بهبود پايايي سيستم هاي k از n در مسيله تخصيص مازاد با انتخاب استراتژي مازاد و با استفاده از الگوريتم ژنتيك

A Genetic Algorithm Approach to Reliability Improvement in Redundancy Allocation Problem of k-out-of-n Systems with a Choice of Redundancy Strategy

يكي از اصلي‌ترين راهكارهاي بهبود قابليت اطمينان سيستم‌ها، تخصيص اجزا مازاد مي‌باشد. در اغلب مسايل تخصيص مازاد، استراتژي مازاد براي هر زيرسيستم از قبل مشخص و ثابت درنظر گرفته مي‌شود، اما انتخاب استراتژي مازاد براي هر زيرسيستم، ابزار مناسبتري را در اختيار طراحان قرار مي‌دهد و موجب افزايش در بهبود قابليت اطمينان سيستم مي‌شود. بنابراين در اين مقاله انتخاب استراتژي مازاد براي هر زيرسيستم، به عنوان يك متغير تصميم درنظرگرفته شده است. سيستم درنظر گرفته شده داراي ساختار k از n مي‌باشد كه يك ساختار كلي بوده و بوسيله آن مي‌توان مجموعه مسايل بيشتري را مورد تجزيه و تحليل قرار داد. بنابراين مسيله عبارت است از، تعيين همزمان نوع و تعداد اجزاي بكار رفته و استراتژي مازاد براي هر زيرسيستم، به منظور برآورده نمودن محدوديت‌هاي درنظر گرفته شده و با هدف حداكثر نمودن قابليت اطمينان سيستم. به دليل NP-hard بودن مسيله تخصيص مازاد، روش‌هاي رياضي دقيق در مسايل با ابعاد بزرگ، كارايي خود را از دست مي دهند. در اين مقاله پس از ارايه مدل رياضي، به منظور حل مسيله، الگوريتم ژنتيك توسعه داده مي شود. براي اثبات كارايي روش ارايه شده، از مسايل معتبر موجود در ادبيات موضوع، استفاده شده و نتايج بدست آمده مورد مقايسه قرار گرفته است.

Redundancy is one of the most important methods to improve systems reliability. In previous studies of redundancy allocation problem, a predetermined redundancy strategy is assumed within each subsystem. However, in practice the choice of redundancy strategy provides a better tool for designers. Thus in this paper, the choice of redundancy strategies is considered as decision variables. In this paper, the redundancy allocation problem of k-out-of-n systems is investigated. This structure is a general system configuration and offers enhanced capabilities for analyzing many design problems. Thus, the problem is to select the best redundancy strategy, component, and redundancy level for each subsystem in order to maximize the system reliability under system-level constraints. This problem belongs to the NP-hard class of problems. Due to its complexity, it is difficult to optimally solve such a problem by using traditional optimization tools. In this paper, first the problem is mathematically modeled and then GA is used to solve the problem. The proposed algorithm is tested on several well-known test problems from the literature. Results indicate satisfactory performance for the proposed algorithm.