多状態システムの数理的性質を利用した信頼性設計問題に対するアルゴリズムの開発

利用多状态系统的数学特性开发可靠性设计问题的算法

• 批准号: 21K14370
• 负责人: 中村 太信
• 金额: $ 3.08万
• 依托单位: Tokai University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K14370/
• 关键词: 多状態システム; 信頼性モデル; 組合せ最適化; 最適配置問題; 信頼度計算; 最適設計; 厳密解法; アルゴリズム

本研究課題では，多様な状態を表現できる「多状態システム」に対する最適配置問題に取り組んでいる．多状態システムとは，システムやその構成要素であるコンポーネントの状態を多段階で表現可能なシステムモデルであり，例えば，劣化に注目した場合には新品状態，劣化により故障しやすい状態，故障状態となる．また，能力に注目した場合には，完全稼働，部分稼働，停止状態となる．多状態システムは加熱乾燥システムや輸送システム，センサシステムなど多くの現実システムに適用が可能であり，その汎用性と柔軟性が高いことが特徴である．最適配置問題とは，システムが要求された機能を遂行する確率である信頼度を目的関数として，それを最大化するコンポーネント配置を探索する問題である．多状態システムの最適配置を得ることで，多状態システムとして表現可能な現実システムの信頼度向上を目指している．2022年度は，最適配置が満足すべき必要条件を導出することを目標とした．この必要条件を満たさない配置は目的関数値がより大きい配置が存在するため，最適配置になりえないことを意味する．必要条件を帰納的に導出するために，2021年度に構築した分枝限定法に基づく最適配置探索アルゴリズムを利用して，最適配置が満足すべき必要条件を実験的に導出した．そして，導出した条件を既存のアルゴリズムに組み込んだアルゴリズムを構築した．数値実験により，導出した条件の有効性を確認した．

在这个研究项目中，我们正在研究可以表达多种状态的“多状态系统”的最优放置问题。多状态系统是一种可以表达系统及其组成组件的多个阶段状态的系统模型，例如，当关注恶化时，可以表示为一种新的状态，一种容易因故障而失效的状态。恶化，并且将是失败状态。此外，当关注容量时，存在完全运行、部分运行和停止状态。多状态系统可以应用于加热干燥系统、运输系统、传感器系统等许多实际系统，具有高度通用性和灵活性的特点。最优布局问题是以可靠性为目标函数，即系统执行所需功能的概率，并寻找使可靠性最大化的元件布局的问题。通过获得多状态系统的最优排列，我们的目标是提高可以表示为多状态系统的实际系统的可靠性。 2022年的目标是推导出最佳布局应满足的必要条件。不满足此要求的配置意味着它不能是最佳布局，因为存在目标函数值更大的配置。为了归纳推导必要条件，我们使用了2021年开发的基于分支定界法的最优布局搜索算法，通过实验推导了最优布局应满足的必要条件。然后，我们构建了一个算法，将导出的条件合并到现有算法中。数值实验证实了导出条件的有效性。

项目成果

Algorithm for Solving the Component Assignment Problem in a Multistate Sliding Window System

解决多状态滑动窗口系统中组件分配问题的算法

• DOI: 10.1142/s0218539321400015
• 发表时间: 2021
• 期刊: International Journal of Reliability, Quality and Safety Engineering
• 作者: Nakamura Taishin;Yamamoto Hisashi;Shinzato Takashi;Akiba Tomoaki;Nakamura Taishin
• 通讯作者: Nakamura Taishin

Algorithm for Computing the System Signatures of Linear and Circular Connected-(1,2)-or-(2,1)-out-of-(m,n):F Lattice Systems

用于计算线性和圆形连通-(1,2)-或-(2,1)-out-of-(m,n):F 格子系统的系统签名的算法

• DOI: 10.1142/s0218539321410072
• 发表时间: 2022
• 期刊: International Journal of Reliability, Quality and Safety Engineering
• 作者: Nakamura Taishin;Yamamoto Hisashi
• 通讯作者: Yamamoto Hisashi

Ant Colony Optimization Algorithm with Three Types of Pheromones for?the?Component Assignment Problem in?Linear Consecutive-k-out-of-n:F Systems

线性连续k-out-of-n:F系统中组件分配问题的三种信息素蚁群优化算法

• DOI: 10.1007/978-3-031-05347-4_6
• 发表时间: 2022
• 期刊: Predictive Analytics in System Reliability (eds. Vijay Kumar and Hoang Pham)
• 作者: Nakamura Taishin;Homma Isshin;Yamamoto Hisashi
• 通讯作者: Yamamoto Hisashi

Optimal Arrangement of Linear Connected-(1,2)-or-(2,1)-out-of-(2,<i>n</i>):F System

线性连通-(1,2)-或-(2,1)-out-of-(2,<i>n</i>):F系统的优化排列

• DOI: 10.11221/jima.72.295
• 发表时间: 2022
• 期刊: Journal of Japan Industrial Management Association
• 作者: Taishin Nakamura;Hisashi Yamamoto;Tomoaki Akiba
• 通讯作者: Tomoaki Akiba

隣接三角形型格子システムに対する最適配置探索アルゴリズムの提案

相邻三角格子系统最优布局搜索算法的提出

• 发表时间: 2022
• 作者: Nakamura Taishin;Yamamoto Hisashi;Shinzato Takashi;Akiba Tomoaki;Nakamura Taishin;Taishin Nakamura;中村太信，酒井英一郎
• 通讯作者: 中村太信，酒井英一郎