系统冗余优化设计的启发式算法

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1、万方数据系统工程与电子技术文章缩号：IG01—506x(2003)09—1096-03系统冗余优化设计的启发式算法张永强1，雷宁利2，单长胜3(1．国防科技大学人文与管理学院，湖南长沙410073；2．北京特种机电设备研究所北京100012；3．北京跟踪与通信技术研究所，北京100094)摘要：可靠性设计是系统设计的重要环节，系统冗余设计是可靠一胜设计的重要方法．也是提高系统可靠性的有效手段。在Sharma算法思路的基础上，考虑了新的试探方式，试图络“最有可靠度效益的级”增加冗余，井采用级替换因子判断培系统中的哪一衄增加

2、冗奈对系统最有效益。在替换因子的考虑上，提出两种算法，井举倒说明算法如何在部件可靠度确定的情况下，考虑系统设计代价(费用，重量，体积等)．优化配置部件的冗奈教。美麓词：可靠性；冗奈；优化；启发式算涪中田分类号：TBll4．3文献标识码：AAHeuristicAlgorithmfortheOptimizationofSystemRedundancyDesignZHANGYong-qian91，LEINng-li2，SHANChang-s蝴(1c以噼01"Hume．a“y矾dM卸dg自艟m．No．tio,dUrat*rs竹0

3、，风岛恤豫炯幽gy，Ch,叭gska410073，China2＆姗Instituteof却“枷Eqnlpment，B畸w100012，China；3BeltingInstitute矿MwandTekommm—Tedmo／og，'，tk,ijingIG(H94．China)Abstract：Reliability山姆lha畸linkInsystemdesi目a，andthesystemredundancydesignisanhnportantapproachinrelia-bilitydesignandal吣anet书ei

4、entH№舭stohaereaBethesystemrellability．AnewheuristicmethodbasedOnShannaarithmeticispre—sentedinthispapertoaddredurdaneyIotheclasswiththe嗍treliableefficiency．ClassiseHd呷edinstead缸faetor协】ud萨IowhichclsasredundancyshouldbeaddedSOthatthehi曲estefficieneycanbeachieved．T

5、woalgorithmsareputforwardintermsoffactorreplacementandexamples[Ireg【vertt0illustratehowthealgorithmsoptimizeredundancyofallclasseswhenthecomponentreli·abilityisdetermined，withthesystemcost(expense，weight，volume，ele．)takenintoconsideration．Keywords：Reliability；Red

6、undartcy；Optimization；Heuristicalgorithm引言大型产品(如航天器)的研制生产是一个复杂的系统工程．具有研制周期长、耗资巨大，同时又有高技术、高风险、高可靠性等特点。在系统设计时，既要完成系统功能设计，又要完成系统可靠性设计，两者之中可靠性设计尤为重要。冗余设计是提高系统可靠度的重要方法和有效途径。原理上，系统的冗余度越高，可靠度就越高。但若系坑冗余度过高，其复杂度就会提高，可靠性实际上就会受到负面影响，而且也给系统维护、检查等带来很多困难。实际上在对系统进行冗余设计之前，首先要进行深

7、入的故障失效模式分析(FMEA)，以此为基础并综合设计经验，有针对性地考虑给哪些部件增加冗余。系统冗余设计受到很多因素的限制，如研制经费的投入力度、研制周期、部件的生产工艺、选用材料、体积和重量等。进行系统冗余设计时，要综合考虑这些因素。本文正是基于此考虑，在部件可靠度确定的情况下，提出了优化配置部件冗余数的算法，为大型产品的可靠性设计提供一些探索性的思路。2问题的提出和描述2．1假设若假定冗余部件是统计独立的．那么在并联冗余中．所有部件都具有相同的失效(或成功)概率(风险)，即所有部件具有相同的可靠度。若风险系数在部件

8、可靠度中没有反映，则对部件的风险系数不作假定。要鉴定一个系统的可靠性设计水平，其可靠性改进的代价数据是十分重要的指标，但目前这方面的实用数据很少。为了使目标函数和约束条件公式化，实际的代价数据是问题的逼真模拟、计算所必须的．所以假设目标函数和约束条件能够公式化，并且已知。费用、重量、体积或者它们的组合形成的约束，对于