Otimização multiobjetivo de confiabilidade e custo via algoritmos evolucionários em projeto de sistemas

Abstract

Ao se projetar um sistema, deseja-se que ele seja altamente confiável e que os custos associados sejam os menores possíveis. No entanto, custo e confiabilidade, em geral, têm uma relação direta, ou seja, quanto maior a confiabilidade do sistema, maiores os seus custos. Isso torna os objetivos de se ter alta confiabilidade e baixos custos conflitantes. Assim, não é possível obter, simultaneamente, desempenhos ótimos para ambos os objetivos e o que se encontra na prática é um conjunto de soluções ótimas segundo a abordagem multiobjetivo. A disposição física dos componentes do sistema interferem tanto na sua confiabilidade quanto nos seus custos. Um dos problemas de otimização relacionados a projetos de sistemas baseados em confiabilidade é o problema de alocação de redundâncias. Deseja-se encontrar o número ótimo de equipamentos para cada um dos subsistemas que formam o sistema. Esse problema pode ser visualizado como um problema de múltiplos objetivos, uma vez que o aumento do número de redundâncias incorre em maiores custos. Esse trabalho propõe uma metodologia multiobjetivo baseada em algoritmos genéticos para resolver o problema de alocação de redundâncias em confiabilidade. São considerados tanto sistemas não-reparáveis, que não são passíveis de manutenção, quanto sistemas reparáveis, que após a falha voltam à operação por um procedimento que não seja a sua completa substituição. São resolvidos dois exemplos de aplicação. O primeiro considera um sistema paralelo-série não-reparável em que se busca maximizar a confiabilidade e minimizar o custo de aquisição de componentes. O segundo leva em conta um sistema reparável paralelo-série, em que se quer maximizar a disponibilidade e minimizar os custos de aquisição e de manutenção corretiva dos componentes ao longo do tempo de missão estabelecido. Supõe-se que os componentes de tal sistema reparável têm processos de falha-reparo regidos por processos de renovação alternados. O processo de falha-reparo do sistema é resultante da superposição dos processos de falha-reparo dos componentes e não é caracterizado por um processo de renovação. Assim, a disponibilidade e o número de reparos dos componentes (utilizado no cálculo do custo) são obtidos por meio de simulação discreta de eventos.