實(shí)踐教育基地訂單式柔性實(shí)習(xí)的模型研究

聶小東++唐更華　尹枚

[摘 要]實(shí)踐教育基地的實(shí)習(xí)崗位是有限的，但參加實(shí)踐的學(xué)生人數(shù)多且學(xué)生有訂單式的多技能的實(shí)習(xí)需求，如何協(xié)調(diào)實(shí)習(xí)崗位和學(xué)生實(shí)踐需求是一個(gè)重要問題。文章提出訂單式柔性實(shí)習(xí)模型，將實(shí)習(xí)崗位、學(xué)生及引導(dǎo)員建模為攜帶實(shí)時(shí)信息的令牌，根據(jù)學(xué)生已完成實(shí)習(xí)時(shí)間占期望總實(shí)習(xí)時(shí)間的比例、緊急程度、延遲狀況等更新學(xué)生的優(yōu)先級(jí)，然后根據(jù)最短時(shí)間規(guī)則更新崗位的優(yōu)先級(jí)，按照優(yōu)先級(jí)匹配學(xué)生和實(shí)習(xí)崗位。

[關(guān)鍵詞]實(shí)踐教育基地；訂單式；柔性；實(shí)習(xí)

[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2016.16.203

1 前 言

當(dāng)前高等院校注重提高教學(xué)質(zhì)量，在校外建立實(shí)踐教育基地進(jìn)行學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)。然而由于合作單位要從本身規(guī)模和效益考慮，提供的實(shí)習(xí)崗位是有限的，但是當(dāng)前高等教育規(guī)模比較大，需要參加實(shí)踐的學(xué)生人數(shù)多，且隨著時(shí)代的發(fā)展，學(xué)生有個(gè)性化發(fā)展的需求，傳統(tǒng)的大規(guī)模統(tǒng)一安排已經(jīng)很難適應(yīng)形勢發(fā)展了。學(xué)生往往根據(jù)專業(yè)和自己的規(guī)劃，提出訂單式的多技能的實(shí)習(xí)需求。每一實(shí)踐技能往往有多個(gè)可選的實(shí)習(xí)崗位進(jìn)行訓(xùn)練。學(xué)生在崗位上訓(xùn)練技能時(shí)往往要處理真實(shí)的業(yè)務(wù)工作，其持續(xù)時(shí)間是不確定的，具有一定的隨機(jī)性。在實(shí)習(xí)崗位上的設(shè)備可能出故障，其故障的恢復(fù)時(shí)間也具有隨機(jī)性，在故障恢復(fù)期學(xué)生將不能在該實(shí)習(xí)崗位上。在這種狀況下，協(xié)調(diào)實(shí)習(xí)崗位和學(xué)生實(shí)踐需求是一個(gè)非常難的問題，給實(shí)踐教育基地的高效運(yùn)行帶來挑戰(zhàn)，解決其建模和運(yùn)行問題具有重要的理論研究價(jià)值和實(shí)際應(yīng)用意義。

針對實(shí)踐教育基地協(xié)調(diào)實(shí)習(xí)崗位和學(xué)生實(shí)踐需求中存在的問題，提出訂單式柔性實(shí)習(xí)模型，探討一種有效的運(yùn)行方式。

2 問題描述

在實(shí)踐教育基地中，引導(dǎo)員負(fù)責(zé)在基地實(shí)習(xí)崗位、學(xué)校之間通知并協(xié)助學(xué)生以實(shí)現(xiàn)安全有序?qū)嵙?xí)。實(shí)踐教育基地中實(shí)習(xí)崗位為Jobm（m=1，2，…，J），不失一般性，實(shí)習(xí)崗位和學(xué)校都認(rèn)為是崗位，實(shí)習(xí)崗位總數(shù)目為CJOB，實(shí)習(xí)崗位的集合標(biāo)記為JOB，學(xué)校崗位總數(shù)目為CW，學(xué)校崗位的集合標(biāo)記為W，合作單位基地的前臺(tái)為I/O，引導(dǎo)員為robotr（r=1，2，…，R）。

MTBFm（Mean Time Between Failure）：實(shí)習(xí)崗位的平均無故障時(shí)間。MTTRm（Mean Time To Repair）：實(shí)習(xí)崗位的平均恢復(fù)時(shí)間。τ：實(shí)踐教育基地啟動(dòng)后的某一時(shí)刻記為τ，啟動(dòng)時(shí)刻可以記為τ=0。實(shí)踐教育基地啟動(dòng)后正常運(yùn)行的一段連續(xù)時(shí)間，時(shí)間長度記為T，作為評(píng)估優(yōu)化的一個(gè)時(shí)間區(qū)間。要實(shí)習(xí)的學(xué)生記為stui（i=1，2，…，n）。假設(shè)stui的開始實(shí)習(xí)時(shí)間為releasei，要求的實(shí)習(xí)結(jié)束期為di，實(shí)際完成實(shí)習(xí)的時(shí)間為ci，遲延的懲罰系數(shù)為wi。在運(yùn)行過程中的某一時(shí)刻τ，stui的遲延時(shí)間tardinessi可以定義為：

在實(shí)際實(shí)習(xí)中，實(shí)踐技能的訓(xùn)練時(shí)間是隨機(jī)不確定的，僅能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)估計(jì)和大量歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)給出訓(xùn)練時(shí)間的估計(jì)值，訓(xùn)練時(shí)間是介于最小和最大訓(xùn)練時(shí)間之間有限個(gè)離散點(diǎn)的隨機(jī)變量，采用如下離散概率模型來描述技能訓(xùn)練時(shí)間的分布。

3 建立模型

假設(shè)實(shí)習(xí)崗位、學(xué)生和引導(dǎo)員都為具有隨機(jī)實(shí)時(shí)屬性變量的實(shí)體，相互的結(jié)合、停留與分拆代表處理開始、正在處理和處理完畢等，所有實(shí)體所處的狀態(tài)聯(lián)合在一起就是當(dāng)前系統(tǒng)的狀態(tài)，根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行判斷發(fā)出實(shí)時(shí)的執(zhí)行指令。鑒于該想法，建立訂單式柔性實(shí)習(xí)的模型。這里采用Petri網(wǎng)形式進(jìn)行建模并進(jìn)行擴(kuò)充。

首先，Θ代表網(wǎng)中的令牌集合，令牌的信息包括基本屬性和隨機(jī)動(dòng)態(tài)屬性，在變遷的作用下組合和分拆令牌時(shí)，將保留基礎(chǔ)令牌的一些關(guān)鍵屬性變量。一個(gè)令牌θ用著色的實(shí)心小橢圓表示。

然后，E代表令牌的實(shí)時(shí)使能函數(shù)，表示在某時(shí)刻令牌能否移動(dòng)，可以移動(dòng)到哪里。

最后，IT代表智能變遷有限集，是可控延時(shí)連續(xù)變遷ITc?？煽匮訒r(shí)連續(xù)變遷ITc所需要的時(shí)間由令牌的隨機(jī)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)屬性決定，一個(gè)可控延時(shí)連續(xù)變遷ITc用兩條豎線夾一個(gè)圓圈|○|表示。

變遷的智能函數(shù)根據(jù)令牌的隨機(jī)動(dòng)態(tài)屬性，實(shí)時(shí)確定令牌優(yōu)先級(jí)，將令牌移動(dòng)到合適的庫所。變遷的執(zhí)行以下步驟：

即優(yōu)先考慮將學(xué)生安排到實(shí)習(xí)崗位上實(shí)習(xí)而不是安排回去學(xué)校，同時(shí)優(yōu)先選擇訓(xùn)練時(shí)間最小的實(shí)習(xí)崗位，即如果有實(shí)習(xí)崗位可安排，則將學(xué)生安排到可最快完成訓(xùn)練的實(shí)習(xí)崗位上，如果沒有實(shí)習(xí)崗位可安排，則安排回去學(xué)校。

步驟3：變遷根據(jù)優(yōu)先級(jí)，將高優(yōu)先級(jí)的學(xué)生安排到合適的崗位上，從而移動(dòng)隨機(jī)令牌。

當(dāng)前Petri網(wǎng)理論中不存在令牌停留在變遷的情況，本文進(jìn)行擴(kuò)充，停留在變遷中的隨機(jī)令牌的實(shí)時(shí)屬性決定了變遷的延遲，有利于對實(shí)際過程中隨機(jī)實(shí)時(shí)的情況進(jìn)行建模。由于令牌可以停留在變遷中，那么變遷的觸發(fā)擴(kuò)充為輸入和輸出觸發(fā)，將令牌移入變遷和從變遷移出令牌。瞬時(shí)離散變遷則與傳統(tǒng)Petri網(wǎng)相同。在這里，變遷使能的決定因素是隨機(jī)令牌的實(shí)時(shí)屬性。

在標(biāo)識(shí)M和時(shí)刻τ中，由隨機(jī)令牌使能的變遷將觸發(fā)，它的觸發(fā)將使系統(tǒng)的標(biāo)識(shí)由M變?yōu)镸'。根據(jù)變遷的智能函數(shù)進(jìn)行判斷，移動(dòng)選中的實(shí)時(shí)令牌θ?？煽匮訒r(shí)連續(xù)變遷tc輸入使能的觸發(fā)，將從前置庫所中移動(dòng)令牌到tc中，

4 結(jié) 論

第一，本文針對實(shí)踐教育基地崗位的有限和學(xué)生實(shí)習(xí)的柔性需求，提出協(xié)調(diào)實(shí)習(xí)崗位和學(xué)生實(shí)踐需求的問題，并對該問題進(jìn)行描述。第二，采用Petri網(wǎng)形式進(jìn)行建模并進(jìn)行擴(kuò)充，讓令牌（tokens）攜帶實(shí)體的描述信息和隨機(jī)動(dòng)態(tài)信息，讓變遷具有智能函數(shù)從而將移動(dòng)令牌，令牌停留在變遷中的隨機(jī)實(shí)時(shí)信息作為變遷的延時(shí)，更好地建立不確定環(huán)境中教育實(shí)踐基地訂單式柔性實(shí)習(xí)的模型。