畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）文獻(xiàn)綜述：機(jī)器服務(wù)模型的性能分析

畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）--文獻(xiàn)綜述綜述題目機(jī)器服務(wù)模型的性能分析專業(yè)信息與計(jì)算科學(xué)姓名學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師機(jī)器服務(wù)模型的性能分析摘要工業(yè)的發(fā)展離不開(kāi)機(jī)器設(shè)備，機(jī)器設(shè)備在生產(chǎn)中占據(jù)著極其重要的位置，因此，生產(chǎn)車間的機(jī)器能否正常運(yùn)行很大程度上決定了生產(chǎn)的進(jìn)度，進(jìn)而生產(chǎn)車間存在的機(jī)器維護(hù)問(wèn)題就成了首先要解決的難題。本文針對(duì)車間機(jī)器的維護(hù)展開(kāi)研究，首先學(xué)習(xí)了排隊(duì)論的基礎(chǔ)知識(shí)，并了解了排隊(duì)論在車間機(jī)器維護(hù)中的應(yīng)用以及機(jī)器維護(hù)中存在的排隊(duì)系統(tǒng)問(wèn)題。其次，學(xué)習(xí)仿真軟件Arena，利用Arena建立機(jī)器維修的仿真模型。最后，觀察服務(wù)臺(tái)與顧客的關(guān)系，通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析該方法的有效性和可行性。PerformanceanalysisofmachineservicemodelYangFu（SchoolofMathematicsandPhysics,AnhuiJianzhuUniversity,Hefei230601)AbstractThedevelopmentoftheindustrycannotdowithoutmachinesandequipment,machineryandequipmentinproductionoccupiesaveryimportantposition,therefore,whetherthenormaloperationofthemachineproductionworkshoplargelydeterminestheproductionschedule.Therefore,itisthefirstproblemtobesolvedinthefieldofmachinemaintenances.Thispaperstudiesthemaintenanceofmachineinworkshop.Firstofall,westudythebasicknowledgeofqueuingtheory,andunderstandtheapplicationofqueuingtheoryinworkshopmachinemaintenance,andthequeuingsystemprobleminmachinemaintenance.Secondly,learninghowtousesimulationsoftwareArena,usingArenatoestablishasimulationmodelofmachinemaintenance.Finally,observetherelationshipbetweentheservicestationandthecustomer,andtheeffectivenessandfeasibilityofthemethodareanalyzedthroughexperiments.前言排隊(duì)論是研究系統(tǒng)隨機(jī)聚散現(xiàn)象和隨機(jī)服務(wù)系統(tǒng)工作過(guò)程的數(shù)學(xué)理論和方法，又稱隨機(jī)服務(wù)系統(tǒng)理論，為\o"運(yùn)籌學(xué)"運(yùn)籌學(xué)的一個(gè)分支。排隊(duì)現(xiàn)象是很常見(jiàn)的，排隊(duì)論也稱隨機(jī)服務(wù)系統(tǒng)理論，是一門(mén)研究擁擠現(xiàn)象的科學(xué)，是通過(guò)對(duì)服務(wù)對(duì)象到來(lái)及服務(wù)時(shí)間的統(tǒng)計(jì)研究，得出這些數(shù)量指標(biāo)（等待時(shí)間、排隊(duì)長(zhǎng)度、忙期長(zhǎng)短等）的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，然后根據(jù)這些規(guī)律來(lái)改進(jìn)服務(wù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)或重新組織被服務(wù)對(duì)象，使得服務(wù)系統(tǒng)既能滿足服務(wù)對(duì)象的需要，又能使機(jī)構(gòu)的費(fèi)用最經(jīng)濟(jì)或某些指標(biāo)最優(yōu)。它是數(shù)學(xué)運(yùn)籌學(xué)的分支學(xué)科。也是研究服務(wù)系統(tǒng)排隊(duì)現(xiàn)象隨機(jī)規(guī)律的學(xué)科。廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、生產(chǎn)、運(yùn)輸、庫(kù)存等各項(xiàng)資源共享的隨機(jī)服務(wù)系統(tǒng)。排隊(duì)論研究的內(nèi)容有三個(gè)方面：統(tǒng)計(jì)推斷，根據(jù)資料建立模型；系統(tǒng)的性態(tài)，即和排隊(duì)有關(guān)的數(shù)量指標(biāo)的概率規(guī)律性；系統(tǒng)的優(yōu)化問(wèn)題。其目的是正確設(shè)計(jì)和有效運(yùn)行各個(gè)服務(wù)系統(tǒng)，使之發(fā)揮最佳效益。一、課題的研究背景及意義日常生活中存在大量有形和無(wú)形的排隊(duì)或擁擠現(xiàn)象，如旅客購(gòu)票排隊(duì)，市內(nèi)電話占線，機(jī)器等待維修等現(xiàn)象。排隊(duì)論的基本思想是1910年丹麥電話工程師A.K.埃爾朗在解決自動(dòng)電話設(shè)計(jì)問(wèn)題時(shí)開(kāi)始形成的，當(dāng)時(shí)稱為話務(wù)理論。他在熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)平衡理論的啟發(fā)下，成功地建立了電話統(tǒng)計(jì)平衡模型，并由此得到一組遞推狀態(tài)方程，從而導(dǎo)出著名的埃爾朗電話損失率公式。自20世紀(jì)初以來(lái)，電話系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一直在應(yīng)用這個(gè)公式。30年代蘇聯(lián)數(shù)學(xué)家А.Я.欣欽把處于統(tǒng)計(jì)平衡的電話呼叫流稱為最簡(jiǎn)單流。瑞典數(shù)學(xué)家巴爾姆又引入有限后效流等概念和定義。他們用數(shù)學(xué)方法深入地分析了電話呼叫的本征特性，促進(jìn)了排隊(duì)論的研究。50年代初，美國(guó)數(shù)學(xué)家關(guān)于生滅過(guò)程的研究、英國(guó)數(shù)學(xué)家D.G.肯德?tīng)柼岢銮度隲o"馬爾可夫鏈理論"馬爾可夫鏈理論，以及對(duì)排隊(duì)隊(duì)型的分類方法，為排隊(duì)論奠定了理論基礎(chǔ)。在這以后，L.塔卡奇等人又將組合方法引進(jìn)排隊(duì)論，使它更能適應(yīng)各種類型的排隊(duì)問(wèn)題。70年代以來(lái)，人們開(kāi)始研究排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)和復(fù)雜排隊(duì)問(wèn)題的漸近解等，成為研究現(xiàn)代排隊(duì)論的新趨勢(shì)。研究?jī)?nèi)容1.課題綜述車間機(jī)器維修問(wèn)題是生產(chǎn)系統(tǒng)和服務(wù)系統(tǒng)中的一類典型問(wèn)題，其一般描述如下：有m個(gè)資源，n個(gè)作業(yè)，各作業(yè)在資源上的處理路徑和時(shí)間（或成本）可能不同，研究目標(biāo)是確定每個(gè)資源上的作業(yè)和開(kāi)工時(shí)間，使得某項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)（如作業(yè)平均逗留時(shí)間、最遲完工時(shí)間、作業(yè)總成本等）。這類問(wèn)題已被證明是NP難題，具有相當(dāng)大的計(jì)算復(fù)雜性，隨著問(wèn)題規(guī)模的增加計(jì)算難度呈指數(shù)增長(zhǎng)，傳統(tǒng)的解析方法已經(jīng)難以甚至不可能對(duì)其進(jìn)行求解。處理這類問(wèn)題的常用的也是表有效的方法就是吸納帶啟發(fā)優(yōu)化算法，由于目標(biāo)函數(shù)難于解析求解，故在優(yōu)化時(shí)往往利用仿真過(guò)程求取性能指標(biāo)值。這類方法的一個(gè)難點(diǎn)就是如何建立仿真系統(tǒng)模型，通常的做法是用程序語(yǔ)言（如Fortran、Pascal、C等）直接撰寫(xiě)仿真器嵌入到優(yōu)化算法中進(jìn)行調(diào)用，如文獻(xiàn)[4]針對(duì)實(shí)際車間作業(yè)排序問(wèn)題，提出以遺傳算法和分派規(guī)則相結(jié)合的優(yōu)化方法，并引入基于事件驅(qū)動(dòng)的仿真機(jī)制來(lái)模擬加工系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程，得到加工結(jié)果，由此對(duì)加工序列的性能指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)從而優(yōu)化搜索，這就將優(yōu)化與仿真集成了起來(lái)解決實(shí)際生產(chǎn)問(wèn)題。但是，這種方法存在著許多不足之處，主要專業(yè)性強(qiáng)，工作量較大。因?yàn)橐孕芯帉?xiě)仿真模型嵌入到優(yōu)化算法中，所以對(duì)有關(guān)人員的計(jì)算機(jī)技術(shù)有很高的要求，而且大量的編程工作占用了不少時(shí)間；因?yàn)槭亲约和ㄟ^(guò)語(yǔ)言建立仿真模型，所以考慮的因素不可能很全面，如難于考慮實(shí)際系統(tǒng)中存在的加工時(shí)間的隨機(jī)性、機(jī)器故障的隨機(jī)性、運(yùn)輸時(shí)間和調(diào)整時(shí)間等，建模能力也就因此受到了較大的限制；友好性和適用性不夠強(qiáng)，通常難于用很好的動(dòng)畫(huà)交互界面將現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)表現(xiàn)出來(lái)。隨著仿真技術(shù)的發(fā)展，許多大型仿真軟件相繼推出，它們大多能提高友好的圖形用戶界面，并能根據(jù)用戶輸入的圖形流程自動(dòng)生成仿真程序，從而大大提高了仿真的規(guī)模、效率和實(shí)用性。但遺憾的是這類仿真軟件本身一般都不具備優(yōu)化能力，如果使其與優(yōu)化算法直接集成，將能取得很好的效果。文獻(xiàn)[5]對(duì)此做了一定研究，利用面型對(duì)象編程方法建立了通過(guò)連續(xù)生產(chǎn)裝置分析對(duì)象類，利用高級(jí)開(kāi)發(fā)工具開(kāi)發(fā)出相應(yīng)的應(yīng)用系統(tǒng)，但是文中所使用的是煉油裝置的專業(yè)仿真工具，這也就限制了其通用性。本文以Arena作為車間作業(yè)排序問(wèn)題仿真建模的工具，利用其通用性，有效地克服了直接通過(guò)高級(jí)語(yǔ)言建模的專業(yè)性強(qiáng)、工作量大、很難考慮實(shí)際系統(tǒng)隨機(jī)因素、不直觀不友好等缺點(diǎn)，以GRASP（GreedyRandomizedAdaptiveProcedure，貪婪隨機(jī)自適應(yīng)搜索算法）優(yōu)化算法為例，提出了一個(gè)仿真優(yōu)化系統(tǒng)的集成框架，并通過(guò)實(shí)例驗(yàn)證了其有效性，為仿真優(yōu)化提供了一個(gè)新思路。2.中國(guó)制造業(yè)的現(xiàn)狀聯(lián)合國(guó)工業(yè)發(fā)展組織的統(tǒng)計(jì)報(bào)告顯示，2009年中國(guó)在世界工業(yè)生產(chǎn)總值中份額達(dá)到15.6%，僅次于美國(guó)19%的份額據(jù)世界第二位。通過(guò)國(guó)際貿(mào)易，中國(guó)逐步融入全球國(guó)際分工體系之中，成為其中不可或缺的一員。在這一過(guò)程中，中國(guó)制造業(yè)的地位不斷上升。中國(guó)工業(yè)制成品在出口商品總額中的比重，1980年為49.7%，1990年為7.4%，1995年為85.6%，1999年為89.8%，2003年為92.1%，在2006年上升到93.6%,成為我國(guó)出口增長(zhǎng)的主要?jiǎng)恿?。由此可?jiàn)，研究中國(guó)制造業(yè)的現(xiàn)狀、存在的問(wèn)題與解決的辦法具有重要的意義。3.存在的問(wèn)題1.勞動(dòng)力比較優(yōu)勢(shì)正在逐步喪失長(zhǎng)期以來(lái)，中國(guó)以廉價(jià)的勞動(dòng)力資源與國(guó)際分工，從而中國(guó)在勞動(dòng)密集型產(chǎn)品上具有比較優(yōu)勢(shì)。也正因如此，一些發(fā)達(dá)國(guó)家逐步的將一些低附加值的勞動(dòng)密集型產(chǎn)品遷入我國(guó)。但是隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和周邊一些落后的發(fā)展中國(guó)家正逐步加強(qiáng)外資引入的力度，中國(guó)勞動(dòng)力因素的優(yōu)勢(shì)正在逐步喪失。我國(guó)的勞動(dòng)生產(chǎn)力相對(duì)低下。美國(guó)經(jīng)濟(jì)學(xué)家愛(ài)德華·利馬將生產(chǎn)要素劃為12種類型，根據(jù)勞動(dòng)的熟練程度將勞動(dòng)力劃分為：高技術(shù)熟練度勞動(dòng)力、中技術(shù)熟練度勞動(dòng)力、非熟練勞動(dòng)力，按此理論，中國(guó)的勞動(dòng)要素優(yōu)勢(shì)將大大降低。1998年，美國(guó)的平均工資是中國(guó)的47.8倍。但由于勞動(dòng)生產(chǎn)力不同，用人均產(chǎn)值衡量，相應(yīng)地美國(guó)的勞動(dòng)力成本只為中國(guó)的1.3倍。不僅如此，隨著我國(guó)近年來(lái)物價(jià)水平的提高，勞動(dòng)力工資水平持續(xù)升高，勞動(dòng)力成本上升，據(jù)統(tǒng)計(jì)，近年來(lái)我國(guó)勞動(dòng)力成本每年增長(zhǎng)約10%，這就使得我國(guó)勞動(dòng)力要素的比較優(yōu)勢(shì)逐年降低。除此以外，越來(lái)越多擁有勞動(dòng)力數(shù)量?jī)?yōu)勢(shì)的國(guó)家，也開(kāi)始加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，積極地吸引外資，成為國(guó)際市場(chǎng)上勞動(dòng)密集型產(chǎn)品的供給者，一些制造企業(yè)開(kāi)始向這些國(guó)家轉(zhuǎn)移。制造業(yè)產(chǎn)品收入彈性遞減，供給過(guò)剩。隨著周邊越來(lái)越多的發(fā)展中國(guó)家開(kāi)始生產(chǎn)我國(guó)制造業(yè)產(chǎn)品的替代品或者同類產(chǎn)品，供給過(guò)剩成為普遍現(xiàn)象。而這類產(chǎn)品的收入彈性遞減，因而低價(jià)就成為各個(gè)企業(yè)獲得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的法寶。但是，生產(chǎn)要素的價(jià)格是由其邊際產(chǎn)品價(jià)值決定的，產(chǎn)品價(jià)格的降低會(huì)降低生產(chǎn)要素的價(jià)格，繼而降低要素所有者的收入，從而將一些勞動(dòng)力成本高的企業(yè)擠出市場(chǎng)。2.中國(guó)制造業(yè)是以高耗能高污染低附加值低技術(shù)含量的產(chǎn)品為主近年來(lái)，中國(guó)憑借勞動(dòng)力的比較優(yōu)勢(shì)，參與國(guó)際分工，取得了巨大的成就，從貿(mào)易出口總額來(lái)看，中國(guó)無(wú)疑是貿(mào)易大國(guó)，2003年出口達(dá)4383.7億美元。但是，這其中也存在著很大的問(wèn)題：中國(guó)所出口的產(chǎn)品在生產(chǎn)中以大量的能源和環(huán)境污染為代價(jià)。中國(guó)出口商品結(jié)構(gòu)中，紡織品、服裝、一般機(jī)電產(chǎn)品、鞋類、玩具、塑料制品等7類產(chǎn)品出口額在出口總額中所占比重超過(guò)70%,而日用品、食品、服裝等產(chǎn)品的消費(fèi)往往滿足恩格爾法則，市場(chǎng)空間有限，隨著周邊大量發(fā)展中國(guó)家開(kāi)始從事這一產(chǎn)業(yè)，這一產(chǎn)業(yè)正面臨著價(jià)格戰(zhàn)的挑戰(zhàn)，最終勞動(dòng)力成本較低的國(guó)家才能勝出。出口額快速增長(zhǎng)的中國(guó)制造業(yè)產(chǎn)品，面臨的貿(mào)易壁壘越來(lái)越多，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，貿(mào)易的迅猛增長(zhǎng)，對(duì)外貿(mào)易依存度過(guò)大，出口商品種類和出口市場(chǎng)地理分布過(guò)于集中，使得我國(guó)在某一進(jìn)口國(guó)中所占份額過(guò)大，加大了貿(mào)易摩擦的機(jī)會(huì)；而由于我國(guó)貿(mào)易救濟(jì)措施的不完善，更大大減弱了我們?cè)谫Q(mào)易摩擦的另一個(gè)重要原因。這一切都嚴(yán)重影響我國(guó)制造業(yè)的生存。4.解決辦法當(dāng)今中國(guó)，頻頻出現(xiàn)的像北大博士去養(yǎng)豬，一個(gè)公廁的管理員竟然有大量本科生去應(yīng)聘的事情反應(yīng)出了我國(guó)勞動(dòng)力資源的浪費(fèi)和培養(yǎng)的不合理。因而，我國(guó)應(yīng)當(dāng)充分利用大量高學(xué)歷的知識(shí)分子去研究和開(kāi)發(fā)先進(jìn)的技術(shù)，完善相關(guān)知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)的法律法規(guī)，鼓勵(lì)公司自主研發(fā)，提高產(chǎn)品的附加值。調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)，扶持低能耗，低污染，高附加值的產(chǎn)業(yè)。當(dāng)代中國(guó)，許多城市的領(lǐng)導(dǎo)還是以經(jīng)濟(jì)作為重中之重，不考慮能耗和環(huán)境問(wèn)題。這使得我國(guó)部分制造業(yè)產(chǎn)能過(guò)剩，環(huán)境污染。應(yīng)當(dāng)改變政府領(lǐng)導(dǎo)的觀念，以可持續(xù)發(fā)展，低碳，低污染作為第一目標(biāo)，合理規(guī)劃產(chǎn)業(yè)升級(jí)。三、總結(jié)排隊(duì)論是一個(gè)前沿性研究課題，排隊(duì)論queuingtheory也稱隨機(jī)服務(wù)系統(tǒng)理論（randomservicesystemtheory），是一門(mén)研究擁擠現(xiàn)象（排隊(duì)、等待）的科學(xué)，是通過(guò)對(duì)服務(wù)對(duì)象時(shí)間的統(tǒng)計(jì)研究，得出這些數(shù)量指標(biāo)（等待時(shí)間、排隊(duì)長(zhǎng)度、忙期長(zhǎng)短等）的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，然后根據(jù)這些規(guī)律來(lái)改進(jìn)服務(wù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)或重新組織被服務(wù)對(duì)象，使得服務(wù)系統(tǒng)既能滿足服務(wù)對(duì)象的需要，又能使系統(tǒng)中排隊(duì)現(xiàn)象隨機(jī)規(guī)律的學(xué)科。廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，生產(chǎn)，運(yùn)輸，庫(kù)存等各項(xiàng)資源共享的隨機(jī)服務(wù)系統(tǒng)。排隊(duì)論研究的內(nèi)容有3個(gè)方面：統(tǒng)計(jì)推斷，根據(jù)資料建立模型；系統(tǒng)的性態(tài)，即和排隊(duì)有關(guān)的數(shù)量指標(biāo)的概率規(guī)律性；系統(tǒng)的優(yōu)化問(wèn)題。四、參考文獻(xiàn)[1]王瑜梁,張維浚,陳文文.中國(guó)制造業(yè)的現(xiàn)狀分析[J].時(shí)代金融,2011,(09):196.

[2]周泓.基于Arena的車間作業(yè)排序問(wèn)題建模方法及仿真優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)仿真學(xué)報(bào),2005,(6):48-51.

[3]孟玉坷.排隊(duì)論基礎(chǔ)及應(yīng)用[M].上海,同濟(jì)大學(xué)出版社,1989.

[4]越明義.排隊(duì)理論中的M/M/C問(wèn)題[J].應(yīng)用數(shù)學(xué),1959,9(3):494-502.

[5]陸傳賚.排隊(duì)論第2版[M].北京,北京郵電大學(xué)出版社,2009.[6]何勇.淺談機(jī)電設(shè)備維護(hù)管理模式及發(fā)展趨勢(shì)[M].四川,2016.[7]唐月峰,王健.汽車維護(hù)車間作業(yè)排序的優(yōu)化模型及調(diào)度算法探討[M].浙江,2015.[8]李韶亮,陳云翔,蔡忠義,潘天峰.基于排隊(duì)論的內(nèi)場(chǎng)維護(hù)設(shè)備數(shù)量確定方法[J],數(shù)學(xué)的實(shí)踐與認(rèn)識(shí),2014,26(15):287-306.[9]楊光輝,宋健社,屈曉榮,基于排隊(duì)論的裝備維護(hù)人員數(shù)量需求