MILITARY MANAGEMENT QUARTERLY

MILITARY MANAGEMENT QUARTERLY

Optimization of Military Equipment and Armament reliability through applying simulations and meta-heuristic algorithm

Document Type : Research Paper

Authors
Abstract
In the new era of civil battles, the use of high-reliability equipment and weapons, taking into account variables such as cost, volume and total weight, are among main factors that can lead to success. The current study attempts to present a mathematical model to optimize designing military equipment and weapons that increases the reliability and decreases the costs and considers some limitations such as volume and total weight. One of the new approaches to improve the reliability of systems is the use of surplus components (redundancy allocation); but the past studies which aimed to simplifying and making possible the mathematical calculations, impose some assumptions to the model such as impossibility of repairing components, fixed and simple defective rate (such as exponential distribution function), or mono-purpose. However, the present study both remove the mentioned assumptions due to the possibility of repairing various parts of the military equipment, the defective rate and repair of different components, as well as the existence of various purposes, attempts to design a functional model compatible with the operating environment. The current study is a developmental research in the purpose, and an experimental research in method. In addition, according to the research assumptions and as the redundancy allocation is located in hard problem category (NP-hard), a multi-objective optimization technique (Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II (NSGAII) is used and also the simulation technique is used to investigate the defection and repair rate. At the end of the study, the model and solution is fully described using a military sample and authentic data.
Keywords

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.