王鴻雁,肖文生
(1.青島科技大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院,山東 青島 266061;2.中國(guó)石油大學(xué)(華東)機(jī)電工程學(xué)院,山東 青島 266580;3.中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院,北京 100083)
隨著海洋鉆采深度的增加,海洋鉆采設(shè)備控制系統(tǒng)的規(guī)模和復(fù)雜性不斷提高,系統(tǒng)可靠性優(yōu)化變得尤為重要,難度也逐漸增加?,F(xiàn)代設(shè)計(jì)中,通常采用高可靠性的產(chǎn)品或者冗余技術(shù)提高系統(tǒng)的可靠性。然而,高可靠性產(chǎn)品受技術(shù)水平的限制,冗余技術(shù)會(huì)增加系統(tǒng)的成本、重量、體積[1-9]。當(dāng)采用高可靠性產(chǎn)品造成等待時(shí)間長(zhǎng)且成本迅速增加時(shí),就要采用冗余設(shè)計(jì)。因此,在系統(tǒng)可靠性和成本等約束條件下,必須有一個(gè)有效的方法來解決可靠性冗余的優(yōu)化配置問題。
可靠性優(yōu)化配置的目標(biāo)是系統(tǒng)可靠度最大的同時(shí),成本、體積和重量都最小。因此可靠性優(yōu)化配置問題實(shí)際上是多目標(biāo)非線性混合整數(shù)規(guī)劃問題,沒有精確解,只能給出近似Pareto解。求解多目標(biāo)問題的方法主要有約束法、分層序列法、功效系數(shù)法和評(píng)價(jià)函數(shù)法等。
目前,我國(guó)海洋工程裝備技術(shù)薄弱,可靠性問題已成為制約我國(guó)海洋工程裝備發(fā)展的瓶頸。為此,本文基于1 階鄰域解的啟發(fā)式算法GAG1(Gopal Aggarwal Gupta)和遺傳算法(Genetic Algorithm,GA)提出一種GAG1和改進(jìn)的自適應(yīng)順序選擇遺傳算法(Improved Adaptive Sequential Genetic Algorithm,IASGA)相結(jié)合的GAG1-IASGA 算法,用于求解海洋平臺(tái)鉆機(jī)集成監(jiān)控系統(tǒng)的多目標(biāo)可靠性優(yōu)化配置問題。
假設(shè)系統(tǒng)由n個(gè)子系統(tǒng)串聯(lián)構(gòu)成,各單元組件的冗余度、可靠度、成本系數(shù)、重量系數(shù)和體積系數(shù)分別為xi,ri,ci,wi,pi(i=1,2,…,n),第i個(gè)子系統(tǒng)的冗余度、可靠度、成本、重量、體積分別為Ri(xi),C(xi),W(xi)和P(xi)(i=1,2,…,n),則該系統(tǒng)的可靠性Rs、成本Csum、重量Wsum和體積Psum函數(shù)分別為
由于海洋平臺(tái)上的空間和承載能力均有限,設(shè)備重量和體積不可忽視,重量、體積、成本都與系統(tǒng)可靠度和冗余度密切相關(guān)。
1.2.1 體積
系統(tǒng)的體積是各組成單元體積的和,但考慮到單元間的空隙,需要對(duì)其進(jìn)行修正。假設(shè)修正因子為Γ(Γ>1),則系統(tǒng)總體積<V。
1.2.2 重量
與體積相同,系統(tǒng)重量是各組成單元重量的和,但考慮到冗余單元間的連接及切換設(shè)備的重量,需要進(jìn)行修正。假設(shè)相互連接及切換設(shè)備所占的比例為K(K>1),則系統(tǒng)總重量xi<W。
1.2.3 成本費(fèi)用
系統(tǒng)成本是各組成單元以及連接與切換設(shè)備的成本總和,考慮到冗余單元間的連接與切換設(shè)備的成本,系統(tǒng)總成本費(fèi)用<C。
然而,單元的成本與其可靠性密切相關(guān),可靠性越高,成本就越高,兩者成正比。假設(shè)組件發(fā)生故障的時(shí)間服從指數(shù)分布,則。由于ci=c,其中:αi和βi是常數(shù),為第i個(gè)組件的物理特性;λi是第i個(gè)組件的故障率。因此系統(tǒng)總成本費(fèi)用。一般情況下,1≤xi≤5,0.6≤Ri≤1-10-6。
海洋平臺(tái)鉆機(jī)集成監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性冗余優(yōu)化配置問題可以描述為:系統(tǒng)在滿足一定條件的約束下,尋找最優(yōu)的冗余配置個(gè)數(shù),使得可靠度最大,同時(shí)盡量減少投資,節(jié)約空間,減小重量,以取得最大效益。該問題是一個(gè)帶非線性約束的多目標(biāo)非線性混合整數(shù)規(guī)劃的復(fù)雜問題[10-11],求解此類問題一般有兩種方法:①優(yōu)化一個(gè)目標(biāo),附加其他目標(biāo)到約束集;②優(yōu)化加權(quán)每一個(gè)目標(biāo)函數(shù),將其轉(zhuǎn)化為一個(gè)超目標(biāo)函數(shù)[12]。
啟發(fā)式算法盡管不夠精確,卻能減少計(jì)算量。實(shí)際工程中,由于存在對(duì)元件可靠度和資源消耗評(píng)估誤差及取近似值的情況,最優(yōu)解的精確性顯得不甚重要,而一種簡(jiǎn)單和計(jì)算上有效的啟發(fā)式算法對(duì)解決大規(guī)模可靠性最優(yōu)化問題更有價(jià)值。
GAG1算法對(duì)初始搜索點(diǎn)x0的選擇比較敏感,若選取不當(dāng),則可能只收斂到局部最優(yōu),很難得到全局最優(yōu)。GA 由于無法確定準(zhǔn)確的迭代次數(shù)和交叉變異概率,可能導(dǎo)致過早收斂。為此,本文對(duì)遺傳算子進(jìn)行改進(jìn),提出一種GAG1-IASGA 算法。該方法將GAG1算法求得的解作為種群的一個(gè)個(gè)體,其他個(gè)體在滿足約束的條件中隨機(jī)選取或者迭代產(chǎn)生,這種選擇種群的方法可以較快地達(dá)到最優(yōu)解。這兩種算法的結(jié)合充分發(fā)揮了各自的優(yōu)點(diǎn),避開了各自的缺點(diǎn)。
2.1.1 GAG1算法
GAG1算法是由Aggarwal提出并由Gopal和Gupta改進(jìn)的一種基于1階鄰域解的啟發(fā)式算法。該方法從一個(gè)可行解開始,通過迭代提高系統(tǒng)的可靠性。每次迭代計(jì)算出非0飽和的敏感因子λj,得到子系統(tǒng)v的敏感因子最大,則對(duì)應(yīng)的變量xv增加1,直到不滿足約束條件,計(jì)算結(jié)束。Aggarwal提出如下求解λj的方法[13]:
式中分子為第j個(gè)子系統(tǒng)增加一個(gè)組件時(shí)系統(tǒng)可靠度的增加量。
Gopal和Gupta改進(jìn)后的λj為[14],經(jīng)修正的算法被稱為GAG1方法。
2.1.2 AGA 算法
GA 算法是一種基于進(jìn)化論原理的全局搜索方法[15]。Srinvivas等[16]提出自適應(yīng)遺傳算法(Adaptive Genetic Algorithm,AGA),給出交叉概率Pc和變異概率Pm的計(jì)算公式:
式中:fmax和favg分別為適應(yīng)度的最大值和平均值,f和f′分別為要交叉、變異個(gè)體的適應(yīng)度值,Pc1,Pc2,Pm1和Pm2為常數(shù),且Pc1<Pc2,Pm1<Pm2。
2.1.3 基于GAG1和AGA 的聯(lián)合算法改進(jìn)
(1)順序選擇
GA 中個(gè)體的選擇概率為
如果適應(yīng)度值為0,則個(gè)體被選擇的概率為0,因此本文算法要對(duì)個(gè)體的適應(yīng)度值按照大小排序后再進(jìn)行選擇,第i個(gè)個(gè)體的選擇概率為
式中q是最好個(gè)體的選擇概率,為非零常數(shù)。這樣,每個(gè)個(gè)體被選中產(chǎn)生后代的概率均不為0。
(2)自適應(yīng)改進(jìn)
AGA 算法的Pc和Pm曲線如圖1所示。從圖1可以看出,當(dāng)適應(yīng)度函數(shù)值小于平均值時(shí),以較大的概率進(jìn)行交叉和變異且概率不變;當(dāng)適應(yīng)度函數(shù)值最大時(shí),不進(jìn)行交叉和變異。然而,多目標(biāo)函數(shù)通常具有多個(gè)極值解,因此直接接受適應(yīng)度函數(shù)值大的個(gè)體會(huì)使算法過早進(jìn)入局部搜索。
本文針對(duì)適應(yīng)度值越大、交叉和變異概率越小的原則對(duì)AGA算法進(jìn)行改進(jìn),改進(jìn)后的Pc和Pm為:
改進(jìn)前后Pc和Pm的對(duì)比情況如圖1所示。
求解過程[12,17]如下:
步驟2 計(jì)算各子系統(tǒng)的敏感因子λj,將敏感因子最大的子系統(tǒng)v的冗余數(shù)加1,即xv=xv+1。
步驟3 判斷是否滿足約束條件。若滿足,則轉(zhuǎn)步驟2,否則令xv=xv-1。
步驟4 將x作為GAG1算法的解。
步驟5 初始化算法基本參數(shù),置群體代數(shù)Gen=1。
步驟6 判斷是否滿足終止條件。若滿足,則轉(zhuǎn)步驟8;否則產(chǎn)生初始種群,并將x作為本文算法初始種群的一個(gè)個(gè)體,計(jì)算每個(gè)個(gè)體的適應(yīng)度值。
步驟7 利用本文算法進(jìn)行遺傳(選擇、交叉、變異)操作,產(chǎn)生新種群,轉(zhuǎn)步驟6。
步驟8 輸出最優(yōu)解,結(jié)束。
海洋平臺(tái)鉆機(jī)集成監(jiān)控系統(tǒng)組件的屬性包括組件的冗余個(gè)數(shù)x、價(jià)格系數(shù)C、重量系數(shù)W、體積系數(shù)P四個(gè)方面。因此,基因組i可表示為(xi,Ci,Wi,Pi),則整個(gè)海洋平臺(tái)鉆機(jī)集成監(jiān)控系統(tǒng)組件的染色體即可表示為
系統(tǒng)的可靠性Rs、成本Csum、重量Wsum、體積Psum的優(yōu)化模型分別為
式中:gik(xi)表示xi個(gè)單元組件在第i階段消耗資源k的量,bk為資源k的最大量。該問題轉(zhuǎn)化為求一個(gè)有n個(gè)變量、k個(gè)約束條件、4個(gè)目標(biāo)函數(shù)的多目標(biāo)函數(shù)值問題。
權(quán)重系數(shù)法是上述多目標(biāo)函數(shù)求解最常見的方法之一。因?yàn)榭煽慷?、成本、重量、體積在數(shù)值上相差較大,不能直接利用權(quán)重系數(shù)法,所以對(duì)可靠度值、成本、重量和體積函數(shù)進(jìn)行修正,修正方法如下:
則超目標(biāo)函數(shù)為
式中λ1,λ2,λ3和λ4分別為可靠度、成本、重量、體積重要程度的權(quán)重系數(shù),λ1+λ2+λ3+λ4=1,因此將適應(yīng)度函數(shù)定義為
約束條件如下:
式中g(shù)i1(X),gi2(X)和gi3(X)分別為第i個(gè)組件的總價(jià)格、總重量和總體積。
海洋平臺(tái)鉆機(jī)集成監(jiān)控系統(tǒng)從上到下依次為遠(yuǎn)程監(jiān)控層、司鉆集中監(jiān)控層、本地控制層和遠(yuǎn)程I/O層,各層設(shè)備的功能各有側(cè)重,互相協(xié)調(diào)配合,完成海洋平臺(tái)鉆機(jī)集成監(jiān)控系統(tǒng)的全部功能。為了簡(jiǎn)化海洋平臺(tái)鉆機(jī)集成監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性模型,本文僅考慮是否能完成海洋平臺(tái)鉆機(jī)的集成監(jiān)控系統(tǒng)功能,并與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)相關(guān)的系統(tǒng)組件(如實(shí)時(shí)服務(wù)器、操控臺(tái)、控制器、交換機(jī))的可靠性,不考慮打印機(jī)、攝像頭、歷史服務(wù)器等設(shè)備的可靠性。
將深水鉆機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行如下簡(jiǎn)化:遠(yuǎn)程監(jiān)控層的各個(gè)監(jiān)控子站通過選用更高可靠度的元件來提高其可靠性,不必進(jìn)行冗余設(shè)計(jì),因此不用考慮遠(yuǎn)程監(jiān)控層的可靠性冗余優(yōu)化問題;司鉆集中監(jiān)控室采用高性能的數(shù)據(jù)服務(wù)器提高其可靠度,不必進(jìn)行冗余設(shè)計(jì),其中的一級(jí)交換機(jī)、服務(wù)器、操控臺(tái)、控制器和二級(jí)交換機(jī)采用冗余設(shè)計(jì),可將這些組件看作并聯(lián)冗余后的串聯(lián)構(gòu)成,5種組件的冗余個(gè)數(shù)分別為x1,x2,x3,x4和x5;本地控制層和遠(yuǎn)程I/O 層由多個(gè)子系統(tǒng)組成,這些子系統(tǒng)共同完成海洋平臺(tái)鉆機(jī)的功能,任何一個(gè)子系統(tǒng)失效都會(huì)使整套鉆機(jī)無法正常工作,可以將這些子系統(tǒng)看作串聯(lián)結(jié)構(gòu)。假設(shè)子系統(tǒng)個(gè)數(shù)為8,每個(gè)子系統(tǒng)分別包含二級(jí)交換機(jī)、控制器、遠(yuǎn)程I/O,冗余個(gè)數(shù)分別為x6,x7,…,x29。因此,海洋平臺(tái)鉆機(jī)集成監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性冗余優(yōu)化問題就簡(jiǎn)化為29階段并—串聯(lián)系統(tǒng)的冗余分配問題。
假設(shè)海洋平臺(tái)鉆機(jī)集成監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備的體積、成本、重量分別滿足以下約束條件:
式(22)最早由Tillman提出[12,18-19],并在可靠性優(yōu)化問題中被廣泛采用[20-22]。
參照文獻(xiàn)[3]中的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù),海洋平臺(tái)鉆機(jī)集成監(jiān)控系統(tǒng)冗余單元的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)如表1所示。假設(shè)系統(tǒng)的可靠度值、成本、重量、體積的重要程度分別為λ1=0.993 5,λ2=0.005,λ3=0.000 9,λ4=0.000 6,各組件的冗余個(gè)數(shù)為區(qū)間[1,4]的整數(shù)。
表1 冗余單元設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表
續(xù)表1
利用MATLAB 軟件編程運(yùn)算,在Intel Core i5-2400CPU 3.10GHz,內(nèi)存4.00GB的計(jì)算機(jī)上執(zhí)行。經(jīng)過大量運(yùn)算,各算法的參數(shù)設(shè)置如表2所示。
為了減少偶然性的影響,將GAG1算法、AGA算法、GAG1-AGA 算法和本文算法隨機(jī)運(yùn)行100次,得到各算法的平均適應(yīng)度值avgH、最大適應(yīng)度值maxH,最小適應(yīng)度值minH、適應(yīng)度方差S、收斂代數(shù)Gen、每次運(yùn)算時(shí)間t、最優(yōu)解的平均值X,結(jié)果性能比較如表3 所示,優(yōu)化結(jié)果如表4 所示,GAG1算法適應(yīng)度、可靠度、成本函數(shù)曲線如圖2所示。AGA 算法、GAG1-AGA 算法和本文算法的適應(yīng)度、可靠度、成本函數(shù)曲線如圖3所示。
表2 算法參數(shù)設(shè)置
表3 算法結(jié)果性能比較表
表4 優(yōu)化算法運(yùn)算結(jié)果
從表2和表3可以看出,GAG1算法的運(yùn)算速度最快,運(yùn)算37代終止,得到的不是最優(yōu)解;其他三種算法的運(yùn)算時(shí)間相同。GAG1-AGA 算法的平均適應(yīng)度值最小、方差最大;AGA 算法的最大適應(yīng)度值最小、方差小,但收斂速度慢,且沒有解決GA 算法后期搜索效率低的問題;本文算法與前兩種算法相比,適應(yīng)度值最大,收斂速度快,收斂效率高。
由圖2和圖3可知,本文算法的適應(yīng)度值最大,可靠度值較大,成本最低,運(yùn)算結(jié)果比GAG1,AGA和GAG1-AGA 算法更優(yōu)。
綜上所述,本文算法結(jié)合GAG1和AGA 算法的優(yōu)點(diǎn),通過對(duì)遺傳算子進(jìn)行改進(jìn),提高了收斂速度,并且得到更好的優(yōu)化結(jié)果。
本文分析了海洋平臺(tái)鉆機(jī)集成監(jiān)控系統(tǒng),研究了系統(tǒng)的可靠性冗余優(yōu)化問題,通過合理的簡(jiǎn)化假設(shè),建立了一個(gè)較完整的多目標(biāo)優(yōu)化模型。針對(duì)傳統(tǒng)算法求解多目標(biāo)資源優(yōu)化分配問題收斂慢、易早熟的問題,提出一種GAG1-IASGA 算法。
本文算法對(duì)遺傳算子進(jìn)行了改進(jìn),使選擇概率、交叉概率和變異概率隨著適應(yīng)度值的增大而增大,將GAG1優(yōu)化結(jié)果作為一個(gè)個(gè)體引入本文算法,并通過多種算法性能及優(yōu)化結(jié)果的對(duì)比分析,表明本文算法成功地避免了遺傳算法在解決多目標(biāo)問題時(shí)的收斂速度慢、易早熟等問題,同時(shí)表明本文算法可成功解決海洋平臺(tái)鉆機(jī)集成監(jiān)控系統(tǒng)的多目標(biāo)可靠性優(yōu)化問題。本文的優(yōu)化運(yùn)算結(jié)果可為海洋平臺(tái)鉆機(jī)集成監(jiān)控系統(tǒng)可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)提供重要參考。
本文在構(gòu)建可靠性優(yōu)化模型過程中,主要考慮元件的可靠度、成本、重量、體積四個(gè)參數(shù),而元件的參數(shù)非常多,因此在今后工作中,擬進(jìn)一步開展有關(guān)元件更多參數(shù)的可靠性優(yōu)化配置研究。
[1]KUO W,RAJENDRA PRASAD V.An annotated overview of system reliability optimization[J].IEEE Transactions on Reliability,2000,49(2):176-187.
[2]REN Qingsheng,YE Zhongxing,ZENG Jin.Reliability computation of electronics system by real-valued genetic algorithm[J].Journal of China Institute of Communications,2000,21(3):43-46(in Chinese).[任慶生,葉中行,曾 進(jìn).基于實(shí)數(shù)型遺傳算法的電子系統(tǒng)可靠性最優(yōu)分配[J].通信學(xué)報(bào),2000,21(3):43-46.]
[3]COIT D W,SMITH A E.Reliability optimization of series-parallel systems using agenetic algorithm[J].IEEE Transactions on Relibility,1996,45(2):254-260.
[4]LIAO Wenzhu,PAN Ershun,XI Lifeng.Reliability analysis of system based on tabu search and ant algorithm[J].Journal of Shanghai Jiaotong University,2008,42(8):1291-1295(in Chinese).[廖雯竹,潘爾順,奚立峰.基于Tabu搜索和螞蟻算法的系統(tǒng)可靠性分析[J].上海交通大學(xué)學(xué)報(bào),2008,42(8):1291-1295.]
[5]KANAGARAJ G,PONNAMBALAM S G,JAWAHAR N,et al.A hybrid cuckoo search and genetic algorithm for reliability-redundancy allocation problems[J].Computers &Industrial Engineering,2013,66(4):1115-1124.
[6]COIT D W.Maximization of system reliability with a choice of redundancy sStrategies[J].IIE Transactions,2003,35(6):535-543.
[7]ARDAKAN M A,HAMADANI A Z.Reliability-redundancy allocation problem with cold-standby redundancy strategy[J].Simulation Modelling Practice and Theory,2014,42:107-118.
[8]YALAOUI A,CHU C,CHATELET E.Reliability allocation problem in a series-parallel system[J].Reliability Engineering and System Safety,2005,90(1):55-61.
[9]KUO W,PRASAD V R,TILMAN F A,et al.Optimal reliability design:fundamentals and applications[M].Cambridge,UK:Cambridge University Press,2001.
[10]NAJAFI A A,KARIMIB H,CHAMBARIC A,et al.Two metaheuristics for solving the reliability redundancy allocation problem to maximize mean time to failure of a series-parallel system[J].Scientia Iranica,2013,20(3):832-838.
[11]TAVAKKOLI MOGHADDAM R,SAFARI J,SASSANI F.Reliability optimization of series-parallel systems with a choice of redundancy strategies using agenetic algorithm[J].Reliability Engineering and System Safety,2008,93(4):550-556.
[12]KUO Wei,PRASAD V R,TILLMAN F A,et al.Optimal reliability design[M].GUO Jinli,YAN Chunning,transl.Beijing:Science Press,2011(in Chinese).[郭 位,V·Rajendra Prasad,F(xiàn)rank A·Tillman,等.最優(yōu)可靠性設(shè)計(jì):基礎(chǔ)與應(yīng)用[M].郭進(jìn)利,閻春寧,譯.北京:科學(xué)出版社,2011.]
[13]AGGARWAL K K.Redundancy optimization in general systems[J].IEEE Transactions on Reliability,1976,25(5):330-332.
[14]GOPAL K,AGGARWAL K K,GUPTA J S.Improved algorithm for reliability optimization[J].IEEE Transactions on Reliability,1978,27(5):325-328.
[15]HAN Zhong,CHEN Fumin,GAO Jianmin,et al.Resource allocation and optimization for complicated process system safety[J].Computer Integrated Manufacturing Systems,2009,15(9):1758-1764(in Chinese).[韓 中,陳富民,高建民,等.復(fù)雜流程系統(tǒng)安全的資源配置與優(yōu)化[J].計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng),2009,15(9):1758-1764.]
[16]SRINIVAS M,PATNAILK L M.Adaptive probabilities of crossover and mutation in genetic algorithms[J].IEEE Transactions on System,Man and Cybernetics,1994,24(4):656-667.
[17]ZHAO Zhicao,SONG Baowei,ZHAO Xiaozhe.Optimization of real-time reliability redundancy in complex system[J].Journal of Northwestern Polytechnical University,2013,31(1):134-138(in Chinese).[趙志草,宋保維,趙曉哲.系統(tǒng)實(shí)時(shí)可靠性冗余優(yōu)化研究[J].西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2013,31(1):134-138.]
[18]TILLMAN F A,HUANG Q L,KUO W.System reliability optimization[M].LIU Bingzhang,transl.Beijing:National Defend Industry Press,1988(in Chinese).[蒂爾曼,黃清萊,郭 位.系統(tǒng)可靠性最優(yōu)化[M].劉炳章,譯.北京:國(guó)防工業(yè)出版社,1988.]
[19]LI Fang,ZHU Cheng,WANG Wei.Cost models and optimization of redundant system[J].Journal of Systems Engineering and Electronic,2000,22(9):84-89(in Chinese).[黎 放,朱 承,王 威.冗余系統(tǒng)費(fèi)用模型及優(yōu)化[J].系統(tǒng)工程與電子技術(shù),2000,22(9):84-89.]
[20]ZHANG Enze,WUN Yifei,CHEN Qingwei.A practical approach for solving multi-objective reliability redundancy allocation problems using extended bare-bones particle swarm optimization[J].Reliability Engineering and System Safety,2014,127:65-76.
[21]SHEIKHALISHAHI M,EBRAHIMIPOUR V,SHIRI H,et al.A hybrid GA-PSO approach for reliability optimization in redundancy allocation problem[J].International Journal of Advanced Manufacturing Technology,2013,68(1-4):317-338.
[22]COELHO L S.An efficient particle swarm approach for mixed-integer programming in reliability-redundancy optimization applications[J].Reliability Engineering and System Safety,2009,94(4):830-837.