[發(fā)明專利]多階段任務(wù)系統(tǒng)冗余配置優(yōu)化方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810998045.0
• 申請日: 2018-08-29
• 公開（公告）號: CN109002656B
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡啟國;何金銀
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶交通大學(xué)
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G06N3/12;G06F111/06
• 代理公司: 重慶謝成律師事務(wù)所 50224
• 代理人: 謝殿武

1.一種多階段任務(wù)系統(tǒng)冗余配置優(yōu)化方法，其特征在于：包括步驟：

S1：建立多階段系統(tǒng)的故障樹和貝葉斯網(wǎng)絡(luò)，獲得多階段系統(tǒng)的路集組合；

S2：建立元件累積損傷模型，計(jì)算元件在各階段的可靠度，帶入多階段系統(tǒng)的路集組合，得到多階段任務(wù)系統(tǒng)可靠度；

S3：建立多階段任務(wù)系統(tǒng)冗余配置的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，具體如下：

S31：確定目標(biāo)函數(shù)：本方法考慮到元件跨階段共用，元件冗余跨階段共享和元件失效率不確定性的情況，在增大系統(tǒng)輸出特性的均值，減小系統(tǒng)輸出特性的方差為優(yōu)化目標(biāo)，建立目標(biāo)函數(shù)，所述目標(biāo)函數(shù)的表達(dá)式如下：

其中，δ為輸出特性的方差，μ為輸出特性的期望；

S32：確定約束條件：所述約束條件為

其中，c_ij、x_ij分別表示i類元件的j型號的價(jià)格與數(shù)量，n表示階段數(shù)，w表示冗余元件類型的數(shù)量；weight_k表示階段k的系統(tǒng)的重量；M_k表示階段k的系統(tǒng)重量約束上限；N_ij表示i類元件的j型號的個數(shù)約束上限；C*表示多階段任務(wù)系統(tǒng)造價(jià)約束的上限；所述系統(tǒng)輸出特性即為多階段任務(wù)系統(tǒng)可靠度；

S4：代入多階段任務(wù)系統(tǒng)可靠度，利用遺傳算法，求解優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，獲得最優(yōu)元件配置基因；所述步驟S4具體如下：

S41：編碼：采用整數(shù)編碼，每個基因位用0～N_ij的整數(shù)表示選擇該元件的個數(shù)；共有n個階段共w種元件類型，總共用n×w個基因表示各階段元件的選擇情況，為了表示元件冗余階段共享情況，在編碼時從階段2開始各階段增加各元件冗余共享基因標(biāo)志位其中，表示階段k共享階段k’的y元件冗余，即階段k’的y冗余在階段k也被使用；

S42：初始種群的生成：個體的基因位的基因值應(yīng)滿足元件數(shù)量約束，基因生成方法為：若有n_y個元件y供選擇，在階段1，在[0,n_y]范圍隨機(jī)生成元件y使用個數(shù)n₁，在階段2，在[0,n_y-n₁]范圍隨機(jī)生成元件y使用個數(shù)n₂，在階段k，在[0，n_y-n₁-n₂-…-n_(k-1)]范圍內(nèi)隨機(jī)生成元件y使用個數(shù)n_k，按此方式隨機(jī)生成各元件初始種群；

S43：各階段系統(tǒng)重量計(jì)算：由下式計(jì)算階段k系統(tǒng)重量weight_k:

其中，w_x_ij表示i類元件j型號的重量；

S44：系統(tǒng)造價(jià)計(jì)算：由下式計(jì)算多階段任務(wù)系統(tǒng)造價(jià)Z：

S45：系統(tǒng)造價(jià)計(jì)算：采用拉丁超立方對步驟S41選擇的每個冗余元件的失效率分布函數(shù)進(jìn)行抽樣，對各元件分別抽取m個失效率樣本，每個樣本包括元件在各階段的失效率，再將每一個樣本帶入元件累積損傷模型求得各個樣本下元件在各階段的可靠度；

S46：將步驟S45求得的各元件條件可靠度帶入步驟2求得的系統(tǒng)路集求得m個系統(tǒng)可靠度樣本；

S47：計(jì)算m個系統(tǒng)可靠度樣本的統(tǒng)計(jì)特性，即均值與方差；

S48：計(jì)算種群適應(yīng)度：

S49：采用精英保留策略，選擇、交叉、變異獲得子代總?cè)海?/p>

S410：重復(fù)步驟S41至S49，達(dá)到規(guī)定迭代次數(shù)停止算法，輸出最優(yōu)元件配置基因。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述多階段任務(wù)系統(tǒng)冗余配置優(yōu)化方法，其特征在于：所述步驟S48具體為：采用罰函數(shù)方法獲得適應(yīng)度函數(shù)fit(x)：

其中，R_g表示第g種結(jié)構(gòu)的多階段任務(wù)系統(tǒng)可靠度，所述結(jié)構(gòu)即為多階段任務(wù)系統(tǒng)的最小不交化路集；K表示系統(tǒng)可靠度約束下限，abs()表示求()中的表達(dá)式的絕對值的運(yùn)算；factor表示罰因子。