现场服务排队近似M/G/m模型系统仿真及应用

来源 :上海交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wajohn
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大多西方发达国家在20世纪70年代就进入服务经济社会。我国服务业的发展集中在改革开放以后,据统计,服务业占我国国民经济总量的比重从1978年的23.7%上升到了2009年的39.3%,服务业就业比重从1978年的12.2%上升到2010年的40%。在一些经济发达地区,服务业比重早已经达到或超过50%,进入服务经济社会。有预测表明2020年服务业在我国国民经济总量的比重和就业比重将分别达到48.2%和51%。服务业在我国将扮演着越来越重要的角色,尤其是在消费者个性化需求快速增长的年代,各种各样定制服务蓬勃发展,许多企业逐渐走出固定的营业场地推出上门服务活动,此举为顾客提供了更多的便利,也使企业更加接近顾客。这同时要求服务代表在顾客所在地为顾客提供服务,也就是需要采用现场服务的服务方式。   现场服务是服务业的一个重要范畴,涉及到产品的最终使用,因此在国外受到广泛的研究和关注,我国的服务业发展滞后,所以多数人对现场服务比较陌生。时下备受国内外媒体瞩目的是丰田“召回门”事件的处理方式,丰田在中国和美国采用了截然不同的处理方式,如丰田针对美国的消费者提供上门维修并有相关补偿等,而在中国则需要消费者到4S店维修并无任何赔偿措施。显然丰田在美国采用现场服务模式,在中国则仅仅采用普通服务模式,由此更加凸显了我国现场服务研究的滞后。在未来,随着我国的工农业生产向机械化,自动化和智能化方向发展,大众消费品向高科技化方向发展,现场服务必将占据越来越重要的位置。现场服务除了和盈利性企业运营紧密相关外,和公共服务领域也密切联系,诸如警务治安,消防救护和赈灾抢险等都可以囊括在现场服务范畴,因此有关现场服务的研究有其深远的理论意义和实践价值。   服务业面临的最大问题是资源的有限性,在此情况下,服务系统不可避免地涉及排队等待问题,排队论便在解决此类问题的情况下应运而生。现场服务业由于涉及到服务代表的旅行,而现场服务中心与客户之间的空间距离,以及服务代表数量的制约都是难以逾越的,所以资源有限性的特点就愈加明显。除了少数几种特殊排队系统的稳态特征描述能够用数学方式明确地表述外,大多数排队系统难以用数学方式表述,现场服务排队系统由于其复杂性不仅难以用准确的数学公式描述,而且采用接近方法研究也有其局限性。仿真一直是评估复杂系统表现的重要工具,因此,本文选择仿真作为研究现场服务排队系统的主要方法。   目前有一些关于单服务台排队系统(如M/M/1,GI/GI/1,Geo/M/1,损失制M/G/1等)的仿真研究,然而只有少数几篇关于M/M/m和Geo/M/m多服务台排队系统的仿真研究。由于可供参考的文献有限,而现场服务的排队过程比较复杂,本文在马尔科夫过程和经典M/M/m排队系统的理论知识基础上,建立基于马尔科夫状态转移过程的排队系统仿真理论。仿真过程模拟排队系统的状态转移变化,实现事件的生灭过程,改变服务台的忙闲状态和服务代表的位置(针对现场服务)等等。本文率先利用该理论建立M/M/m排队系统的仿真模型,利用Matlab强大的矩阵运算功能汇编仿真程序,在不同参数设定情况下试验M/M/m(m>3)仿真模型以获得其特征描述,并与理论值相比较。仿真结果帮助解决了两个问题,一是设定合适的仿真次数,二是验证仿真理论的科学性和准确性。结果发现,当循环20000次时,仿真结果和理论值十分接近,并比现有的一些仿真结果优越(Queue2.0)。随后吸纳了递归降维分析法的基本思想,将二优先权M/M/m模型推广到三优先权或三优先权以上M/M/m模型,再次利用基于马尔科夫状态转移过程的排队系统仿真理论分别建立三优先权非抢占M/M/m模型,三优先权抢占M/M/m系列衍生模型,突破了目前多数文献只能求解二优先权排队系统的瓶颈,仿真结果与现有的理论结论相吻合.   Kimura和Yao等学者在20世纪80年代采用逼近方法获得M/G/m模型的接近解,Tang在Yao的扩散逼近M/G/m模型基础上结合现场服务的特点提出现场服务支持系统的状态相关排队近似M/G/m模型,用此模型来制定售后现场服务人力资源计划。Tang并没有对整个系统进行模拟仿真,另外也没有获得该系统的特征描述。现场服务排队近似M/G/m模型的总服务时间包括服务代表的旅行时间和服务代表的现场服务时间,本文在M/M/m模型状态转移过程中导入服务代表的旅行,分别建立基于服务代表最早空闲时间和服务代表最早响应时间的仿真模型。基于服务代表最快响应时间的现场服务排队近似M/G/m模型和Tang的现场服务支持系统的状态相关排队近似理论相吻合,仿真结果也证明基于服务代表最快响应时间的仿真模型比基于服务代表最早空闲时间的仿真模型优越,统称基于服务代表最快响应时间的仿真模型为现场服务排队近似M/G/m模型。该模型可以配合网络选址理论用来确定满足现场服务提供商提出的“X小时响应时间”服务保证所需要的服务代表数量,以及制定服务代表在外地驻扎的服务策略。首先根据客户拥有的设备数量对客户间距离矩阵加权处理,获得任意客户到达其他客户的N维加权距离和向量,结合距离矩阵的聚类分析结果可以帮助选择某公司的服务中心和子服务中心的最佳位置。其次以平均响应时间(即客户等待时间)为评估排队系统性能的重要依据,利用现场服务排队近似M/G/m模型确定满足某服务保证的最少服务代表数量。最后将服务代表配置在不同的驻扎地点形成多种配置策略,通过仿真结果辅佐选择最优配置策略。   现场服务过程中优先权问题十分普遍,最后本文进一步利用基于马尔科夫状态转移过程的排队系统仿真理论将多优先权M/M/m排队系统和现场服务排队近似M/G/m模型整合,建立多优先权非抢占现场服务排队近似M/G/m模型,多优先权抢占现场服务排队近似M/G/m系列衍生模型(其中包括抢占中断恢复,抢占中断重新开始,以及混合高优先权抢占中优先权非抢占等)。同一排队系统在不同的优先权策略下,各优先权客户的特征描述大相径庭,如果能够准确地描述各模型的特征,无疑可以掌握其适应范围,并帮助企业或事业单位的管理者根据资源和服务特性选择合适的优先权模式。此外多优先权现场服务排队近似M/G/m模型也可以和子现场服务中心选址结合,确定排队系统所需要的服务代表数量和制定服务代表在外地驻扎策略等。   本文的创新之处主要体现在以下几个方面:   (1)建立基于马尔科夫状态转移过程的排队系统仿真理论。马尔科夫状态转移过程是研究排队系统的重要手段,本文在汲取现有仿真方法和排队系统理论研究的基础上构建基于马尔科夫状态转移过程的排队系统仿真理论,并用来仿真M/M/m模型,多优先权M/M/m模型(大于或等于三优先权),M/G/m模型,现场服务排队近似M/G/m模型,以及多优先权现场服务排队近似M/G/m模型,仿真结果验证了该仿真理论的普适性。   (2)除了获得经典M/M/m模型和M/G/m模型的特征描述外,本文同时获得目前还难以准确描述的三优先权M/M/m系列衍生模型的特征描述,现场服务排队近似M/G/m模型的特征描述,以及三优先权现场服务排队近似M/G/m系列衍生模型的特征描述。通过修改后可以获得更多模型的特征描述。   (3)实现现场服务排队模型和现场服务中心选址的有机结合。传统的排队模型和现实情况有一定差异,所以应用上有一定局限性。本文论证了响应时间作为评估现场服务排队系统性能的理论依据,并将现场服务排队模型和现场服务中心选址结合在一起,用来决定保证“服务承诺”所需的服务代表数量,选择服务代表的外驻地点,确定服务代表的外驻策略,以及制定排队系统的优先策略等。   通过本文的研究,最终形成一套完整的排队系统仿真理论体系,和一套完整的现场服务运营策略决策体系。受到篇幅的限制,本文研究的重点有所局限,然而其实际价值却远不限于此。第一,重点研究先到先服务(FCFS)服务规则的排队系统,但通过适当修改可以拓展到后到先服务(LCFS)服务规则的排队系统。第二,重点放在现场服务领域,事实上本文的研究成果在基于服务实施的普通服务领域也有广泛的应用价值,如银行的优先权排队。第三,以运营领域的售后现场服务为研究对象,不过本文的研究成果对公共服务领域的现场服务也会适用,深入的研究随后将会开展。
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