بخشی از مقاله
چکیده
ارزیابی قابلیت اطمینان یک سیستم در امتداد فرآیند طراحی سیستم می باشد و به عنوان بخش تفکیک نا پذیر آن همواره مورد توجه است. تخصیص قابلیت اطمینان یک اتصال کلیدی با طراحی قابلیت اطمینان دارد و فعالیتی مهم در طراحی و توسعه سیستم می باشد که در آن عوامل زیادی در فرآیند طراحی در نظر گرفته می شوند. با توجه به پیچیدگی و گسترش صنایع و نیاز فزاینده به عملکرد منطقی سیستم ها، ارتقای قابلیت اطمینان سیستم ها امری اجتناب پذیر است.
در این رابطه نیاز است که انواع وابستگی و روابط بین زیر سیستم ها و شدت آنها مورد بررسی و ارزیابی قرار بگیرد. در این مقاله، با استفاده از ماتریس ساختار طراحی که از روش های تجزیه و تحلیل سیستم ها می باشد، وابستگی و روابط بین زیر سیستم ها مورد بررسی قرار می گیرد و با محاسبه ی شاخص وابستگی، این شاخص در تخصیص قابلیت اطیمنان اثر داده می شود.
دسته ای دیگر از عوامل تاثیر گذار در تخصیص قابلیت اطمینان، عوامل امکان پذیری می باشد که باید مطابق با سیستم تحت بررسی انتخاب شوند. در این مقاله پس انتخاب این عوامل طبق نظر کارشناسان، وزن بهینه ی آنها با استفاده از مدل ماکزیمم آنتروپی و مینیمم واریانس محاسبه می شود. پس از محاسبه ی وزن نهایی هر زیر سیستم، قابلیت اطمینان آن تخصیص داده می شود. تخصیص قابلیت اطمینان به این روش نتایج بهینه و منطقی تری را ایجاد می کند و با آنالیز روابط زیر سیستم ها، بهبود طراحی و ارزیابی قابلیت اطمینان حاصل می شود.
مقدمه
ارزیابی قابلیت اطمینان یک سیستم در امتداد فرآیند طراحی سیستم می باشد و به عنوان بخش تفکیک نا پذیر آن همواره مورد توجه است. تخصیص قابلیت اطمینان یک اتصال کلیدی با طراحی قابلیت اطمینان دارد و فعالیتی مهم در طراحی و توسعه سیستم می باشد که در آن عوامل زیادی در فرآیند طراحی در نظر گرفته می شوند. تخصیص قابلیت اطمینان فرآیندی است که به وسیله ی آن خرابی مجاز برای یک سیستم تخصیص می یابد و در چند روش منطقی در میان زیر سیستم ها و اجزاء به کار برده می شود.
وظیفه اصلی تخصیص قابلیت اطمینان طبقه بندی کردن سیستم به زیر سیستم ها می باشد به طوریکه وزن هر زیر سیستم تحت تاثیر عوامل موثر تعیین می شود و قابلیت اطمینان مورد نیاز جهت اطمینان از دستیابی به مقدار قابلیت اطمینان هدف، تخصیص داده شود.
در هر سیستم می توان زیر سیستم ها را بر اساس روابط و شدت روابط موجود، مورد تجزیه و تحلیل قرار داد. ماتریس ساختار طراحی1 به عنوان ابزار مدلسازی شبکه و مهندسی سیستم ها می باشد که در تجزیه و ادغام سیستم کاربرد دارد و جهت نمایش اجزاء و زیر سیستم های یک سیستم و تعاملات بین آنها و شدت تعاملات استفاده می شود
با توجه به پیچیدگی و گسترش صنایع و نیاز فزاینده به عملکرد منطقی سیستم ها، ارتقای قابلیت اطمینان سیستم ها امری اجتناب پذیر است. در این رابطه نیاز است که انواع روابط بین زیر سیستم ها و شدت آنها مورد بررسی و ارزیابی قرار بگیرد. در صنایع مختلف می توان محصول را در قالب یک سیستم و مسئله بهینه سازی قابلیت اطمینان را در قالب مسئله تخصیص مطرح نمود. تخصیص قابلیت اطمینان با این رویکرد، منجر به روش های ساخت و طراحی بهتر می شود
چندین رویکرد جهت بدست آوردن وزن ها ی تخصیص قابلیت اطمینان وجود دارد. در رویکردهای موجود، هدف ترکیب چندین عامل جهت محاسبه ی وزن های تخصیص می باشد. سپس با توجه به قابلیت اطمینان هدف، قابلیت اطمینان زیر سیستم ها یا اجزا تخصیص داده می شود. از جمله روش های سنتی شامل روش های ARINC، AGREE، FOO و روش میانگین وزنی می باشد
در دسته ی از مقالات سعی شده است که وزن تخصیص را به آنالیز حالات بالقوه خرابی و اثرات آن1 با استفاده از عدد اولویت ریسک2، ربط داده شود. استفاده از اطلاعات آنالیز خرابی در طول فرآیند FMEA در تخصیص قابلیت اطمینان باعث به تصویر کشیدن رفتار و عملکرد سیستم به طور واقع بینانه می شود.
زمانیکه برای محاسبه ی RPN از ضرب عوامل در همدیگر استفاده می شود در واقع مقیاس بندی خطی فرض می شود. در این حالت قابلیت اطمینان مطابق با درجه ی بحرانی بودن یا پتانسیل جهت بهبود تخصیص نمی یابد.
در پژوهش رویکرد جدیدی جهت محاسبه وزن ها بر پایه ی تابع انتقال نمایی به جای مقیاس بندی خطی پیشنهاد شده است. یاداو وژوآنگ، رابطه ی غیر خطی بین نرخ خرابی و تلاش جهت بهبود در نظر گرفتند و عوامل تلاش جهت بهبود، میزان پیچیدگی و تاثیر بهبود روی شدت را مورد بررسی قرار دادند
دراین پژوهش ها روابط بین زیر سیستم ها مورد بررسی قرار نمی گیرد. در [5] و [6] با استفاده از برنامه ریزی غیر خطی به ارائه ی مدلی جهت تخصیص قابلیت اطمینان پرداخته شده است که هدف مینیمم کردن هزینه تحت محدودیت های قابلیت اطمینان می باشد. در این مدل ها، عوامل موثر بر تخصیص آنطور که باید مورد توجه قرار نمی گیرند.
چانگ و همکاران روش ماکزیمم آنتروپی3 جهت تخصیص وزنی را ارائه دادند که در آن بردار وزنی بهینه تحت بیشترین بی نظمی تعیین می شود. در این روش، ایرادات روش های سنتی برطرف می شود و عوامل بر طبق مقیاس های اندازه گیری جداگانه مورد ارزیابی قرار نمی گیرند و ضرب عوامل خطا ایجاد نمی کند
لیائو و همکاران ضمن استفاده از روش ME-OWA ، روابط غیر مستقیم بین زیر سیستم ها با استفاده از روش دیمتل مورد بررسی قرار دادند. در این روش فقط شدت روابط زیر سیستم ها مورد بررسی قرار می گیرد .
چن و همکاران به مدل ME-OWA ، مینیمم واریانس را نیز اضافه کرده که حاصل روش ماکزیمم آنتروپی و مینیمم واریانس4 می باشد و در نهایت با استفاده از ساختار سلسله مراتبی وزن های تخصیص محاسبه می شود
همانطور که بیان شد عامل وابستگی زیرسیستم ها به عنوان عامل تاثیرگذار تخصیص قابلیت اطمینان می باشد که فقط در پژوهش لیائو و همکاران [8] با استفاده از روش دیمتل مورد بررسی قرار گرفته است اما فقط شدت روابط زیر سیستم ها در نظر گرفته شده است و نوع روابط و اهمیت آنها مورد بررسی قرار نگرفته است. در صورتیکه نوع روابط زیر سیستم ها و اهمیت آنها در طراحی سیستم و بدنبال آن در ارزیابی قابلیت اطمینان تاثیر گذار است. در این مقاله، این مساله با استفاده از ماتریس ساختار طراحی مورد بررسی قرار گرفته است.
با توجه به مقاله ی [10]، عوامل امکان پذیری تاثیر گذار روی تخصیص قابلیت اطمینان باید به صورت کاربردی و متناسب با سیستم تحت بررسی انتخاب شوند. در این مقاله ابتدا عوامل امکان پذیری سایر پژوهش ها جمع آوری می شود و با استفاده از نظر کارشناسان، عوامل تاثیر گذار در سیستم کنترل الکترو اپتیکی انتخاب می شود. سپس با استفاده از روش [9] MEMV-OWA، وزن های بهینه ی عوامل محاسبه می شوند. در ادامه با استفاده از ماتریس ساختار طراحی روابط پنجگانه ی بین زیر سیستم ها مورد بررسی قرار می گیرد و مشخص می شود و پس از ساده سازی ماتریس، میزان وابستگی زیر سیستم ها با استفاده از شاخص مربوطه، محاسبه می شود. پس از محاسبه ی وزن نهایی، قابلیت اطمینان زیر سیستم ها تخصیص داده می شود.
با بکارگیری این روش، وزن های بهینه ی عوامل امکان پذیری مرتبط با سیستم مورد نظر محاسبه می شود و با در نظر گرفتن میزان وابستگی زیر سیستم ها، محاسبه ی قابلیت اطمینان زیر سیستم ها به طور بهینه و منطقی تری تخصیص داده می شود. همچنین با بررسی وابستگی و روابط بین زیر سیستم ها، پس از محاسبه ی قابلیت اطمینان می توان نسبت به بهبود طراحی و بررسی سایر روش ها جهت ارزیابی قابلیت اطمینان، اقدام کرد.
در بخش دوم مقاله عوامل امکان پذیری جمع آوری و مدل MEMV-OWA ارائه می شود. در بخش سوم به معرفی ماتریس ساختار طراحی و روش محاسبه ی شاخص وابستگی زیر سیستم ها پرداخته می شود. در بخش چهارم روش تخصیص قابلیت اطمینان با در نظر گرفتن دو عامل امکان پذیری و وابستگی زیر سیستم ها، ارائه شده است. در بخش پنجم مراحل ارائه شده برای سیستم کنترل الکترواپتیکی مورد بررسی قرار می گیرد و تخصیص قابلیت اطمینان زیر سیستم های این سیستم محاسبه می شود. در نهایت در بخش ششم نتیجه گیری و پیشنهادات آتی بیان شده است.
عوامل امکان پذیری و محاسبه ی وزن آنها
همانطور که در مقاله ی [10] اشاره شده است عوامل امکان پذیری باید کاربردی و متناسب با سیستم مورد نظر باشد. زیرا در هر سیستم این عوامل متفاوت هستند. با بررسی مطالعات پیشین شامل؛ [11]، [12]، [13] ، [14]، [15] و [16] و سایر پژوهش های ذکر شده، مجموعه ای از این عوامل در جدول 1جمع آوری شده اند.
با استفاده از نظر کارشناسان عوامل تاثیر گذار بر سیستم مورد نظر انتخاب می شود. در مرحله ی بعد با استفاده از مدل ارائه شده توسط چن و همکاران [9]، وزن هر یک از این عوامل محاسبه می شوند. مدل 1 در ادامه ارائه شده است.
جدول :1 مجموعه ای از عوامل امکان پذیری
اندازه ی orness و موقعیت عملگر OWA را نشان می دهد. این عدد مقداری بین صفر و یک است. اگر این مقدار نزدیک به صفر باشد یعنی نظر کارشناس با بدبینی همراه است و مقدار نزدیک به یک ، خوشبینی کارشناس را نشان می دهد و در نهایت اگر برابر با 0.5 باشد یعنی ارزیابی میانه رو دارد. این مدل بیان می کند اطلاعات غیر قطعی از تجربه ی تصمیم گیرندگان، با استفاده از ماکزیمم کردن آنتروپی تا جاییکه امکان دارد می تواند بهینه شود.
همچنین مینیمم کردن واریانس بردار وزنی یک راه بالقوه جهت دوری از دست بالا گرفتن اولویت های تصمیم گیرنده است. بنابراین وزن های بدست آمده در این روش، نسبت به سایر روش های وزن دهی از کارایی بالاتری برخوردار هستند .پس از محاسبه ی وزن عوامل تاثیر گذار با استفاده از نرم افزار لینگو، مقدار این عوامل برای هر کدام از زیر سیستم ها با استفاده از نظر کارشناسان بدست می آید.
ماتریس ساختار طراحی
ماتریس ساختار طراحی از ابزارهای مدلسازی شبکه می باشد که در تجزیه و ادغام سیستم ها کاربرد دارد و جهت نمایش اجزای یک سیستم و تعاملات بین زیر سیستم ها یا اجزای آن و قدرت تعاملات استفاده می شود. DSM یک ماتریس مربعی با عناوین یکسان برای سطر و ستون ها می باشد که یک علامت در خارج از قطر اصلی ماتریس نشان دهنده ارتباط و وابستگی یک زیر سیستم با زیر سیستم دیگر است .
حرکت در یک سطر نشان می دهد که ورودی های زیر سیستم موجود در آن سطر از چه زیر سیستم های دیگری می آید و حرکت در یک ستون ماتریس، تمام خروجی های آن زیر سیستم را نشان می دهد. این روابط و تعاملات می تواند به صورت موازی، سری یا جفت شده باشد. در ابتدا چهار نوع رابطه بین زیر سیستم ها در نظر گرفته شد؛ انرژی، مواد، اطلاعات و فضایی . پس از آن رابطه ی ساختاری به عنوان پنجمین رابطه، معرفی شد که انتقال بارهای مکانیکی از یک موتور جت را به تصویر می کشید .در جدول 2 تعریف مختصری از انواع روابط ارائه شده است.
جدول :2 انواع روابط موجود بین زیر سیستم ها
وابستگی بین زیر سیستم ها، با مصاحبه ی کارشناسان و برخی اوقات از اسناد مهندسی شناسایی و بدست می آیند. شدت و اهمیت روابط نیز با استفاده از جدول 3 تعیین می شود.
