تخصیص مازاد سیستم سری - موازی با هدف بیشینه در دسترس‌پذیری با در نظر گرفتن نرخ‌های خرابی و تعمیر غیر نمایی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مدیریت صنعتی، دانشکده اقتصاد، مدیریت و حسابداری، دانشگاه یزد، یزد، ایران.

2 عضو هیات علمی تمام وقت دانشکده مهندسی صنایع و مکانیک دانشگاه آزاد اسلامی واحد قزوین

3 دانشجوی دکترا

چکیده

در این نوشتار، مسأله تخصیص مازاد سیستم سری - موازی، برای بیشینه کردن سطح دسترس‌پذیری سیستم با در نظر گرفتن محدودیت بودجه، وزن، حجم و بیشترین و کمترین تعداد عناصر تخصیص یافته به هر زیرسیستم مورد بررسی قرار گرفته است. نوآوری اصلی تحقیق لحاظ کردن نرخ خرابی و تعمیرپذیری اجزاء در فرآیند بهینه‌سازی با نرخ‌های خرابی و تعمیر غیر از تابع توزیع نمایی می‌باشد. پارامترهای مؤثر بر سیستم مورد مطالعه این تحقیق به گونه‌ای می‌باشد که امکان محاسبه دسترس‌پذیری با استفاده از روابط ریاضی غیرممکن خواهد بود. بنابراین این تحقیق به منظور محاسبه دسترس‌پذیری سیستم از تکنیک شبیه‌سازی استفاده می‌کند. از آنجایی که شبیه‌سازی هیچ‌گونه قابلیت بهینه‌سازی ندارد سعی می‌شود تا نتایج حاصل از شبیه‌سازی به شکل یک تابع ریاضی، که بیانگر چگونگی تأثیر متغیرهای تصمیم بر دسترس‌پذیری سیستم می‌باشد، بیان شود. در ادامه با توجه به درجه سختی بالای تابع ریاضی توسعه داده شده، الگوریتم فراابتکاری ژنتیک برای حل آن به کار گرفته می‌شود. در نهایت کارایی الگوریتم ژنتیک در برابر الگوریتم‌های اجتماع ذرات و شبیه‌ساز تبرید سنجیده می‌شود. به منظور مقایسه منصفانه، پارامترهای تأثیرگذار بر الگوریتم‌ها با استفاده از روش تاگوچی تنظیم شده و الگوریتم‌ها در بهترین حالت کارکردی خود قرار می‌گیرند. نتایج محاسباتی توانایی بالای الگوریتم ژنتیک را در بهینه‌سازی مسأله مورد نظر اثبات می‌کند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Redundancy allocation of series-parallel system to maximize availability considering non-exponential failure and repair rates

نویسندگان [English]

  • SEYYED ALI Mirnezhad 1
  • Parham Azimi 2
  • ahmad yousefi hanoomarvar 3
1 Management, Accounting and Economics Faculty, Yazd University.
2 Faculty of Industrial and Mechanical Engineering, Qazvin Branch, Islamic Azad University
3 Ph. D student
چکیده [English]

In the present study, the redundancy allocation problem (RAP) of series-parallel system has been investigated to maximize the system's availability. To achieve the research objective, budget, weight and volume constraints, and the maximum and minimum number of elements assigned to each subsystem have been considered. The main innovation of this research is to consider the failure and repair rates of components with non-exponential distribution function in the process of optimization. The parameters affecting the under-study system in this paper make it impossible to calculate the availability using mathematical relations. Therefore, the present study has used simulation method to calculate system availability. Since the simulation has no optimization capability, this research tries to represent the results of the simulation as a mathematical function, which explains the way decision variables affect the system's availability. Further, due to the high degree of difficulty of developed mathematical function, the genetic metaheuristic algorithm was used to solve it. Finally, the efficiency of the genetic algorithm was measured against particle swarm algorithm and simulated annealing algorithm. To compare fairly, the parameters affecting the algorithms are adjusted using the Taguchi method and the algorithms are in their best practice. The computational results prove the high ability of the genetic algorithm in optimizing the concerned problem.

کلیدواژه‌ها [English]

  • reliability
  • Redundancy Allocation Problem
  • Simulation
  • Metaheuristic Algorithms
  • Taguchi method
امیری، مقصود. (1393). قابلیت اطمینان، انتشارات آن.
بیلینتون، روی. آلن، رونالد. (1390). ارزیابی قابلیت اطمینان سیستم‌های مهندسی، رضائیان، محسن. چاپ دوم، تهران، انتشارات دانشگاه صنعتی امیرکبیر.
یقینی، مسعود. اخوان کاظم‌زاده، محمد رحیم. (1390). الگوریتم‌های بهینه‌سازی فراابتکاری، تهران، انتشارات جهاد دانشگاهی واحد صنعتی امیرکبیر.
عظیمی، پرهام. هادی نژاد، فرهاد. (1395). ارائه مدل بهینه‌سازی چندهدفه در مسأله تخصیص افزونگی سیستم‌های تعمیرپذر با بهره‌گیری از تکنیک‌های تصمیم‌گیری چند معیاره، طراحی آزمایشات و شبیه‌سازی، مطالعات مدیریت صنعتی، سال چهاردهم، شماره 41، صفحات 162-137.
Amiri, M., Sadeghi, M.R., Khatami Firoozabadi, A., Mikaili, F. (2014). "A Multi-objective Optimization for Redundancy Allocation Problems in Series-Parallel Systems with Repairable Components", International Journal of Industrial Engineering & Production Research, 25, 71-81.
Beji, N., Jarboui, B., Eddaly, M., Chanbchoub, H. (2010). “A hybrid particle swarm optimization algorithm for the redundancy allocation problem”, Journal of Computational Science, 1, pp. 159–166.
Bulfin, R.L., Liu, C.Y9. (1985). "Optimal Allocation of Redundant Components for Large Systems", IEEE Transaction on Reliability, 34, 241-7.
Cantoni, M., Marseguerra, M., & Zio, E. (2000). Genetic algorithms and Monte Carlo simulation for optimal plant design. Reliability Engineering & System Safety, 68(1), 29-38.
Cerny, V. 1985. "A thermo dynamical approach to the traveling salesman problem: An efficient simulation algorithm". Journal of Optimization Theory & Applications 45: 41-51.
Chambari, A., Rahmati, S.H. A., Najafi, A.A., Karimi, A. (2012). "A Bi-objective Model to Optimize Reliability and Cost of System with a Choice of Redundancy Strategies", Computers & Industrial Engineering, 63, 109-119.
Chern, M. S. (1992).  "On the Computational Complexity of Reliability Redundancy Allocation in a Series System", Operation Research Letter, 11, 309-315.
Coit, D.W., Smith, A. (1996). "Stochastic Formulations of the Redundancy Allocation Problem", Proceedings of the Fifth Industrial Engineering Research Conference, Minneapolis, 1996.
Fyffe, D.E., Hines, W.W., Lee, N.K. (1968). "System Reliability Allocation and a Computational Algorithm", IEEE Transactions on Reliability, 17, 64-69.
Gholinezhad, H., Hamadani, A.Z. (2017). "A New Model for The Redundancy Allocation Problem with Component Mixing and Mixed Redundancy Strategy", Reliability Engineering & System Safety, 164, 66-73.
Ha, C., Kuo, W. (2006). "Reliability Redundancy Allocation: An Improved Realization for Non-convex Nonlinear Programming Problems", European Journal of Operational Research, 171, 24-38.
Hsieh, Y.C. (2002). "A Two-Phase Linear Programming Approach for Redundancy Allocation Problems", Yugoslav Journal of Operations Research, 12(2), 227-236.
Huang, K., Mi, J. (2013). "Properties and Computation of Interval Availability of System", Statistics & Probability Letters, 83, 1388-1396.
Kennedy, J. and R. C. Eberhart, "Particle swarm optimization," Proceedings of IEEE International Conference on Neural Networks, Vol. 4, pp. 1942-1948,1995.
Kirkpatrick, S., C. D. Gelatt and M. P. Vecchi. 1983. Optimization by simulated annealing. Science 220: 671-680.
Khalili-Damghani, K., Abtahi, A.R., Tavana, M. (2013). "A New Multi-Objective Particle Swarm Optimization Method for Solving Reliability Redundancy Allocation Problems", Reliability Engineering and System Safety, 111, 58-75.
Konak, S., Smith, A., and Coit, D.W. (2003). "Efficiently Solving the Redundancy Allocation Problem Using Tabu Search", IIE Transactions, 35, 515-526.
Kuo, W., Wan, R. (2007). “Recent Advances in Optimal Reliability Allocation”, IEEE Transaction on system, man and cybernetics-part a: system and humans, pp. 143-156.
Lee, H., Kuo, W. Ha, C. (2003). "Comparison of Max-Min Approach and NN Method for Reliability Optimization of Series-Parallel System", Journal of Systems Science and Systems Engineering, 12, 39-48.
Lins, I. D., & Droguett, E. L. (2009). Multiobjective optimization of availability and cost in repairable systems design via genetic algorithms and discrete event simulation. Pesquisa Operacional, 29(1), 43-66.
Lins, I. D., & Droguett, E. L. (2011). Redundancy allocation problems considering systems with imperfect repairs using multi-objective genetic algorithms and discrete event simulation. Simulation Modelling Practice and Theory19(1), 362-381.
Marquez, J.E., Coit. D.W., Konak, A. (2004). "Redundancy Allocation for Series- Parallel Systems Using a Max–Min Approach", IIE Transaction, 36, 891-898.
Muhuri, P.K., Ashraf , Z., Lohani, Q.M.D. (2017). "Multi-objective Reliability-Redundancy Allocation Problem with Interval Type-2 Fuzzy Uncertainty", IEEE Transactions on Fuzzy Systems, PP(99), 1 – 1.
Ng, K. Y. K., Sancho, N. G. F. (2001). “A hybrid dynamic programming/depth-first search algorithm, with an application to redundancy allocation”, IIE Transactions, 33, 12, pp. 1047–1058.
parsopoulos, K. E. and M. N. Vrahatis, "Recent approaches to global optimization problems through particle swarm optimization," Natural Computing, Vol. 1, pp. 235-306, 2002.
Pourkarim Guilani, P., Azimi, P., Niaki S.T.A., Akhavan Niaki, S.A. (2016). "Redundancy Allocation Problem of a System with Increasing Failure Rates of Components Based on Weibull Distribution: A Simulation-Based Optimization Approach", Reliability Engineering & System Safety, 152, 187-196.
Ramirez-Marquez, J.E., Coit, D.W. (2004). “A heuristic for solving the redundancy allocation problem for multi-state series-parallel system”, Reliability Engineering and System Safety, 83, pp. 341-349.
Tavakkoli-Moghaddam, R., Safari, J., Sassani, F. (2008), "Reliability Optimization of Series-Parallel Systems with a Choice of Redundancy Strategies Using Genetic Algorithms", Reliability Engineering & System Safety, 93, 550-556.