項昌毅

隨著近年來對工業(yè)體系的持續(xù)投入，我國科學(xué)技術(shù)獲得了長足發(fā)展，目前已經(jīng)建立了眾多世界矚目的超級工程，比如：三峽水電站以及國產(chǎn)大型飛機等等。所謂大型飛機一般是指起飛總重超過100 t的運輸類飛機，一直被譽為“工業(yè)化領(lǐng)域的皇冠”，一方面其包含電子、機械、新材料以及冶金等諸多行業(yè)；另一方面其是數(shù)百萬零部件的大集成，隨著系統(tǒng)復(fù)雜度的提高，相應(yīng)零部件大量增加，系統(tǒng)穩(wěn)定性卻因此而降低。

目前為了提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，大型飛機最常用方法是為重要分系統(tǒng)增加備份。因此，如何最優(yōu)化飛機系統(tǒng)備份是一個重要又緊迫的課題。在系統(tǒng)最優(yōu)化設(shè)計領(lǐng)域，許多學(xué)者作了廣泛而深入的研究[1-4]，這些研究給出了不同方法，并獲得了系統(tǒng)最優(yōu)方案。然而，這些方法計算并不簡便，尤其在工程領(lǐng)域的應(yīng)用受到一定限制。因此，該文提出一種基于可重構(gòu)度最大化的系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計，該方法計算簡單，并能根據(jù)約束條件獲得理想結(jié)果，最后將該方法用于大型飛機進(jìn)行仿真計算，驗證了所提方法的有效性。

1 可重構(gòu)性指標(biāo)計算

重構(gòu)指系統(tǒng)從一種構(gòu)形向另一種構(gòu)形的轉(zhuǎn)換，是系統(tǒng)生存和發(fā)展的基本手段之一?？芍貥?gòu)性指一定條件下系統(tǒng)完成重構(gòu)的能力[5]。

從工程實際出發(fā)，當(dāng)系統(tǒng)某部件發(fā)生故障后，優(yōu)先采用硬件備份切換方式來重構(gòu)系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)中僅有一個獨立功能部件發(fā)生故障時，定義為一重故障。同理，重故障定義為系統(tǒng)同時有個獨立部件發(fā)生故障。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生重故障時，如果有冗余部件完全替換故障部件并使系統(tǒng)工作正常，則認(rèn)為該重故障是可重構(gòu)的。

為了量化故障與可重構(gòu)性之間的關(guān)系，該文提出可重構(gòu)度的概念，作為衡量一個系統(tǒng)可重構(gòu)性水平的指標(biāo)。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生重故障時，稱該可重構(gòu)性指標(biāo)為重可重構(gòu)度。

定義1：當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生重故障時，系統(tǒng)的重可重構(gòu)度定義為：

由于分系統(tǒng)3給出了最大的敏感因子，所以，對從1增加到2。的迭代結(jié)果由表2給出。

由表2可知，時，得到的最優(yōu)解是（2，2，3，3）。相應(yīng)的系統(tǒng)可重構(gòu)度為0.9556。順便提及，當(dāng)取其他值時，所得到的最優(yōu)分配方案不變，但是計算過程中順序不同。

4 結(jié)語

該文針對大型飛機的最優(yōu)化設(shè)計問題，提出了一種基于最大可重構(gòu)度的優(yōu)化計算方法，通過比較不同分系統(tǒng)之間的敏感因子，在敏感因子最大的分系統(tǒng)增加冗余，進(jìn)而實現(xiàn)了系統(tǒng)可重構(gòu)度最大化。最終仿真計算驗證了所提方法的有效性。該方法不僅考慮了冗余增加對于系統(tǒng)可重構(gòu)性的影響，同時將資源消耗列入了考慮范圍，對于工程領(lǐng)域處理串聯(lián)系統(tǒng)最優(yōu)化設(shè)計的問題具有一定的應(yīng)用價值。

參考文獻(xiàn)

[1] Yang H，Jiang B，Staroswiecki M.Fault recoverability analysis of switched systems[J]. International Journal of Systems Science， 2012，43（3）：535-542.

[2] 袁亞湘.最優(yōu)化理論與方法[M].北京：科學(xué)出版社，1997.

[3] 郭仁生.機械工程設(shè)計分析和MATLAB應(yīng)用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2014.

[5] 馬立，謝煒，劉波，等.柔性鉸鏈微定位平臺的設(shè)計[J].光學(xué)精密工程，2014（2）：338-345.

[5] 李培根，張潔.敏捷化智能制造系統(tǒng)的重構(gòu)與控制[M].北京：機械工業(yè)出版社，2003.