種群中的所有抗體進(jìn)行 篩選； 55、 在篩選出的抗體中，隨機(jī)選擇交叉父代抗體，交叉父代抗體W線性交叉的方式產(chǎn)生 交叉后的子代抗體;根據(jù)變異概率Pm，隨機(jī)選擇變異父代抗體，Pm為正數(shù)，且取值接近于O ;基 于變異父代抗體的適應(yīng)度，確定變異子代抗體的變異幅度，得到變異子代抗體； 56、 從交叉變異后的種群中選擇適應(yīng)性和一致性最好的抗體分量作為疫苗，提取疫苗， 然后按照接種概率，對(duì)當(dāng)前種群中所有抗體進(jìn)行疫苗接種;對(duì)接種了疫苗的抗體進(jìn)行檢測(cè)， 判斷接種了疫苗的抗體的適應(yīng)度是否低于父代，如果是，該抗體將被父代中相應(yīng)的抗體所 替代;否則將該抗體分入新一代種群； 57、 判斷新一代種群是否收斂，如果是，則轉(zhuǎn)到步驟S8;否則返回步驟S4; 58、 將新一代種群中最大適應(yīng)度的抗體作為系統(tǒng)可靠性指標(biāo)分配的分配結(jié)果，輸出該 分配結(jié)果。2. 如權(quán)利要求1所述的基于免疫遺傳優(yōu)化的可靠性分配方法，其特征在于，步驟S4中所 述抗體相似度的定義為： 隨機(jī)選取兩個(gè)不同的抗體:Xi、Xj，i、j均為正整數(shù)，且i辛j，定義兩個(gè)抗體結(jié)構(gòu)相似性的 指標(biāo)和品質(zhì)相似性的指標(biāo)：其中，S(Xi, Xj)為Xi與Xj結(jié)構(gòu)相似性的指標(biāo)，Q(Xi, Xj)為Xi與Xj品質(zhì)相似性的指標(biāo)，M為正 整數(shù)，表示抗體分向量的個(gè)數(shù)，f (Xi)為Xi的適應(yīng)度，f (Xj)為Xj的適應(yīng)度，k為正整數(shù)，且 < M，Xik為Xi的第k個(gè)分向量，Xjk為Xj的第k個(gè)分向量； 如果滿足11，其中，n為抗體的結(jié)構(gòu)相似度闊值，t為抗體的品質(zhì)相似度闊 值，n、t均為正數(shù)，且n、t均趨近于0,則稱Xi與X姻似。3. 如權(quán)利要求1所述的基于免疫遺傳優(yōu)化的可靠性分配方法，其特征在于:步驟S4中所 述抗體選擇概率的計(jì)算公式為： Ps (Xi)=日（l-l^i/Lmax) + ( l-a)f (XiVfmax， 其中，Ps ( Xi )為抗體選擇概率，a為(0，I )之間的可調(diào)參數(shù);Li為抗體Xi的濃度，Lmax為當(dāng) 前種群中的最大抗體濃度，fmax為當(dāng)前種群中抗體的最大適應(yīng)度。4. 如權(quán)利要求1所述的基于免疫遺傳優(yōu)化的可靠性分配方法，其特征在于:步驟S3中得 到初始種群之前，還包括W下步驟:對(duì)系統(tǒng)中各設(shè)備的可靠性指標(biāo)進(jìn)行編碼，得到由多個(gè)數(shù) 值構(gòu)成的數(shù)組，可靠性指標(biāo)的一組分配結(jié)果對(duì)應(yīng)一個(gè)數(shù)組，每個(gè)設(shè)備的可靠性指標(biāo)對(duì)應(yīng)數(shù) 組中的一個(gè)數(shù)值，該數(shù)值的取值范圍是(0，1 )。5. 如權(quán)利要求1所述的基于免疫遺傳優(yōu)化的可靠性分配方法，其特征在于，步驟S3中所 述抗體的適應(yīng)度f(wàn) (Xi)的函數(shù)為：其中Xi為種群中第i個(gè)抗體，i為正整數(shù)，Csi為 Xi對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)總?cè)珘燮诔杀尽?. 如權(quán)利要求1所述的基于免疫遺傳優(yōu)化的可靠性分配方法，其特征在于，步驟S2中所 述約束條件為： Rs 含 R^iin U > Rn > Rnnii,/ 其中，Rsmin為系統(tǒng)可靠度最低要求，Rnmin為第n個(gè)設(shè)備的可靠度的初始值。 7 . -種基于免疫遺傳優(yōu)化的可靠性分配裝置，其特征在于:該裝置包括建模單元、函數(shù) 構(gòu)建單元、種群生成單元、抗體篩選單元、交叉變異單元、接種檢測(cè)單元、判斷單元、輸出單 元，其中： 所述建模單元用于:排除選型的設(shè)備和可靠度指標(biāo)確定的設(shè)備，再對(duì)剩余設(shè)備進(jìn)行可 靠性指標(biāo)優(yōu)化分配，根據(jù)剩余設(shè)備的運(yùn)行工況，建立附帶約束條件的系統(tǒng)多工況可靠性模 型:Rs = F(Ri，R2,…，Rn)，其中，Rs為系統(tǒng)任務(wù)可靠度，Ri，R2,….Rn為設(shè)備任務(wù)可靠度，N為設(shè) 備數(shù)量，N為正整數(shù)，且N含2，F(xiàn)(化，R2,…，Rn)為表示系統(tǒng)任務(wù)可靠度與設(shè)備任務(wù)可靠度之間 關(guān)系的非線性函數(shù)； 所述函數(shù)構(gòu)建單元用于:構(gòu)建全壽期成本函數(shù)：其中，Cn為第n個(gè)設(shè)備的全壽期成本，n為正整數(shù)，且1含n含N，qn為第n個(gè)設(shè)備的可靠度指 標(biāo)提高難度，en為第n個(gè)設(shè)備的重要程度，Sn為第n個(gè)設(shè)備的維修難度，Rn為第n個(gè)設(shè)備的可靠 度的當(dāng)前值； qn取正數(shù)，設(shè)備可靠度指標(biāo)提高難度越大，qn取值越大；ejn取正數(shù)，設(shè)備重要程度越高、 故障危害越大，en取值越大;Sn取正數(shù)，設(shè)備維修難度越大，Sn取值越大； 在系統(tǒng)多工況可靠性模型的約束條件下，W系統(tǒng)總?cè)珘燮诔杀咀畹蜑榭煽啃苑峙涞哪?標(biāo)，構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)：其中，Cs為系統(tǒng)總?cè)珘燮诔杀荆? 所述種群生成單元用于:將各設(shè)備可靠性指標(biāo)的一組分配值定義為一個(gè)抗體，對(duì)應(yīng)系 統(tǒng)可靠性指標(biāo)分配的一個(gè)分配結(jié)果，將多組分配值構(gòu)成的集合定義為種群;根據(jù)每個(gè)設(shè)備 可靠度取值的上下限，隨機(jī)生成若干抗體，得到一個(gè)初始種群；W抗體對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)總?cè)珘燮?成本Cs最小為目標(biāo)，確定抗體的適應(yīng)度f(wàn) (Xi)的函數(shù)； 所述抗體篩選單元用于：剔除初始種群中不滿足所述約束條件的抗體;定義抗體相似 度，定義抗體濃度為某個(gè)抗體本身與相似抗體的個(gè)數(shù)之和，根據(jù)抗體相似度的定義，得到抗 體濃度;基于抗體適應(yīng)度、抗體濃度，計(jì)算抗體選擇概率，然后按照抗體選擇概率，對(duì)當(dāng)前種 群中的所有抗體進(jìn)行篩選； 所述交叉變異單元用于:在篩選出的抗體中，隨機(jī)選擇交叉父代抗體，交叉父代抗體W 線性交叉的方式產(chǎn)生交叉后的子代抗體;根據(jù)變異概率Pm,隨機(jī)選擇變異父代抗體，Pm為正 數(shù)，且取值接近于O ;基于變異父代抗體的適應(yīng)度，確定變異子代抗體的變異幅度，得到變異 子代抗體； 所述接種檢測(cè)單元用于:從交叉變異后的種群中選擇適應(yīng)性和一致性最好的抗體分量 作為疫苗，提取疫苗;按照接種概率，對(duì)當(dāng)前種群中所有抗體進(jìn)行疫苗接種;對(duì)接種了疫苗 的抗體進(jìn)行檢測(cè)，判斷接種了疫苗的抗體的適應(yīng)度是否低于父代，如果是，該抗體將被父代 中相應(yīng)的抗體所替代;否則將該抗體分入新一代種群； 所述判斷單元用于：判斷新一代種群是否收斂，如果是，則指示輸出單元輸出分配結(jié) 果;否則判定為不收斂，指示抗體篩選單元進(jìn)行下一輪抗體篩選； 所述輸出單元用于:將新一代種群中最大適應(yīng)度的抗體作為系統(tǒng)可靠性指標(biāo)分配的分 配結(jié)果，輸出該分配結(jié)果。 8 .如權(quán)利要求7所述的基于免疫遺傳優(yōu)化的可靠性分配裝置，其特征在于:所述變異子 代抗體記為V，其中，Xv為變異父代抗體，f ( Xv)為Xv的適應(yīng)度;a 為變異系數(shù)，-1如。。9.如權(quán)利要求7所述的基于免疫遺傳優(yōu)化的可靠性分配裝置，其特征在于:所述提取疫 苗的過(guò)程為： 計(jì)算種群中各抗體的適應(yīng)度，從初始種群中選取適應(yīng)度最大的3個(gè)不同抗體xb、XE、xd， b、C、d均為正整數(shù)，且b、C、d互不相等，Xb的適應(yīng)度為f(Xb)，X。的適應(yīng)度為f(Xe)，Xd的適應(yīng)度 為f (Xd),且f (Xb) >f (Xe) >f (Xd),取滿足下式的抗體分量組成的序列為所提取的疫苗： I-XhU -Xckl ^ e -I XlJk - X化 I < ￡ 其中，Xbk、Xck、Xdk分別為抗體Xb、Xc、Xd的第k個(gè)分量，M為正整數(shù)，表示抗體分向量的個(gè) 數(shù)，且1含k含M;e為疫苗提取的界限值，0.01 <￡<0.1，e為正數(shù)。10. 如權(quán)利要求7所述的基于免疫遺傳優(yōu)化的可靠性分配裝置，其特征在于:所述線性 交叉的方式為："[Xf = fXl + S 其中，Xi和X2為兩個(gè)不同的交叉父代抗體，1和 {X2 = rxn + (1 - r)xi 2為交叉后的子代抗體，r為[0，I ]區(qū)間內(nèi)的一個(gè)隨機(jī)數(shù)。11. 如權(quán)利要求7所述的基于免疫遺傳優(yōu)化的可靠性分配裝置，其特征在于:所述接種 概率的計(jì)算過(guò)程如下： Pi(xi) = 1-f (Xi)/fmax 其中，Pi ( Xi )為抗體Xi的接種概率，f ( Xi )為抗體Xi的適應(yīng)度;fmax為當(dāng)前種群中抗體的最 大適應(yīng)度。 12 .如權(quán)利要求7所述的基于免疫遺傳優(yōu)化的可靠性分配裝置，其特征在于:所述判斷 新一代種群是否收斂的過(guò)程如下： 計(jì)算新一代種群的最大適應(yīng)度f(wàn)/max,將f/max與前代種群的最大適應(yīng)度f(wàn)max進(jìn)行比較，如 果滿足:f\ax-fmax^C，C為收斂闊值，1>〇且趨近于0,則判定為收斂;否則判定為不收斂。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于免疫遺傳優(yōu)化的可靠性分配方法及裝置，涉及可靠性分配領(lǐng)域。該方法包括以下步驟：排除選型的設(shè)備和可靠度指標(biāo)確定的設(shè)備，再根據(jù)剩余設(shè)備的運(yùn)行工況，進(jìn)行系統(tǒng)可靠性建模；構(gòu)建全壽期成本函數(shù)，得到以系統(tǒng)總?cè)珘燮诔杀緸槟繕?biāo)的函數(shù)；隨機(jī)生成初始種群，對(duì)種群中的抗體進(jìn)行篩選，運(yùn)行遺傳算法的自適應(yīng)交叉與變異操作，接著運(yùn)行免疫算法，提取疫苗，對(duì)抗體進(jìn)行疫苗接種，然后將適應(yīng)度高的抗體分入新一代種群，判斷新一代種群是否收斂，如果是，輸出分配結(jié)果，否則返回抗體篩選步驟。本發(fā)明以全壽期成本最低為分配目標(biāo)，分配過(guò)程中將免疫算法與遺傳算法相結(jié)合，適用于復(fù)雜系統(tǒng)的任務(wù)可靠性分配。
【IPC分類】G06N3/12
【公開號(hào)】CN105512726
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510920058
【發(fā)明人】程力旻, 徐巍, 張文俊, 穆旻皓, 熊堯
【申請(qǐng)人】中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七一九研究所
【公開日】2016年4月20日
【申請(qǐng)日】2015年12月11日