一種基于馬爾可夫決策的牽引變電設(shè)備維修策略生成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及牽引變電設(shè)備的維修技術(shù)領(lǐng)域，尤其牽引變電設(shè)備維修策略的生成方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著社會科技發(fā)展，牽引供電系統(tǒng)對設(shè)備運行的要求不斷提高。提高牽引變電設(shè) 備的運行可靠性并降低運營維護(hù)成本，是鐵路運營單位當(dāng)前面臨的迫切課題。設(shè)備維修是 提高設(shè)備運行可靠性的主要手段，而對設(shè)備維修策略進(jìn)行優(yōu)化是提高維修效能和減少維修 成本與停運損失的必要保證。
[0003] 牽引變電設(shè)備維修策略的生成就是根據(jù)牽引變電設(shè)備當(dāng)前的健康狀態(tài)，結(jié)合設(shè)備 的各項運營維護(hù)歷史數(shù)據(jù)和在線數(shù)據(jù)，對牽引變電設(shè)備的維修策略進(jìn)行優(yōu)化，從而選擇合 理的維修策略，控制維修費用，提高維修效能。設(shè)備的維修策略就是對何時或在何種原因下 要對設(shè)備進(jìn)行維修、維修任務(wù)是什么、采用何種維修方式等。制定牽引變電設(shè)備維修策略的 目標(biāo)是提高牽引變電設(shè)備的可靠性、延長設(shè)備壽命、降低設(shè)備維修成本。維修成本的高低很 大程度上取決于所采用的維修策略，為牽引變電設(shè)備選擇合理的維修策略，可以降低運行 維護(hù)成本，同時還可以提高牽引變電設(shè)備的可用性、安全性、可靠性。
[0004] 目前大多數(shù)牽引變電所對于牽引變電設(shè)備采用的維修策略為固定計劃性維修模 式，牽引變電設(shè)備的維修方式單一，維修周期多年不變。這種維修模式最大的不足在于盲目 性，由于無法準(zhǔn)確判明設(shè)備健康狀態(tài)，存在著平均用力，設(shè)備健康時過度修，反而誘發(fā)故障； 設(shè)備劣化時維修不足，潛隱故障難以及時發(fā)現(xiàn)的缺點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供基于馬爾可夫決策的牽引變電設(shè)備維修策略生成方法，該方 法生成的維修策略，能以更少的資源消耗保持設(shè)備的可靠性，提高設(shè)備的可利用率，延長牽 引變電設(shè)備的使用壽命。
[0006] 本發(fā)明實現(xiàn)其發(fā)明目的所采用的技術(shù)方案是，一種基于馬爾可夫決策的牽引變電 設(shè)備維修策略生成方法，其步驟如下：
[0007]A、建立設(shè)備健康狀態(tài)與維修方案的關(guān)系表
[0008] 將牽引變電設(shè)備的健康狀態(tài)記為Sl，下標(biāo)i表示健康狀態(tài)的編號，當(dāng)i分別為 1，2, 3, 4, 5時，對應(yīng)的當(dāng)前健康狀態(tài)分別為：Sl健康、S2良好、S3-般、S4亞健康、S5故障，通 過馬爾可夫決策得出牽引變電設(shè)備的健康狀態(tài)^與維修方案的關(guān)系表；其中的維修方案包 括最優(yōu)維修方式崆和最優(yōu)維修周期f·,
[0009] B、設(shè)備健康狀態(tài)的確定
[0010] 初始時或到達(dá)維修方案的最優(yōu)維修周期If的末時點時，根據(jù)牽引變電設(shè)備的在線 監(jiān)測數(shù)據(jù)、得到牽引變電設(shè)備當(dāng)前的健康狀態(tài)S1;
[0011]c、維修策略的生成
[0012] 根據(jù)B步得到的牽引變電設(shè)備當(dāng)前的健康狀態(tài)Sl，查詢A步的當(dāng)前健康狀態(tài)81與 維修方案的關(guān)系表，生成牽引變電設(shè)備的當(dāng)前維修方案；隨即按當(dāng)前維修方案中的最優(yōu)維 修方式π'k對牽引變電設(shè)備進(jìn)行維修；
[0013] 重復(fù)B、C步操作，直至牽引變電設(shè)備的當(dāng)前維修方案中的最優(yōu)維修方式為更換或 牽引變電設(shè)備到達(dá)其設(shè)計壽命。
[0014] 進(jìn)一步，本發(fā)明的步驟A中，通過馬爾可夫決策得出牽引變電設(shè)備的健康狀態(tài)Sl 與維修方案的關(guān)系表的具體方法是：
[0015] A1、將牽引變電設(shè)備的維修方式記為πk，下標(biāo)k表示維修方式的編號，當(dāng)k分別為 1，2, 3, 4, 5時，對應(yīng)的維修方式分別為：πif維修、π2預(yù)防性維修、π3到壽大修、π4故障 搶修、η5更換；將牽引變電設(shè)備的維修方案中的維修周期記為Ti，下標(biāo)1表示維修周期的 編號，當(dāng)1分別為1，2, 3……，35, 36時，對應(yīng)的維修周期分別為1，2, 3……，35, 36個月；
[0016]A2、由歷史數(shù)據(jù)，得出維修方式πk對應(yīng)的維修費用為ck，停機損失的費用為Cd，牽 引變電設(shè)備長期運行的單位時間成本為P，牽引變電設(shè)備的健康狀態(tài)Sl對應(yīng)的設(shè)備的故障 率為h1;牽引變電設(shè)備為健康狀態(tài)81時，采取維修方式π,后，牽引變電設(shè)備健康狀態(tài)變成 七的概率為P(sSj，πk)，j為健康狀態(tài)的編號，且j>i時，P(Si，Sj，πk) = 〇 ;
[0017]A3、用馬爾可夫總成本計算公式通過迭代步數(shù)n迭代得到健康狀態(tài)Sl、維修方式 ηk和維修周期Ti下的牽引變電設(shè)備全壽命周期運行維護(hù)的總成本
[0018] xn(Sl,πk,Tj)：
[0019] 式中，#⑷、以⑷、以⑷、分別為呂"~~~知五 種健康狀態(tài)下，迭代步數(shù)為n-1時得到的牽引變電設(shè)備全壽命周期運行維護(hù)的最小總成本 Xn= !(§!, ^k,Tj)；
[0020] 令迭代步數(shù)為η= 0時，在健康狀態(tài)Sp維修方式Jik和維修周期下的牽引變電 設(shè)備全壽命周期運行維護(hù)的最小總成本Χη= 〇(8?, 3^,1)為零，即Χη= ()(8?，JlyTi) =0;對 以上的馬爾可夫總成本計算公式進(jìn)行循環(huán)迭代計算，直至η為設(shè)定 的收斂閾值，迭代停止；
[0021] Α4、迭代停止后，χ.Γ(Α)、、<*>,)、·Χ；Γ>4)、05)對應(yīng)的~和^ 即為設(shè)備健康狀態(tài)與維修方案的關(guān)系表中的最優(yōu)維修方式4和最優(yōu)維修周期It。
[0022] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
[0023]-、初始時，根據(jù)牽引變電設(shè)備的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)得到牽引變電設(shè)備當(dāng)前的健康狀 態(tài)，再通過馬爾可夫總成本計算公式迭代算出對應(yīng)的牽引變電設(shè)備全壽命周期運行維護(hù)總 成本最小的最優(yōu)維修方式和最優(yōu)維修周期；到達(dá)最優(yōu)維修周期的末時點時，又重新根據(jù) 監(jiān)測數(shù)據(jù)得到設(shè)備當(dāng)前的健康狀態(tài)，再通過馬爾可夫迭代算出最優(yōu)維修方式和最優(yōu)維修周 期；直至牽引變電設(shè)備的壽命終止。避免了設(shè)備定時維修、可能過度修，反而誘發(fā)故障或維 修不足，潛隱故障難以及時發(fā)現(xiàn)的缺點；本發(fā)明以盡可能少的資源消耗，保持設(shè)備的可靠 性，提高了設(shè)備的可利用率和使用壽命。
[0024] 二、本發(fā)明不僅可以充分利用運營維護(hù)單位積累的大量數(shù)據(jù)，使得維修策略的制 定更加貼近實際，令人信服；更可以隨著數(shù)據(jù)記錄的增加進(jìn)一步完善現(xiàn)有的方案，具有開放 性和較強的升級潛力。
[0025] 三、本發(fā)明在牽引變電設(shè)備現(xiàn)有的計劃維修模式的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，避免了維修 模式劇烈調(diào)整對運營維護(hù)單位的沖擊，具有現(xiàn)實性和可操作性。
[0026] 下面結(jié)合【具體實施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
【具體實施方式】
[0027] 實施例
[0028] -種基于馬爾可夫決策的牽引變電設(shè)備維修策略生成方法，其步驟如下：
[0029]A、建立設(shè)備健康狀態(tài)與維修方案的關(guān)系表
[0030] 將牽引變電設(shè)備的健康狀態(tài)記為Sl，下標(biāo)i表示健康狀態(tài)的編號，當(dāng)i分別為 1，2, 3, 4, 5時，對應(yīng)的當(dāng)前健康狀態(tài)分別為：Sl健康、s2良好、s3-般、s4亞健康、s5故障，通 過馬爾可夫決策得出牽引變電設(shè)備的健康狀態(tài)^與維修方案的關(guān)系表；其中的維修方案包 括最優(yōu)維修方式4和最優(yōu)維修周期Γ/ ;
[0031]B、設(shè)備健康狀態(tài)的確定
[0032] 初始時或到達(dá)維修方案的最優(yōu)維修周期Γ/的末時點時，根據(jù)牽引變電設(shè)備的在線 監(jiān)測數(shù)據(jù)得到牽引變電設(shè)備當(dāng)前的健康狀態(tài)s1;
[0033] C、維修策略的生成
[0034] 根據(jù)B步得到的牽引變電設(shè)備當(dāng)前的健康狀態(tài)Sl，查詢A步的當(dāng)前健康狀態(tài)81與 維修方案的關(guān)系表，生成牽引變電設(shè)備的當(dāng)前維修方案；隨即按當(dāng)前維修方案中的最優(yōu)維 修方式π'k對牽引變電設(shè)備進(jìn)行維修；
[0035] 重復(fù)B、C步操作，直至牽引變電設(shè)備的當(dāng)前維修方案中的最優(yōu)維修方式為更換或 牽引變電設(shè)備到達(dá)其設(shè)計壽命。
[0036] 本例的步驟A中，通過馬爾可夫決策得出牽引變電設(shè)備的健康狀態(tài)Sl與維修方案 的關(guān)系表的具體方法是：
[0037]A1、將牽引變電設(shè)備的維修方式記為πk，下標(biāo)k表示維修方式的編號，當(dāng)k分別為 1，2, 3, 4, 5時，對應(yīng)的維修方式分別為：πif維修、π2預(yù)防性維修、π3到壽大修、π4故障 搶修、η5更換；將牽引變電設(shè)備的維修方案中的維修周期記為Ti，下標(biāo)1表示維修周期的 編號，當(dāng)1分別為1，2, 3……，35, 36時，對應(yīng)的維修周期分別為1，2, 3……，35, 36個月；
[0038] A2、由