基于可靠性的油泵传输系统结构优化分析
                                                           门茂琛
                                    郑州大学综合设计研究院有限公司，河南 郑州450002)
    基于可靠性理论，利用启发式算法分析连续线形n中取k的油泵传输系统结构优化问题。首先所有位置都分配具有最低可靠性的部件；然后计算所有部件的重要度值，将具有最大可靠性的有效部件分配到具有最大重要度值的位置，依次递归得到最大可靠性的系统结构；最后通过对F系统和G系统的仿真分析证明了算法的正确性。
油泵传输系统；可靠性；系统结构；仿真分析

石油是当今社会发展必不可少的能源之一，也是一个国家经济发展的重要条件。原油及其产品的运输在它们的生产—运输—分配环节中占有重要的地位，而管道运输是最重要的环节。在管道运输中，需要用泵站对原油进行加压、加热才能保证输送的顺利完成。由于每个泵站的功能完全相同且可以放置在输送系统中的任何位置，因此可以把管道运输系统看作一个连续线形n中取k的部件指派系统，泵站为部件指派系统中的部件。由此可知，系统的可靠性只与各个泵站的可靠性相关。
根据泵站的使用时间和使用环境对泵站可靠性的影响，在不知道泵站具体可靠性的情况下对各泵站的可靠性进行排序，可以快速对石油管道输送系统的泵站进行最优排列，从而使系统保持较高的可靠性。针对这种情况，Derman等于1972年提出了部件指派问题的概念。部件指派是一种重要的可靠性优化问题，它在一个由n个位置和n个具有不同可靠性的部件组成的系统中，寻找一种最优分派方案，将n个部件分派到系统中的n个位置，以使系统的可靠性最高，且一个部件只能被分派一次，每个部件在功能上都可以互换工作位置。部件指派的作用是通过部件交换使系统的可靠性最高，在工程实践中具有广泛的应用。如在系统的设计阶段，可以在不增加成本的情况下通过部件分派提高系统在设计阶段的可靠性；在系统维护阶段，可以通过维修或更换部件使系统保持较高的可靠性，但如果通过交换部件位置也可以达到目的且成本较低，那么交换部件的位置就更为合适。部件指派是一种组合优化问题，复杂系统的部件指派是一般的NP难题。根据已知的文献，除了繁琐的枚举法外，还没有用于解决部件指派的精确优化算法。对于部件数目较少的部件指派系统，用枚举法就可以快速找到最优分派，但当系统中部件数目较多时，枚举法的解空间十分庞大，无法在合理的时间内得到最优分派。重要度可用于寻找系统的薄弱环节，从而通过给薄弱环节分配可靠性较高的部件而提高系统可靠性，可用于指导部件分派。概率重要度被广泛用于可靠性优化问题，一些学者针对复杂系统的部件指派优化，提出了一些基于重要度的算法。Zuo和Kuo针对连续线形n中取k系统，提出了两个相似的算法，通过给系统指定一个可行的初始化分派方案，在一定规则下依次交换两个部件的位置，找到一个使系统可靠性最高的分派。Lin和Kuo通过分析计算误差项，提出了贪婪算法，该算法用可靠性最低的部件初始化系统中的所有位置。Zhu和Yao等提出了上述算法的延伸算法，通过对8种系统进行数值试验和分析，指出了新算法的优势和使用条件。Yao等根据遗传算法提出了一种搜索算法，在解决部件数目较少的部件指派系统时可以提高其求解精度，但会耗费较多时间。由此可以看出，只需明确各部件的可靠性排列顺序，就可以按照上述给出的规则快速得......

作者简介：门茂琛（1970—），男，河南郑州人，郑州大学综合设计研究院有限公司高级工程师、注册电气工程师（供配电）、一级注册建造师（机电），主要研究方向为电气设计。

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