基于免疫遗传优化的可靠性分配方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及系统可靠性分配方法领域，具体是涉及一种基于免疫遗传优化的可靠 性分配方法及装置。
【背景技术】
[0002] 可靠性指标分配就是将系统的可靠性指标要求合理的分配到系统中的各个设备。 多个设备以串联、并联、旁联等方式相互连接，形成系统的整体功能。在系统任务可靠性分 配中，以系统的可靠性指标作为输入，将系统可靠性指标分解到设备，输出各设备可靠性指 标分配结果。合理的可靠性指标分配结果，可以在保证系统可靠性指标实现的情况下，有效 降低系统各设备总的设计、制造成本，提高系统安全性，减少维修工作量。
[0003] 现有的可靠性指标分配方法有:等分配法、比例组合分配法、评分分配法、AGREE分 配法等。
[0004] 1、等分配法:对系统各组成设备的可靠性指标实行平均分配，分配结果的合理性 差。
[0005] 2、比例组合分配法:在新设计的系统与已有系统结构相似的情况下，利用已有系 统各设备的可靠性数据，进行新系统各设备可靠性指标分配。在可靠性数据积累较少的情 况下，无法使用。
[0006] 3、评分分配法：由行业专家对系统各组成单元的复杂程度、技术水平、工作时间、 环境条件等因素进行评分，根据评分结果进行可靠性指标的分配。该方法受专家经验影响 较大，如专家选择不合适，分配结果将偏差较大。此外，评分分配法的分配算法以串联模型 为基础，仅适用于基本可靠性分配和串联模型的任务可靠性分配，无法用于非串联模型的 任务可靠性分配。
[0007] 4、AGREE分配法:考虑系统各组成设备的复杂程度、重要程度、工作时间等因素的 分配方法。与评分分配法类似，该方法仅适用于基本可靠性分配和串联模型的任务可靠性 分配，无法用于非串联模型的任务可靠性分配。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的是为了克服上述【背景技术】的不足，提供一种基于免疫遗传优化的可 靠性分配方法及装置，以全寿期成本最低为分配目标，分配过程中将免疫算法与遗传算法 相结合，适用于复杂系统的任务可靠性分配。
[0009] 本发明提供一种基于免疫遗传优化的可靠性分配方法，包括以下步骤：
[0010] S1、排除选型的设备和可靠度指标确定的设备，对剩余设备进行可靠性指标优化 分配，根据剩余设备的运行工况，建立附带约束条件的系统多工况可靠性模型:RsiFUi， R2，···，Rn)，其中，Rs为系统任务可靠度，Ri，R2，··· .Rn为设备任务可靠度，N为设备数量，N为正 整数，且~2 2^(办，1?2广_，办)为表示系统任务可靠度与设备任务可靠度之间关系的非线性 函数；
[0011] S2、构建全寿期成本函数：
[0012]
[0013]其中，Cn为第η个设备的全寿期成本，η为正整数，且1 <n<N，qn为第η个设备的可靠 度指标提高难度，en为第η个设备的重要程度，sn为第η个设备的维修难度，Rn为第η个设备的 可靠度的当前值；
[0014] qn取正数，设备可靠度指标提高难度越大，qn取值越大;en取正数，设备重要程度越 高、故障危害越大，e n取值越大;sn取正数，设备维修难度越大，sn取值越大；
[0015] 在系统多工况可靠性模型的约束条件下，以系统总全寿期成本最低为可靠性分配 的目标，构建目标函数：
[0016]
[0017]其中，Cs为系统总全寿期成本；
[0018] S3、将各设备可靠性指标的一组分配值定义为一个抗体，对应系统可靠性指标分 配的一个分配结果，将多组分配值构成的集合定义为种群;根据每个设备可靠度取值的上 下限，随机生成若干抗体，得到一个初始种群；以抗体对应的系统总全寿期成本Cs最小为目 标，确定表示抗体的适应度f( Xl)的函数；
[0019] S4、剔除初始种群中不满足所述约束条件的抗体;定义抗体相似度，定义抗体浓度 为某个抗体本身与相似抗体的个数之和，根据抗体相似度的定义，得到抗体浓度;基于抗体 适应度、抗体浓度，计算抗体选择概率，然后按照抗体选择概率，对当前种群中的所有抗体 进行筛选；
[0020] S5、在筛选出的抗体中，随机选择交叉父代抗体，交叉父代抗体以线性交叉的方式 产生交叉后的子代抗体;根据变异概率pm，随机选择变异父代抗体，p m为正数，且取值接近于 0;基于变异父代抗体的适应度，确定变异子代抗体的变异幅度，得到变异子代抗体；
[0021] S6、从交叉变异后的种群中选择适应性和一致性最好的抗体分量作为疫苗，提取 疫苗，然后按照接种概率，对当前种群中所有抗体进行疫苗接种;对接种了疫苗的抗体进行 检测，判断接种了疫苗的抗体的适应度是否低于父代，如果是，该抗体将被父代中相应的抗 体所替代;否则将该抗体分入新一代种群；
[0022] S7、判断新一代种群是否收敛，如果是，则转到步骤S8;否则返回步骤S4;
[0023] S8、将新一代种群中最大适应度的抗体作为系统可靠性指标分配的分配结果，输 出该分配结果。
[0024] 在上述技术方案的基础上，步骤S4中所述抗体相似度的定义为：
[0025]随机选取两个不同的抗体:Xl、Xj，i、j均为正整数，且i矣j，定义两个抗体结构相似 性的指fe和品质相似性的指fe:
[0026]
[0027]其中，S(Xi，Xj)为Xi与Xj结构相似性的指标，Q(Xi，Xj)为Xi与Xj品质相似性的指标，Μ 为正整数，表示抗体分向量的个数，f(Xl)SXl的适应度，以^)为幻的适应度，k为正整数，且 1 Μ，xik为xi的第k个分向量，Xjk为xj的第k个分向量；
[0028] 如果满万 ；中，η为抗体的结构相似度阈值，t为抗体的品质相似 度阈值，η、?均为止m，J=Lu、丁〇,则称xi与xj相似。
[0029] 在上述技术方案的基础上，步骤S4中所述抗体选择概率的计算公式为:ps(Xi) =α (l-Li/Lmax) + (l-a)f(Xi)/fmax，其中，Ps(Xi)为抗体选择概率，α为(〇，1)之间的可调参数;Li 为抗体xi的浓度，Lmax为当前种群中的最大抗体浓度，fmax为当前种群中抗体的最大适应度。
[0030] 在上述技术方案的基础上，步骤S3中得到初始种群之前，还包括以下步骤:对系统 中各设备的可靠性指标进行编码，得到由多个数值构成的数组，可靠性指标的一组分配结 果对应一个数组，每个设备的可靠性指标对应数组中的一个数值，该数值的取值范围是(0， 1) 〇
[0031 ]在上述技术方案的基础上，步骤S3中所述抗体的适应度f(Xi)的函数为： f(Xi) = +，其中Xl为种群中第i个抗体，i为正整数，(^为耵对应的系统总全寿期成本。 ^Si
[0032] 在上述技术方案的基础上，步骤S2中所述约束条件为：
[0033]
[0034] 其中，Rsmin为系统可靠度最低要求，Rnmin为第η个设备的可靠度的初始值。
[0035] 本发明还提供一种基于免疫遗传优化的可靠性分配装置，该装置包括建模单元、 函数构建单元、种群生成单元、抗体筛选单元、交叉变异单元、接种检测单元、判断单元、输 出单元，其中：
[0036] 所述建模单元用于:排除选型的设备和可靠度指标确定的设备，再对剩余设备进 行可靠性指标优化分配，根据剩余设备的运行工况，建立附带约束条件的系统多工况可靠 性模型:Rs = F(Ri，R2，···，Rn)，其中，Rs为系统任务可靠度，Ri，R2，··· .Rn为设备任务可靠度，Ν 为设备数量，N为正整数，且为表示系统任务可靠度与设备任务可靠度 之间关系的非线性函数；
[0037] 所述函数构建单元用于:构建全寿期成本函数：
[0038]
[0039]其中，Cn为第η个设备的全寿期成本，η为正整数，且1 < n <N，qn为第η个设备的可靠 度指标提高难度，en为第η个设备的重要程度，sn为第η个设备的维修难度，Rn为第η个设备的 可靠度的当前值；
[0040] qn取正数，设备可靠度指标提高难度越大，qn取值越大;en取正数，设备重要程度越 高、故障危害越大，e n取值越大;sn取正数，设备维修难度越大，sn取值越大；
[0041] 在系统多工况可靠性模型的约束条件下，以系统总全寿期成本最低为可靠性分配 的目标，构建目标函数：
[0042]
[0043] 其中，Cs为系统总全寿期成本；
[0044] 所述种群生成单元用于:将各设备可靠性指标的一组分配值定义为一个抗体，对 应系统可靠性指标分配的一个分配结果，将多组分配值构成的集合定义为种群;根据每个 设备可靠度取值的上下限，随机生成若干抗体，得到一个初始种群；以