Multi-objective and linear approach to the problem of reliability optimization and redundancy allocation in series-parallel systems

Autor: Danilo de Quadros Maia Filho
Přispěvatelé: Michel Bessani, Eduardo Gontijo Carrano, Lucas de Souza Batista
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2022
Předmět:
Zdroj: Repositório Institucional da UFMG
Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)
instacron:UFMG
Popis: Atualmente, o mundo vive cenários em que a presença da tecnologia cresce e sua complexidade aumenta em diversas áreas: indústria, vida doméstica, educação, governo, entre outras. A evolução tecnológica deveria trazer consigo um aumento da qualidade, de tal forma que garanta o correto funcionamento dos processos e ofereça produtos mais confiáveis. Nesse contexto, o estudo da confiabilidade dos sistemas é fundamental a fim compreender como essa confiabilidade pode ser otimizada. Diversos componentes podem estar envolvidos como, por exemplo, microchips, hardwares, softwares, redes e infraestruturas. Entender o modelo matemático que define a confiabilidade de um determinado sistema pode ser uma tarefa desafiadora, principalmente devido à dependência de parâmetros físicos, fatores como o tempo, materiais utilizados, quantidades e pesos. Este trabalho de dissertação realiza uma pesquisa científica de trabalhos anteriores sobre diversas configurações de sistemas e variações do problema de alocação de confiabilidade e redundância. Um determinado estudo de caso é escolhido para análise, com o objetivo de propor um novo método para sua resolução. O problema é originalmente formulado com um modelo contínuo e não linear e, em seguida, é transformado em um modelo linear e inteiro. Na abordagem proposta, um conjunto finito de opções de componentes é sugerido, buscando retratar situações mercadológicas reais em que os catálogos dos fabricantes são pré-definidos, cada um com um valor específico de confiabilidade. Além disso, o problema originalmente mono-objetivo é reformulado como multi-objetivo, e resolvido utilizando programação linear, com uso da ferramenta CPLEX da IBM, em conjunto com o método epsilon-restrito. Solucionado o problema, comparações foram feitas com trabalhos anteriores que exploraram o mesmo problema aplicando meta-heurísticas. Currently, the world is experiencing scenarios in which the presence of technology grows and its complexity increases in several areas: industry, domestic life, education, government, and others. Technological evolution should bring an increase in quality, in such a way that it guarantees the correct functioning of the processes and offers more reliable products. In this context, the study of systems reliability is essential in order to understand how this reliability can be optimized. Several components may be involved, such as microchips, hardware, software, networks and infrastructure. Understanding the mathematical model that defines the reliability of a given system can be a challenging task, mainly due to the dependence of physical parameters, factors such as time, materials used, quantities and weights. This dissertation work carries out a scientific survey of previous works on various system configurations and variations of the reliability and redundancy allocation problem. A particular case study is chosen for analysis, with the aim of proposing a new method for its resolution. The problem is originally formulated with a continuous, non-linear model, and then it is transformed into a linear and integer model. In the proposed approach, a finite set of component options is suggested, seeking to portray real market situations in which manufacturers' catalogs are pre-defined, each with a specific reliability value. Furthermore, the originally mono-objective problem is reformulated as multi-objective, and solved using linear programming, IBM's CPLEX tool, together with the epsilon-restricted method. Once the problem was solved, comparisons were made with previous works that explored the same problem by applying meta-heuristics.
Databáze: OpenAIRE
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