[发明专利]多阶段任务系统冗余配置优化方法

权利要求书

1.一种多阶段任务系统冗余配置优化方法，其特征在于：包括步骤：

S1：建立多阶段系统的故障树和贝叶斯网络，获得多阶段系统的路集组合；

S2：建立元件累积损伤模型，计算元件在各阶段的可靠度，带入多阶段系统的路集组合，得到多阶段任务系统可靠度；

S3：建立多阶段任务系统冗余配置的优化数学模型，具体如下：

S31：确定目标函数：本方法考虑到元件跨阶段共用，元件冗余跨阶段共享和元件失效率不确定性的情况，在增大系统输出特性的均值，减小系统输出特性的方差为优化目标，建立目标函数，所述目标函数的表达式如下：

其中，δ为输出特性的方差，μ为输出特性的期望；

S32：确定约束条件：所述约束条件为

其中，c_ij、x_ij分别表示i类元件的j型号的价格与数量，n表示阶段数，w表示冗余元件类型的数量；weight_k表示阶段k的系统的重量；M_k表示阶段k的系统重量约束上限；N_ij表示i类元件的j型号的个数约束上限；C*表示多阶段任务系统造价约束的上限；所述系统输出特性即为多阶段任务系统可靠度；

S4：代入多阶段任务系统可靠度，利用遗传算法，求解优化数学模型，获得最优元件配置基因；所述步骤S4具体如下：

S41：编码：采用整数编码，每个基因位用0～N_ij的整数表示选择该元件的个数；共有n个阶段共w种元件类型，总共用n×w个基因表示各阶段元件的选择情况，为了表示元件冗余阶段共享情况，在编码时从阶段2开始各阶段增加各元件冗余共享基因标志位其中，表示阶段k共享阶段k’的y元件冗余，即阶段k’的y冗余在阶段k也被使用；

S42：初始种群的生成：个体的基因位的基因值应满足元件数量约束，基因生成方法为：若有n_y个元件y供选择，在阶段1，在[0,n_y]范围随机生成元件y使用个数n₁，在阶段2，在[0,n_y-n₁]范围随机生成元件y使用个数n₂，在阶段k，在[0，n_y-n₁-n₂-…-n_(k-1)]范围内随机生成元件y使用个数n_k，按此方式随机生成各元件初始种群；

S43：各阶段系统重量计算：由下式计算阶段k系统重量weight_k:

其中，w_x_ij表示i类元件j型号的重量；

S44：系统造价计算：由下式计算多阶段任务系统造价Z：

S45：系统造价计算：采用拉丁超立方对步骤S41选择的每个冗余元件的失效率分布函数进行抽样，对各元件分别抽取m个失效率样本，每个样本包括元件在各阶段的失效率，再将每一个样本带入元件累积损伤模型求得各个样本下元件在各阶段的可靠度；

S46：将步骤S45求得的各元件条件可靠度带入步骤2求得的系统路集求得m个系统可靠度样本；

S47：计算m个系统可靠度样本的统计特性，即均值与方差；

S48：计算种群适应度：

S49：采用精英保留策略，选择、交叉、变异获得子代总群；

S410：重复步骤S41至S49，达到规定迭代次数停止算法，输出最优元件配置基因。

2.根据权利要求1所述多阶段任务系统冗余配置优化方法，其特征在于：所述步骤S48具体为：采用罚函数方法获得适应度函数fit(x)：

其中，R_g表示第g种结构的多阶段任务系统可靠度，所述结构即为多阶段任务系统的最小不交化路集；K表示系统可靠度约束下限，abs()表示求()中的表达式的绝对值的运算；factor表示罚因子。