توصيفگر ها :
لغو ماموريت , فرايند فرسايش , شوكهاي تصادفي , قابليت اعتماد ماموريت , احتمال بقاي سيستم
چكيده فارسي :
بسياري از سيستم هاي صنعتي براي انجام ماموريت هاي مختلف براي يك دوره زماني خاص مورد نياز هستند. احتمال
موفقيت ماموريت، يعني احتمال تكميل يك ماموريت خاص با يا بدون مهلت، شاخص مهمي است كه براي ارزيابي عملكرد
اين سيستم هاي مبتني بر ماموريت استفاده مي شود. با اين وجود، براي سيستم هاي حياتي-ايمني مانند هواپيما، زيردريايي
و وسايل نقليه هوايي بدون سرنشين، بقاي سيستم از نقص وارد شده نسبت به انجام موفقيت آميز ماموريت مورد نياز
اولويت دارد، زيرا خرابي چنين سيستم هايي باعث خسارات اقتصادي و خطرات زيست محيطي قابل توجهي مي شود. در
چنين مواردي زماني كه يك نقص يا شرايط حادثه خاص رخ داد، به منظور اجتناب از خرابي هاي فاجعه آميز ماموريت
مي تواند متوقف شده و فورا فرايند نجات براي كاهش خطرات خرابي سيستم آغاز شود.
شاخص هاي متداول مورد استفاده براي ارزيابي رفتار تصادفي اين سيستم ها، عبارتند از قابليت اعتماد ماموريت كه
برابر با احتمال انجام موفقيت آميز ماموريت است و احتمال بقاي سيستم يعني احتمال زنده ماندن سيستم بدون متحمل
شدن هرگونه شكست فاجعه بار. افزايش احتمال بقاي سيستم به شيوه لغو ماموريت، منجر به كاهش قابليت اعتماد ماموريت
مي شود. از اين رو، طراحي بهينه يك سياست لغو ماموريت كه با در نظر گرفتن ويژگي هاي خرابي سيستم و با هدف ايجاد
تعادل بين دو شاخص قابليت اعتماد ماموريت و احتمال بقاي سيستم تعريف مي شود، ارزش عملي زيادي پيدا مي كند.
در عمليات مهندسي، اپراتورها معمولا مي توانند برخي از سيگنال هاي هشدار دهنده نقص عملكرد، مانند لرزش بيش
از حد، گرم شدن بيش از حد، فرورفتگي، تَرك و غيره را شناسايي كنند. سيستم هايي با چنين مكانيزم هاي خرابي معمولا
با يك فرايند فرسايش دو مرحله اي كه مرحله اول از زمان شروع به كار سيستم جديد تا شروع نقص و مرحله دوم از زمان
نقص دار بودن تا شكست است، مدل سازي مي شوند.
در اين پايان نامه، سياست هاي لغو ماموريت براي سيستم هايي كه در معرض فرايند فرسايش دو مرحله اي هستند، بيان
مي شود. يك فرايند گاماي دو مرحله اي براي مراحل عادي و معيوب براي توصيف فرايند شكست سيستم در نظر گرفته
مي شود. براي بهينه سازي خط مشي لغو ماموريت براي اين سيستم ها، دو سياست لغو معرفي مي شود: خط مشي لغو مبتني
بر فرسايش كه در آن ماموريت زماني كه سطح فرسايش بالاتر از يك آستانه مشخص باشد، لغو مي شود و خط مشي لغو
مبتني بر مدت زمان كه براساس آن هنگامي كه مدت زمان ماندن در حالت معيوب از يك آستانه معين فراتر رود، ماموريت
متوقف مي شود. هدف اصلي، يافتن مدت زمان بهينه ماندن در حالت معيوب است كه پس از آن بايد ماموريت متوقف
شود و عمليات نجات بلافاصله شروع شود. مسئله بهينه سازي كه به آن پرداخته شده است به صورت حداقل سازي ضرر و
زيان اقتصادي به عنوان تابع هدف تعريف مي شود.
در بخش ديگري از پايان نامه، فرض مي شود سيستم مذكور كه تحت فرايند خرابي دو مرحله اي است، در معرض
شوك هاي تصادفي قرار دارد. رويكرد پيشنهاد شده براي اعمال اثر شوك بر سيستم اين است كه به محض ورود يك شوك
خارجي، سيستم سريع تر سالخورده شده و لذا سن مجازي سيستم بيش تر از سن تقويمي آن مي گردد. براي اين سيستم نيز
يك سياست لغو ماموريت تعريف شده و سپس طراحي بهينه اين سياست در قالب يك مسئله بهينه سازي مورد بررسي
قرار مي گيرد.
چكيده انگليسي :
Many industrial systems require specific missions to be performed during a given time period. The chance of mission
success, meaning the probability of completing a particular mission with or without a deadline, is an important metric
used to evaluate the performance of mission-based systems. However, for critical-safety systems such as airplanes,
submarines, and unmanned aerial vehicles, the survival of the system in the face of failure is a higher priority than
achieving a successful mission, because a malfunction in such systems can result in significant economic damages and
environmental risks. In such cases, when a failure or a specific incident occurs, the mission can be abort immediately
to avoid catastrophic system failures, and rescue procedures can be initiated promptly to reduce the risks of system
failure. Common metrics used to evaluate the random behavior of these systems include mission reliability, which is
equal to the probability of successful mission completion, and system survival probability, which is the probability
of the system surviving without experiencing any catastrophic failures. Increasing the system survival probability
through mission abort leads to a decrease in mission reliability. Therefore, optimal design of a mission abort policy,
which takes into account the system failure characteristics and aims to balance a trade-off between the two metrics of
mission reliability and system survival probability, is highly valuable in practice. In engineering operations, operators
can usually identify some of the warning signals of malfunction, such as excessive vibration, overheating, cracking,
rupture, etc. Systems with such failure mechanisms are usually modeled with a two-stage degradation process, where
the first stage is from the start of the new system until the onset of failure, and the second stage is from the onset
of failure to the point of system breakdown. This thesis presents mission abort policies for systems that are subject
to two-stage degradation processes. A two-stage gamma process is considered to describe the normal and defective
stages of the system to model the system failure process.
To optimize the mission abort policy for these systems, two abort policies are introduced: a degradation-based abort
policy where the mission is aborted when the degradation level exceeds a certain threshold, and a duration-based
abort policy where the mission is stopped when the time spent in the defective state exceeds a certain threshold. The
main objective is to find the optimal time duration in the defective state after which the mission should be stopped and
rescue procedures should start immediately. The optimization problem addressed is formulated as the minimization
of economic losses and damages as the objective function. In another section of the thesis, it is assumed that the
aforementioned system, which is subject to a two-stage degradation process, is also subject to random shocks. The
proposed approach for incorporating the effect of shocks on the system is to assume that the system ages faster when a
shock occurs, and thus its virtual age exceeds its calendar age. For this system, a mission abort policy is also defined,
and then the optimal design of this policy is investigated through an optimization problem. The optimization problem
aims to find the optimal time to abort the mission after a shock occurs, given the system’s current virtual age and the
economics loss of the mission. The objective is to minimize the expected economic loss due to mission failure and
system breakdown. The resulting optimal mission abort policy can help operators make informed decisions about
when to abort a mission after a shock occurs.