大型設(shè)備預(yù)約系統(tǒng)時(shí)間分配模型的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

孫 宇， 高祿梅， 任金妮， 賈申利

(西安交通大學(xué) 實(shí)驗(yàn)室與資產(chǎn)管理處，陜西 西安 710049)

0 引 言

大型設(shè)備是高校、科研院所從事教學(xué)科學(xué)研究工作的重要基礎(chǔ)保障和優(yōu)勢(shì)資源[1-8]。為充分發(fā)揮大型設(shè)備使用效率，服務(wù)廣大的科研工作者，創(chuàng)造最大限度的作用和效益[9-11]，教育部、科技部分別頒布了《高等學(xué)校儀器設(shè)備管理辦法》[12]和《大型精貴儀器管理暫行辦法》鼓勵(lì)高校大型設(shè)備開(kāi)放共享。各高校在制定本校大型設(shè)備管理辦法時(shí)，都按照辦法要求，將設(shè)備共享要求寫(xiě)入文件中。但是如何切實(shí)落實(shí)政策規(guī)定，在實(shí)際中貫徹執(zhí)行共享要求，卻是各校共同面臨的問(wèn)題。西安交通大學(xué)通過(guò)正在進(jìn)行的大型設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化信息平臺(tái)的建設(shè)，設(shè)計(jì)提出了“角色限制彈性時(shí)間分配”模型，有效地貫徹落實(shí)了我校的管理思路，在推動(dòng)大型設(shè)備共享方面做出了積極的探索，也為構(gòu)建大型設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化平臺(tái)建設(shè)發(fā)揮了有益的推動(dòng)作用。

1 大型設(shè)備共享管理思路

“西安交通大學(xué)大型精密儀器設(shè)備管理辦法”[13]中明確指出，“大型設(shè)備管理單位都有責(zé)任向全校提供使用服務(wù)，也可在滿(mǎn)足校內(nèi)要求的前提下，向社會(huì)開(kāi)放，充分利用大型精密儀器設(shè)備的使用周期，發(fā)揮大型精密儀器設(shè)備的最大作用和效益”。

在政策的指引下，我們制定了三條指導(dǎo)原則：①最大限度提升設(shè)備運(yùn)行時(shí)間；②優(yōu)先保障校內(nèi)科研、教學(xué)時(shí)間；③兼顧各類(lèi)用戶(hù)需求，鼓勵(lì)設(shè)備共享。

2 角色限制彈性時(shí)間分配模型

依照上述原則，在系統(tǒng)構(gòu)建中，希望建立一個(gè)公平開(kāi)放平臺(tái)，在平臺(tái)中通過(guò)角色限制彈性時(shí)間分配算法，實(shí)現(xiàn)我校管理思路。在算法中，構(gòu)建兩類(lèi)用戶(hù)角色：校內(nèi)用戶(hù)SC及校外用戶(hù)SO。每次拿出一段時(shí)間作為預(yù)約比例基準(zhǔn)，開(kāi)放共享。每類(lèi)用戶(hù)在該段共享時(shí)間內(nèi)可使用時(shí)間比例分別由下限(SCb，SOb)和上限(SCt，SOt)決定。用戶(hù)預(yù)約日期為T(mén)s，申請(qǐng)日期為T(mén)o，校內(nèi)預(yù)約密度為ρSC，校外預(yù)約密度ρSO，任何一類(lèi)用戶(hù)超出算法規(guī)則范圍后即被鎖定，解除條件為T(mén)pre>Ts-To，Tpre為設(shè)定解限時(shí)間。

算法條件如下：

算法規(guī)則：①設(shè)備正常開(kāi)放時(shí)間段內(nèi)，兩類(lèi)用戶(hù)競(jìng)爭(zhēng)預(yù)約，先提交申請(qǐng)者先獲準(zhǔn)預(yù)約時(shí)間。②任何一類(lèi)用戶(hù)預(yù)約比例達(dá)到該類(lèi)用戶(hù)預(yù)約上限時(shí)，即被鎖定，直至解鎖條件滿(mǎn)足后再次分配預(yù)約時(shí)間。

算法條件保證了設(shè)備能夠在有預(yù)約需求的情況下，最大限度開(kāi)機(jī)。算法規(guī)則能夠滿(mǎn)足學(xué)校中按照用戶(hù)身份(校內(nèi)/校外)分配設(shè)備使用時(shí)間的政策要求。

典型場(chǎng)景見(jiàn)表1。

表1 角色限制彈性時(shí)間分配模型典型場(chǎng)景參數(shù)對(duì)比表

①重復(fù)預(yù)約比例：該參數(shù)指某類(lèi)用戶(hù)受到預(yù)約條件限制，實(shí)際申請(qǐng)單元數(shù)量超過(guò)批準(zhǔn)單元數(shù)量。重復(fù)預(yù)約比例=(提出申請(qǐng)單元-被拒絕預(yù)約單元)/總開(kāi)放單元。

②當(dāng)校內(nèi)預(yù)約密度小的時(shí)候，校內(nèi)用戶(hù)分配單元數(shù)量可以達(dá)到校內(nèi)用戶(hù)上限SCt，也可以小于該上限。

③當(dāng)校內(nèi)預(yù)約密度大的時(shí)候，校內(nèi)用戶(hù)分配單元數(shù)量可以不受校內(nèi)用戶(hù)上限限制，超過(guò)SCt，直至100%。

3 模型解釋與分析

在該模型的建立下，校內(nèi)校外兩類(lèi)用戶(hù)建立平等競(jìng)爭(zhēng)的機(jī)制、同時(shí)兼顧兩類(lèi)用戶(hù)的預(yù)約需求密度。即在每類(lèi)用戶(hù)的預(yù)約上限未達(dá)到的情況下，兩類(lèi)用戶(hù)提出預(yù)約申請(qǐng)，系統(tǒng)檢測(cè)申請(qǐng)單元是否被占用，未被占用即被分配。當(dāng)任何一類(lèi)用戶(hù)達(dá)到上限限制后，暫時(shí)被鎖定，在達(dá)到解限條件后(即另一類(lèi)用戶(hù)無(wú)人預(yù)約，且解限條件成立)被再次放開(kāi)。

這樣做有兩點(diǎn)好處：①避免機(jī)器空置浪費(fèi)。最大限度提高機(jī)器使用率(即機(jī)器使用率=校內(nèi)用戶(hù)需求率+校外用戶(hù)需求率)。②保證兩方用戶(hù)利益。任何一方，在對(duì)方需求量很旺盛的情況下，會(huì)被嚴(yán)格限制以保護(hù)另外一方的利益，而在對(duì)方需求量低的情況下，又可以突破范圍限制，由系統(tǒng)按照需求密度，彈性分配單元。盡力保證各方最大限度使用設(shè)備。

對(duì)于該模型，我們進(jìn)行如下的測(cè)試。

3.1 優(yōu)先保證校內(nèi)用戶(hù)

(1) 模型參數(shù)環(huán)境。假設(shè)設(shè)備每天可開(kāi)放單元數(shù)為4，一次開(kāi)放時(shí)間為30 d，即總開(kāi)放單元數(shù)為120個(gè)。提前解凍天數(shù)*4為2 d。校內(nèi)人員限制范圍[0,90%]，校外人員限制范圍[0,10%]。

(2) 提前解凍天數(shù)。指一類(lèi)用戶(hù)被鎖定后，而另一類(lèi)用戶(hù)沒(méi)有預(yù)約的情況下，為避免開(kāi)放單元無(wú)法預(yù)約而產(chǎn)生空閑浪費(fèi)，在到期日前若干天內(nèi)解除鎖定。

① 假定校內(nèi)需求密度為20，校外為10，即校內(nèi)需求更大。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 校內(nèi)用戶(hù)優(yōu)先圖(校內(nèi)需求旺盛)

由圖中我們看出，紅色和藍(lán)色實(shí)線(xiàn)分別表示了校外、校內(nèi)用戶(hù)的單元分配對(duì)比，期初，兩類(lèi)用戶(hù)平均分配時(shí)間，當(dāng)校外用戶(hù)達(dá)到比例限制后，由于校內(nèi)需求十分旺盛，則保證了校內(nèi)用戶(hù)的使用權(quán)。藍(lán)色虛線(xiàn)表示了校內(nèi)用戶(hù)的分配比例，最終達(dá)到了90%，紅色虛線(xiàn)表示了校外用戶(hù)，最終為10%。在水平坐標(biāo)軸上可以看出，圓點(diǎn)(紅色)表示分配給校外用戶(hù)的單元編號(hào)，三角(藍(lán)色)表示分配給校內(nèi)用戶(hù)的單元編號(hào)。由于每天能夠提供4個(gè)預(yù)約單元，對(duì)于校外用戶(hù)來(lái)說(shuō)，總預(yù)約量為10%，即12個(gè)單元，則在本次開(kāi)放周期(30 d)的前1.2 d內(nèi)被分配完畢，而對(duì)于校內(nèi)用戶(hù)來(lái)說(shuō)，108個(gè)預(yù)約單元?jiǎng)t在前5.4 d分配完畢。在該段時(shí)間內(nèi)，先提交申請(qǐng)的用戶(hù)，先分配時(shí)間。

22假定校內(nèi)需求密度為2，校外為20，即校外需求更大。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

在本圖中我們看到，雖然所有參數(shù)未變，但是最終結(jié)果卻有了變化。兩類(lèi)用戶(hù)的比例均達(dá)到了50%左右，原因?yàn)?，為了保護(hù)校內(nèi)用戶(hù)，一直等到前50%的單元均被分配完畢后，校內(nèi)需求被全部滿(mǎn)足，而此時(shí)機(jī)器仍有空閑，則校外用戶(hù)接下來(lái)被滿(mǎn)足。在算法的控制下，兩類(lèi)用戶(hù)的預(yù)約比例不受初始比例限制，而機(jī)器的運(yùn)行比例則能夠達(dá)到最大值，即100%。

圖2 校外用戶(hù)優(yōu)先圖(校外需求旺盛)

在本圖中，需要說(shuō)明的情況為藍(lán)色箭頭標(biāo)注的地方為解限通過(guò)的情況，即提交申請(qǐng)日期距離申請(qǐng)日期范圍小于Tpre。

3.2 兩類(lèi)用戶(hù)公平競(jìng)爭(zhēng)

模型參數(shù)環(huán)境：假設(shè)設(shè)備每天可開(kāi)放單元數(shù)為4，一次開(kāi)放時(shí)間為30 d，即總開(kāi)放單元數(shù)為120個(gè)。提前解凍天數(shù)為2 d。校內(nèi)人員限制范圍[0，100%]，校外人員限制范圍[0,100%]。

假定校內(nèi)需求密度為2，校外為2，即校內(nèi)外需求平等。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 兩類(lèi)用戶(hù)公平競(jìng)爭(zhēng)圖(需求同等)

在圖3中，我們看到，兩類(lèi)用戶(hù)完全按照平均分配的原則，誰(shuí)有需求，滿(mǎn)足誰(shuí)。本次試驗(yàn)中，由于需求總量正好等于開(kāi)放單元，所以全部需求均被滿(mǎn)足。而當(dāng)需求不足情況如圖4所示：青顏色的虛線(xiàn)表示了設(shè)備總利用效率，出現(xiàn)利用率不滿(mǎn)的情況。

圖4 兩類(lèi)用戶(hù)公平競(jìng)爭(zhēng)圖(需求欠缺)

在需求過(guò)旺情況下，會(huì)出現(xiàn)未通過(guò)申請(qǐng)的情況，如圖5所示。

圖5 兩類(lèi)用戶(hù)公平競(jìng)爭(zhēng)圖(需求旺盛)

4 結(jié) 語(yǔ)

西安交通大學(xué)近年來(lái)在推進(jìn)大型設(shè)備共享，提高設(shè)備使用效益方面努力探索，始終創(chuàng)新，積極拓寬學(xué)校大型設(shè)備管理思路，提高服務(wù)水平。伴隨我校新一代預(yù)約管理系統(tǒng)的建設(shè)，該模型已在該系統(tǒng)中得到應(yīng)用。該模型的應(yīng)用，將我校的管理思路落實(shí)在實(shí)際操作中[14-15]，通過(guò)計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算控制。隨著系統(tǒng)的持續(xù)運(yùn)行，我們還將對(duì)現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)模型的適應(yīng)性及切合度進(jìn)行進(jìn)一步的觀(guān)察。

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把提高質(zhì)量作為教育改革發(fā)展的核心任務(wù)。樹(shù)立科學(xué)的質(zhì)量觀(guān)，把促進(jìn)人的全面發(fā)展、適應(yīng)社會(huì)需要作為衡量教育質(zhì)量的根本標(biāo)準(zhǔn)。樹(shù)立以提高質(zhì)量為核心的教育發(fā)展觀(guān)，注重教育內(nèi)涵發(fā)展，鼓勵(lì)學(xué)校辦出特色、辦出水平，出名師，育英才。

——摘自《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要》