[发明专利]一种用于基于空间缩减多状态系统维修策略的优化系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于基于空间缩减多状态系统维修策略的优化系统及优化方法。

背景技术

目前，多状态的串并联系统广泛存在于实际生活中，例如由多个泵站构成的供水系统就是一个典型的多状态的串并联系统。每个泵站有几个并联的水泵，水泵有多个离散的工作等级对应于不同的退化状况，每个水泵的退化状况可以通过维修得以改善，而如今的主流维修策略优化方法都有如下问题：枚举法，虽然枚举法可以得到全局最优解，但是在上述系统中系统级的维修策略是每个部件的所有状态的组合（全新状态除外），所以备选维修策略的数目极其庞大。面对庞大的数据量，枚举法的效率极低。启发算法，策略优化过程中最常用的两种启发式算法是遗传算法和蚁群算法。遗传算法在处理策略空间较大的策略优化问题上具有一定的优势，但是同时存在收敛速度慢，所得最优解不一定是全局最优解等问题。

发明内容

发明目的：本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种用于基于空间缩减多状态系统维修策略的优化系统及优化方法，不仅收敛速度快、维修效率高，而且可以保证求得的为最优解。

技术方案：为了实现发明目的，本发明公开了一种用于基于空间缩减多状态系统维修策略的优化系统，所述系统包括维修策略切分模块、子系统策略缩减模块以及枚举法求最优值模块；维修策略切分模块用于将多状态系统维修策略切分成若干子系统维修策略，并且得到子系统维修策略的成本、稳态概率以及产率；子系统策略缩减模块用于比较若干子系统维修策略中的不同维修策略，并且切除其中的非最优策略；子系统策略缩减模块包括随机排序法去除模块、线性规划法去除模块以及子系统策略数量判断模块：首先随机排序法去除模块用于比较随机的两个子系统维修策略，并且去除其中维修策略的成本高且产率低的那个子系统维修策略；接着线性规划法去除模块用于作出两个子系统维修策略的收益差并且用线性规划法求出收益差最大值，若最大值小于零，则作被减数的子系统维修策略为非最优策略并将其去除，否则作减数的子系统维修策略为非最优策略并将其去除；最后子系统策略数量判断模块用于判断子系统策略数量是否缩减到阀值，若是则调用枚举法最优值模块，否则继续执行线性规划法去除模块；枚举法最优值模块用于使用枚举法求出子系统策略缩减模块输出结果的最优解以及与其对应的维修策略。

为了进一步完成发明目的，本发明公开了一种用于基于空间缩减多状态系统维修策略的优化方法，包括以下步骤：

（1）通过维修策略切分模块，将多状态系统维修策略切分成若干子系统维修策略，并且得到子系统维修策略的成本、稳态概率以及产率；

（2）通过子系统策略缩减模块比较步骤（1）中若干子系统维修策略中的不同维修策略，并且切除其中的非最优策略；

（3）枚举法最优值模块对步骤（2）中子系统策略缩减模块输出结果进行枚举法求解，最终得到最优解及其对应的维修策略。

作为优选，为了提升优化方法的收敛速度，所述方法的步骤（2）包括以下步骤：

（2.1）用随机排序法去除子系统维修策略中部分非最优策略，即将两个子系统维修策略进行比较，去除其中维修策略成本高且产率低的子系统维修策略；

（2.2）用线性规划法去除子系统维修策略中部分非最优策略，即作出两个子系统维修策略的收益差并且用线性规划法求出收益差最大值，若最大值小于零，则作被减数的子系统维修策略为非最优策略并将其去除，否则作减数的子系统维修策略为非最优策略并将其去除；

（2.3）判断子系统维修策略数量是否达到可以实施枚举法的阀值或者步骤（2.2）中的去除方法已经不再起缩减作用，若满足以上条件，则进入步骤（3），否则执行步骤（2.2）。

作为优选，为了进一步实现发明目的，所述步骤（2.2）包括以下步骤：

（2.2.1）设系统由N个子系统组成，把所有子系统看为两个分系统，第一分系统n为第n个子系统，第二分系统为除第n个子系统外的其他子系统集合，设第二分系统有个可能的状态，为第二分系统的维修策略，系统稳定后第二分系统处于第v个状态的概率为第v个状态时的产率为设第一分系统有N_PRO,x个可能的状态，θ_n为第一分系统n的维修策略，系统稳定后第一分系统n处于第v个状态的概率为p_n,v(θ_n)，第v个状态时的产率为g_n,v；则此时使用维修策略

为θ_n和θ′_n时系统级产率的表达式为