ارزیابی و مقایسۀ الگوریتم‌های فراابتکاری چندهدفه برای حل مسئله بهینه‌سازی طراحی محصولات (مورد مطالعه: طراحی بهینۀ تجهیزات نظامی)

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دکتری مدیریت تحقیق در عملیات، دانشگاه علامه طباطبائی، مدرس دانشگاه امام علی(ع)،

2 عضو هیئت ‌علمی گروه علوم کامپیوتر، دانشگاه قم

3 عضو هیئت ‌علمی گروه مدیریت صنعتی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد قم

چکیده

در دنیای پر‌تنش و پرآشوب امروزی، وجود نیروی نظامی قوی و کارآمد از سرمایه‌های راهبردی هر ملت محسوب می‌شود. در این میان، طراحی و به‌روزرسانی تجهیزات نظامی و افزایش قابلیت اطمینان و ماندگاری آنها اهمیت ویژه‌ای دارد. مدل ریاضی بهینه‌سازی تجهیزات نظامی در مرحله طراحی، از یک‌سو به دلیل پیچیدگی و حجم بالای محاسبات در گروه مسائل Np-hard قرار داشته و برای حل نیازمند روش‌های فرا ابتکاری است و از سوی دیگر در گروه مسائل چندهدفه قرار داشته، در نتیجه مستلزم بهره‌گیری از روش‌های چندهدفه است. اما توسعۀ روزافزون و تنوع زیاد روش‌های فرا ابتکاری چندهدفه، انتخاب الگوریتم مناسب را در حل مدل مذکور با چالش مواجه کرده است. لذا تحقیق حاضر تلاش دارد ضمن مرور الگوریتم‌های مدرن و پرکاربرد، با کمک نمونه مطالعاتی روشی مناسب برای حل مسئله بهینه‌سازی تجهیزات نظامی ارائه دهد. بنابراین ضرورت مدل‌سازی ریاضی در مسئله بهینه‌سازی طراحی تجهیزات نظامی و بررسی و انتخاب روش حل مناسب، انگیزه و هدف اصلی این تحقیق را شکل می‌دهد. تحقیق حاضر از منظر هدف در گروه تحقیقات کاربردی و از منظر روش در گروه تحقیقات آزمایشی قرار دارد. در این پژوهش چهار الگوریتم: NSGA-II، MOPSO، PESA-II و MALO بررسی شد و با کمک شش شاخص مختلف به تحلیل و ارزیابی نتایج پرداخته ‌شده است. ضمن آنکه برای وزن‌دهی شاخص‌ها از رویکرد ترکیبی فرآیند تحلیل سلسله مراتبی و آنتروپی (AHP-Entropy) و برای ارزیابی الگوریتم‌ها از روش پرامیتی (PROMETHEE) استفاده‌ شده است. نتایج حاصل ضمن تأکید بر اهمیت بالای شاخص‌های «زمان اجرا» و «تعداد پاسخ‌های پارتو»، بر اولویت الگوریتم «MOPSO» در حل مسئله تحقیق تأکید دارد.

کلیدواژه‌ها


آذر، عادل (1393) تحقیق در عملیات (1)، تهران: انتشارات دانشگاه پیام نور.

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.

امیری، مقصود و عظیمی، پرهام و زندیه، مصطفی و هادی‌نژاد، فرهاد (1395) بهینه‌سازی قابلیت اطمینان تسلیحات نظامی با رویکرد ترکیبی شبیه‌سازی و الگوریتم‌های فرا ابتکاری، فصلنامه مدیریت نظامی، 16(4)، 125-164

امیری، مقصود و هادی‌نژاد، فرهاد (1394) ارزیابی و تحلیل شاخص‌های بهره‌وری در صنایع تولیدی با استفاده از تکنیک پرامیتی، مدیریت بهره‌وری، شماره 35، 7-38.

البرزی، محمود (1388) الگوریتم ژنتیک، دانشگاه صنعتی شریف، تهران: مؤسسه انتشارات علمی.

بشیری، مهدی و جلیلی، مجید (1393) الگوریتم ژنتیک در فضای تک و چندهدفه (مفاهیم و ابزارها)، تهران: انتشارات 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، 5(18)، 1-14.

دب، کالیموی (1387) الگوریتم های ژنتیک با رویکرد بهینه یابی چندهدفه، ترجمه جعفر رضایی و منصور داودی منفرد، تهران: انتشارات پلک.

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

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.

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 فرا ابتکاری، پایان‌نامه کارشناسی ارشد رشته مهندسی صنایع، دانشگاه آزاد اسلامی واحد قزوین.

شقاقی، فریبا (1392) بهینه‌سازی مسئله چندهدفه قابلیت اطمینان با اجزای تعمیرپذیر با رویکرد الگوریتم‌های فرا ابتکاری و شبیه‌سازی، پایان‌نامه کارشناسی ارشد رشته مهندسی صنایع، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات قزوین.

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

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.

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، نوشهر: دانشگاه علوم دریایی امام خمینی(ره)

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، نوشهر: دانشگاه علوم دریایی امام خمینی(ره)

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

هادی‌نژاد، فرهاد (1396) طراحی مدل بهینه‌سازی مبتنی بر شبیه‌سازی در مسئله چندهدفه تخصیص افزونگی سیستم‌های تعمیرپذیر، رساله دکترای رشته مدیریت تحقیق در عملیات، دانشکده مدیریت و حسابداری، تهران: دانشگاه علامه طباطبایی

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.

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

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.

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.

Azizmohammadi, R., Amiri, M., Tavakkoli-Moghaddam, R., Mohammadi, M (2013). Solving a Redundancy Allocation Problem by a Hybrid Multi-objective Imperialist Competitive Algorithm, IJE TRANSACTIONS C: Aspects, 26, 9, 1031-1042.

Behzadian, M., Kazemzadeh, R.B., Albadvi, A., Aghdasi,M. (2010). PROMETHEE: A comprehensive literature review on methodologies and applications, European Journal of operational research, 200, 1, 198-215.

Behzadian, M., Kazemzadeh, R.B., Albadvi, A., Aghdasi, M. (2010). PROMETHEE: A comprehensive literature review on methodologies and applications, European Journal of operational research, 200, 1, 198-215.

Chambari, A., Rahmati, S. H. A., & Najafi, A. A. (2012). A bi-objective model to optimize reliability and cost of system with a choice of redundancy strategies, Computers & Industrial Engineering, 63, 1, 109- 119.

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

Coelho, L.D.S. (2009). Reliability-redundancy optimization by means of a chaotic differential evolution approach, Chaos, Solitons and Fractal, 594-602.

Corne, D. W., Jerram, N.R., Knowles, J. D., Oates, M. J. (2001). PESA-II: Region-based Selection in Evolutionary Multiobjective Optimization. Proceedings of the Genetic and Evolutionary Computation Conference (GECCO’2001), pages 283-290, San Francisco, California, Morgan Kaufmann Publishers.

Czyzak, P., Jaszkiewicz, A. (1998). Pareto simulated annealing a metaheuristic for multiobjective combinatorial optimization. Journal of Multi-Criteria Decision Analysis, 7, 1, 34– 47.

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.

Ebrahimi Arjestan, M., Pasandideh, S.H. (2013). Applying Meta-heuristic in a multi-objective reliability problem with weight and space constraints, International Research Journal of Applied and Basic Sciences, 7 (4), pp. 185-195.

Ebrahimipour, V., Haeri, A., Sheikhalishahi, M., Asadzadeh S.M. (2012). Application of Multi-Objective Particle Swarm Optimization to Solve a Fuzzy Multi-Objective Reliability Redundancy Allocation Problem, Journal of Safety Engineering, 1(2), 26-38.

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

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, 39 (20), 6396-6409.

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.

Khalili-Damghani, K., Amiri,M. (2012). Solving binary-state multi-objective reliability redundancy allocation series-parallel problem using efficient epsilon-constraint, multi-start partial bound enumeration algorithm, and DEA, Reliability Engineering and System Safety, 103, 35–44.

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.

Meng, Zhiao., Wan, Hua., Qiu, Bei., Shang, Liu. (2010). Relative entropy evaluation method for multiple attribute decision making. School of Economics and Management, Beihang University, Beijing, p.3.

Mirjalili, S.A., Jangir, P., Saremi, SH. (2016). Multi-objective ant lion optimizer: a multi-objective optimization algorithm for solving engineering problems, Applied Intelligence, 46, 1, 79–95.

Mohammadi, M., Tavakkoli-Moghaddam, R., Rostami, H. (2011). A multi-objective imperialist competitive algorithm for a capacitated hub covering location Problem. International Journal of Industrial Engineering Computations, 2, 671– 688.

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.

Safari J. (2012). Multi-objective reliability optimization of series-parallel systems w ith a choice of redundancy strategies. Reliab Eng Syst Saf, 108, 10 – 20.

Shih, H.Sh., Shyur, H,J., Lee, E.S. (2007). An Extension of TOPSIS for Group Decision Making, Mathematical and Computer Modeling, 45, 801-813.

Zaretalab, A., Hajipour,V., Sharifi, M., Shahriari, M.R. (2015). A knowledge-based archive multi-objective simulated annealing algorithm to optimize series–parallel system with choice of redundancy strategies, Computers & Industrial Engineering, 80, 33–44.

Zhang, E., & Chen, Q. (2016). Multi-objective reliability redundancy allocation in an interval environment using particle swarm optimization. Reliability Engineering and System Safety, 145, 83–92.

Zhang, E., Wu, Y., & Chen, Q. (2014). A practical approach for solving multi-objective reliability redundancy allocation problems using extended bare-bones particle swarm optimization. Reliability Engineering and System Safety, 127, 65–76.

Zhou, P., B.W, A., K.L, poh. (2006). Decision Analysis in Energy and Environmental Modeling, National university in Singapore.

Zitzler, E., & Thiele, L. (1998). Multiobjective optimization using evolutionary algorithms a comparative case study. In Parallel problem solving from nature PPSN V, Springer Berlin Heidelberg, 292-301.

Zoulfaghari, H., Zeinal Hamadani, A., & Abouei Ardakan, M. (2014). Bi-objective redundancy allocation problem for a system with mixed repairable and non-repairable components. ISA Transactions, 53, 17-24.