维修系统建设的优化方法技术方案

维修系统建设的优化方法。本发明专利技术中，通过同时引入优先级和离开机制，并创新性地在模型中引入稳态状态转移频度，从而能够精确地描述离开设备的数量，进而解决了以往技术中无法在维修系统建设之初就准确地估算维修工人、维修设备容量等维修资源的数量的技术问题，极大地减少了由于维修资源不匹配而导致等待时间过长而离开导致的损失，从而能够使维修系统实现效率和效益最大化。

Optimization method of maintenance system construction

Optimization method of maintenance system construction. In the invention, by introducing priority and leaving mechanism at the same time, and innovatively introducing steady state transition frequency in the model, the number of leaving equipment can be accurately described, thus solving the technical problem that the number of maintenance resources such as maintenance workers, maintenance equipment capacity can not be accurately estimated at the beginning of maintenance system construction in the previous technology, greatly reducing the number of maintenance resources such as The loss caused by the long waiting time due to the mismatch of maintenance resources, which can maximize the efficiency and benefit of the maintenance system.

【技术实现步骤摘要】
维修系统建设的优化方法
本专利技术涉及设备维修
，具体涉及一种维修系统建设的优化方法。
技术介绍
随着工业现代化、集成化、智能化的不断推进，设备维修成本与人力成本在总成本中所占比重逐渐上升，因此对该部分成本的控制成为了设备维修管理领域研究的新热点。而在现代的维修系统中，时常出现维修容量不足导致的维修设备等待或者由于维修工人数量与维修容量不匹配导致的维修设备等待。如果虽然维修设备已经占据了维修容量，然而由于维修工人不足无法对其进行维修导致等待时间过长，那么，待维修的设备很可能就会离开；另外，如果虽然维修工人尚有富余，然而，维修容量已经饱和，此时，待维修的设备也可能会离开。在极端情况下，待维修的设备数量过多，而后前来维修的待维修设备会选择直接放弃在该系统内维修而直接离开。这些都导致维修系统的效益和效率大为降低。因此，提出了在维修系统的建设之初就需要合理地匹配维修容量(包括普通维修设备的维修容量和特殊维修设备的维修容量)和维修工人的数量。而在众多理论中等候理论和马尔科夫过程为系统的成本分析提供了坚实的基础，受到了广泛关注。文献1中，首先提出了优先级这一概念，并将其应用在处理器上多任务的调度。文献2首先提出了离开机制的概念，并将其应用在交通运输系统的研究中。文献3将离开机制分成止步(balking)、等待离开(reneging)、重新等候(retrial)三种情况。关于止步机制，文献4和文献5中，分别根据队长和系统负载(workload，系统负载指当前时刻维修工将系统中所有故障设备均修理完毕的时间)对故障设备是否进入系统进行判断。假设存在一个阈值，当设备故障时只有少于N个设备待修或者系统负载小于b时，该设备会进入系统，否则离开。关于等待离开机制，由于设备进入系统之后，便会产生一个等待时间上限T，当待修时间超过阈值T后，会因缺乏耐心而离开系统。目前为止，大多数等候系统都是将优先级和离开机制分割开来进行研究。实际生产中，较为传统的等候模型因其缺乏灵活性难以广泛应用在复杂的实际生产过程中。这也导致该模型无法应用于维修系统建设之初的优化。另外，现有技术中，在考虑系统中各个状态来建立模型时，仅考虑一定时间内进入该状态频度，而不考虑是从哪个状态进入该状态，即状态转移频度。如果不考虑状态转移频度，则无法对于维修工和设备启用的情况进行优化，导致无法合理匹配维修容量和维修工人，导致维修效率降低。现有技术非专利文献[1]LIUCL,LAYLANDJW.Schedulingalgorithmsformultiprogramminginahard-real-timeenvironment[J].ReadingsinHardware/softwareCo-design,2002,20(1):179-194.[2]HalfinS,WhittW.Heavy-trafficlimitsforqueueswithmanyexponentialservers[J].OperationsResearch.1981,29(3):567-588.[3]WangK,LiN,JiangZ.Queueingsystemwithimpatientcustomers:Areview[C].IEEEInternationalConferenceonServiceOperationsandLogisticsandInformatics.QingDao,China:IEEE,2010.[4]HaightFA.QueueingwithBalking.II[J].Biometrika,1960,47(3):285-296.[5]GarnetO,MandelbaumA,ReimanM.DesigningaCallCenterwithImpatientCustomers[J].Manufacturing&ServiceOperationsManagement,2002,4(3):208-227.
技术实现思路
专利技术所要解决的技术问题以上的现有技术文献中，通常将优先级和离开机制分割考虑，这导致在维修系统建设之初，无法预先合理和均衡地估算所需要的包括维修工人、普通设备维修容量和特殊设备维修容量在内的维修资源的具体数量，从而可能导致在维修系统建成并运营之后，才发现上述维修资源的配备不合理，导致需要对上述维修资源进行增减调整等。然而，例如维修工人数量的调整是相对比较容易的，但是，普通和特殊设备维修容量(例如维修工位数量、维修机床数量、维修等候区面积等)却很难在维修系统建成并运营之后再行调整。因此，导致运营中或者由于设备、工位或人员的闲置导致成本增加，或者由于这些维修资源的不足导致效率和效益无法最大化。在现有技术中，之所以没有将优先级和离开机制分开考虑，重要原因之一是因为，以往在实际的维修过程中很难统计离开的维修设备的数量和频率，从而无法对离开的设备数量进行精确描述。这也是在维修系统建设之初就对维修资源进行预先估算的难点所在。本专利技术中，通过同时引入优先级和离开机制，并创新性地在模型中引入稳态状态转移频度，从而能够精确地描述离开设备的数量，进而解决了以往技术中无法在维修系统建设之初就准确地估算维修工人、维修设备容量等维修资源的数量的技术问题，极大地减少了由于维修资源不匹配而导致等待时间过长而离开导致的损失(赔偿)，从而能够使维修系统实现效率和效益最大化。本专利技术中，通过引入稳态状态转移频度的计算，在维修系统建设之初就实现了在对维修工人、普通设备维修容量和特殊设备维修容量等维修资源的有机的统筹安排，使这些维修资源能够相互匹配，充分减少维修容量饱和或维修人工不足引起的等候时间过长导致的损失(赔偿)，从而极大地节省了人力资源成本和各种设备维修容量的建设与闲置成本。再者，通过引入稳态状态转移频度的计算，可以在维修系统建立之前即可得出该系统中维修工人数量、普通设备维修容量以及特殊设备维修容量三者之间的效率效益最大化组合，从而对于维修系统的建设给出极具价值的指导性建议。解决技术问题的技术方案[1]一种维修系统建设的优化方法，该方法包括以下步骤：步骤一：建立维修系统状态模型，设置以下变量：维修系统中维修工数量c、维修系统中特殊设备容量G，维修系统中特殊设备所需的维修工数量k、维修系统中普通设备容量N，将系统按照普通设备个数n进行划分，当n＝0时，把(0,0,0)称为1状态，(0,0,1)为2状态，(0,1,0)为3状态，…，(0,G,1)为2(G+1)状态，以此类推，在第n个子系统中，(n,0,0)为2(G+1)n+1状态，…，(n,G,1)为2(G+1)(n+1)状态，当n＝N时，由于转移机制的特殊性，(N,0,0)为2(G+1)N+1状态，(N+1,0,0)为2(G+1)N+2状态，(N,1,0)为2(G+1)N+3状态,…,(N+1,G,0)为2(G+1)(N+1)状态，令，GT＝2(G+1)(N+1)，全集S＝{s|s＝1,2,…,GT}本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种维修系统建设的方法，该方法包括以下步骤：/n步骤一：建立维修系统的状态模型，/n设置以下变量：维修系统中维修工数量c、维修系统中特殊设备容量G，维修系统中特殊设备所需的维修工数量k、维修系统中普通设备容量N，/n将系统按照普通设备个数n进行划分，当n＝0时，把(0,0,0)称为1状态，(0,0,1)为2状态，(0,1,0)为3状态，…，(0,G,1)为2(G+1)状态，以此类推，在第n个子系统中，(n,0,0)为2(G+1)n+1状态，…，(n,G,1)为2(G+1)(n+1)状态，当n＝N时，由于转移机制的特殊性，(N,0,0)为2(G+1)N+1状态，(N+1,0,0)为2(G+1)N+2状态，(N,1,0)为2(G+1)N+3状态,…,(N+1,G,0)为2(G+1)(N+1)状态，令，GT＝2(G+1)(N+1)，全集S＝{s|s＝1,2,…,GT}为包含所有状态的集合，T为等待时间的上限；/n步骤二：建立维修系统中等候状态转移率矩阵，/n假设N≥c≥kG，/n则系统的等候状态转移率矩阵可以写成：/n

【技术特征摘要】
1.一种维修系统建设的方法，该方法包括以下步骤：
步骤一：建立维修系统的状态模型，
设置以下变量：维修系统中维修工数量c、维修系统中特殊设备容量G，维修系统中特殊设备所需的维修工数量k、维修系统中普通设备容量N，
将系统按照普通设备个数n进行划分，当n＝0时，把(0,0,0)称为1状态，(0,0,1)为2状态，(0,1,0)为3状态，…，(0,G,1)为2(G+1)状态，以此类推，在第n个子系统中，(n,0,0)为2(G+1)n+1状态，…，(n,G,1)为2(G+1)(n+1)状态，当n＝N时，由于转移机制的特殊性，(N,0,0)为2(G+1)N+1状态，(N+1,0,0)为2(G+1)N+2状态，(N,1,0)为2(G+1)N+3状态,…,(N+1,G,0)为2(G+1)(N+1)状态，令，GT＝2(G+1)(N+1)，全集S＝{s|s＝1,2,…,GT}为包含所有状态的集合，T为等待时间的上限；
步骤二：建立维修系统中等候状态转移率矩阵，
假设N≥c≥kG，
则系统的等候状态转移率矩阵可以写成：



B矩阵表示普通设备减少的转移率矩阵，
Bn＝{Bi,j}4(G+1)×(G+1)，n＝1,2,L,N(2)
i表示：转出状态，j表示：转入状态，
其中，



μ1表示：普通设备维修率，ρ表还普通设备到达离开状态率，
C矩阵表示普通设备增多的转移率矩阵，
Cn＝{Ci,j}4(G+1)×(G+1)，n＝0,1,2,L,N-1(4)
其中，
C2i+1,2i+1＝λ1，i＝0,1,2,L,G(5)
当n＝0,1,2,…,N-1时，A矩阵表示n相同的两个状态序列中状态内部之间的转移率矩阵；当n＝N时，A矩阵表示n＝N,N+1，v＝0的两个状态序列中状态之间的转移率矩阵；这里包含了最后一个关键状态序列发生的位置，λ1表示普通设备到达率，
An＝{Ai,j}4(G+1)×(G+1),n＝0,1,2,L,N(6)
A中只有非对角线元素才表示这2(G+1)个状态内部之间的转移，对角线元素ai,i为马尔科夫过程的形式元素，



其中，当n＝0,1,2,…,N-1时



当n＝N时



μ3表示设备等待离开率，μ4表示设备止步离开率，
步骤三：计算稳态状态转移频度，
设表示从i状态出发在t+Δt时间内从l状态向z状态转移的次数，l,z∈S，
当l≠z时



式(14)中，第一式中的1表示系统状态在Δt内从l状态向z状态转移了1次，即Pi,j(Δt)表示在Δt时间内由i状态向j状态转移概率，由指数分布性质可得



其中，qi,j即为矩阵Q中第i行第j列的元素，式(11)可化简为



代入式...

【专利技术属性】
技术研发人员：印明昂，孙志礼，闫玉涛，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21