Component-wise Markov decision process for solving condition-based maintenance of large multi-component systems with economic dependence

组分(热力学) 过程(计算) 马尔可夫决策过程 计算机科学 马尔可夫过程 马尔可夫链 可靠性工程 数学 机器学习 统计 工程类 热力学 操作系统 物理
作者
Vipul Bansal,Yong Chen,Shiyu Zhou
出处
期刊:IISE transactions [Taylor & Francis]
卷期号:57 (2): 158-171 被引量:5
标识
DOI:10.1080/24725854.2023.2295376
摘要

Condition-Based Maintenance (CBM) of multi-component systems is a prevalent engineering problem due to its effectiveness in reducing the operational and maintenance costs of a system. However, developing the exact optimal maintenance decisions for a large multi-component system is computationally challenging, even not feasible, due to the exponential growth in system state and action space size with the number of components in the system. To address the scalability issue in CBM of large multi-component systems, we propose a Component-Wise Markov Decision Process(CW-MDP) and an Adjusted Component-Wise Markov Decision Process (ACW-MDP) to obtain an approximation of the optimal system-level CBM decision policy for large systems with heterogeneous components. We propose using an extended single-component action space to model the impact of system-level setup cost on a component-level solution. The theoretical gap between the proposed approach and system-level optima is also derived. Additionally, theoretical convergence and the relationship between ACW-MDP and CW-MDP are derived. The study further shows extensive numerical studies to demonstrate the effectiveness of component-wise solutions for solving large multi-component systems.

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