ENGINEERING ECONOMICS AND TIME-VALUED RISK: TO-WARDS MORE SUSTAINABLE RISK MANAGEMENT

C. Ariel Pinto, Ph.D., Old Dominion University

Abhishek Pathak, Graduate Student, Old Dominion University

a b s t r a c t

The scope of this article is the combined use of engineering economics and survival analysis in estimating time-value of risk-related resources. The discussion includes (1) the need for sustainable risk management (2) the importance of time-valuation of risk-related resources in the allocation or selection among competing risk mitigation alternatives, (3) the convergence of deterministic engineering economics, survivability analysis, and probabilistic analysis, and (4) results and examples of application in the context of prevention of risk event or mitigation of its consequences.

Keywords: Engineering Economics；Construction Management；Risk Management

Introduction

The significance of this article is in how three topics: engineering economics, survivability analysis, and probability theory can be used in a novel way to address sustainability, which currently is emerging in the area of security risk management both for public and for-profit organizations. There is also significance in the proposed algorithm as a step towards cost-justifiable resource allocation decisions grounded on generally acceptable risk management framework by allowing visualization amp; comprehension of tradeoff between prevention amp; preparedness, and the use of temporal information, advances in data fusion and data mining. It may also serves as foundation for descriptive amp; prescriptive resource allocation in risk management, benefit-cost evaluation of risk related resources, and refinement of the concept of chance of a risky event.

Risk can be described as the potential inability to accomplish the overall system objectives within defined resource availability, schedule, and technical constraints (Conrow, 2004). All engineering and managerial activities have some risk involved, which means there is always the likelihood things will not turn out exactly as planned, although the likelihood may be small.

Risk can also be described quantitatively as a joint function of likelihood of undesirable events and their consequences. That is,

Risk =f (likelihood, consequence) (1)

Generally, engineering endeavor is considered to be risky when either the likelihood or the impact, or both is large. For example, a project will be considered risky where potential impact is human fatality or great financial loss though the likelihood of either maybe small.

The primary objective of risk management is to reduce risks. However, just like any other engineering management activities, the reduction in risk has to be balanced with associated costs. Current economic slowdown have resulted to stricter scrutiny of high-budget government and private endeavors, stricter adherence to planned spending and an even more prudent spending for risk management activities. This situation creates a challenging environment for continuous and consistent (i.e. sustainable) management of risks. This is especially true for engineering endeavors that have particularly high technological components such as software development and maintenance, network infrastructure development, and others (Pinto, et la., 2006).

How much reduction in risk is enough?

Arora, et al. (2004) observed that there is lack of “structured cost-benefit methods to evaluate” risk management alternatives, essentially resulting to an ad hoc resource allocation in risk management. Furthermore, they stated that an acceptably accurate economic measure of risk can greatly contribute to sustainable risks management because this can provide organizations a way to integrate avoided risk into more traditional concepts of benefits for the purpose of cost accounting and financial evaluation. Pinto, et al. (2006) concluded that two of the barriers to sustainable risk management are:

(1) the absence of measurable incentives to perform risk management, and

(2) the lack of appropriate risk management tools and techniques in support of this incentive.

The valuation of risk is not new, particularly in the areas of insurance, health, financial management, and other fields. However, security risk management at the present scenario has taken a new role on most if not all organizations. For organizations, risk management activities do not produce revenue but rather are cost-centers that provide essential and necessary support for the overall mission of the organization. As such, the relevant criterion in evaluating risk management resource allocation is not simply the cost of implementation, which everyone agrees need to be minimized, but rather “how much benefit each additional dollar of investment brings, in the form of reducing the expected loss or risk.”

However, there are several reasons why researchers and practitioners are struggling at the valuing the worth of risk management resources. These can be discussed under two topics: (1) eccentricity between risk-based benefits and traditional benefits, (2) the security-probability dilemma.

Risk-based benefits the same as traditional benefits?

Risk-based benefit can be described as the reduction in the chance of a risky event or the reduction in consequence if the events do occur. In both cases, the benefits do not come in the traditional form: one is an abstract concept of chance commonly expressed as a ratio, a fraction or decimal number between zero and one; and the other is a conditional benefit that may come in terms of monetary value, but is still conditioned by chance. Statistical expected value can be used to numerically reconcile this problem, but may not tot

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英文翻译

工程经济学和时间价值风险：更可持续的风险管理

摘 要

本文的研究范围是结合使用工程经济学和生存分析来估计风险相关资源的时间价值。讨论包括（1）需要可持续的风险管理（2）时间估值的重要性风险相关资源的分配或选择竞争风险缓解方案，（3）确定性工程经济学的收敛，生存能力分析和概率分析，以及 (4) 在预防风险事件或减轻其后果方面的应用结果和示例。

关键词： 工程经济学；工程管理；风险管理

第1章 介绍

本文的意义在于如何将工程经济学、生存能力分析和概率论以一种新的方式来解决可持续性，这目前出现在公共和盈利组织的安全风险管理领域。所提出的算法也是迈向基于普遍可接受的风险管理框架的成本合理的资源分配决策的一步，它允许可视化和理解预防和准备之间的权衡，以及时间信息的使用，数据融合和数据挖掘的进展。它还可以作为风险管理中的描述性和规定性的资源分配、风险相关资源的效益-成本评估和细化风险事件的概率概念的基础。

风险可以被描述为在已定义的资源可用性、时间表和技术限制范围内可能无法完成整个系统的目标(康罗，2004)。所有的工程和管理活动都涉及到一些风险，这意味着事情总有可能不会完全按照计划发生，尽管可能性可能很小。

风险也可以定量地描述为不良事件的可能性及其后果的联合函数。也就是说

风险=f（可能性、后果） (1)

一般来说，当可能性或影响，或两者都很大时，工程努力被认为是有风险的。例如，如果一个项目的潜在影响是人的死亡，或它将被认为是巨大的经济损失，尽管两者的可能性可能很小。

风险管理的主要目标是降低风险。然而，就像任何其他的工程管理活动一样，风险的降低必须与相关的成本相平衡。当前的经济放缓导致对高预算政府和私人机构的审查更严格，对计划支出更严格遵守，对风险管理活动的支出更加谨慎。这种情况为持续的和一致的（即可持续的）风险管理创造了一个具有挑战性的环境。对于那些具有特别高技术组件的工程工作尤其如此，如软件开发和维护、网络基础设施开发等(平托等人.，2006)。

第2章 降低风险多少就足够了？

阿罗拉等人（2004）观察到，缺乏“评估的结构化成本效益方法”风险管理替代方案，本质上导致了风险管理中的特别资源分配。此外，他们还指出，一种可接受的准确的风险经济衡量可以极大地有助于可持续的风险管理，因为这可以为组织提供一种方法，将可避免的风险纳入更传统的利益概念，以便进行成本会计和财务评估。平托等人(2006）得出结论，可持续风险管理的两个障碍是：

(1)缺乏可衡量的激励措施来进行风险管理

(2)缺乏适当的风险管理工具和技术来支持这一激励措施。

对风险的评估并不新鲜，特别是在保险、卫生、财务管理和其他领域。然而，在当前情况下，安全风险管理对大多数如果不是所有组织都发挥了新的作用。对于组织来说，风险管理活动并不产生收入，而是为组织的整体使命提供必要的和必要的支持的成本中心。因此，评估风险管理资源配置的相关标准不仅仅是实施成本，每个人都认为需要尽量减少，而是“每增加一美元的投资，以减少预期的损失或风险，带来多少好处”。

然而，研究人员和从业者在评估风险管理资源的价值方面苦苦挣扎有几个原因。这些可以在两个主题下讨论：基于风险的利益和传统利益之间的偏心，（2）安全-概率困境。

2.1 基于风险的好处与传统的好处相同吗？

基于风险的利益可以被描述为风险事件发生的机会的减少，或在事件确实发生时所产生的后果的减少。在这两种情况下，好处都不是以传统的形式出现的：一种是机会的抽象概念，通常表示为比率，0和1之间的分数或小数；另一种是条件利益，可能是货币价值，但仍然是偶然的条件。统计期望值可以用于数值上调和这个问题，但可能不能完全适用于一些后果大概率的风险事件。值得注意的是，这种好处并不一定会转化为额外的资源，而公司通常会将这些资源用于其他生产性工作。因此，在大多数分析中，基于风险的收益不能简单地视为传统利益，因为再投资的假设是无效的(阿罗拉 等人.，2004)。

作为回应，研究人员提出了一个框架，即利益是基于避免的风险，而不是更传统的生产力的提高。其中一个框架使用了基于风险的投资回报(RROI)，这是一种改进的投资回报率(阿罗拉 等人，2004年)。然而，RROI只显示何时停止安全投资，而不是在选择之间选择更重要的任务。

2．2 关于安全风险的挑战性是什么？

从理论上讲，随着安全预防越来越有效，安全事件发生的可能性应该会降低。然而，我们需要记住，对安全的威胁通常是收集个人或组织的信息，并形成策略来克服我们设置的所有安全障碍。这就是保密性和隐蔽性在安全风险管理中发挥如此重要作用的主要原因——类似于任何策略游戏，如国际象棋或扑克。因此，安全事件发生的真实机会就会变得更加不确定。从本质上说，安全游戏越复杂，玩家玩得越好，围绕着安全预防、准备、恢复策略的真正有效性的不确定性就越大。

第3章 背景

3.1 风险管理

风险管理是风险的识别、评估和优先级化(在ISO31000中定义为不确定性对目标的影响)，然后协调和经济地应用资源，以最小化、监测和控制不幸事件的概率或影响，或最大限度地实现机会。

风险可能来自各种来源，包括国际市场的不确定性、项目失败的威胁（在设计、开发、生产或维持生命周期中的任何阶段）、法律责任、信用风险、事故、自然原因和灾害、来自对手的蓄意攻击，或不确定或不可预测的根本原因事件。有两种类型的事件，即消极事件可以归类为风险，而积极事件可以归类为机会。风险管理标准是由各种机构制定的，包括项目管理研究所、国家标准与技术协会、精算协会和ISO标准。根据风险管理方法是在项目管理、安全、工程、工业过程、财务组合、精算评估还是公共卫生和安全的背景下，方法、定义和目标差异很大。某些风险管理标准被批评为在风险方面没有可衡量的改进，而对估计和决策的信心似乎在增加。

管理威胁（带有负面后果的不确定性）的策略通常包括避免威胁，减少威胁的负面影响或可能性，将全部或部分威胁转移给另一方，甚至保留某一特定威胁的部分或全部潜在或实际后果。与这些策略相反的是，可以用来应对机会（不确定的未来状态）。作为专业角色，风险经理将“监督组织的全面保险和风险管理计划，评估和识别可能阻碍组织声誉、安全、安全或财务成功的风险”。参见首席风险官、内部审计、财务分析师、公司等。风险管理从20世纪20年代以来就出现在科学和管理文献中。在20世纪50年代，它成为了一门正式的科学，当时标题中有“风险管理”的文章和书籍也出现在图书馆的搜索中。大多数研究最初都与金融和保险有关。I

在理想的风险管理中，将遵循一个优先级化过程，即首先处理损失最大（或影响最大）和发生概率最大的风险。发生概率低、损失较低的风险按降序处理。在实践中，评估总体风险的过程可能是困难的，并且平衡用于减轻发生概率但损失较低的风险和损失但发生概率较低的风险之间的资源往往会被错误地处理。无形风险管理识别一种新型风险，其发生概率为100%，但由于缺乏识别能力而被组织忽略。例如，当将知识不足应用于某种情况时，知识风险就会实现。当无效的协作发生时，就会出现关系风险。当无效的操作程序发生时，过程接触风险可能是一个问题。这些风险直接降低了知识工作者的生产力，降低了成本效益、盈利能力、服务、质量、声誉、品牌价值和收益质量。无形风险管理使风险管理能够通过识别和减少降低生产力的风险来创造直接的价值。机会成本对风险经理来说是一个独特的挑战。可能很难确定何时将资源用于风险管理，以及何时将这些资源用于其他地方。同样，理想的风险管理最小化支出（或人力或其他资源），也减少风险的负面影响。

风险被定义为发生对目标的实现产生不利影响的事件的可能性。因此，不确定性是风险的一个关键方面。例如：道路委员会企业风险管理委员会的赞助组织委员会这样的系统，可以帮助管理者减轻风险因素。每个公司可能有不同的内部控制组件，这将导致不同的结果。例如，组件的框架包括内部环境、目标设置、事件识别、风险评估、风险响应、控制活动、信息和沟通以及监控。

3.2 风险管理的总体框架

风险管理可以用两种活动来描述：风险评估和风险缓解。风险评估可以通过提出以下问题来总结（卡普兰和加里克，1981年）：什么会出错，出错的可能性是什么，后果是什么。在评估风险之后，必须提出以下问题(海姆斯，1998年)：可以做什么，权衡是什么，以及对未来的选择有什么影响。在评估过程中，风险可以作为后果和发生可能性的函数来量化。风险分析协会描述风险是“基于事件发生的条件概率乘以事件已经发生的后果的期望值”。考虑一个具有可能性的特殊场景Y。巴拉圭此外，假设这个事件有结果Cy，一个取值的随机变量，具有似然函数。

方程1变成风险= Py x Cy。

在减轻风险期间，必须根据其成本和效益来评估替代行动，而其中的效益自然将基于降低风险的潜力。因此，任何情景的风险都可以通过减少与情景相关的后果，或减少发生的可能性，或两者都有发生的可能性来降低。然而，以风险降低来衡量的收益与以利润衡量的收益是不一样的。在使用以再投资为基本假设的金融和经济措施时尤其如此。

也难以准确估计与风险情景相关的结果和似然函数。这可能是由于缺乏独特的、处于技术前沿的项目的先验信息，或者涉及高度可靠的系统，因此风险评估的历史记录很少(海姆斯，1998)。

3.3 生存能力分析

生存能力分析是处理生物生物体死亡和机械系统故障的统计学的一个分支。它也被称为工程学中的可靠性理论或可靠性分析，以及经济学或社会学中的持续时间分析或持续时间建模（约翰逊，1999）。

一般地说，生存性分析涉及到对事件数据的时间的建模。在风险管理的背景下，风险事件的发生在生存能力分析文献中被认为是一个“事件”。生存分析试图回答诸如特定环境或特征如何增加或降低生存几率等问题。要回答这样一个问题，有必要定义“寿命”。在生物生存的情况下，死亡是明确的，但对于机械可靠性，故障可能没有明确的定义，因为很可能有机械系统的故障是部分的，程度上，或在时间上没有定位。即使在生物学问题上，一些事件（例如，心脏病发作或其他器官衰竭）也可能有同样的模糊性。下面概述的理论假设在特定时间有明确定义的事件；通过明确解释模糊事件的模型，可以更好地处理其他情况(科莱特，2003)。

主要感兴趣的对象是生存函数，通常表示为S，其定义为

S (t)= Pr (T gt; t ) (2)

其中t是某个时间，t是一个随机变量，表示时间到事件的时间，Pr代表概率。即：生存函数是事件发生时间晚于指定时间的概率。生存函数在生物生存问题中也称为幸存者函数或生存函数，在机械生存问题中也称为可靠性函数（强生约翰逊公司，1999）。

3.4 工程经济学

工程经济学是经济学在工程项目中的应用。以前被称为工程经济，是经济学的一个子集，涉及使用和经济原则在工程决策分析中的应用。作为一门学科，它专注于被称为微观经济学的经济学分支，因为它研究个人和公司在做出关于有限资源分配的决策时的行为。因此，它侧重于决策过程、其背景和环境。它本质上是实用主义的，将经济理论与工程实践相结合。但是，它也是微观经济理论的一个简化应用，因为它假定诸如价格决定、竞争和需求/供应等要素是来自其他来源的固定投入。但作为一门学科，它与统计学、数学和成本会计等其他学科密切相关。它借鉴了经济学的逻辑框架，但也增加了数学和统计学的分析能力。工程师试图找到问题的解决方案，每个可能的解决方案的经济性与技术方面一起被考虑。考虑了一个固定年限或项目估计寿命的分析期间的成本和收入。

工程经济学中涉及的其他一些主题是通货膨胀、不确定性、替代、折旧、资源消耗、税收、税收抵免、会计、成本估计或资本融资。所有这些主题都是成本工程领域的主要技能和知识领域(康罗，2003)。工程师寻求问题的解决方案，以及技术方面，每个潜在解决方案的经济可行性通常从反映其经济效用的特定观点来考虑。从根本上说，工程经济学涉及到在有实现特定目标的替代方案时，制定、估计和评估经济结果。在一些美国土木工程本科课程中，工程经济学是一门必修课。这是一个关于工程基础考试的主题，也可能对工程考试的原则和实践提出问题；两者都是专业工程注册过程的一部分。对于每个问题，通常都有许多可能的替代方案。在每次分析中必须考虑的一个选择，通常是选择，是什么都不做的选择。还必须考虑做出一种选择的机会成本。还有一些非经济因素需要考虑，如色彩、风格、公众形象等。

考虑了一个固定年限或项目估计寿命的分析期间的成本和收入。残值往往被遗忘，但很重要，是项目退役的净成本或收入。工程经济学中可能讨论的其他一些主题是通货膨胀、不确定性、替代、折旧、资源消耗、税收、税收抵免、会计、成本估计或资本融资。所有这些主题都是成本工程领域的主要技能和知识领域。金钱的时间价值是工程经济学中最重要的概念之一。对金钱的时间估值的普遍概念是，公司今天所拥有的资源比未来的资源更有价值，因为这些资源可以投资并直接投入生产活动，并获得正回报。工程经理总是有机会通过有吸引力的工程项目来获得他们的资源的正回报率。因此，现金流出和资金流入的时间安排具有重要的经济后果，工程经理们清楚地认为这是“金钱的时间价值”。考虑到金钱的时间价值是大多数工程经济分析的核心。现金采用利率贴现，但最基本的经济研究除外。一条时间线通常被用来描述与给定的投资相关的现金流。它是一条水平线，起始时间出现在最左边，未来的周期从左到右标记。因为货币具有时间价值，所以所有与投资相关的现金都必须在同一时间点进行计量。一般来说，这一点是投资生命的结束或开始，然后将这些价值相加，求出投资的未来价值。

财务中使用的主要经济原则是边际成本效益分析，即只有在

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