一种基于连续时间mdp模型的预防性维护方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于连续时间MDP模型的预防性维护方法。该方法包括：数据拟合、MDP模型数学建模、系统结构分析与建模、求解模型获得最佳维护策略。该方法综合考虑了影响生产线效益的各因素，利用连续时间MDP模型模拟设备退化过程，强调了退化过程的连续性，在此基础上进行系统层结构分析，建立相应数学模型，通过优化仿真获得最优维护策略。本发明通过合理的维护策略降低维护成本、提高设备利用率和成品率，从而达到生产效益最大化的目标。
【专利说明】
-种基于连续时间MDP模型的预防性维护方法
技术领域
[0001] 本发明设及一种预防性维护方法，具体是对生产线进行预防性维护方法。
【背景技术】
[0002] 随着科技的发展，生产线逐渐体现出高精度、集成化和复杂化的特点。因而，生产 线的维护难度不断提升，维护成本随之增长。合理的维护策略能够有效降低维护成本、提高 设备利用率和成品率，从而使生产效益最大化。
[0003] 目前关于生产线维护策略的研究成果很多，主要分两种思想，其一，当设备达到某 一状态时对其实施维护;其二，当设备工作一定时间时对其实施维护。随着神经网络与模糊 系统理论与技术的发展，基于神经网络与模糊逻辑的自适应控制系统得到了广泛应用。徐 昕等人对基于MDP动态系统学习控制理论、算法与应用的发展前景进行综述。起初研究人员 用离散的Markov链描述设备维护调度模型，之后，Gharbi等人提出用连续Markov链描述设 备寿命的维护结构，通过控制设备生产率和预维修率使目标函数达到最优化。W上关于MDP 模型的应用多采用固定式转移概率，在一定程度上反映了状态的变化过程。但在实际维护 中设备状态的转移具有随机性，即在某一时刻对设备实施某一维护方案后其状态转移具有 随机性。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种基于连续时间MDP模型的预防 性维护方法，该方法将利用连续时间的MDP模型描述设备工作状态，利用动态转移概率体现 设备状态转移的随机性，综合考虑影响生产线的各因素，最后研究系统结构建立相应数学 模型，仿真优化获得最佳维护策略，提高设备利用率和成品率，使效益最大化。
[0005] -种基于连续时间MDP模型的预防性维护方法，包括W下步骤： 步骤一、数据拟合:通过综合考虑影响生产线的各因素，利用历史数据拟合设备自然状 态下的退化过程； 步骤二、建立连续时间MDP数学模型:利用连续时间MDP模型模拟设备维护过程，将步骤 一拟合数据获得的设备自然退化过程作为连续时间MDP模型的状态空间，然后建立连续时 间MDP模型的动态转移概率，最后建立连续时间MDP模型的行为空间，W效益作为目标函数， 仿真连续时间MDP模型的变化过程，优化获得能够使效益最大化的维护策略； 步骤Ξ、系统结构分析与建模:研究系统结构W及连接形式，根据系统结构建立系统的 效益函数； 步骤四、求解模型获得最佳维护策略:利用优化仿真软件仿真连续时间MDP模型，W系 统效益作为目标函数优化模型，获得最佳维护策略。
[0006] 进一步地，所述的维护策略包含维护周期和各个维护时刻所采用的维护方案。
[0007] 进一步地，步骤一中所述的各因素包括设备自身运转状态、成品率、维修记录。
[000引进一步地，步骤二中所述的状态空间为关于时间的连续函数，由步骤一中拟合获 得的函数组合而成。
[0009] 进一步地，步骤二中所述的动态转移概率，其动态特性体现为转移概率为变量，由 设备在维护时刻前后状态决定。
[0010] 进一步地，步骤二中所述行为空间即维护方案包括正常工作、预防性维护、故障性 维修。
[0011] 进一步地，步骤Ξ中所述系统结构包括混联结构、串联结构、并联结构。
[0012] 进一步地，步骤Ξ中所述效益函数的建立规则为，对于串联结构的效益，W串联结 构中效益最大的单台设备的效益作为评价标准;并联结构的效益，W各单台设备效益之和 为评价标准;则混联结构的效益函数表达式为：
其中，Α?-(巧，表示系统中所有串联设备所构成的效益，S表示串联的设备总数，r表示 并联单元的个数，1???)表示维护周期为时第S个串联设备的效益，癖表示维护周期 为穿时第r个并联单元的效益。
[0013] 利用此发明可W有效反映设备状态变化的连续性，W及状态转移的随机性，真实 反映设备W及系统状态变化过程，通过数据拟合、仿真建模，求解获得使系统效益最大化的 维护策略。
[0014] 图1为本发明方法的流程图； 图2为本发明方法设及的连续时间MDP模型； 图3为本发明方法研究实例所采用的5机6部系统结构。
【具体实施方式】
[0015] 下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在W本发明技术方案为前提下进行 实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施 例。
[0016] 如图1所示，本发明W传统的5机6部系统作为研究对象，应用本发明方法进行研 究，作为实例说明，主要包括W下步骤： 步骤一:数据拟合，通过综合考虑影响生产线的各因素，利用历史数据拟合设备自然状 态下的退化过程。对如图3所示系统结构，收集各设备的自身运转状态、成品率、维修记录的 相关数据，然后拟合获得相关函数，综合Ξ因素的相关函数获得设备自然状态下的退化过 程。
[0017] 步骤二:建立MDP数学模型，如图2所示，利用连续时间MDP模型模拟设备维护过程。 将步骤一拟合数据获得的设备自然退化过程作为连续时间MDP模型的状态空间输入。然后 建立连续时间MDP模型的动态转移概率，转移概率设定为关于设备维护时刻前后状态的变 量。最后建立连续时间MDP模型的行为空间，包括正常工作、预防性维护、故障性维修Ξ元 素。W效益作为目标函数，仿真MDP模型的变化过程，优化获得能够使效益最大化的维护策 略。
[0018] 步骤Ξ:系统结构分析与建模，研究系统包含的串、并联结构W及连接形式，根据 系统结构建立系统的效益函数。对于如图3所示系统，由两个并联单元和一个串联设备组 成，先分析各并联单元的效益，然后与串联设备一起作为串联结构分析系统效益，最后确定 系统效益函数，旨口巧。样）=醒坤做巧 步骤四：求解模型获得最佳维护策略，通过优化仿真软件仿真MDP模型，W效益作为目 标函数优化模型，获得最佳维护策略。可用Mat lab软件对模型进行优化仿真获得最优维护 策略。
[0019] 基于连续时间MDP模型模拟获得单台设备的效益函数为：
r(K树巧)表示设备处于状态練錢时采用方案摄燦获得的收益，其主要由连续时 间MDP模型的状态空间决定。巧I施Igl表示所采用的一系列维护策略，即在每个维护时刻所 采用的维修方案。
【主权项】
1. 一种基于连续时间MDP模型的预防性维护方法，其特征在于包括以下步骤： 步骤一、数据拟合:通过综合考虑影响生产线的各因素，利用历史数据拟合设备自然状 态下的退化过程； 步骤二、建立连续时间MDP数学模型：利用连续时间MDP模型模拟设备维护过程，将步骤 一拟合数据获得的设备自然退化过程作为连续时间MDP模型的状态空间，然后建立连续时 间MDP模型的动态转移概率，最后建立连续时间MDP模型的行为空间，以效益作为目标函数， 仿真连续时间MDP模型的变化过程，优化获得能够使效益最大化的维护策略； 步骤三、系统结构分析与建模:研究系统结构以及连接形式，根据系统结构建立系统的 效益函数； 步骤四、求解模型获得最佳维护策略:利用优化仿真软件仿真连续时间MDP模型，以系 统效益作为目标函数优化模型，获得最佳维护策略。2. 根据权利要求1所述的基于连续时间MDP模型的预防性维护方法，其特征在于:所述 的维护策略包含维护周期和各个维护时刻所采用的维护方案。3. 根据权利要求1所述的基于连续时间MDP模型的预防性维护方法，其特征在于:步骤 一中所述的各因素包括设备自身运转状态、成品率、维修记录。4. 根据权利要求1所述的基于连续时间MDP模型的预防性维护方法，其特征在于:步骤 二中所述的状态空间为关于时间的连续函数，由步骤一中拟合获得的函数组合而成。5. 根据权利要求1所述的基于连续时间MDP模型的预防性维护方法，其特征在于:步骤 二中所述的动态转移概率，其动态特性体现为转移概率为变量，由设备在维护时刻前后状 态决定。6. 根据权利要求1所述的基于连续时间MDP模型的预防性维护方法，其特征在于:步骤 二中所述行为空间即维护方案包括正常工作、预防性维护、故障性维修。7. 根据权利要求1所述的基于连续时间MDP模型的预防性维护方法，其特征在于:步骤 三中所述系统结构包括混联结构、串联结构、并联结构。8. 根据权利要求7所述的基于连续时间MDP模型的预防性维护方法，其特征在于:步骤 三中所述效益函数的建立规则为，对于串联结构的效益，以串联结构中效益最大的单台设 备的效益作为评价标准;并联结构的效益，以各单台设备效益之和为评价标准;则混联结构 的效益函数表达式为：其中，，表示系统中所有串联设备所构成的效益，S表示串联的设备总数，r表示 并联单元的个数，表示维护周期为f时第S个串联设备的效益表示维护周期 为I时第r个并联单元的效益。
【文档编号】G06Q10/06GK105825292SQ201610137023
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年3月11日
【发明人】敖银辉, 王翠芬
【申请人】广东工业大学