多阶段任务多状态系统的最优选择性维修优化方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种多阶段任务多状态系统的最优选择性维修优化方法和装置。该方法包括：给定系统中部件层性能集合，各部件状态转移率矩阵和多阶段任务序列；依据各部件状态转移率矩阵计算部件层性能集合的概率分布；依据部件层性能集合以及所述部件层性能集合的概率分布计算系统层性能集合以及系统层性能集合的概率分布；依据各部件性能状态、所述系统层性能集合以及系统层性能集合的概率分布，以及所述多阶段任务序列计算系统任务可靠性；依据备件剩余量计算维修活动可行集；以所述系统任务可靠性为指标函数，以所述维修活动可行集为约束条件，依据所述多阶段任务序列、所述各部件性能状态以及所述备件剩余量，建立维修优化模型，求解最优策略表。
【专利说明】多阶段任务多状态系统的最优选择性维修优化方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及设备维修优化管理领域，更进一步地说，本发明涉及一种多阶段任务多状态系统的最优选择性维修优化方法及装置。
【背景技术】
[0002]系统在使用过程中的退化程度反映到其性能水平(比如输出功率、发电量等)上时，往往呈现多状态特性，Lisnianski和Levitin将这种系统称为多状态系统。近年来，针对多状态系统的选择性维修优化方法研究逐渐受到关注，其主要解决备件等维修资源有限情况下，选择哪些部件进行维修的问题。
[0003]维修是为了恢复系统的性能，使其能够满足后续的任务需求。但由于任务需求和工作地点等限制，维修活动通常只能在特定的时间开展，如某发电站发电机组只在每周日早上才进行检修。最近，Liu和Huang在维修资源有限时，考虑选择部分部件进行维修的选择性维修策略，但是其只考虑了单阶段任务。然而，任务往往是多阶段的，且任意一个阶段出现问题都会导致整个任务的失败，比如航天器发射、船舶远洋、医院供电、机械加工等。在多阶段任务情况下，单阶段任务下的优化方法只能得到局部最优，可能会造成资源的过度使用而影响后续多个任务阶段的运行。
[0004]所以，需要提供一种在多阶段任务和备件资源有限的情况下，更加符合多阶段任务的多状态系统特性的选择性维修优化方法。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是需要提供一种在多阶段任务和备件资源有限的情况下，更加符合多阶段任务的多状态系统特性的选择性维修优化方法。
[0006]为了解决上述技术问题，本发明提供了一种多阶段任务多状态系统的最优选择性维修优化方法，包括以下步骤:
[0007]步骤A，给定系统中部件层性能集合，各部件状态转移率矩阵和多阶段任务序列；
[0008]步骤B，依据所述各部件状态转移率矩阵计算部件层性能集合的概率分布；
[0009]依据所述部件层性能集合以及所述部件层性能集合的概率分布计算系统层性能集合以及系统层性能集合的概率分布；
[0010]步骤C，依据各部件性能状态、所述系统层性能集合以及系统层性能集合的概率分布，以及所述多阶段任务序列计算系统任务可靠性；
[0011]步骤D，依据备件剩余量计算维修活动可行集；
[0012]步骤E，以所述系统任务可靠性为指标函数，以所述维修活动可行集为约束条件，依据所述多阶段任务序列、所述各部件性能状态以及所述备件剩余量，建立维修优化模型，求解最优策略表。
[0013]根据本发明另一方面的方法，所述步骤A中多阶段任务序列包括至少一个阶段，其中每个阶段包括一个维修阶段和一个任务阶段，维修阶段和任务阶段交替实现，第一个任务阶段开始之前的准备期记为第一个维修阶段。
[0014]根据本发明的又一方面的方法，所述步骤B进一步包括:
[0015]依据所述部件层性能集合以及所述部件层性能集合的概率分布，利用通用生成函数UCF方法计算所述系统层性能集合以及系统层性能集合的概率分布。
[0016]根据本发明的又一方面的方法，所述步骤C进一步包括:
[0017]依据所述多阶段任务序列计算系统子任务可靠性，所述系统子任务为一个任务阶段内系统需要完成的任务:.Vt
[0018]
【权利要求】
1.一种多阶段任务多状态系统的最优选择性维修优化方法，其特征在于， 包括以下步骤: 步骤A，给定系统中部件层性能集合，各部件状态转移率矩阵和多阶段任务序列； 步骤B，依据所述各部件状态转移率矩阵计算部件层性能集合的概率分布； 依据所述部件层性能集合以及所述部件层性能集合的概率分布计算系统层性能集合以及系统层性能集合的概率分布； 步骤C，依据各部件性能状态、所述系统层性能集合以及系统层性能集合的概率分布，以及所述多阶段任务序列计算系统任务可靠性； 步骤D，依据备件剩余量计算维修活动可行集； 步骤E，以所述系统任务可靠性为指标函数，以所述维修活动可行集为约束条件，依据所述多阶段任务序列、所述各部件性能状态以及所述备件剩余量，建立维修优化模型，求解最优策略表。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤A中多阶段任务序列包括至少一个阶段，其中每个阶段包括一个维修阶段和一个任务阶段，维修阶段和任务阶段交替实现，第一个任务阶段开始之前的准备期记为第一个维修阶段。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤B进一步包括: 依据所述部件层性能集合以及所述部件层性能集合的概率分布，利用通用生成函数UCF方法计算所述系统层性能集合以及系统层性能集合的概率分布。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤C进一步包括: 依据所述多阶段任务序列计算系统子任务可靠性，所述系统子任务为一个任务阶段内系统需要完成的任务:
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤D中系统在第k个维修阶段的维修活动可行集为
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤E进一步包括: 选择系统各部件状态和备件剩余量为状态量；确定优化量及维修策略； 根据所述多阶段序列，所述状态量，所述优化量及维修策略确定状态转移方程，其包含维修阶段状态转移方程和任务阶段状态转移方程， 第k个维修阶段内 部件i的状态转移方程为:
7.如权利要求2-6中任一项所述的方法，其特征在于，当出现多个最优解时，根据备件使用数量最少和/或关键部件优先维修的原则决定维修的部件。
8.一种多阶段任务多状态系统的最优选择性维修优化装置，其特征在于，包括: 初始化模块，给定系统中部件层性能集合，各部件状态转移率矩阵和多阶段任务序列； 系统层参数生成模块，依据所述各部件状态转移率矩阵计算部件层性能集合的概率分布；依据所述部件层性能集合以及所述部件层性能集合的概率分布计算系统层性能集合以及系统层性能集合的概率分布； 系统任务可靠性生成模块，依据各部件性能状态，所述系统层性能集合以及系统层性能集合的概率分布，以及所述多阶段任务序列计算系统任务可靠性； 维修活动可行集生成模块，依据备件剩余量计算维修活动可行集； 维修策略生成模块，以所述系统任务可靠性为指标函数，以所述维修活动可行集为约束条件，依据所述多阶段任务序列、所述各部件性能状态以及所述备件剩余量，建立维修优化模型，求解最优策略表。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述初始化模块中给定的多阶段任务序列包括至少一个阶段，其中每个阶段包括一个维修阶段和一个任务阶段，维修阶段和任务阶段交替实现，第一个任务阶段开始之前的准备期记为第一个维修阶段。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述系统层参数生成模块用于依据所述部件层性能集合以及所述部件层性能集合的概率分布，利用通用生成函数UCF方法计算所述系统层性能 集合以及系统层性能集合的概率分布。
【文档编号】G06Q10/04GK103714397SQ201310737532
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年12月26日 优先权日:2013年12月26日
【发明者】周东华, 陈茂银, 蒋云鹏 申请人:清华大学