实践教育基地订单式柔性实习的模型研究

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[摘 要]实践教育基地的实习岗位是有限的，但参加实践的学生人数多且学生有订单式的多技能的实习需求，如何协调实习岗位和学生实践需求是一个重要问题。文章提出订单式柔性实习模型，将实习岗位、学生及引导员建模为携带实时信息的令牌，根据学生已完成实习时间占期望总实习时间的比例、紧急程度、延迟状况等更新学生的优先级，然后根据最短时间规则更新岗位的优先级，按照优先级匹配学生和实习岗位。

[关键词]实践教育基地；订单式；柔性；实习

[DOI]10.13939/ki.zgsc.2016.16.203

1 前 言

当前高等院校注重提高教学质量，在校外建立实践教育基地进行学生实践能力的培养。然而由于合作单位要从本身规模和效益考虑，提供的实习岗位是有限的，但是当前高等教育规模比较大，需要参加实践的学生人数多，且随着时代的发展，学生有个性化发展的需求，传统的大规模统一安排已经很难适应形势发展了。学生往往根据专业和自己的规划，提出订单式的多技能的实习需求。每一实践技能往往有多个可选的实习岗位进行训练。学生在岗位上训练技能时往往要处理真实的业务工作，其持续时间是不确定的，具有一定的随机性。在实习岗位上的设备可能出故障，其故障的恢复时间也具有随机性，在故障恢复期学生将不能在该实习岗位上。在这种状况下，协调实习岗位和学生实践需求是一个非常难的问题，给实践教育基地的高效运行带来挑战，解决其建模和运行问题具有重要的理论研究价值和实际应用意义。

针对实践教育基地协调实习岗位和学生实践需求中存在的问题，提出订单式柔性实习模型，探讨一种有效的运行方式。

2 问题描述

在实践教育基地中，引导员负责在基地实习岗位、学校之间通知并协助学生以实现安全有序实习。实践教育基地中实习岗位为Jobm（m=1，2，…，J），不失一般性，实习岗位和学校都认为是岗位，实习岗位总数目为CJOB，实习岗位的集合标记为JOB，学校岗位总数目为CW，学校岗位的集合标记为W，合作单位基地的前台为I/O，引导员为robotr（r=1，2，…，R）。

MTBFm（Mean Time Between Failure）：实习岗位的平均无故障时间。MTTRm（Mean Time To Repair）：实习岗位的平均恢复时间。τ：实践教育基地启动后的某一时刻记为τ，启动时刻可以记为τ=0。实践教育基地启动后正常运行的一段连续时间，时间长度记为T，作为评估优化的一个时间区间。要实习的学生记为stui（i=1，2，…，n）。假设stui的开始实习时间为releasei，要求的实习结束期为di，实际完成实习的时间为ci，迟延的惩罚系数为wi。在运行过程中的某一时刻τ，stui的迟延时间tardinessi可以定义为：

在实际实习中，实践技能的训练时间是随机不确定的，仅能根据经验估计和大量历史数据统计给出训练时间的估计值，训练时间是介于最小和最大训练时间之间有限个离散点的随机变量，采用如下离散概率模型来描述技能训练时间的分布。

3 建立模型

假设实习岗位、学生和引导员都为具有随机实时属性变量的实体，相互的结合、停留与分拆代表处理开始、正在处理和处理完毕等，所有实体所处的状态联合在一起就是当前系统的状态，根据当前系统状态进行判断发出实时的执行指令。鉴于该想法，建立订单式柔性实习的模型。这里采用Petri网形式进行建模并进行扩充。

首先，代表网中的令牌集合，令牌的信息包括基本属性和随机动态属性，在变迁的作用下组合和分拆令牌时，将保留基础令牌的一些关键属性变量。一个令牌θ用着色的实心小椭圆表示。

然后，E代表令牌的实时使能函数，表示在某时刻令牌能否移动，可以移动到哪里。

最后，IT代表智能变迁有限集，是可控延时连续变迁ITc。可控延时连续变迁ITc所需要的时间由令牌的随机动态实时属性决定，一个可控延时连续变迁ITc用两条竖线夹一个圆圈||表示。

变迁的智能函数根据令牌的随机动态属性，实时确定令牌优先级，将令牌移动到合适的库所。变迁的执行以下步骤：

即优先考虑将学生安排到实习岗位上实习而不是安排回去学校，同时优先选择训练时间最小的实习岗位，即如果有实习岗位可安排，则将学生安排到可最快完成训练的实习岗位上，如果没有实习岗位可安排，则安排回去学校。

步骤3：变迁根据优先级，将高优先级的学生安排到合适的岗位上，从而移动随机令牌。

当前Petri网理论中不存在令牌停留在变迁的情况，本文进行扩充，停留在变迁中的随机令牌的实时属性决定了变迁的延迟，有利于对实际过程中随机实时的情况进行建模。由于令牌可以停留在变迁中，那么变迁的触发扩充为输入和输出触发，将令牌移入变迁和从变迁移出令牌。瞬时离散变迁则与传统Petri网相同。在这里，变迁使能的决定因素是随机令牌的实时属性。

在标识M和时刻τ中，由随机令牌使能的变迁将触发，它的触发将使系统的标识由M变为M'。根据变迁的智能函数进行判断，移动选中的实时令牌θ。可控延时连续变迁tc输入使能的触发，将从前置库所中移动令牌到tc中，

4 结 论

第一，本文针对实践教育基地岗位的有限和学生实习的柔性需求，提出协调实习岗位和学生实践需求的问题，并对该问题进行描述。第二，采用Petri网形式进行建模并进行扩充，让令牌（tokens）携带实体的描述信息和随机动态信息，让变迁具有智能函数从而将移动令牌，令牌停留在变迁中的随机实时信息作为变迁的延时，更好地建立不确定环境中教育实践基地订单式柔性实习的模型。