實踐教育基地訂單式柔性實習的模型研究

聶小東++唐更華　尹枚

[摘 要]實踐教育基地的實習崗位是有限的，但參加實踐的學生人數多且學生有訂單式的多技能的實習需求，如何協調實習崗位和學生實踐需求是一個重要問題。文章提出訂單式柔性實習模型，將實習崗位、學生及引導員建模為攜帶實時信息的令牌，根據學生已完成實習時間占期望總實習時間的比例、緊急程度、延遲狀況等更新學生的優先級，然后根據最短時間規則更新崗位的優先級，按照優先級匹配學生和實習崗位。

[關鍵詞]實踐教育基地；訂單式；柔性；實習

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

1 前 言

當前高等院校注重提高教學質量，在校外建立實踐教育基地進行學生實踐能力的培養。然而由于合作單位要從本身規模和效益考慮，提供的實習崗位是有限的，但是當前高等教育規模比較大，需要參加實踐的學生人數多，且隨著時代的發展，學生有個性化發展的需求，傳統的大規模統一安排已經很難適應形勢發展了。學生往往根據專業和自己的規劃，提出訂單式的多技能的實習需求。每一實踐技能往往有多個可選的實習崗位進行訓練。學生在崗位上訓練技能時往往要處理真實的業務工作，其持續時間是不確定的，具有一定的隨機性。在實習崗位上的設備可能出故障，其故障的恢復時間也具有隨機性，在故障恢復期學生將不能在該實習崗位上。在這種狀況下，協調實習崗位和學生實踐需求是一個非常難的問題，給實踐教育基地的高效運行帶來挑戰，解決其建模和運行問題具有重要的理論研究價值和實際應用意義。

針對實踐教育基地協調實習崗位和學生實踐需求中存在的問題，提出訂單式柔性實習模型，探討一種有效的運行方式。

2 問題描述

在實踐教育基地中，引導員負責在基地實習崗位、學校之間通知并協助學生以實現安全有序實習。實踐教育基地中實習崗位為Jobm（m=1，2，…，J），不失一般性，實習崗位和學校都認為是崗位，實習崗位總數目為CJOB，實習崗位的集合標記為JOB，學校崗位總數目為CW，學校崗位的集合標記為W，合作單位基地的前臺為I/O，引導員為robotr（r=1，2，…，R）。

MTBFm（Mean Time Between Failure）：實習崗位的平均無故障時間。MTTRm（Mean Time To Repair）：實習崗位的平均恢復時間。τ：實踐教育基地啟動后的某一時刻記為τ，啟動時刻可以記為τ=0。實踐教育基地啟動后正常運行的一段連續時間，時間長度記為T，作為評估優化的一個時間區間。要實習的學生記為stui（i=1，2，…，n）。假設stui的開始實習時間為releasei，要求的實習結束期為di，實際完成實習的時間為ci，遲延的懲罰系數為wi。在運行過程中的某一時刻τ，stui的遲延時間tardinessi可以定義為：

在實際實習中，實踐技能的訓練時間是隨機不確定的，僅能根據經驗估計和大量歷史數據統計給出訓練時間的估計值，訓練時間是介于最小和最大訓練時間之間有限個離散點的隨機變量，采用如下離散概率模型來描述技能訓練時間的分布。

3 建立模型

假設實習崗位、學生和引導員都為具有隨機實時屬性變量的實體，相互的結合、停留與分拆代表處理開始、正在處理和處理完畢等，所有實體所處的狀態聯合在一起就是當前系統的狀態，根據當前系統狀態進行判斷發出實時的執行指令。鑒于該想法，建立訂單式柔性實習的模型。這里采用Petri網形式進行建模并進行擴充。

首先，Θ代表網中的令牌集合，令牌的信息包括基本屬性和隨機動態屬性，在變遷的作用下組合和分拆令牌時，將保留基礎令牌的一些關鍵屬性變量。一個令牌θ用著色的實心小橢圓表示。

然后，E代表令牌的實時使能函數，表示在某時刻令牌能否移動，可以移動到哪里。

最后，IT代表智能變遷有限集，是可控延時連續變遷ITc。可控延時連續變遷ITc所需要的時間由令牌的隨機動態實時屬性決定，一個可控延時連續變遷ITc用兩條豎線夾一個圓圈|○|表示。

變遷的智能函數根據令牌的隨機動態屬性，實時確定令牌優先級，將令牌移動到合適的庫所。變遷的執行以下步驟：

即優先考慮將學生安排到實習崗位上實習而不是安排回去學校，同時優先選擇訓練時間最小的實習崗位，即如果有實習崗位可安排，則將學生安排到可最快完成訓練的實習崗位上，如果沒有實習崗位可安排，則安排回去學校。

步驟3：變遷根據優先級，將高優先級的學生安排到合適的崗位上，從而移動隨機令牌。

當前Petri網理論中不存在令牌停留在變遷的情況，本文進行擴充，停留在變遷中的隨機令牌的實時屬性決定了變遷的延遲，有利于對實際過程中隨機實時的情況進行建模。由于令牌可以停留在變遷中，那么變遷的觸發擴充為輸入和輸出觸發，將令牌移入變遷和從變遷移出令牌。瞬時離散變遷則與傳統Petri網相同。在這里，變遷使能的決定因素是隨機令牌的實時屬性。

在標識M和時刻τ中，由隨機令牌使能的變遷將觸發，它的觸發將使系統的標識由M變為M'。根據變遷的智能函數進行判斷，移動選中的實時令牌θ。可控延時連續變遷tc輸入使能的觸發，將從前置庫所中移動令牌到tc中，

4 結 論

第一，本文針對實踐教育基地崗位的有限和學生實習的柔性需求，提出協調實習崗位和學生實踐需求的問題，并對該問題進行描述。第二，采用Petri網形式進行建模并進行擴充，讓令牌（tokens）攜帶實體的描述信息和隨機動態信息，讓變遷具有智能函數從而將移動令牌，令牌停留在變遷中的隨機實時信息作為變遷的延時，更好地建立不確定環境中教育實踐基地訂單式柔性實習的模型。