一种船舶多阶段任务健康状态评估方法技术

本发明专利技术公开了一种船舶多阶段任务健康状态评估方法，包括以下步骤：1)根据船舶设备使用情况进行船舶多阶段任务划分；2)采用IDEF3的过程流描述方法对划分的船舶多阶段任务进行描述；3)计算设备故障及维修概率；4)基于Markov模型构建单阶段任务成功性概率模型；5)基于单阶段任务成功概率进行多阶段任务成功性评估。本发明专利技术设计了一种基于IDEF3描述船舶多任务过程、基于Markov过程评估船舶多阶段任务成功概率，从而求解船舶执行整个运输任务成功概率的方法。功概率的方法。功概率的方法。

【技术实现步骤摘要】
一种船舶多阶段任务健康状态评估方法


[0001]本专利技术涉及船舶设备维护技术，尤其涉及一种船舶多阶段任务健康状态评估方法。

技术介绍

[0002]在船舶执行运输任务过程中，一个任务通常由多个阶段组成的假设则更符合实际情况。多阶段任务系统(Phased
‑
Mission Systems,PMS)是指系统任务由多个连续且无重叠的阶段组成的复杂系统，即系统任务可以分解为若干连续的时间阶段，在每个阶段中，系统都需要完成特定的工作或功能。
[0003]国内在设备技术状态评估方法研究方面，主要沿袭了国外的一些成型技术，产生了以模糊理论、层次分析法(AHP)为代表的一批经典的评估理论与方法。面向船舶多阶段任务的状态评估主要是面向运输任务，以船舶设备为研究对象，以任务单元为执行对象，通过评估船舶的系统级、设备级状态是否满足给定的运输任务要求的程度，根据状态评估结果制定合理的维修决策和任务决策，以提高任务成功率。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种船舶多阶段任务健康状态评估方法。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种船舶多阶段任务健康状态评估方法，包括以下步骤：
[0006]1)根据船舶设备使用情况进行船舶多阶段任务划分；
[0007]在船舶执行运输任务过程中，一旦存在设备退出或者加入时，或设备在执行运输任务过程中故障或修复时，将此时作为一个节点划分为一个任务阶段；
[0008]2)采用IDEF3的过程流描述方法对划分的船舶多阶段任务进行描述；
[0009]IDEF3准确的过程描述，获取功能可以满足描述船舶多任务之间的时序关系和逻辑关系的需要，通过对行为单元的属性定义能够对任务事件进行详细描述，方便用户对任务事件过程的管理与描述；其中包括的描述模型有：串行串联、并行串联、并行并联、并行k/n、串行旁联；
[0010]由IDEF3描述的任务模型可知，在运输中依据设备使用方式不同存在并联、串联、N/K等多种基本逻辑关系及由它们组合而成的复杂逻辑关系，各阶段任务上的设备运用方式可通过框图模型进行描述。
[0011]3)计算设备故障及维修概率；
[0012]使用概率分布函数计算设备故障及维修概率；
[0013]f(t)＝λe
‑
λt
[0014]其中，λ为指数分布参数，可依据实际船舶设备选取，t为阶段任务时间，f(t)即表述了设备发生故障及修复的概率；
[0015]记设备i在j阶段任务的设备故障概率为λ
ij
，设备修复概率为μ
ij
，用E＝(λ
ij
,μ
ij
)表示；则设备在所有阶段任务上的故障和修复概率可用E＝(E
ij
)；
[0016]其中，0＜i≤n,0＜j≤m，n代表船舶设备数量，m代表任务阶段数；
[0017]4)基于Markov模型构建单阶段任务成功性概率模型；
[0018]假定对应每个阶段任务，设备只有能执行任务和不能执行任务2种状态，分别用1和0表示，记S
mj
为阶段m的第j个系统状态，假定阶段m参与任务的设备有n
m
个，则在阶段m共有2
nm
个系统状态；
[0019]单阶段任务的成功性基于Markov模型对其进行建模，记Q
m
为阶段m的转移速率矩阵，令q
ij
为Q
m
中第i行第j列的元素，q
ij
表示由系统状态i转移至系统状态j的概率，其值为
[0020]式中，吸收态是指系统状态S
mj
对应阶段任务的失败；
[0021]令v
m
(t
m
‑
1)、v
m
(t
m
)分别为阶段任务m开始和结束时刻处于各状态的概率向量，由Kolmogorov方程得到下式:
[0022][0023]记v
mj
(t
m
)为向量v
m
(t
m
)第j个元素，则m阶段任务成功概率的计算公式为:
[0024][0025]5)基于单阶段任务成功概率进行多阶段任务成功性评估；
[0026]阶段任务评估结果的计算可基于单阶段任务成功概率评估方法，逐个求解阶段任务末系统处于各任务成功的概率，并将其作为紧邻后续阶段任务评估模型求解的初始概率，在完成最后一个阶段任务的模型求解后，即可得到多阶段任务成功概率；
[0027]在阶段任务转换时，可能存在设备退出或加入的情况，致使各阶段的系统状态数量不同。因而，将上阶段任务末系统状态概率作为下一阶段任务初的系统状态概率时，根据系统状态变化进行适应处理，基于系统状态更改其映射关系；
[0028]此时将输出的任务成功概率后记为w
j
，船舶多阶段任务的健康状态用H表示，其计算公式为：
[0029][0030]式中，H表示二级状态评估结果，H∈[0,1)，H＝0表示失效，无法继续执行任务；w
j
表示第j个单阶段任务功能的成功概率；F
j
表示第j个单阶段任务功能的健康评估结果；m为
分解的任务功能个数。
[0031]本专利技术产生的有益效果是：
[0032]针对船舶多阶段任务之间的时序关系、逻辑关系和设备状态等问题，设计了一种基于IDEF3描述船舶多任务过程、基于Markov过程评估船舶多阶段任务成功概率，从而达到求解船舶执行整个运输任务成功概率的目的。
附图说明
[0033]下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：
[0034]图1是本专利技术实施例的方法流程图。
具体实施方式
[0035]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0036]如图1所示，一种船舶多阶段任务健康状态评估方法，包括以下步骤：
[0037]1)根据船舶设备使用情况进行船舶多阶段任务划分；
[0038]在船舶执行运输任务过程中，一旦存在设备退出或者加入时，或设备在执行运输运输任务过程中故障或修复时，将此时作为一个节点划分为一个任务阶段；
[0039]2)采用IDEF3的过程流描述方法对划分的船舶多阶段任务进行描述；
[0040]IDEF3准确的过程描述，获取功能可以满足描述船舶多任务之间的时序关系和逻辑关系的需要，通过对行为单元的属性定义能够对任务事件进行详细描述，方便用户对任务事件过程的管理与描述；其中包括的描述模型有：串行串联、并行串联、并行并联、并行k/n、串行旁联；
[0041]由IDEF3描述的任务模型可知，在运输本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种船舶多阶段任务健康状态评估方法，其特征在于，包括以下步骤：1)根据船舶设备使用情况进行船舶多阶段任务划分；在船舶执行运输任务过程中，一旦存在设备退出或者加入时，或设备在执行运输任务过程中故障或修复时，将此时作为一个节点划分为一个任务阶段；2)采用IDEF3的过程流描述方法对划分的船舶多阶段任务进行描述；IDEF3准确的过程描述，通过对行为单元的属性定义能够对任务事件进行详细描述，方便用户对任务事件过程的管理与描述；其中IDEF3的过程流描述包括的描述模型有：串行串联、并行串联、并行并联、并行k/n、串行旁联；3)计算设备故障及维修概率；4)基于Markov模型构建单阶段任务成功性概率模型；假定对应每个阶段任务，设备只有能执行任务和不能执行任务2种状态，分别用1和0表示，记S
mj
为阶段m的第j个系统状态，假定阶段m参与任务的设备有n
m
个，则在阶段m共有2
nm
个系统状态；单阶段任务的成功性基于Markov模型对其进行建模，记Q
m
为阶段m的转移速率矩阵，令q
ij
为Q
m
中第i行第j列的元素，q
ij
表示由系统状态i转移至系统状态j的概率，其值为式中，吸收态是指系统状态S
mj
对应阶段任务的失败；令v
m
(t
m
‑
1)、v
m
(t
m
)分别为阶段任务m开始和结束时刻处于各状态的概率向量，由Kolmogorov方程得到下式:记v
mj
(t
m
)为向量v
m
...

【专利技术属性】
技术研发人员：周涛涛，陈志敏，王睿鑫，张敬越，
申请(专利权)人：中国舰船研究设计中心，
类型：发明
国别省市：