考虑可解释性的继电器维护时机确定方法及系统

本发明属于预测性维护，具体涉及一种考虑可解释性的继电器维护时机确定方法及系统。

背景技术：

1、继电器是各种装备电气控制与信号切换链路中的关键执行部件，其触点吸合、释放与导通状态直接影响控制指令传递的可靠性；在装备贮存与使用过程中，准确评估继电器性能状态并制定科学合理的维护时机，是保障装备任务可靠性、避免触点退化导致任务失败、降低全生命周期维护成本的关键环节。

2、目前，brb（belief rule base，置信规则库）模型是继电器性能评估与维护时机决策中的一种有效手段；brb模型通过一系列置信规则融合领域专家知识与有限的测试数据，能够在小样本条件下对器件性能进行评估，并依据评估结果给出相应的维护时机建议；brb模型本质上属于灰箱模型，其推理过程具有天然的透明性和可追溯性，是多源信息混合驱动方法中兼顾知识与数据优势的代表性技术路径。

3、然而，传统brb模型在实际应用中存在一个核心问题：在参数优化过程中，优化算法为追求评估精度会盲目调整模型参数，极易导致置信度分布出现逻辑矛盾，使得模型从根本上丧失可解释性；例如，优化后的置信度分布可能出现“非优即差”的逻辑断层，既不符合工程实际也违背物理退化规律，导致基于其输出的维护时机建议缺乏可信的决策依据；与此同时，继电器测试样本有限，难以支撑纯数据驱动方法的建模需求，而传统brb模型在参数优化时缺乏有效的约束机制来保障其可解释性，致使该类方法在实际工程中难以在保证评估精度的同时提供可追溯、可信赖的维护时机决策支持。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决相关技术中存在的难以准确地确定继电器的最佳维护时机的技术问题。为此，本发明的目的在于提出一种考虑可解释性的继电器维护时机确定方法、系统、电子设备及存储介质。

2、第一方面，本发明提出的一种考虑可解释性的继电器维护时机确定方法，包括以下步骤：获取继电器的性能指标数据，其中，所述性能指标数据包括吸合电压和吸合时间；根据所述性能指标数据构建初始置信规则库模型，其中，所述初始置信规则库模型包括多条置信规则，所述初始置信规则库模型用于根据所述性能指标数据与预设性能等级的匹配度，输出所述继电器对应于各所述预设性能等级的初始置信度分布；对所述初始置信规则库模型施加可解释性约束，得到约束置信规则库模型，其中，所述可解释性约束包括：对所述初始置信度分布在参数优化过程中的逻辑一致性进行约束，以使优化后的置信度分布符合预设单调变化规律或预设单峰分布规律，以及，对所述初始置信规则库模型中规则权重和指标权重的优化范围进行约束；采用优化人工蜂群算法对所述约束置信规则库模型进行参数优化，得到优化后的目标置信度分布，其中，所述优化人工蜂群算法在标准人工蜂群算法的基础上融合多种用于增强全局搜索能力和收敛速度的搜索策略；根据所述目标置信度分布，确定所述继电器的性能状态效用值；基于所述性能状态效用值，利用预设的退化映射模型计算得到所述继电器的量化维护时机。

3、根据本发明实施例的考虑可解释性的继电器维护时机确定方法，首先获取继电器的性能指标数据，然后根据性能指标数据构建初始置信规则库模型，接着对初始置信规则库模型施加可解释性约束得到约束置信规则库模型，再采用优化人工蜂群算法对约束置信规则库模型进行参数优化得到优化后的目标置信度分布，然后根据目标置信度分布确定继电器的性能状态效用值，最后基于性能状态效用值利用预设的退化映射模型计算得到继电器的量化维护时机；以此通过构建带三重可解释性约束的brb模型，从根源上解决了传统brb模型参数优化过程中可解释性丧失的问题，实现了评估推理过程的全流程可追溯、可解释；通过融合多策略搜索机制的优化人工蜂群算法，显著提升非凸优化问题的求解效果，全局寻优能力与收敛速度均优于标准人工蜂群算法与粒子群算法；通过建立性能效用值到维护时机的退化映射模型，实现了性能评估与维护决策的有效衔接，可直接输出量化的维护时机建议；从而在小样本场景下实现了评估精度与可解释性的平衡，适用于各类装备中继电器的任务前性能优选与全生命周期状态监测。

4、另外，根据本发明实施例的考虑可解释性的继电器维护时机确定方法，还可以具有如下附加的技术特征：

5、进一步地，所述对所述初始置信度分布在参数优化过程中的逻辑一致性进行约束，包括：限定每条所述置信规则的所述优化后的置信度分布为单调递减分布、单调递增分布和单峰分布中的任一种形式；其中，所述单调递减分布包括：对应于各所述预设性能等级的置信度随性能等级由优至差依次递减；所述单调递增分布包括：对应于各所述预设性能等级的置信度随性能等级由优至差依次递增；所述单峰分布包括：所述置信度分布存在一个峰值，且所述峰值的两侧的置信度依次递减。

6、进一步地，对所述初始置信规则库模型中规则权重的优化范围进行约束，包括：根据各所述置信规则对应的所述性能指标数据的输入组合的实际出现概率和对任务成功率的影响程度，为每条所述置信规则分别设定差异化的权重约束区间；其中，所述输入组合为吸合电压等级与吸合时间等级的组合，所述吸合电压等级和吸合时间等级均包括大、中、小三个等级，所述吸合电压等级和吸合时间等级两两组合形成九条置信规则；对于所述吸合电压和所述吸合时间均为中等等级的置信规则，设定对应的所述权重约束区间的下限为最高级别；对于所述吸合电压和所述吸合时间均为大等级或均为小等级的置信规则，设定对应的所述权重约束区间的下限为次高级别；对于所述吸合电压和所述吸合时间中一个为中等等级、另一个为大等级或小等级的置信规则，设定对应的所述权重约束区间的下限为最低级别。

7、进一步地，所述指标权重包括吸合电压权重和吸合时间权重；对所述初始置信规则库模型中指标权重的优化范围进行约束，包括：根据所述吸合电压对继电器吸合机构和电磁线圈状态的表征能力高于所述吸合时间对触点动作迟滞的表征能力，设定所述吸合电压权重的下限值大于所述吸合时间权重的上限值。

8、进一步地，所述优化人工蜂群算法的引领蜂和跟随蜂在邻域搜索时随机选用标准差分搜索策略、精英引导搜索策略和最优变异搜索策略中的任一种进行位置更新；其中，所述标准差分搜索策略包括：当前人工蜂在邻域内随机选择另一个体，以两者位置差异作为扰动进行位置更新；所述精英引导搜索策略包括：当前人工蜂以当前种群中的最优个体为引导方向，向最优个体所在区域靠拢以更新位置；所述最优变异搜索策略包括：基于当前种群中的最优个体位置，叠加随机选取的两个其他个体之间的位置差异作为扰动，生成新位置。

9、进一步地，在获取继电器的性能指标数据之后，以及在根据所述性能指标数据构建初始置信规则库模型之前，所述方法还包括：采用可重叠滑动窗口算法对所述性能指标数据的原始测试样本进行数据扩充，包括：在原始样本序列上按照预设步长滑动窗口截取子序列，将每个所述子序列作为一个新增样本，得到用于训练和测试所述约束置信规则库模型的样本数据集。

10、进一步地，所述退化映射模型为逆高斯退化过程模型，其中，所述逆高斯退化过程模型的累积退化均值随时间的变化服从幂函数规律；所述基于所述性能状态效用值，利用预设的退化映射模型计算得到所述继电器的量化维护时机，包括：将所述性能状态效用值线性归一化映射至退化量域，得到当前相对退化量；基于所述当前相对退化量，利用所述逆高斯退化过程模型计算所述继电器的条件可靠度函数，其中，所述条件可靠度函数用于表征在当前已退化至所述当前相对退化量的前提下，经指定剩余时间后仍保持性能合格的概率；以预设的可靠度阈值为决策边界，求解使所述条件可靠度函数下降至所述可靠度阈值所需的剩余时间，反推得到所述量化维护时机。

11、进一步地，所述性能状态效用值所表征的继电器性能状态与所述性能状态效用值的数值呈正相关；所述当前相对退化量通过对所述性能状态效用值进行反向线性归一化获得，所述当前相对退化量与所述性能状态效用值呈负相关，所述当前相对退化量与所述继电器的当前退化程度呈正相关。

12、进一步地，所述根据所述目标置信度分布，确定所述继电器的性能状态效用值，包括：获取各所述预设性能等级对应的固定效用值，其中，所述固定效用值与所述预设性能等级一一对应，且所述固定效用值随所述预设性能等级升高而增大；将所述目标置信度分布中各性能等级的置信度作为权重，与对应的所述固定效用值进行加权求和，得到所述性能状态效用值。

13、第二方面，基于同一发明构思，本发明还提出一种考虑可解释性的继电器维护时机确定系统，包括：数据获取模块，用于获取继电器的性能指标数据，其中，所述性能指标数据包括吸合电压和吸合时间；初始模型构建模块，用于根据所述性能指标数据构建初始置信规则库模型，其中，所述初始置信规则库模型包括多条置信规则，所述初始置信规则库模型用于根据所述性能指标数据与预设性能等级的匹配度，输出所述继电器对应于各所述预设性能等级的初始置信度分布；约束模型构建模块，用于对所述初始置信规则库模型施加可解释性约束，得到约束置信规则库模型，其中，所述可解释性约束包括：对所述初始置信度分布在参数优化过程中的逻辑一致性进行约束，以使优化后的置信度分布符合预设单调变化规律或预设单峰分布规律，以及，对所述初始置信规则库模型中规则权重和指标权重的优化范围进行约束；参数优化模块，用于采用优化人工蜂群算法对所述约束置信规则库模型进行参数优化，得到优化后的目标置信度分布，其中，所述优化人工蜂群算法在标准人工蜂群算法的基础上融合多种用于增强全局搜索能力和收敛速度的搜索策略；效用值确定模块，用于根据所述目标置信度分布，确定所述继电器的性能状态效用值；维护时机计算模块，用于基于所述性能状态效用值，利用预设的退化映射模型计算得到所述继电器的量化维护时机。

14、第二方面提供的考虑可解释性的继电器维护时机确定系统与第一方面提供的考虑可解释性的继电器维护时机确定方法具有相应的技术特征，因此，也具有与第一方面相似的技术效果，此处不再详述。

15、第三方面，基于同一发明构思，本发明还提出一种电子设备，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，所述处理器、所述通信接口、所述存储器通过所述通信总线完成相互间的通信；所述存储器，用于存放计算机程序；所述处理器，用于执行所述存储器上所存放的计算机程序时，实现如本发明上述实施例所述的考虑可解释性的继电器维护时机确定方法的步骤。

16、第三方面提供的电子设备与第一方面提供的考虑可解释性的继电器维护时机确定方法具有相应的技术特征，因此，也具有与第一方面相似的技术效果，此处不再详述。

17、第四方面，基于同一发明构思，本发明还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如本发明上述实施例所述的考虑可解释性的继电器维护时机确定方法的步骤。

18、第四方面提供的计算机可读存储介质与第一方面提供的考虑可解释性的继电器维护时机确定方法具有相应的技术特征，因此，也具有与第一方面相似的技术效果，此处不再详述。