[发明专利]一种复杂冗余系统可靠性评估的优化方法

说明书

本发明公开了一种复杂冗余系统可靠性评估的优化方法，包括以下步骤：步骤1：将子系统串联、组件并联，设置冷热备份组件，完成串并联冗余备份系统模型；步骤2：计算故障概率分布和故障时间失效分布；步骤3：计算出系统可靠性和系统任务成本开销；步骤4：基于蚁群遗传算法进行第一次寻优计算，获得初始化序列最优解和初始信息素；步骤5：根据初始化序列最优解和初始信息素进行第二次寻优计算，完成可靠性评估的优化。此发明解决了传统复杂系统的备份组件可靠性差且成本高的问题，采用将蚁群和遗传相结合的蚁群遗传算法，优化冗余备用组件在子系统中的分布排序对系统可靠性的影响，提升了系统可靠性，降低了系统任务成本开销。

技术领域

本发明涉及复杂系统可靠性技术领域，具体涉及一种复杂冗余系统可靠性评估的优化方法。

背景技术

随着计算机技术的迅速发展，使用者对复杂系统的可靠性的要求水平也就越来越高。在这个信息技术飞速发展的时代，复杂系统早已渗入人们的日常生活，甚至国防领域，因此提高复杂系统的可靠性是产品设计和生产过程中重要的环节。那么复杂系统可靠性的高低是需要分析和计算，二者是相互关联。

确保设备或者任务的可靠性能够进行检测和保证多数系统的故障机制，益于对以后的试验得出有效的修改意见，进而满足系统可靠性的稳定，增加产品运行寿命，减少系统运行成本。由此可以看出系统的可靠性不单单是指稳定性，还有成本等。

由于可靠性研究理论的深远发展，科学技术给其供应了优秀的协助分析方法。所以在现实世界的可靠性工程技术中，怎么探究出方便分析并且满足使用的高可靠性技术成为了探究核心。

通过冗余备份技术来满足系统的可靠性，即系统中一个或多个模块或组件，其它的系统组件或模块当做备用组件。当系统某个已在工作状态的组件故障失效，此时应将该故障组件断开连接，用备用组件将其替换并执行任务。目前大多数现有的优化工作都专用于热的或冷的备用冗余系统或者它们的组合，然而对于一个复杂冗余系统，其备用组件在系统中必然存在串并联问题，其有待探究。

发明内容

本发明的目的是提供一种复杂冗余系统可靠性评估的优化方法。此方法旨在解决传统复杂系统的备份组件可靠性差且成本高的问题，采用将蚁群和遗传相结合的蚁群遗传算法，来优化复杂系统下的冗余备用组件在子系统中的分布以及排序对系统可靠性的影响，提升复杂系统的系统可靠性，降低系统任务成本开销。

为达到上述目的，本发明提供了一种复杂冗余系统可靠性评估的优化方法，包括以下步骤：

步骤1：将复杂冗余系统中的所有子系统串联连接，每个子系统中的所有组件并联连接，并设置冷热两种形式的备份组件，完成串并联冗余备份系统模型的设计；

步骤2：基于离散数学概率分布和Weibull分布，分别计算故障组件的故障概率分布和故障时间失效分布；

步骤3：基于故障概率分布和故障时间失效分布，分别计算出复杂冗余系统的系统可靠性和系统任务成本开销；

步骤4：根据系统可靠性和系统任务成本开销，基于蚁群遗传算法进行第一次寻优计算，获得复杂冗余系统中各子系统各组件的初始化序列最优解和初始信息素；

步骤5：根据初始化序列最优解和初始信息素，基于蚁群遗传算法进行第二次寻优计算，获得复杂冗余系统中各系统中各组件的序列分布最优解，完成可靠性评估的优化。

最优选的，第k个组件在复杂冗余系统的任务时间t内的故障概率分布为F_k(t)，第k个组件在第i个时间单元的故障时间失效分布为p_j(i)；且故障概率分布F_k(t)满足：

其中，η_k为Weibull分布的比例变量，β_k为Weibull分布的形状变量；故障时间失效分布p_j(i)满足：