節點，造成其他節點風險源的增加，風險源發生了節點上的分裂與節點間的融合，通過各層次間以及層次內的各節點風險爆發與控制，最終整個體系達到動態平衡狀態，此時各節點風險源規模呈現冪律分布狀態。此外，假定風險程度用風險源規模來標定，在高風險醞釀過程中，會出現一個持續增大的巨型風險源節點，將成為潛在的高風險節點。

在大型復雜電子項目建設的過程中，一方面各節點任務承擔單位必須對各節點的風險事件和風險源進行評估，針對可能出現的風險做好風險防范，比如采取風險規避、風險轉移、風險控制等應對策略;另一方面，在工程推進過程中，持續關注各節點風險分布變化狀況，及時識別和發現風險源規模巨大的節點，建立敏捷高效的風險預警管理體系，并且制定相應的應急措施，可以更精確地預測和控制高風險事件的發生。

4? 結? 論

大型復雜電子項目的建設不是一蹴而就的，是一項復雜的體系工程。隨著工程項目的推進，體系各節點由于內外部環境狀態的變化，使得某個節點的風險源被釋放出來，通過網絡化、體系化的傳播模式，將風險傳遞和擴散到整個體系工程全過程中，進而導致大型復雜電子項目研制目標產生偏離或失敗。本文運用體系工程方法，構建了大型復雜電子項目的體系工程過程模型，建立了大型復雜電子項目技術風險層次結構，提出了基于群湯模型的大型復雜電子項目風險傳遞模型，闡述了其風險傳遞機理與傳遞過程，為項目決策者提供了風險控制和應對的依據。

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作者簡介：林海濤（1993—），男，漢族，吉林琿春人，助理工程師，碩士研究生，研究方向：項目管理、信息管理和風險管理。