مقاله ارزیابی ریسک در پروژه های پل سازی با استفاده از آنالیز درخت خطای فازی

بخشی از مقاله

*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***

ارزيابي ريسک در پروژه هاي پل سازي با استفاده از آناليز درخت خطاي فازي
چکيده
در اين مقاله ريسک توقف ، هنگام انجام برخي از فعاليت هاي ساخت پروژه هاي پل سازي با هدف شناسايي مجموعه دلايل اصلي مؤثر در وقوع آن ، در نظر گرفتن استراتژي هاي کاهش ريسک مناسب و تعيين احتمال شکست استراتژي هاي تقليل مورد ارزيابي قرار مي گيرد. براي دستيابي به اين هدف ، روش تحليل درخت خطا به کار گرفته مي شود. اما استفاده از رويکرد سنتي تحليل درخت خطا در بسياري موارد از جمله صنعت ساخت ، به دليل دسترسي محدود به اطلاعات بسيار مشکل و يا حتي غيرممکن است . در اين حالت ، عمليات رياضياتي فازي که از نظر محاسباتي ساده اند و نيازي به اطلاعات مفصل تجربي ندارند، مي توانند به عنوان ابزاري مفيد واقع شوند. در اين پژوهش ابتدا بر اساس نتايج حاصل از روش دلفي و مطالعه منابع گوناگون ساختار درخت خطا ايجاد مي گردد. سپس با به کارگيري رويکرد تحليل درخت خطا مبتني بر منطق فازي ، احتمال وقوع ريسک ذکر شده محاسبه مي شود. در نهايت پس از ايجاد ساختارهاي درخت خطا مربوط به شکست استراتژي هاي کاهش ريسک، دلايل اصلي شکست استراتژي ها مشخص مي شوند. اطلاعات به دست آمده کمک مي نمايد تا مديران پروژه هاي پل سازي با حذف يا کاهش دلايل اصلي وقوع چنين ريسکي ، افزايش هزينه ها و تاخيرات زماني در پروژه ها را حداقل سازند و مديريت اثربخش تري داشته باشند.
واژه هاي کليدي : ريسک ، آناليز درخت خطا، رويداد رأس ، احتمال فازي

١- مقدمه
ريسک ها و عدم قطعيت ها جزء ويژگي هاي ذاتي پروژه هاي اجرايي هستند که آنها را با تهديدها و فرصت هايي مواجه مي سازند. انجمن مديريت پروژه ، ريسک را رويدادي نامطمئن يا موقعيتي که اگر اتفاق بيفتد، بر اهداف پروژه تأثير مثبت يا منفي خواهد گذاشت ، تعريف مي نمايد Project Management) ((٢٠٠٤) ,(PMI)Institute فرآيند مديريت ريسک مي تواند با کاهش يا حذف پيامدهاي منفي ناشي از ريسک ها و افزايش اثرات مثبت آن نقش به سزايي در بهبود عملکرد پروژه ها داشته باشد. تاکنون روش هاي مختلفي توسط محققان براي تحليل رويدادهاي ريسک پيشنهاد شده که يکي از آنها آناليز درخت خطا است . درخت خطا مدل گرافيکي از چندين ترکيب موازي و سري خطاهاست که منجر به وقوع رويداد نامطلوب مي شوند.
تعيين احتمال وقوع رويداد نامطلوب در بسياري از موارد به دليل نبود اطلاعات دقيق بسيار دشوار است . در اين حالت استفاده از منطق فازي ، به عنوان ابزار قوي ، هنگامي که دسترسي به اطلاعات دقيق غيرممکن است ، مي تواند مفيد باشد. چرا که عمليات رياضياتي فازي از نظر محاسباتي ساده اند و براي استفاده از آنها نيازي به اطلاعات تجربي مفصل نيست و همين امر سبب مي شود سناريويي مطلوب در زمينه عدم دسترسي به اطلاعات باشند.
نظريه مجموعه هاي فازي اولين بار توسط لطفي زاده در سال ١٩٦٥ ميلادي مطرح شد (١٩٦٥ ,Zadeh). پژوهشگران مختلفي نظريه فازي را در تحليل درخت خطا به کار گرفته اند، اما در صنعت ساخت و از جمله پروژه هاي پل سازي با آن که دسترسي به اطلاعات دشوار است ، اين روش به طور گسترده مورد استفاده قرار نگرفته است .
هدف از اين مقاله استفاده از رويکرد تحليل درخت خطاي فازي براي انجام تحليل اهميت فازي ، در نظر گرفتن استراتژي هاي کاهش ريسک و محاسبه احتمال فازي شکست تقليل ها پس از شناسايي دلايل وقوع ريسک توقف ، هنگام انجام برخي از فعاليت هاي ساخت پروژه هاي پل سازي و دلايل شکست هر يک از استراتژي ها است .
٢- آناليز درخت خطا (FTA)
مفهوم آناليز درخت خطا اولين بار در سال ١٩٦١ توسط واتسون در آزمايشگاه تلفن بل طي قرار داد همکاري با نيروي هوايي آمريکا براي بهبود قابليت اطمينان سيستم پرتاب موشک هاي قاره پيما معرفي و در سال هاي بعد توسط شرکت بويينگ گسترش داده شد (٢٠٠٥ ,Ericson) و ( ,Limnios ٢٠٠٧). سپس از اين روش ، به طور وسيع براي تجزيه و تحليل قابليت اطمينان و ايمني سيستم ها استفاده گرديد. درخت خطا مدل گرافيکي از چندين ترکيب موازي و سري خطاهاست که منجر به وقوع رويداد نامطلوب مي شوند (٢٠٠٢ ,NASA).
رويداد نامطلوب هر سيستم در درخت خطا، تحت عنوان رويداد رأس TE ناميده مي شود. خطاها نيز به خطاهاي انساني ، سخت افزاري ، نرم افزاري و يا هر رويداد ديگري که مي تواند منجر به رويداد ناخواسته شود، ربط داده مي شوند. در واقع تحليل درخت خطا، نگرشي جزءگرا و مبتني بر شکست است .
جزءگرايي بدين معني است که اين روش با رويدادي نامطلوب شروع شده و سپس با استفاده از يک فرآيند سيستمي رو به عقب ، علل وقوع اين رويداد ناخواسته را مشخص مي نمايد. درتعيين علت ها، درخت خطايي براي توصيف گرافيکي رويدادها و ارتباط آن ها براي وقوع رويداد نامطلوب ، رسم مي شود. نما کار دهاي به رفته در يک درخت خطا، نوع رويدادها و نوع ارتباط آن ها را با يکديگر نشان مي دهند. درخت خطا، مدلي کيفي است که اطلاعات مفيد بسياري از علل بروز يک رويداد نامطلوب ارايه مي دهد. همچنين مي توان با کمي نمودن اين مدل ، اطلاعات بيشتري درباره احتمال وقوع رويداد نامطلوب و ميزان اهميت تمامي علل و رويدادهاي مدل شده ، به دست آورد (اصفهاني ، ١٣٨٩) در شکل ١ ساختار ساده از يک درخت خطا ارايه شده است :

شکل ١. نمونه اي از ساختار يک درخت خطا
٣- مراحل تشکيل و تحليل درخت خطا
٣-١- تعريف سيستم
تعريف سيستم ، ارتباط بين اجزاي مختلف آن را بيان مي کند و شرايطي که در هر وضعيت مشخصي به وجود مي آيد را نيز مشخص مي نمايد.
٣-٢- تشکيل درخت خطا
براي ساخت درخت خطا، دلايل وقوع رويداد رأس که رويدادهاي واسطه نام دارند تعيين مي شوند، سپس رويدادهاي واسطه به عنوان رويدادهاي رأس فرض شده و دلايل وقوع آنها بررسي مي شوند و اين تحليل تا رسيدن به رويدادهاي پايه ادامه مي يابد. متداول ترين راه براي ارتباط دادن دلايل اصلي وقوع به رويداد رأس استفاده از دريچه هاي ٣ AND يا OR است (٢٠١١ ,Abdelgawad). در شکل ١، GE1، GE2،GE3 رويدادهاي واسطه و BE1، BE2، BE3،BE4، BE5 رويدادهاي پايه هستند.
٣-٣- تحليل کيفي
تحليل کيفي به منظور محاسبه مجموعه برش حداقل انجام مي شود. يک مجموعه برش ، ترکيبي از رويدادهاي پايه است که منجر به وقوع رويداد رأس مي شوند و يک مجموعه برش حداقل ارزيابي ريسک در پروژه هاي پل سازي با استفاده از ...
(MCS)4، ترکيبي حداقل از اين مجموعه است (اصفهاني ، ١٣٨٩). براي انجام تحليل کيفي با استفاده از تحليل جبري بولي تحليل گر، تحليل روي درخت خطا را از رويداد رأس آغاز و براي رسيدن به رويداد پايه به سمت پايين حرکت مي کند. روابط ١ و ٢، نتيجه انجام تحليل جبري بولي روي درخت خطاي شکل ١ است .

که در رابطه ٢، M1، M2، M3، و M4 مجموعه برش هاي حداقل هستند. به دنبال ايجاد MCSها، ساده سازي بولي با به کارگيري قانون جذب از قوانين جبري بولي انجام و رابطه ٣ به دست مي آيد (٢٠١١ ,Abdelgawad and Fayek). در جدول ١، قانون جذب از قوانين جبري بولي نشان داده شده است :

٣-٤- تحليل کمي
تحليل کمي درخت خطا به منظور محاسبه احتمال وقوع رويداد رأس انجام مي شود. احتمال وقوع رويداد رأس يا رويدادهاي واسطه که دريچه ارتباطي آنها OR است با به کارگيري رابطه ٤ و احتمال وقوع رويداد رأس يا رويدادهاي واسطه که دريچه ارتباطي آنها AND است با استفاده از رابطه ٥ به دست مي آيد (٢٠١١ ,Abdelgawad and Fayek).

که در آنها، N نشان دهنده تعداد MCSها است .
٤- مزايا و محدوديت هاي درخت خطا
87 درخت هاي خطا مي توانند اطلاعات ارزشمندي براي تصميم گيرندگان فراهم نمايند. به عنوان نمونه ، درخت خطا براي برقرارکردن ارتباط ميان رويدادهاي رأس با دلايل شان مدل گرافيکي فراهم مي کند، در نتيجه تيم پروژه مي تواند ارتباط بهتري با دلايل وقوع رويدادهاي ريسک برقرار نمايد.
در واقع درخت خطا يک مدل منطقي از مسير علت هاي اصلي و رويدادهاي واسطه منتهي به رويداد رأس را پيش روي تحليل گر قرار مي دهد (اصفهاني ، ١٣٨٩). همچنين درخت خطا را مي توان به عنوان يک ابزار فعال براي کمک به ايجاد استراتژي هاي پاسخ پيشگيرانه مورد استفاده قرار داد. با درک منطق پشت هر رويداد ريسک ، استراتژي هاي پاسخ پيشگيرانه براي کنترل علل ريشه اي آن در مراحل اوليه قبل از رخداد ريسک ، مي تواند طراحي شود (٢٠١١ ,Abdelgawad). براي مثال مجموعه برشي حداقل با يک رويداد پايه ، ترکيب مهمي را نشان مي دهد، چرا که در آن يک رويداد پايه به تنهايي مي تواند موجب وقوع رويداد رأس شود. به همين دليل مناسب تر است براي چنين مجموعه برش هاي حداقلي استراتژي هاي پاسخ پيشگيرانه در نظر گرفت . از ديگر مزاياي درخت خطا مي توان به اين نکته اشاره نمود که ، درخت خطا براي مدل کردن هر سيستمي انعطاف پذير است و به تجزيه و تحليل اثر تغيير يک يا چند رويداد پايه در احتمال شکست رويداد رأس کمک مي نمايد (٢٠١١ ,Abdelgawad) آن چه که مسلم است با گذشت زمان و بروز برخي تغييرات اجتناب ناپذير در سيستم و از طرفي فرسوده شدن تدريجي تجهيزات ، احتمال شکست آنها افزايش خواهد يافت . با استفاده از درخت خطاي موجود و ورود اطلاعات جديد، مي توان احتمال وقوع رويداد رأس را مجددا محاسبه نمود و تغييرات عددي را مورد ارزيابي قرار داد. بدين ترتيب با نظارت منظم بر تغييرات ، مي توان برنامه مناسب جهت تعمير يا تعويض قطعات و تغيير روش هاي کنترلي را از قبل طرح ريزي نمود و از افزايش احتمال وقوع رويداد نامطلوب جلوگيري کرد (اصفهاني ، ١٣٨٩). همچنين با استفاده از مدل گرافيکي درخت خطا و تحليل هاي انجام شده بر روي آن ، دلايل وقوع رويدادهاي ريسک اولويت بندي مي شوند و رويدادهايي که بالاترين نقش را در بروز رويداد رأس مشخص مي گردند. بدين ترتيب تيم پروژه مي تواند روي استراتژي هاي پاسخ ريسک کار کند و احتمال وقوع دلايل اصلي را به حداقل رساند شود (٢٠١١ ,Abdelgawad).
اما مهم ترين محدوديت درخت خطا، دسترسي محدود به اطلاعات دقيق براي تحليل آن است . چرا که احتمال وقوع رويدادهاي پاياني درخت يا به صورت مقداري نقطه اي و ثابت و يا به صورت متغيري تصادفي و وابسته به زمان در نظرگرفته مي شود، ولي در عمل ، به دليل ماهيت نادقيق و غيرقطعي داده ها، امکان دست يافتن به چنين تخمين دقيقي از نرخ وقوع يا پارامترهاي تابع توزيع احتمالي وجود ندارد (رضواني و جعفريان ، ١٣٩٠).
٥- تحليل ريسک با استفاده از درخت خطاي فازي
همان طور که ذکر گرديد، در رويکرد سنتي تجزيه و تحليل درخت خطا، احتمال وقوع رويدادهاي پاياني درخت يا به صورت مقداري نقطه اي و ثابت و يا به صورت متغيري تصادفي و وابسته به زمان در نظرگرفته مي شود، ولي در عمل ، به دليل ماهيت نادقيق و غيرقطعي داده ها، امکان دست يافتن به چنين تخمين دقيقي از نرخ وقوع يا پارامترهاي تابع توزيع احتمالي وجود ندارد (رضواني و جعفريان ، ١٣٩٠).
در چنين شرايطي ، استفاده از رويکرد فازي ، يکي از بهترين و شايد بهترين راه حل ممکن مي باشد. چرا که رويکرد فازي ، به جاي در نظرگرفتن احتمال وقوع رويداد پاياني به صورت مقداري نقطه اي يا توزيعي احتمالي ، از اعداد فازي استفاده مي نمايد. اين اعداد فازي اغلب يا با استفاده از داده ها و سوابق موجود و يا با استفاده از ارزيابي هاي زباني که توسط کارشناسان انجام مي گيرد، تعيين مي شوند و براي تعيين احتمال پيشامد اصلي و ارزيابي درخت خطا مورد استفاده قرار مي گيرند (رضواني و جعفريان ، ١٣٩٠).
پژوهشگران مختلفي از اين رويکرد فازي به هنگام تحليل درخت خطا استفاده نمودند. esGuimare و همکارش در سال ١٩٩٩، يک سيستم محاسباتي جديد و يک کد کامپيوتري با استفاده از درخت خطاي فازي ارايه نمودند. به کارگيري چنين روشي سبب معرفي معياري براي تجزيه و تحليل عدم قطعيت هر سيستم گرديد (١٩٩٩ ,es and EbeckenGuimare).Huang پژوهشنامه حمل و نقل ، سال يازدهم ، شماره اول ، بهار١٣٩٣ و همکارانش در سال ٢٠٠٠، براي ارزيابي احتمال وقوع حوادث در سيستم راه آهن رويکرد درخت خطاي فازي را به کار گرفتند
(٢٠٠٠ ,Huang, Yuan and Yao).Yuhua و همکارش نيز در سال ٢٠٠٥، از منطق فازي در تحليل درخت خطا براي ارزيابي احتمال نشتي خط لوله انتقال نفت و گاز استفاده کردند. آنان با به کارگيري چنين روشي بر مشکل اطمينان نداشتن در ميزان برآورد احتمال رويدادهاي پايه غلبه نمودند Yuhua and)
.Datao, 2005)در سال ٢٠١٠، Celik و همکارانش از روش تلفيق آناليز درخت خطا با منطق فازي براي بررسي حوادث صنايع کشتي راني که در اثر خطاهاي فني کشتي رخ مي دهند، استفاده کردند .(Celik, Lavasani and Wang, 2010)
Renjith و همکارانش در سال ٢٠١٠، با اشاره به اين نکته که انتشار گازهاي سمي مي توانند سبب مرگ و مير در افراد شوند، با استفاده از تحليل درخت خطاي فازي احتمال انتشار گاز کلر از مخازن ذخيره را مورد بررسي قرار دادند. آنان همچنين به ارزيابي درصد سهم هر يک از رويدادهاي پايه در وقوع انتشار گاز کلر نيز پرداختند (٢٠١٠ ,.Renjith, et al).Wang و همکارانش در سال ٢٠١٠، با بهره گيري از تحليل درخت خطا مبتني بر منطق فازي به ارزيابي ريسک هاي حوزه حمل و نقل و به صورت موردي انحراف وسايل حمل و نقل سنگين از جاده پرداختند (٢٠١٠ ,.Wang, et al).Abdelgawad و همکارش نيز در سال ٢٠١١، با استفاده از تحليل درخت خطاي فازي ، احتمال نقص حفاري مستقيم افقي در رسيدن به اهداف يک پروژه نصب خط لوله نفت خام را مورد بررسي قرار دادند. آنان با به کارگيري منطق فازي در تحليل درخت خطا و انجام تحليل اهميت فازي ، به شناسايي رويداد پايه اي که بالاترين نقش را در وقوع رويداد رأس دارد، پرداختند ,Abdelgawad and Fayek) (٢٠١١. اما در صنعت ساخت و از جمله پروژه هاي پل سازي با آن که دسترسي به اطلاعات دشوار است ، اين روش به طور گسترده مورد استفاده قرار نگرفته است . مراحل انجام تحليل درخت خطاي فازي در شش مرحله خلاصه شده است شود .(Abdelgawad, 2011)
٥-١- جمع آوري دلايل اصلي وقوع رويداد رأس
اين مرحله شامل جمع آوري دلايل اصلي وقوع رويداد رأس با استفاده از روش هايي مانند مصاحبه ، دلفي و چک ليست است .
٥-٢- تعريف عبارات زباني و توابع عضويت براي ارزيابي احتمال وقوع اگر X مجموعه مرجعي باشد که هر عضو آن با x نمايش داده شود، آن گاه مجموعه فازي A در X به صورت مجموعه اي از زوج هاي مرتب مطابق با رابطه ٦ تعريف مي شود:

که در آن تابع عضويت مي باشد و ميزان تعلق x به مجموعه فازي A را نشان مي دهد، برد اين تابع اعداد حقيقي غير منفي است که يک مقدار ماکزيمم دارد و در حالت نرمال به صورت فاصله بسته [٠,١] در نظر گرفته مي شود (کيا، ١٣٨٩).
براي ارزيابي احتمال فازي رويدادهاي پايه با استفاده از نظر کارشناسان پنج عبارت زباني بسيارکم ، کم ، متوسط ، بالا، بسيار بالا در نظر گرفته شد و سپس با به کارگيري روش دلفي فازي توابع عضويت مطابق با شکل ٢ براي ارزيابي احتمال وقوع ايجاد گرديد.
٥-٣- تشکيل ساختار درخت خطا
دلايل اصلي وقوع رويداد رأس مجددا بررسي مي شوند تا ساختار درخت خطا ايجاد شود.
٥-٤- تحليل کيفي
تحليل کيفي با استفاده از تحليل جبري بولي و يا ساير روش ها مانند الگوريتم Hauptmanns انجام مي شود.

٥-٥- تحليل کمي
٥-٥-١- ارزيابي احتمال وقوع هر يک از رويدادهاي پايه توسط کارشناسان با استفاده از عبارات زباني در اين گام احتمال وقوع هر يک از رويدادهاي پايه توسط کارشناسان با استفاده از عبارات زباني ارزيابي مي شود.
٥-٥-٢- نمايش عبارات زباني با استفاده از برش α
هر يک از عبارات زباني تعريف شده در شکل ٢، بايد مطابق با جداول ٢ تا ٦، با استفاده از برش α ارايه شوند. برش α و يا مجموعه سطح α، يک مجموعه کلاسيک در ارتباط با مجموعه فازي A است که به صورت رابطه ٧ تعريف مي شود (کيا، (7).(1389

در جداول ٢ تا ٦، کران بالا و پايين با به کارگيري روابط ٨ و ٩ محاسبه مي شوند (٢٠١١ ,Abdelgawad).

که در آنها، a مقدار مينيمم ، b و c مقدار بسيار محتمل و d مقدار ماکزيمم تابع عضويت ، همان طور که در شکل ٢ تعريف شده اند، مي باشند.