基于Petri网复杂系统多设计方案的选择方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于Petri网复杂系统多设计方案的选择方法，针对复杂系统，首先，获取各个设计方案的内部逻辑结构关系和相关部件的可靠性、维修性、测试性、安全性四性属性信息；其次，构建“可行度”模型，同时由复杂系统的各方案信息，建立复杂系统基于可行度模型的时延Petri网BVTPN，进一步构建综合影响参数模型；最后，结合蚁群算法的快速性和全局性，完成复杂系统最优方案的寻找。本发明专利技术提出的寻优方法解决了目前针对复杂系统多属性方案优选的难题，即通过综合权衡四性信息对最优方案的影响，彻底解决四性之间存在的“两张皮”现象，极大提高了对复杂系统方案优选的快速性和准确性，保证了复杂系统的有效设计和全寿命周期的综合效能达到最优。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于复杂系统研制阶段的多方案优选方法领域，具体涉及一种基于Petri网复杂系统多设计方案的选择方法。
技术介绍
随着科学技术的飞速发展以及对产品的功能要求越来越高，产品需要由许多复杂系统来完成预期的功能，尤其是在航空、航天和核技术等高新
，应用非常广泛。然而在复杂系统的前期设计阶段，针对复杂系统的某项任务或动作，存在多种方案，这样便产生了方案优选问题。复杂系统的方案优选问题一直是产品的重点和难点，如果选的方案存在很多问题，将会给产品的整个生命周期带来不可预估的损失，如后期的维修成本增加以及产品的品牌效应受到影响。Petri网模型方法自产生以来，作为一种数学和图形的描述分析工具，具有直观、形象等优点，可以很好的描述复杂系统中常见的同步、并发、分布、冲突和资源共享等情况，已经广泛用于各种柔性制造系统等领域。近年来，Petri网也逐渐用于复杂系统的方案优选领域，且一直是分析和解决随机Petri网问题的重点。随机Petri网中变迁失效率随时间的变化而变化，当失效率达到一定阈值时变迁失效，进而复杂系统的最优方案以及系统总时间延迟也就会发生变化，即在某时刻随机Petri网的最优方案可以被找到，但它并不是一成不变的，随着系统状态发生变化，其最优方案在不断的调整。因此，Petri网应用于复杂系统，有强大的描述和表示能力，给复杂系统的方案寻优问题提供了很大的技术支持。由于复杂系统包括多个子系统和大量组件，因此在复杂系统的研制前期，需要对这些子系统和组件进行选型，这便产生复杂系统多设计方案的选择方法问题。因此，如何从众多的设计方案中选择一个设计方案且使复杂系统在整个生命周期的综合效能达到最优是目前研究的重点和难点。复杂系统通常具有多种属性状态，目前针对复杂系统的分析，能够较全面反应系统的状态包括四种，即可靠性、维修性、测试性和安全性。但是，当前针对复杂系统四性状态一体化的设计方案优选问题开展的研究甚少，大量的研究仍然只是针对单属性进行寻优，寻得的最优路径无法综合权衡复杂系统四性状态属性，也没有相应的一体化模型，缺乏全局性，即当前的研究存在严重的“两张皮”现象，寻得的最优设计方案无法使整个复杂系统同时具备可靠性高、维修性好、测试性高和安全性高等优点。因此，一种综合权衡四性状态的一体化模型，是解决多设计方案选择的重点。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种基于Petri网复杂系统多设计方案的选择方法，针对复杂系统研制前期，建立了四性一体化模型，解决了现有技术中存在四性无法综合权衡、多种设计方案选取难的问题，即解决了当前在设计方案寻优时，四性之间存在“两张皮”现象的问题。本专利技术为解决上述技术问题，采用如下技术方案：基于Petri网复杂系统多设计方案的选择方法，包括如下步骤：步骤1，构建可行度模型、基于可行度时延Petri网模型、综合影响参数模型，确定复杂系统中每个方案中各部件之间的前后逻辑结构关系和各部件的四性参数信息，同时确定每个部件是否为共用部件，其中，四性参数包括可靠性维修性参数A(∞)、测试性参数、安全性参数S，其中，可靠性维修性参数A(∞)，包括失效率λ和修复率μ，测试性参数包括故障检测率FDR、故障隔离率FIR和虚警率FAR；根据已确定的每个方案中各部件的四性参数，确定单个部件的可行度模型及整个方案的可行度模型，其中，单个部件的可行度模型为：Vi(t)＝A(∞)·FDR·FIR·(1-FAR)·S，其中，A(∞)=μλ+μ,]]>整个方案的可行度模型为：其中，Vi(t)为单个部件的可行度，h为复杂系统中所选方案的部件序号；根据已确定的每个方案中各部件之间的前后逻辑结构关系以及每个部件是否为共用部件信息，构建基于可行度时延Petri网模型BVTPN，确定单个部件的时间延迟Di及整个方案的时间延迟Ds，即：单个部件的时间延迟：整个方案的时间延迟：其中，Ci为变迁i的实施率，n为单个方案包含的变迁数量；根据已构建的可行度模型Vi(t)、Vs(t)，以及时间延迟Di、Ds，构建单个部件的综合影响参数模型及整个方案的综合影响参数模型：其中，单个部件的综合影响参数模型为：其中，Di为单个部件的时间延迟；整个方案的综合影响参数模型为：其中，Ds为整个方案的时间延迟；步骤2，结合蚁群算法选择设计方案。所述步骤2的具体步骤如下：步骤2.1，初始化基于可行度时延Petri网模型BVTPN中的各参数，输入四性参数值，设置最大迭代次数Nmax，并设置当前最小影响参数值为无穷大；步骤2.2，添加蚁群，并确定复杂系统中单个部件的综合影响参数给初始标识中所标识的库所添加X只蚂蚁，并计算托肯经过各个变迁的综合影响参数确定每个变迁和托肯的前集与后集；步骤2.3，判断引发变迁的托肯是否为随机搜索托肯，如果是，通过随机数决定相应的变迁转移概率，否则，根据相应变迁上的信息素量决定变迁转移概率；步骤2.4，根据步骤2.3中的判断选择变迁的触发形式；步骤2.5，变迁触发后，对变迁上的信息素进行局部更新，同时判断当前库所是否为目的库所，如果是则执行步骤2.6，否则执行下一库所，重复执行步骤2.3；步骤2.6，每隔单位时间，判断是否需要调整随机搜索托肯的数量，如需要调整，则进行相应的调整，同时对信息素进行全局更新，否则，执行步骤2.7；步骤2.7，托肯到达目的库所之后，其记录的变迁序列为一个方案，计算该方案的综合影响参数值并将其与当前发现的最小影响参数值进行比较，如果该方案的综合影响参数值小于当前的最小影响参数值，则将该方案的综合影响参数值设置为最小值；同时比较本次托肯记录的综合影响参数值与预先设定的参数值，对托肯中记录的变迁进行信息素增加或减少，同时迭代次数加1；步骤2.8，判断迭代次数n是否等于最大迭代次数Nmax，如果是，则终止搜索，并输出当前的以及对应的方案序列，否则，转向执行步骤2.3。所述步骤2.3中如果不是随机搜索托肯，采用如下公式计算变迁转移概率：其中，ζk为托肯下一步允许选择的变迁；τij(t)为库所Pi的下一转移变迁tj所含的信息素；τis(t)为库所Pi的所有下一转移变迁的信息素总量；α为信息素的相对重要程度，β为期望值的相对重要程度。所述基于可行度时延Petri网模型为：BVTPN＝{P,St,T,τ,F,W,K,M0,D,λ,μ,X本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于Petri网复杂系统多设计方案的选择方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1，构建可行度模型、基于可行度时延Petri网模型、综合影响参数模型，针对复杂系统，确定每个方案中各部件之间的前后逻辑结构关系和各部件的四性参数信息，同时确定每个部件是否为共用部件，其中，四性参数包括可靠性维修性参数A(∞)、测试性参数、安全性参数S，其中，可靠性维修性参数A(∞)，包括失效率λ和修复率μ，测试性参数包括故障检测率FDR、故障隔离率FIR和虚警率FAR；根据已确定的每个方案中各部件的四性参数信息，确定单个部件的可行度模型及整个方案的可行度模型，其中，单个部件的可行度模型为：Vi(t)＝A(∞)·FDR·FIR·(1‑FAR)·S，其中，A(∞)=μμ+μ,]]>整个方案的可行度模型为：其中，Vi(t)为单个部件的可行度，h为复杂系统中所选方案中的部件序号；根据已确定的每个方案中各部件之间的前后逻辑结构关系以及每个部件是否为共用部件信息，构建基于可行度时延Petri网模型BVTPN，确定单个部件的时间延迟Di及整个方案的时间延迟Ds，即：单个部件的时间延迟：整个方案的时间延迟：其中，Ci为变迁i的实施率，n为单个方案包含的变迁数量；根据已构建的可行度模型Vi(t)、Vs(t)，以及时间延迟Di、Ds，构建单个部件的综合影响参数模型及整个方案的综合影响参数模型：其中，单个部件的综合影响参数模型为：其中，Di为单个部件的时间延迟；整个方案的综合影响参数模型为：其中，Ds为整个方案的时间延迟；步骤2，结合蚁群算法选择设计方案。...

【技术特征摘要】
1.基于Petri网复杂系统多设计方案的选择方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1，构建可行度模型、基于可行度时延Petri网模型、综合影响参数模型，
针对复杂系统，确定每个方案中各部件之间的前后逻辑结构关系和各部件的四性参数信
息，同时确定每个部件是否为共用部件，其中，四性参数包括可靠性维修性参数A(∞)、测
试性参数、安全性参数S，其中，可靠性维修性参数A(∞)，包括失效率λ和修复率μ，测试
性参数包括故障检测率FDR、故障隔离率FIR和虚警率FAR；
根据已确定的每个方案中各部件的四性参数信息，确定单个部件的可行度模型及整个方
案的可行度模型，其中，
单个部件的可行度模型为：Vi(t)＝A(∞)·FDR·FIR·(1-FAR)·S，
其中，A(∞)=μμ+μ,]]>整个方案的可行度模型为：其中，Vi(t)为单个部件的可行度，h为复杂系统中所选方案中的部件序号；
根据已确定的每个方案中各部件之间的前后逻辑结构关系以及每个部件是否为共用部
件信息，构建基于可行度时延Petri网模型BVTPN，确定单个部件的时间延迟Di及整个方案
的时间延迟Ds，即：
单个部件的时间延迟：整个方案的时间延迟：其中，Ci为变迁i的实施率，n为单个方案包含的变迁数量；
根据已构建的可行度模型Vi(t)、Vs(t)，以及时间延迟Di、Ds，构建单个部件的综合影
响参数模型及整个方案的综合影响参数模型：其中，
单个部件的综合影响参数模型为：其中，Di为单个部件的时间延迟；
整个方案的综合影响参数模型为：其中，Ds为整个方案的时间延迟；
步骤2，结合蚁群算法选择设计方案。
2.根据权利要求1所述的基于Petri网复杂系统多设计方案的选择方法，其特征在于所述
步骤2的具体步骤如下：
步骤2.1，初始化基于可行度时延Petri网模型BVTPN中的各参数，输入四性参数值，
设置最大迭代次数Nmax，并设置当前最小影响参数值为无穷大；
步骤2.2，添加蚁群...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙有朝，崔灿丽，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32