[發明專利]多階段任務系統冗余配置優化方法

有效

• 申請號: 201810998045.0
• 申請日: 2018-08-29
• 公開（公告）號: CN109002656B
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發明（設計）人: 胡啟國;何金銀
• 申請（專利權）人: 重慶交通大學
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G06N3/12;G06F111/06
• 代理公司: 重慶謝成律師事務所 50224
• 代理人: 謝殿武

本發明提供的一種多階段任務系統冗余配置優化方法，包括步驟S1：建立多階段系統的故障樹和貝葉斯網絡，獲得多階段系統的路集組合；S2：建立元件累積損傷模型，計算元件在各階段的可靠度，帶入多階段系統的路集組合，得到多階段任務系統可靠度；S3：建立多階段任務系統冗余配置的優化數學模型；S4：代入多階段任務系統可靠度，利用遺傳算法，求解優化數學模型，獲得最優元件配置基因；本發明采用遺傳算法尋找系統的最優配置，采用元件冗余跨階段共用能在不降低系統可靠性前提下顯著降低造價、系統重量等性能參數，考慮失效率的不確定性獲得的系統魯棒性冗余配置結構能夠顯著地抵抗不確定因素的變化對系統可靠性造成的影響使系統可靠性具備穩定性。

技術領域

本發明涉及多階段系統可靠性建模領域，具體涉及一種多階段任務系統冗余配置優化方法。

背景技術

現有工業設備大多是高精密、高復雜設備，其任務的完成，大多由多個不同任務階段串聯而成，如導彈的攻擊任務分為發射、慣性制導、末端制導三階段組成，這樣的系統稱為PMS(Phased-Mission Systems)。PMS冗余配置優化的目的是通過選擇冗余元件的類型以及個數在成本，重量、體積等約束下實現系統可靠性最大化，或者在保證系統達到一定可靠性以及滿足重量、體積等約束條件下實現成本最小化。

PMS不同任務階段其系統組成，元件配置，元件失效率各不相同，加之元件階段內以及跨階段共用造成元件失效階段相關，使得PMS無論在可靠性求解還是冗余配置優化都較單階段任務系統復雜的多。

目前已有較多文獻討論了PMS的可靠性求解方法，大致可分為三類：靜態模型法、動態模型法以及仿真抽樣方法。靜態模型法如PMS-BDD(BDD，二元決策圖，Binary DecisionDiagram)方法很好的解決了階段間的相關性以及元件共用問題；貝葉斯網絡(BayesianNetworks,BN)方法利用節點間的條件概率關系能很好地表示元件在階段內以及階段間的共用性，并有成熟的推理算法可以利用。動態模型法如Markov模型、Petri網模型等，動態模型方法能處理階段內以及階段間的元件共用性，但存在組合爆炸問題。基于大數定理的蒙特卡洛方法從原理上來說該方法幾乎沒有限制，缺點是為了獲得一定精度的解必須多次重復仿真，耗時過長。

單階段任務系統冗余配置優化，無論在系統可靠性計算還是優化技術上都很成熟，而針對PMS的冗余配置優化文獻尚不多。目前已有人研究了PMS冷備份冗余的優化，故障級覆蓋系統的優化,PMS在隨機沖擊情況下的冗余優化問題，還有人利用模擬方法考慮了多失效模式的PMS冗余優化，研究了串并聯PMS的優化，針對多狀態PMS展開研究獲得了系統的最佳冗余配置?，F有的對PMS冗余優化采用的優化工具而言多為遺傳算法與粒子群算法，且都是在PMS的各階段分別進行冗余元件的配置，未考慮元件冗余階段共享情況，元件冗余階段共享即在i階段a元件的冗余在i階段結束后仍然可以在j階段作為a元件的冗余繼續使用，元件冗余各階段共享在生產中是實際存在的，其能夠充分利用冗余元件的使用壽命，在保證系統可靠性前提下顯著減少各階段并聯元件的數量從而降低系統成本、重量、體積等指標。

現已有人在單階段任務系統冗余配置優化中考慮了元件失效率的不確定性，但在PMS冗余配置優化中，極少有文獻考慮元件失效率的不確定性。生產實際中因技術水平的差異、加工、測量、統計誤差等因素導致元件失效率不是一個確定值，若按確定值來處理，設計的系統不具有系統可靠性的魯棒性，即元件失效率的一個小的波動很可能導致系統最優可靠性發生很大突變，即系統抗波動性差?？紤]元件失效率的不確定性時，求系統可靠性的最優解顯得意義不大，尋找系統抗波動性強的最優魯棒解及其對應的系統最優冗余配置就顯得很有實際意義。

因此，需要提出一種考慮元件跨階段共用、元件冗余跨階段共享和元件失效率不確定性的多階段任務系統冗余配置優化方法。

發明內容