بهینه‌سازی قابلیت اطمینان تجهیزات و تسلیحات نظامی با رویکرد ترکیبی شبیه‌سازی و الگوریتم‌های فراابتکاری

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استاد دانشکده مدیریت و حسابداری، دانشگاه علامه

2 استادیار مهندسی صنایع، دانشگاه آزاد اسلامی واحد قزوین

3 دانشیار دانشکده مدیریت و حسابداری، دانشگاه شهید بهشتی

4 دانشجوی دکتری مدیریت تحقیق در عملیات، دانشگاه علامه طباطبائی

چکیده

در نسل جدید نبردها و جنگ‌های شهری، کاربرد تجهیزات و تسلیحات با قابلیت اطمینان بالا ضمن در نظر گرفتن متغیرهایی مانند هزینه، حجم و وزن کل؛ از عوامل اصلی موفقیت و پیروزی محسوب می‌شود. این تحقیق تلاش دارد مدلی ریاضی برای بهینه‌سازی طراحی تجهیزات و تسلیحات نظامی ارائه دهد که اهداف آن افزایش قابلیت اطمینان و کاهش هزینه بوده و محدودیت‌هایی مانند حجم و وزن کل را نیز لحاظ کرده باشد. یکی از رویکردهای نوین در بهبود قابلیت اطمینان سیستم‌ها بهره‌گیری از قطعات مازاد (تخصیص افزونگی) است؛ اما در تحقیقات گذشته با هدف ساده‌سازی و امکان‌پذیری محاسبات ریاضی، مفروضاتی مانند عدم امکان تعمیر قطعات، نرخ خرابی ثابت و ساده (مانند تابع توزیع نمائی) و یا تک‌هدفه بودن، به مدل مسئله تحمیل می‌گردید. حال آنکه تحقیق حاضر ضمن حذف مفروضات پیش‌گفته به دلیل امکان تعمیر قطعات مختلف تجهیزات نظامی، نرخ خرابی و تعمیر متفاوت اجزاء و همچنین وجود اهداف مختلف؛ سعی در طراحی مدلی کاربردی متناسب با شرایط محیط عملیاتی نموده است. پژوهش حاضر از منظر هدف در گروه تحقیقات توسعه‌ای و از منظر روش در گروه تحقیقات آزمایشی قرار دارد. ضمن آنکه با توجه به گزاره‌های تحقیق و به دلیل آنکه مسئله تخصیص افزونگی در گروه مسائل سخت (NP-Hard) قرار دارد، برای حل مدل از یک تکنیک فراابتکاری بهینه‌سازی چندهدفه (الگوریتم ژنتیک مرتب‌سازی نامغلوب 2- NSGAII) و به منظور امکان بررسی نرخ خرابی و تعمیر مختلف از تکنیک شبیه‌سازی استفاده شده است. در انتهای تحقیق نیز با کمک یک نمونه مطالعاتی نظامی و داده‌های واقعی به تشریح کامل مدل و روش حل پیشنهادی پرداخته شده است.

کلیدواژه‌ها


فهرست منابع

اردانه، علی (1394). بهینه‌سازی دسترس‌پذیری سیستم‌های سری- موازی با اجزای سه‌حالته تعمیرپذیر. پایان‌نامه کارشناسی ارشد، مؤسسه آموزش عالی رجا، دانشکده فنی و مهندسی.

امیری، مقصود (1393). قابلیت اطمینان. تهران: انتشارات آن.

بشیری، مهدی و جلیلی، مجید (1393). الگوریتم ژنتیک در فضای تک و چندهدفه (مفاهیم و ابزارها). تهران: انتشارات دانشگاه شاهد.

بشیری، مهدی و کریمی، حسین (1392). کاربرد الگوریتم‌های ابتکاری و فراابتکاری در طراحی سیستم‌های صنعتی و استفاده از نرم‌افزار مطلب در به‌کارگیری آنها. تهران: دانشگاه شاهد.

پیروی، علی (2002). نقش قابلیت اطمینان در سیستم‌های دفاعی هوشمند و نحوه ارتقای قابلیت آمادگی عملیاتی تسلیحات نظامی. اولین همایش سیستم‌های دفاعی هوشمند، تهران.

حسینی، سیدمحسن. خانزاده، محمدحسین و علی‌نژاد برمی، یوسف (1392). افزایش کیفیت توان و قابلیت اطمینان سیستم قدرت کشتی‌های نظامی با استفاده از فیلتر هیبرید بهینه‌سازی شده با الگوریتم ژنتیک. فصلنامه پدافند الکترونیکی و سایبری، 1(4)، 9-22.

حکمت، کاظم (1382). ویژگی‌ها و الزامات طراحی و اجرای سیستم‌های مکانیزه نگهداری و تعمیرات. فصلنامه لجستیک، 18(5)، 1-14.

حیدری، کیومرث. قمری، موسی‌الرضا و کلانتری، فتح‌الله (1393). راهبردشناسی جنگ‌های آینده (با نگاهی به بیانات مقام معظم رهبری). تهران: سازمان عقیدتی سیاسی ارتش جمهوری اسلامی ایران، نشر آجا.

رمضانی، سعید. طاهری، محسن. یوسفی، مصطفی و نوجوان، مجید (1390). طراحی مدلی برای سنجش آمادگی تجهیزات نظامی با رویکرد سلسله‌مراتبی. فصلنامه مدیریت زنجیره تأمین، 13(32)، 66-77.

رمضانی، سعید و معینی، علیرضا (1395). تخمین عمر مفید باقیمانده تجهیزات دفاعی با استفاده از مدل مدیریت سلامت تجهیزات و پیش‌بینی عیوب (PHM)، (مطالعه موردی: سامانه راداری). فصلنامه مدیریت زنجیره تأمین، 18(51)، 4-14.

سیاه مرزگویی، سمانه (1395). طراحی سیستم‌های پایایی با اهداف ماکزیمم کردن میانگین زمان خرابی و مینیمم کردن هزینه کل سیستم با رویکرد انتخاب استراتژی افزونگی به کمک الگوریتم‌های فراابتکاری. پایان‌نامه کارشناسی ارشد رشته مهندسی صنایع، دانشگاه آزاد اسلامی واحد قزوین.

سید اصفهانی، میرمهدی. حاجیان حیدری، مجتبی و جابری، سعید (1392). ارائه الگوریتم شبیه‌سازی تبرید به منظور بهینه‌سازی قابلیت اطمینان سیستم‌های سری موازی، k از n و جانشینی با پارامترهای فازی. نشریه بین‌المللی مهندسی صنایع و مدیریت تولید، 24(4)، 414-422.

صادقی، محمدرضا (1392). بهینه‌سازی تخصیص افزونگی در سیستم‌های سری موازی تعمیرپذیر. رساله دکترای رشته مدیریت صنعتی گرایش تولید و عملیات، دانشگاه علامه طباطبائی.

عالم تبریز، اکبر. زندیه، مصطفی و محمدرحیمی، علیرضا (1392). الگوریتم‌های فراابتکاری در بهینه‌سازی ترکیبی، چاپ سوم. تهران: انتشارات صفار.

عظیمی، پرهام و هادی‌نژاد، فرهاد (1395). ارائه مدل بهینه‌سازی چندهدفه در مسئله تخصیص افزونگی سیستم‌های تعمیرپذیر با بهره‌گیری از تکنیک‌های تصمیم‌گیری چندمعیاره، طراحی آزمایش‌ها و شبیه‌سازی. فصلنامه مطالعات مدیریت صنعتی، 14(41)، 137-162.

عظیمی، پرهام و همکاران (1392). بهینه‌سازی از طریق شبیه‌سازی و آموزش نرم‌افزار شبیه‌سازی ED. قزوین: دانشگاه آزاد اسلامی.

علوی، امید. مرادپور، رضا و گودرزی املشی، علی (1395 الف). بررسی و ارزیابی قابلیت اطمینان مبدل باک توان بالا برای کاربرد در صنایع نظامی دریایی با استفاده از تحلیل و مدل‌سازی حرارتی. دومین همایش ملی فناوری‌های نوین دریایی، دانشگاه علوم دریایی امام خمینی.

علوی، امید. مرادپور، رضا و گودرزی املشی، علی (1395 ب). بررسی و ارزیابی استانداردهای قابلیت اطمینان قطعات الکترونیکی در حوزه نظامی. دومین همایش ملی فناوری‌های نوین دریایی، دانشگاه علوم دریایی امام خمینی.

کرباسیان، مهدی و طباطبائیان، لیلا (1388). آشنایی با قابلیت اطمینان. اصفهان: انتشارات ارکان دانش.

کرباسیان، مهدی و قوچانی، محمدمهدی (1390). تخصیص قابلیت اطمینان. تهران: انتشارات ناقوس.

مهرگان، محمدرضا (1382). مدل‌سازی ریاضی، چاپ اول. تهران: دانشکده مدیریت دانشگاه تهران و سازمان مطالعه و تدوین کتب دانشگاهی (سمت).

هوشمند، مهرناز (1395). طراحی سیستم‌های پایایی با رویکرد دسترس‌پذیری و انتخاب استراتژی افزونگی در هر زیرسیستم با اجزای تعمیرپذیر به کمک الگوریتم‌های فراابتکاری. پایان‌نامه کارشناسی ارشد رشته مهندسی صنایع، دانشگاه آزاد اسلامی واحد قزوین.

 

Abouei Ardakan, M., Hamadani, A. Z., & Alinaghian, M. (2015). Optimizing bi-objective redundancy allocation problem with a mixed redundancy strategy. ISA Transactions, 55, 116-128.

Abouei Ardakan, M., & Hamadani, A. Z. (2014). Reliability–redundancy allocation problem with cold-standby redundancy strategy. Simulation Modelling Practice and Theory, 42, 107–118.

Alborzi, M. (2009). Genetic Algorithm. Tehran: Sharif university.[In Persian].

Amiri, M., Sadeghi, M. R., Khatami Firoozabadi, A., & Mikaeili, F. (2014). A multi objective optimization model for redundancy allocation problems in series-parallel systems with repairable components. International Journal of Industrial Engineering & Production Research, 25(1), 71-81.

Amiri, M., & Khajeh, M. (2016). Developing a bi-objective optimization model for solving the availability allocation problem in repairable series–parallel systems by NSGA II. Journal of Industrial Engineering International, 12(1), 61–69.

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, 159–166.

Bennett, D. A., Wade, G. A., & Armstrong, M. P. (1999). Exploring the Solution Space of Semi-structured Geographical Problems Using Genetic Algorithms. Transactions in GIS, 3(1), 51-71.

Bulfin, R. L., & Liu, C. Y. (1985). Optimal allocation of redundant components for large systems. IEEE Transactions on Reliability, 34, 241–248.

Busacca, P. G., Marseguerra, M., & Zio, E. (2001). Multi objective Optimization by Genetic Algorithms: Application to Safety Systems. Reliability Engineering and System Safety, 72, 59-74.

Chern, M. S. (1992). On the computational complexity of reliability redundancy allocation in a series system. Operations Research Letters, 309-315.

Chung, C. A. (2004). Simulation Modelling handbook: A practical approach. CRC press.

Coit, D. W., & Smith, A. E. (1996). Reliability Optimization of Series-Parallel Systems Using a Genetic Algorithm. IEEE Transactions on Reliability, 2, 1-5.

Coit, D. W. (2003). Maximization of System Reliability with a Choice of redundancy Strategies. IIE Transactions, 35(6), 535-543.

Dolatshahi-Zand, A., & Khalili-Damghan, K. (2015). Design of SCADA water resource management control center by a bi-objective redundancy allocation problem and particle swarm optimization. Reliability Engineering and System Safety, 133, 11–21.

Eschenauer, H., Koski, J., & Osyczka, A. E. (1990). Multicriteria design optimization: procedures and applications. New York: Springer-Verlag.

Fyffe, D. E., Hines, W. W., & Lee, N. K. (1968). System reliability allocation and a computational algorithm. IEEE Transaction on Reliability, 64-69.

Gen, M., Ida, K., & Lee, J. U. (1990). A computational algorithm for solving 0–1 goal programming with GUB structures and its application for optimization problems in system reliability. Electronics and Communications in Japan, 73(3), 88–98.

Jiansheng, G., Zutong, W., Mingfa, Z., & Ying, W. (2014). Uncertain multiobjective redundancy allocation problem of repairable systems based on artificial bee colony algorithm. Chinese Journal of Aeronautics, 27(6), 1477–1487.

Kasprzak, E. M., & Lewis, K. E. (2000). An approach to facilitate decision trade-offs in Pareto solution sets. Journal of Engineering Valuation and Cost Analysis, 3(1), 173–87.

Kasprzak, E. M., & Lewis, K. E. (2001). Pareto Analysis in Multi objective Optimization Using the Colinearity Theorem and Scaling Method. Structural and Multidisciplinary Optimization, 22(3), 208-218.

Keshavarz Ghorabaee, M., Amiri, M., & Azimi, P. (2015). Genetic algorithm for solving bi-objective redundancy allocation problem with k-out-of-n subsystems. Applied Mathematical Modelling, in Press.

Konak, S. k., Smith, A. E., & Coit, D. W. (2003). Efficiently Solving the Redundancy Allocation Problem Using Tabu Search. IIE Transaction, 35, 515-526.

Kong X., Gao, L., & Ouyang, H. Li. S. (2015). Solving the redundancy allocation problem with multiple strategy choices using a new simplified particle swarm optimization. Reliability Engineering and System Safety, 144, 147–58.

Kumar, V., & Mishra, S. (2008). Application of Genetic Algorithm in Reliability Optimization. XXXII National Systems Conference, NSC 2008.

Kuo, W., & Prasad, V. R. (2000). An annotated overview of system-reliability optimization. IEEE Transaction on Reliability, 2(49), 176-187.

Kuo, W., & Wan, R. (2007). Recent Advances in Optimal Reliability Allocation. IEEE Transaction on system, man and cybernetics-part a: System and humans, 143-156.

Li, Y. F., & Peng, R. (2014). Availability modeling and optimization of dynamic multi-state series–parallel systems with random reconfiguration. Reliability Engineering and System Safety, 127, 47–57.

Li, Z., Liao, H., & Coit, D. W. (2009). A two Stage Approach for Multi-Objective Decision Making with Applications to System Reliability Optimization. Reliability Engineering and System Safety, 94, 1585–1592.

Liang, Y. C., & Chen, Y. C. (2007). Redundancy allocation of series–parallel systems using variable neighborhood search algorithms. Reliability Engineering and System Safety, 92, 323–331.

Mousavi, S.M., Alikar, N., Akhavan Niaki, S. T., & Bahreininejad, A. (2015). Two tuned multi-objective meta-heuristic algorithms for solving a fuzzy multi-state redundancy allocation problem under discount strategies. Applied Mathematical Modelling, In Press.

Nahas, N., Nourelfath, M., & Ait-Kadi, D. (2007). Coupling ant colony and the degraded ceiling algorithm for the redundancy allocation problem of series-parallel systems. Reliability Engineering and System Safety, 211-222.

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), 1047–1058.

Nocedal, J., & Wright, S. (1999). Numerical Optimization, 1st edition. New York: Springer.