汪 送，戰(zhàn)仁軍，袁 博

（1.武警工程大學裝備工程學院，西安 710086；2.空軍裝備研究院總體所，北京 100076）

裝備研制技術(shù)風險流傳導與耦合過程的CFD模擬*

汪 送1，戰(zhàn)仁軍1，袁 博2

（1.武警工程大學裝備工程學院，西安 710086；2.空軍裝備研究院總體所，北京 100076）

裝備研制中風險間的相關(guān)性導致風險傳導與耦合的產(chǎn)生，為深化對技術(shù)風險動態(tài)傳導效應和非線性耦合機理的認識，探索研制技術(shù)風險管理與控制的有效思路或工具，在對風險傳導與耦合進行定義的基礎(chǔ)上，給出了裝備研制中的風險傳導模式，基于CFD技術(shù)對兩種不同的耦合模式進行了數(shù)值模擬，結(jié)合仿真結(jié)果分析了風險的耦合機理，所提方法對于揭示裝備研制技術(shù)風險傳導與耦合規(guī)律有一定的促進作用，為下階段求解關(guān)鍵風險因子間的關(guān)聯(lián)關(guān)系奠定了良好基礎(chǔ)。

裝備研制，技術(shù)風險，風險傳導，風險耦合，CFD模擬

0 引言

面對錯綜復雜的國際局勢和日趨緊張的周邊環(huán)境，努力發(fā)展和壯大國防實力，不斷研制和更新具有高技術(shù)含量的重大國防裝備是我國和平、穩(wěn)定與發(fā)展的重要保證。重大裝備研制具有高新技術(shù)含量大、研制成本高、研制周期長、涉及層次高、影響層面大等特點，也因此決定了其高風險特性。研制風險主要包括技術(shù)風險、進度風險、費用風險、管理風險等。技術(shù)風險通常定義為所研制的項目在規(guī)定時間內(nèi)、在一定的經(jīng)費保障條件下達不到戰(zhàn)術(shù)、技術(shù)指標要求的可能性，或者說研制計劃的某個部分出現(xiàn)意想不到的結(jié)果，從而對整個系統(tǒng)效能產(chǎn)生有害影響的概率及后果［1］，技術(shù)風險一般由研制過程中的技術(shù)因素所導致。研制技術(shù)風險所產(chǎn)生的風險事件是裝備質(zhì)量下降、裝備性能降低、研制進度拖延或研制費用超支，甚至研制失?。?］。技術(shù)風險的傳導和耦合產(chǎn)生于風險因子的動態(tài)運動。

關(guān)于風險傳導的研究主要集中在經(jīng)濟領(lǐng)域，葉厚元等［3］提出了風險的顯性傳導與隱性傳導、收斂型與發(fā)散型風險傳導概念，歸納了風險傳導的增強模型、穩(wěn)定模型、衰退模型及其特征，定性地解釋了風險傳導的復雜現(xiàn)象。邱映貴［4］認為基于供應鏈的財務風險傳導要素主要包括：財務風險源、財務風險傳導動力、財務風險傳導載體和財務風險傳導宿主。風險傳導的方式包括：鏈式正向傳導、鏈式反向傳導、網(wǎng)絡集中式傳導和交互式傳導。沈?。?］指出了企業(yè)風險傳導的重點問題，即風險傳導中的風險識別是基礎(chǔ)，風險傳導中的風險估量是重點，風險傳導載體的辨識和路徑的判斷是關(guān)鍵。陳劍輝［6］等引入彈性系數(shù)，以供應鏈企業(yè)間的價格為載體，通過Stackelberg博弈模型來分析生產(chǎn)商原材料價格風險向生產(chǎn)商和零售商傳遞的價格風險和利潤風險。國外有關(guān)風險傳導的研究，主要側(cè)重于金融風險與危機等相關(guān)的研究。Taimu和Ilan研究了東亞金融危機中各國的風險傳遞；Kaminsky和Reinhart研究了信貸風險在不同國家之間的傳遞［7］。關(guān)于企業(yè)風險傳導的研究報道還有很多，主要是通過理論分析從宏觀方面進行概括和介紹，部分學者提出風險傳導定量估量的問題（如文獻［5］），建立有定性化的計算模型［8］。風險的評估方面多注重對單指標的估計和衡量，尚未考慮各個指標間的交互和耦合作用。而事實上，各種事故的發(fā)生并非只是單因素所致，因此，James J．H.Liou［9］提出了一種針對航線安全預測的綜合模型，考慮了各個評價指標間的耦合交互影響。鄧明然［8］等根據(jù)風險在傳導過程中相互作用、相互影響的強度將風險傳導分為穩(wěn)態(tài)風險傳導和非穩(wěn)態(tài)風險傳導兩種類型，分析了各自的傳導機理。當傳導形式為非穩(wěn)態(tài)傳導時，風險間存有聚類和耦合作用。黎放［10］指出在各武器系統(tǒng)性能的相互耦合過程中，勢必會產(chǎn)生許多不能確定的內(nèi)部或外部的風險，風險影響的擴大會導致武器裝備體系耦合性能的下降。

風險因子通過微觀的傳導、耦合、積累和放大，導致系統(tǒng)危險程度逐漸增加，通過對裝備研制技術(shù)風險傳導與耦合機理的研究，控制系統(tǒng)風險值的突變，對于風險的宏觀管控、提高裝備的研制成功率以及避免研制項目“拖進度、降性能、漲費用”的情形具有重大意義。

1 風險傳導與耦合的定義

裝備研制是根據(jù)軍事需求、技術(shù)水平和開發(fā)能力，在時間和資源約束下，運用新技術(shù)、新材料、新工藝研制出滿足一定戰(zhàn)略、戰(zhàn)術(shù)需求的新裝備。呂建偉教授認為技術(shù)風險體現(xiàn)為研制的進度風險、費用風險和性能風險三者的組合，這3種風險間存有一定的關(guān)聯(lián)，這種關(guān)聯(lián)即風險的傳導與耦合。

初始點風險通過有形物質(zhì)或無形效應傳輸至系統(tǒng)的一系列點或面的過程稱為風險傳導，風險傳導需要依托一定的傳導載體和特定的傳導路徑。風險傳導的載體就是不同屬性風險因子間的關(guān)聯(lián)性，傳導載體的風險傳導率與兩者的關(guān)聯(lián)程度密切相關(guān)。技術(shù)風險由靜態(tài)的技術(shù)風險因子引發(fā)，隨著風險的積累與放大，風險因子借助一定載體依附特定路徑進行動態(tài)傳導，傳導過程中不同屬性技術(shù)風險因子間，技術(shù)風險因子與其他風險因子間將出現(xiàn)不同規(guī)律的耦合與交互，導致相互影響、相互制約，這個過程就是風險的耦合。耦合導致系統(tǒng)風險值突變，從而大大降低裝備研制的成功率。裝備研制過程中，由技術(shù)風險導致進度拖延或費用超支實際上就是風險傳導與耦合作用的結(jié)果。

2 傳導模型的構(gòu)建

根據(jù)熱傳導原理，熱流Q與溫度梯度dT/dz以及橫截面積A成正比，有［5］

式中，k為熱導系數(shù)。

同樣，風險的傳導與風險壓力梯度△R=dR/dl，傳導距離l，傳導載體導險系數(shù)有關(guān)，風險傳導量R可表述為：

結(jié)合裝備研制實際，研制技術(shù)風險在各個傳導節(jié)點間的傳導方式主要有 1∶N（一對多）、M∶N（多對多）和N∶1（多對一）3種，其傳導過程示意圖如圖1所示，整個研制過程中風險的傳導則是上述3種方式的結(jié)合。一般而言1∶N傳導方式將出現(xiàn)風險的分散，即初始風險值被多個后續(xù)節(jié)點所分擔。在N∶1傳導方式中，多個初始節(jié)點的風險值同時向一個中間節(jié)點傳導，必然導致風險的聚合和放大，從而可能引發(fā)系統(tǒng)風險值的突變，造成較嚴重的后果，這也是需要重點管控的情形。而M∶N傳導方式最為復雜，初始節(jié)點和中間節(jié)點間有著錯綜復雜的傳導關(guān)系，傳導過程中將出現(xiàn)風險耦合、積累、放大和突變等過程，研制中需要對其中的關(guān)鍵風險因子進行重點管控，切斷關(guān)鍵的傳導路徑。

圖1 裝備研制過程節(jié)點間風險傳導的主要方式

3 基于CFD方法的耦合機理分析

為探索圖1（c）傳導方式中風險的耦合作用過程，驗證不同初始風險壓力梯度、不同的傳導路徑長度對風險耦合特性的影響規(guī)律，構(gòu)建了如圖2所示的基于CFD技術(shù)的風險耦合模型，圖中紅色部分代表高風險壓力梯度的初始風險節(jié)點，藍色部分代表風險傳導路徑和耦合風險節(jié)點，節(jié)點的容積表示其具有一定的抗風險能力，傳導路徑的摩擦阻力表征路徑的導險系數(shù)。利用FLUENT軟件求解所構(gòu)建模型的標準k和ε方程：

圖2 基于CFD技術(shù)的風險耦合模型

研究風險的耦合效應，主要觀察初始節(jié)點內(nèi)高壓風險的衰減過程，高壓風險在傳導路徑和耦合風險節(jié)點內(nèi)的變化過程，以及耦合風險節(jié)點內(nèi)速度的突變規(guī)律。

通過求解耦合模式圖2（a）的標準k-ε方程和VOF模型得到了如圖3所示的不同風險節(jié)點的風險壓力值和圖4所示的耦合風險節(jié)點入、出口速度值。從圖可知，壓力值和速度值的變化都呈現(xiàn)出一定的非線性規(guī)律，隨著壓力值的減小，耦合風險節(jié)點出口速度不斷增加。而當耦合風險節(jié)點兩個入口速度值趨向相等時，出口速度值達到最大，出現(xiàn)了小幅度的振蕩。耦合模式圖2（a）的仿真結(jié)果表明：隨著風險壓力梯度的減小，風險傳導速度不斷增大，當兩種風險的傳導速度值趨向相等時，耦合風險傳導速度達到最大值。

圖3 不同風險節(jié)點的風險壓力值

圖4 耦合風險節(jié)點入出口速度值

考慮同等初始風險壓力值和等長度風險傳導路徑，即耦合模式（b），得到如圖5所示的等初始壓力等長度傳導路徑下風險壓力圖5（a）和風險傳導速度圖5（b）的變化規(guī)律圖。從圖可知，雖然耦合風險節(jié)點初始時刻沒有任何風險壓力，隨著前節(jié)點風險的傳導與耦合，耦合風險節(jié)點的壓力值甚至超過了前風險節(jié)點的壓力值，而耦合風險傳導速度一直高于入口節(jié)點速度。耦合模式（b）的仿真結(jié)果表明：當兩種初始風險傳導方向的夾角小于90°時，風險間表現(xiàn)為正耦合，即耦合后的速度值將高于任何入口風險節(jié)點的速度值。

圖5 等初始壓力等長度傳導路徑下風險壓力（a）和風險傳導速度（b）的變化規(guī)律

4 結(jié)論

為深化對裝備研制技術(shù)風險傳導與耦合機理的認識，本文在對風險傳導與耦合進行定義，并給出裝備研制風險傳導的主要模式后，采用基于CFD仿真技術(shù)的方法對兩種風險耦合模式進行了探討，模擬結(jié)果表明，初始節(jié)點風險壓力梯度的減小，導致風險傳導速度的遞增，兩種風險傳導速度值相等時耦合傳導速度最大，此外風險的耦合與入口風險的夾角有關(guān)，即與兩者的相關(guān)性有關(guān)。研究結(jié)果對于深化風險傳導與耦合機理的認識以及下一步關(guān)鍵風險因子間關(guān)聯(lián)關(guān)系的求解奠定了基礎(chǔ)。

［1］萬小朋，雷江利，侯赤.新一代軍用飛機技術(shù)風險評估研究［J］.哈爾濱工業(yè)大學學報，2009，56（3）：243-245.

［2］陳明，林桂娟.復雜產(chǎn)品研發(fā)技術(shù)風險管理研究與應用［J］.同濟大學學報（自然科學版），2009，37（8）：1090-1095.

［3］葉厚元，洪菲.不同生命周期階段的企業(yè)風險傳導強度模型［J］.武漢理工大學學報，2010，32（6）：437-441.

［4］邱映貴，馮自欽，程國平.供應鏈視角下企業(yè)財務風險傳導機理與模式研究［J］.財會通訊，2010，31（1）：151-153.

［5］沈俊，鄧明然.基于熱傳導原理的企業(yè)風險傳導研究［J］.武漢理工大學學報，2006，28（9）：37-40.

［6］陳劍輝，徐麗群.彈性系數(shù)在供應鏈風險傳導研究中的應用［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學，2007，35（1）：313-314.

［7］ KAMINSKY.Reinhart，oncrises，contagion，and confusion［J］.Journal of International Economics，2000（51）145-168.

［8］鄧明然，夏喆.基于耦合的企業(yè)風險傳導模型探討［J］.經(jīng)濟與管理研究，2006（2）：66-68.

［9］JAMES J H L，TZENG G H，CHANG H C.Airline safety measurement using a hybrid model［J］.Journal of Air Transport Management，2007（13）：243-249.

［10］黎放，王悅，狄鵬.武器裝備體系作戰(zhàn)能力評估中的耦合風險研究 ［J］. 系統(tǒng)工程與電子技術(shù)，2008，30（11）：2204-2206.

CFD Simulation of Equipment Development Technical Risk Conduction and Coupling

WANG Song1，ZHAN Ren-jun1，YUAN Bo2
（1.School of Equipment Engineering，Engineering University of Armed Police Force of China，Xi’an 710086，China；2.Institute of Macro Demonstration，Equipment Academy of Air Force，Beijing 100076，China）

In order to deepen the cognition of technical risk dynamic conduction and non-linear coupling mechanism in equipment development，the effective method or tools for development technical risk management and control is sought after.On the basis of defining the risk conduction and risk coupling，the main risk conduction pattern in equipment development is offered.Based on CFD technology simulate two of the risk coupling pattern，the simulation results to analyze the risk coupling mechanism is combined.The said method has some stimulative effect in opening out risk conduction and coupling mechanism in equipment development，and it establishes good basis for the study on correlative relationship between key factor of risk conduction and coupling.

equipment development，technical risk，risk conduction，risk coupling，CFD simulation

F204

：A

10.3969/j.issn.1002-0640.2017.06.003

2016-05-09

：2016-06-06

國家自然科學基金資助項目（71401179）

汪 送（1984- ），男，湖南衡陽人，工學博士，講師。研究方向：裝備系統(tǒng)工程。

1002-0640（2017）06-0010-03