大型設備預約系統時間分配模型的設計與實現

孫 宇， 高祿梅， 任金妮， 賈申利

(西安交通大學 實驗室與資產管理處，陜西 西安 710049)

0 引 言

大型設備是高校、科研院所從事教學科學研究工作的重要基礎保障和優勢資源[1-8]。為充分發揮大型設備使用效率，服務廣大的科研工作者，創造最大限度的作用和效益[9-11]，教育部、科技部分別頒布了《高等學校儀器設備管理辦法》[12]和《大型精貴儀器管理暫行辦法》鼓勵高校大型設備開放共享。各高校在制定本校大型設備管理辦法時，都按照辦法要求，將設備共享要求寫入文件中。但是如何切實落實政策規定，在實際中貫徹執行共享要求，卻是各校共同面臨的問題。西安交通大學通過正在進行的大型設備網絡化信息平臺的建設，設計提出了“角色限制彈性時間分配”模型，有效地貫徹落實了我校的管理思路，在推動大型設備共享方面做出了積極的探索，也為構建大型設備網絡化平臺建設發揮了有益的推動作用。

1 大型設備共享管理思路

“西安交通大學大型精密儀器設備管理辦法”[13]中明確指出，“大型設備管理單位都有責任向全校提供使用服務，也可在滿足校內要求的前提下，向社會開放，充分利用大型精密儀器設備的使用周期，發揮大型精密儀器設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原則：①最大限度提升設備運行時間；②優先保障校內科研、教學時間；③兼顧各類用戶需求，鼓勵設備共享。

2 角色限制彈性時間分配模型

依照上述原則，在系統構建中，希望建立一個公平開放平臺，在平臺中通過角色限制彈性時間分配算法，實現我校管理思路。在算法中，構建兩類用戶角色：校內用戶SC及校外用戶SO。每次拿出一段時間作為預約比例基準，開放共享。每類用戶在該段共享時間內可使用時間比例分別由下限(SCb，SOb)和上限(SCt，SOt)決定。用戶預約日期為Ts，申請日期為To，校內預約密度為ρSC，校外預約密度ρSO，任何一類用戶超出算法規則范圍后即被鎖定，解除條件為Tpre>Ts-To，Tpre為設定解限時間。

算法條件如下：

算法規則：①設備正常開放時間段內，兩類用戶競爭預約，先提交申請者先獲準預約時間。②任何一類用戶預約比例達到該類用戶預約上限時，即被鎖定，直至解鎖條件滿足后再次分配預約時間。

算法條件保證了設備能夠在有預約需求的情況下，最大限度開機。算法規則能夠滿足學校中按照用戶身份(校內/校外)分配設備使用時間的政策要求。

典型場景見表1。

表1 角色限制彈性時間分配模型典型場景參數對比表

①重復預約比例：該參數指某類用戶受到預約條件限制，實際申請單元數量超過批準單元數量。重復預約比例=(提出申請單元-被拒絕預約單元)/總開放單元。

②當校內預約密度小的時候，校內用戶分配單元數量可以達到校內用戶上限SCt，也可以小于該上限。

③當校內預約密度大的時候，校內用戶分配單元數量可以不受校內用戶上限限制，超過SCt，直至100%。

3 模型解釋與分析

在該模型的建立下，校內校外兩類用戶建立平等競爭的機制、同時兼顧兩類用戶的預約需求密度。即在每類用戶的預約上限未達到的情況下，兩類用戶提出預約申請，系統檢測申請單元是否被占用，未被占用即被分配。當任何一類用戶達到上限限制后，暫時被鎖定，在達到解限條件后(即另一類用戶無人預約，且解限條件成立)被再次放開。

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

對于該模型，我們進行如下的測試。

3.1 優先保證校內用戶

(1) 模型參數環境。假設設備每天可開放單元數為4，一次開放時間為30 d，即總開放單元數為120個。提前解凍天數*4為2 d。校內人員限制范圍[0,90%]，校外人員限制范圍[0,10%]。

(2) 提前解凍天數。指一類用戶被鎖定后，而另一類用戶沒有預約的情況下，為避免開放單元無法預約而產生空閑浪費，在到期日前若干天內解除鎖定。

① 假定校內需求密度為20，校外為10，即校內需求更大。實驗結果如圖1所示。

圖1 校內用戶優先圖(校內需求旺盛)

由圖中我們看出，紅色和藍色實線分別表示了校外、校內用戶的單元分配對比，期初，兩類用戶平均分配時間，當校外用戶達到比例限制后，由于校內需求十分旺盛，則保證了校內用戶的使用權。藍色虛線表示了校內用戶的分配比例，最終達到了90%，紅色虛線表示了校外用戶，最終為10%。在水平坐標軸上可以看出，圓點(紅色)表示分配給校外用戶的單元編號，三角(藍色)表示分配給校內用戶的單元編號。由于每天能夠提供4個預約單元，對于校外用戶來說，總預約量為10%，即12個單元，則在本次開放周期(30 d)的前1.2 d內被分配完畢，而對于校內用戶來說，108個預約單元則在前5.4 d分配完畢。在該段時間內，先提交申請的用戶，先分配時間。

22假定校內需求密度為2，校外為20，即校外需求更大。實驗結果如圖2所示。

在本圖中我們看到，雖然所有參數未變，但是最終結果卻有了變化。兩類用戶的比例均達到了50%左右，原因為，為了保護校內用戶，一直等到前50%的單元均被分配完畢后，校內需求被全部滿足，而此時機器仍有空閑，則校外用戶接下來被滿足。在算法的控制下，兩類用戶的預約比例不受初始比例限制，而機器的運行比例則能夠達到最大值，即100%。

圖2 校外用戶優先圖(校外需求旺盛)

在本圖中，需要說明的情況為藍色箭頭標注的地方為解限通過的情況，即提交申請日期距離申請日期范圍小于Tpre。

3.2 兩類用戶公平競爭

模型參數環境：假設設備每天可開放單元數為4，一次開放時間為30 d，即總開放單元數為120個。提前解凍天數為2 d。校內人員限制范圍[0，100%]，校外人員限制范圍[0,100%]。

假定校內需求密度為2，校外為2，即校內外需求平等。實驗結果如圖3所示。

圖3 兩類用戶公平競爭圖(需求同等)

在圖3中，我們看到，兩類用戶完全按照平均分配的原則，誰有需求，滿足誰。本次試驗中，由于需求總量正好等于開放單元，所以全部需求均被滿足。而當需求不足情況如圖4所示：青顏色的虛線表示了設備總利用效率，出現利用率不滿的情況。

圖4 兩類用戶公平競爭圖(需求欠缺)

在需求過旺情況下，會出現未通過申請的情況，如圖5所示。

圖5 兩類用戶公平競爭圖(需求旺盛)

4 結 語

西安交通大學近年來在推進大型設備共享，提高設備使用效益方面努力探索，始終創新，積極拓寬學校大型設備管理思路，提高服務水平。伴隨我校新一代預約管理系統的建設，該模型已在該系統中得到應用。該模型的應用，將我校的管理思路落實在實際操作中[14-15]，通過計算機程序進行實時計算控制。隨著系統的持續運行，我們還將對現實數據進行分析，對模型的適應性及切合度進行進一步的觀察。

[1] 聞星火, 梁國華, 黃 樂. 大型儀器開放服務的實踐與思考[J].實驗技術與管理, 2007,24(6):1-5.

WEN Xing-huo, LIANG Guo-hua, HUANG Le. Practicing and thinking in sharing of valuablelarge instruments and equipment [J]. Experimental Technology and Management, 2007,24(6):1-5.

[2] 張文璐, 汪成楚. 高校大型儀器設備開放服務探討[J].高校實驗室工作研究, 2006(1):58-60.

ZHANG Wen-lu, WANG Cheng-chu. Study on sharing of valuablelarge instruments and equipment in highschool [J].College Laboratory Research, 2006(1):58-60.

[3] 孫緒華. 關于促進我國大型科研儀器設備共享的思考[J].實驗技術與管理, 2006, 23(11):10-14.

SUN Xu-hua. Study on promoting to share scientific precision instruments in China[J]. Experimental Technology and Management,2006, 23(11):10-14.

[4] 張冀川, 陳俊杰. 面向服務的大型科學儀器共享平臺[J].太原理工大學學報, 2009, 40(2):130-133.

ZHANG Ji-chuan, CHEN Jun-jie. Service-oriented Large- scale ScienceInstruments Shareable Platform [J]. Journal of Taiyuan University of Technology,2009, 40(2):130-133.

[5] 項曉慧,阮 慧,李五一.高校大型儀器共享管理系統建設的探討與實踐[J]. 實驗技術與管理，2011(1)：196-198.

Xiang Xiao-hui, Ruan Hui, Li Wu-yi.Exploration and practice on construct ion of open-sharing managementsystem for large-scale instruments in colleges and universities[J]. Experimental Technology and Management,2011(1):196-198.

[6] 陳子輝,王澤生.高校大型儀器設備開放和共享[J].實驗室研究與探索，2010(2)：163-167.

CHEN Zi-hui,WANG Ze-sheng.On Open-Sharing of Large-Scale Instruments & Equipments in Universities [J]. Research and Exploration in Laboratory, 2010(2)：163-167.

[7] 劉柏山.高校大型儀器設備共享管理研究[J].黑龍江科技信息，2010(15)：103.

LIU Bo-shan. Study on sharing oflarge-scale instruments in colleges [J].Heilongjiang Technology Information，2010(15)：103.

[8] 刁叔鈞.高校大型儀器設備共享管理機制的探討[J].實驗技術與管理.2010(7)：194-196.

DIAO Shu-jun. Discussion on the mechanism of sharing and management of largeinstruments and equipment in colleges and universities[J]. Experimental Technology and Management,2010(7)：194-196.

[9] 張遠方,鄭 琦.加強高校大型儀器設備管理的探討[J].實驗技術與管理.2010(7)：200-202.

ZHANG Yuan-fang, ZHENG Qi. Discussion on strengthening management of large-scale instrumentsand equipment in colleges and universities [J]. Experimental Technology and Management,2010(7)：200-202.

[10] 李云峰,汪成楚,李劍峰,等.理工類高校大型儀器設備共享模式的探討[J].實驗技術與管理，2010(3)：288-291.

LI Yun-feng, WANG Cheng-chu, LI Jian-feng, et al.Discussion on sharing mode for large-scale instruments and equipmentin colleges and universities of science and technology [J]. Experimental Technology and Management,2010(3)：288-291.

[11] 聞星火,郭英姿,魏 婧,等.高校大型儀器共享系統建設實踐與探索[J].實驗技術與管理，2010(9)：1-5.

WEN Xing-huo, Guo Ying-zi, WEI Jing,et al. Practice and explorat ion on construction of valuable apparatussharing system in colleges and universities [J]. Experimental Technology and Management,2010(9)：1-5.

[12] 高等學校儀器設備管理辦法，百度公司[EB/OL].[2012-11-21].http://baike.baidu.com/view/3406650.htm.

[13] 西安交通大學大型精密儀器設備管理辦法，西安交通大學[EB/OL].[2012-11-21].http://www.dpm.xjtu.edu.cn/newsdetail.aspx?tablename=regulations&article_id=85.

[14] 高祿梅，賈申利，楊 帥，等. 推進大型設備開放共享的研究與實踐[J].實驗室技術與管理，2011,11(28)：217-220.

GAO Lu-mei, JIA Shen-li, YANG Shuai, etc.Research and practice on promoting open-sharing of large-scale equipment[J]. ExperimentalTechnology andManagement,2011,11(28)：217-220.

[15] 楊 帥,張慶林,任金妮. 基于Internet的大型設備共享系統[J]. 高校實驗室工作研究,2005(2):73-74.

YANG Shuai, ZHANG Qing-lin, REN Jin-ni.Large-scale equipment sharing system based on Internet [J].College Laboratory Research,2005(2):73-74.

把提高質量作為教育改革發展的核心任務。樹立科學的質量觀，把促進人的全面發展、適應社會需要作為衡量教育質量的根本標準。樹立以提高質量為核心的教育發展觀，注重教育內涵發展，鼓勵學校辦出特色、辦出水平，出名師，育英才。

——摘自《國家中長期教育改革和發展規劃綱要》