一种船舶电子信息系统维修保障措施决策方法及装置

技术领域

本发明属于船舶维修领域，更具体地，涉及一种船舶电子信息系统维修保障措施决策方法及装置。

背景技术

船舶电子信息系统往往需要在其全寿命周期内进行多次维修保障，良好的维修决策能够对维修保障时机、维修程度、是否更换备件等因素进行综合考量，达到以最小的维修成本保障系统最长工作时间的目标

目前常用的船舶电子信息系统维修保障决策方法主要是在故障发生前规划各种维修措施的施行时间，或在故障发生时依据维修人员经验施行维修措施，优点是应用简单方便，具有一定的经济效益，但没有充分考虑系统生命周期内不同退化状态之间的关联，无法统筹安排最佳维修保障时机和维修保障方式，导致系统在其生命周期内出现维修不足或维修过程的情况，增加了维修保障成本。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种船舶电子信息系统维修措施决策方法及装置，旨在解决船舶电子信息系统过度维修导致的成本增加与资源浪费的问题。

为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种船舶电子信息系统维修保障措施决策方法，包括如下步骤：

确定训练好的目标网络；所述目标网络为状态与行为的函数，所述状态对应船舶电子信息系统的不同工作状态，所述行为对应任意两种工作状态之间转移所采用的维修保障措施；所述目标网络用于表示船舶电子信息系统在任一状态下执行某一维修保障措施后的累计奖励，其基于深度强化学习方式采用不同维修保障措施对船舶电子信息系统工作状态影响的历史经验数据进行训练；所述船舶电子信息系统的不同工作状态包括：初始状态、完全失效状态以及不同程度的退化状态；

将船舶电子信息系统当前的工作状态输入到训练好的目标网络，并采用贪心策略决策得到当前工作状态下最优的维修保障措施，以将船舶电子信息系统的工作状态调整到最优状态。

在一个可选的示例中，所述目标网络的训练过程如下：

根据船舶电子信息系统的性能参数将其划分为多个工作状态，建立所有可能存在工作状态的空间集合S＝{s

建立船舶电子信息系统的维修保障措施集为A＝{a

对系统工作状态与维修保障措施的累计影响进行建模，得到目标网络；其中目标网络使用基于状态与行为的函数Q(s

对不同工作状态下函数Q(s

在一个可选的示例中，使用深度学习神经网络对函数Q(s

随机初始化目标网络的权值θ，将维修保障措施对系统工作状态影响的经验数据(s

构造损失函数，并通过梯度下降法评估目标网络权值；

判断s

在一个可选的示例中，构造损失函数，并通过梯度下降法评估目标网络权值，具体为：

构造损失函数Loss：

Loss＝y

其中，

所述梯度下降法为：

Q(s

在一个可选的示例中，采用贪心策略决策得到当前工作状态下最优的维修保障措施，具体为：

根据系统当前工作状态s

第二方面，本发明提供了一种船舶电子信息系统维修保障措施决策装置，包括：

目标网络确定单元，用于确定训练好的目标网络；所述目标网络为状态与行为的函数，所述状态对应船舶电子信息系统的不同工作状态，所述行为对应任意两种工作状态之间转移所采用的维修保障措施；所述目标网络用于表示船舶电子信息系统在任一状态下执行某一维修保障措施后的累计奖励，其基于深度强化学习方式采用不同维修保障措施对船舶电子信息系统工作状态影响的历史经验数据进行训练；所述船舶电子信息系统的不同工作状态包括：初始状态、完全失效状态以及不同程度的退化状态；

维修保障措施决策单元，用于将船舶电子信息系统当前的工作状态输入到训练好的目标网络，并采用贪心策略决策得到当前工作状态下最优的维修保障措施，以将船舶电子信息系统的工作状态调整到最优状态。

在一个可选的示例中，该装置还包括：

目标网络训练单元，用于根据船舶电子信息系统的性能参数将其划分为多个工作状态，建立所有可能存在工作状态的空间集合S＝{s

在一个可选的示例中，所述目标网络训练单元使用深度学习神经网络对函数Q(s

第三方面，本发明提供了一种船舶电子信息系统维修保障措施决策装置，包括：存储器和处理器；

所述存储器，用于存储计算机程序；

所述处理器，用于当执行所述计算机程序时，实现上述第一方面提供的方法。

第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现上述第一方面提供的方法。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

本发明提供一种船舶电子信息系统维修措施决策方法及装置，对船舶电子信息系统的不同状态以及不同维修保障行为进行量化，将船舶电子信息系统状态划分为无任何故障现象的初始状态、不同中间状态、完全失效停机的状态；将维修保障措施划分为无维保行为、不同程度维修行为、更换备件、返厂维修等，通过深度强化学习网络对量化后的数据进行学习训练，推理得出不同系统状态下的最优维保措施。

本发明提供一种船舶电子信息系统维修措施决策方法及装置，设计一种基于影响权重因子的强化学习奖励函数，根据不同维修保障措施的费用成本和时间成本，分别对船舶电子信息系统的影响程度，赋予相应的影响权重因子，作为训练标签的一部分送入深度强化学习网络进行训练。

本发明提供一种船舶电子信息系统维修措施决策方法及装置，能够通过量化船舶电子信息系统的状态库以及维修保障措施库，结合深度强化学习技术，解决基于状态的传统建模方法存在的维度灾难问题，同时通过设计合理的奖励函数，提高自主化维修决策的可靠性，解决船舶电子信息系统过度维修导致的成本增加与资源浪费的问题。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种船舶电子信息系统维修措施决策方法流程图；

图2是本发明实施例提供的又一种船舶电子信息系统维修保障措施决策流程图；

图3是本发明实施例提供的船舶电子信息系统维修保障措施决策原理图；

图4是本发明实施例提供的船舶电子信息系统维修措施决策装置架构图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

本发明旨在提供一种基于深度强化学习的船舶电子信息系统维修决策方法，通过对船舶电子信息系统的设备健康状态库与相应维修保障过程进行建模，结合深度强化学习技术，提供基于船舶电子信息系统全寿命周期的自主化维修决策方案，解决船舶电子信息系统过度维修导致的成本增加与资源浪费的问题。

图1是本发明实施例提供的船舶电子信息系统维修措施决策方法流程图；如图1所示，包括如下步骤：

S101，确定训练好的目标网络；所述目标网络为状态与行为的函数，所述状态对应船舶电子信息系统的不同工作状态，所述行为对应任意两种工作状态之间转移所采用的维修保障措施；所述目标网络用于表示船舶电子信息系统在任一状态下执行某一维修保障措施后的累计奖励，其基于深度强化学习方式采用不同维修保障措施对船舶电子信息系统工作状态影响的历史经验数据进行训练；所述船舶电子信息系统的不同工作状态包括：初始状态、完全失效状态以及不同程度的退化状态；

S102，将船舶电子信息系统当前的工作状态输入到训练好的目标网络，并采用贪心策略决策得到当前工作状态下最优的维修保障措施，以将船舶电子信息系统的工作状态调整到最优状态。

在一个具体的实施例中，如图2所示，本发明提供的决策方法包括如下步骤：

步骤1：针对船舶电子信息系统的各个组成模块、设备等，实时监测其性能参数，对船舶电子信息系统的所有可能状态，以及维修保障措施进行建模。

步骤1.1：对于步骤1，具体地，将系统划分为多个不同的退化状态，当监测到各模块性能参数处在某一系统状态的数值范围内，判定系统处于该状态，建立系统所有可能存在的状态空间集合S＝{s

步骤1.2：对于步骤1，具体地，船舶电子信息系统从一种状态转移到另一种状态所执行的维修保障措施集为A＝{a

R

步骤2：对系统状态与维修保障措施的累计影响进行建模，使用基于状态-行为的函数Q(s，a)表示系统在状态下执行维修保障措施后a的累计奖励；对不同系统状态下函数Q进行更新，使用深度学习神经网络实现对Q函数的拟合，训练标签y

步骤2.1：对于步骤2，具体的，Q(s

Q(s

Loss＝(y

步骤2.2：判断系统s

步骤3：根据系统当前状态s

步骤3.1：对于步骤3，具体的，根据系统当前状态s

图4是本发明实施例提供的船舶电子信息系统维修措施决策装置架构图，如图4所示，包括：

目标网络确定单元410，用于确定训练好的目标网络；所述目标网络为状态与行为的函数，所述状态对应船舶电子信息系统的不同工作状态，所述行为对应任意两种工作状态之间转移所采用的维修保障措施；所述目标网络用于表示船舶电子信息系统在任一状态下执行某一维修保障措施后的累计奖励，其基于深度强化学习方式采用不同维修保障措施对船舶电子信息系统工作状态影响的历史经验数据进行训练；所述船舶电子信息系统的不同工作状态包括：初始状态、完全失效状态以及不同程度的退化状态；

维修保障措施决策单元420，用于将船舶电子信息系统当前的工作状态输入到训练好的目标网络，并采用贪心策略决策得到当前工作状态下最优的维修保障措施，以将船舶电子信息系统的工作状态调整到最优状态。

目标网络训练单元430，用于根据船舶电子信息系统的性能参数将其划分为多个工作状态，建立所有可能存在工作状态的空间集合S＝{s

可以理解的是，上述各个单元的详细功能实现可参见前述方法实施例中的介绍，在此不做赘述。

另外，本发明实施例提供了另一种船舶电子信息系统维修措施决策装置，其包括：存储器和处理器；

所述存储器，用于存储计算机程序；

所述处理器，用于当执行所述计算机程序时，实现上述实施例中的方法。

此外，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现上述实施例中的方法。

基于上述实施例中的方法，本发明实施例提供了一种计算机程序产品，当计算机程序产品在处理器上运行时，使得处理器执行上述实施例中的方法。

基于上述实施例中的方法，本发明实施例还提供了一种芯片，包括一个或多个处理器以及接口电路。可选的，芯片还可以包含总线。其中：

处理器可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器可以是通用处理器、数字通信器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或者其它可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤。通用处理器可以是微处理器或者该理器也可以是任何常规的处理器等。

接口电路可以用于数据、指令或者信息的发送或者接收，处理器可以利用接口电路接收的数据、指令或者其它信息，进行加工，可以将加工完成信息通过接口电路发送出去。

可选的，芯片还包括存储器，存储器可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理器提供操作指令和数据。存储器的一部分还可以包括非易失性随机存取存储器(NVRAM)。

可选的，存储器存储了可执行软件模块或者数据结构，处理器可以通过调用存储器存储的操作指令(该操作指令可存储在操作系统中)，执行相应的操作。

可选的，接口电路可用于输出处理器的执行结果。

需要说明的，处理器、接口电路各自对应的功能既可以通过硬件设计实现，也可以通过软件设计来实现，还可以通过软硬件结合的方式来实现，这里不作限制。

应理解，上述方法实施例的各步骤可以通过处理器中的硬件形式的逻辑电路或者软件形式的指令完成。

可以理解的是，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。此外，在一些可能的实现方式中，上述实施例中的各步骤可以根据实际情况选择性执行，可以部分执行，也可以全部执行，此处不做限定。

可以理解的是，本申请的实施例中的处理器可以是中央处理单元(cen tralprocessing unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digital signalprocessor，DSP)、专用集成电路(application specific integrated circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(field programmable gate array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、晶体管逻辑器件，硬件部件或者其任意组合。通用处理器可以是微处理器，也可以是任何常规的处理器。

本申请的实施例中的方法步骤可以通过硬件的方式来实现，也可以由处理器执行软件指令的方式来实现。软件指令可以由相应的软件模块组成，软件模块可以被存放于随机存取存储器(random access memory，RAM)、闪存、只读存储器(read-only memory，ROM)、可编程只读存储器(programmable rom，PROM)、可擦除可编程只读存储器(erasable PROM，EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(electrically EPROM，EEPROM)、寄存器、硬盘、移动硬盘、CD-ROM或者本领域熟知的任何其它形式的存储介质中。一种示例性的存储介质耦合至处理器，从而使处理器能够从该存储介质读取信息，且可向该存储介质写入信息。当然，存储介质也可以是处理器的组成部分。处理器和存储介质可以位于ASIC中。

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者通过所述计算机可读存储介质进行传输。所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘(solid state disk，SSD))等。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。