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探究施工企业机械管理中运筹学的应用
摘要：采用高效合理的维修、更换方案，有助于企业提质增效。机械设备的更新、维修以及故障损失等相关工作是施工企业机械管理的重要组成部分。本文列举实例提出机械管理中的一系列数学模型，在解决过程中采用了运筹学的方法。
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随着我国现代化建设的深入推进，大量建设工程纷纷展开，机械化施工的应用更加广泛，以道路和桥梁施工为例，大面积使用机械化施工，如推土机、装载机、平地机、挖机、土方车、泵车、架桥机、塔式起重机等。在各种类型工程的施工建设过程中，加强机械设备的维修与管理，选择合理的设备更换、维修方案，改善设备的使用状况，不仅保证了施工质量和工期，还降低了机械成本，最大限度的提高了企业的经济效益。
1、运筹学概述
运筹学是利用数学方法研究各种系统优化问题的学科，是一种非常有效的数学工具。其可以针对实际工作，提炼并构建数学模型，以求解最优方案形式制定相应的优化措施。运筹学在工程建设领域中有很大的应用空间，如投标项目的选择；生产计划的制定；人、材、机各项费用的控制；采购和库存计划；设备的更新问题；工程投标决策问题；资金运作问题等。常用的运算研究方法包括排队论、线性规划、图网法、对偶论、存储理论、决策理论等。其理论和方法在建设项目管理活动领域中已得到普及，产生十分可观的经济效益。本文对运筹学在设备维修、更新中的应用进行了举例分析和论述，并探讨了其在工程机械管理中的推广应用。
2、利用排队论对设备维修问题进行简单分析
排队论，或称随机服务系统理论，是运筹学中理论、应用都比较成熟的分支。通过对服务对象到达和服务时间的统计研究，得到这些定量指标（等待时间、排队长度、忙期长短等）的统计规律，然后对服务系统进行改进和优化，使之能够满足需要，又能有良好的经济指标或其他指标。
排队论模型在设备管理中可应用于维修调度、故障排除等方面。机械设备的维修可以看作需求源为有限的排队模型（M/M/1/∞/m），这种系统在机械维修中使用较多。假设对系统的需求是m，当排队系统中有n个需求时，服务系统外的新潜在需求减少到m-n个。假设每个单位时间、每个需求到达排队系统的概率或平均次数都是相同的λ，然后是系统外需求对系统的平均到达率λn=(m-n)λ。显然，平均到达率随着系统n的状态而变化。
例如施工现场有5台混凝土泵车。每辆泵车的连续运行时间呈负指数分布，平均连续运行时间为120min。1名修理工负责为泵车更换清理泵管，每次更换或清理时间服从负指数分布，每次平均15min。求该排队系统的数量指标Po、Ls、Lq、Ws、Wq和τ。
解决方案。假设每小时每台泵车的平均故障次数服从泊松分布，因此排队系统为系统，其中：λ=1/120，m=5，μ=1/15，ρ=λ/μ=0.125
3、利用网络图最短路线方法解决机具更新问题
Dijkstra算法指求解。指定两点Vs、Vt之间的最短路径，或是从指定点Vs到另外一点的最短路径，现在来说是Wij≥0下求最短路问题的最好方法。
其基本思路基于以下原理：假设P是从Vs到Vt的最短路径，Vi是Ｐ中的一个点，则Vs到Vi的最短路径就是Vs沿Ｐ到Vi的那条路。
采用标记法：Ｔ标记与Ｐ标记。Ｔ标记为暂定的标记，Ｐ标记为永久性标记。给Vi点一个Ｐ标记时，该标记表示从Vs到Vi点的最短路权，并且该点的标记不再变化。当给出Ｔ标记时，Ｔ标记表示从Vs到Vi点的最短路权的上限，这是其临时标记。凡没有得到Ｐ标记的点都有Ｔ标记。算法的每个步骤都将某个点的Ｔ标记更改为Ｐ标记。当终点Vt得到Ｐ标记时，结束以上的计算。
例如在建筑工地使用1台设备，并且在每年年初决定是否更新。若购买新设备，则必须支付购买金额；若使用老设备，则要支出维修费用。尝试制定5年更新计划，以最大限度地降低总成本。
假设已知在不同年份购买的设备和不同机器役龄时的残值和维护成本，如表1所示。
解：将该问题化为最短路问题。Vi表示第i年购买了一台新设备，虚设点V6表示第5年结束；弧（Vi、Vj）表示在第i年开始的时候购买的设备一直使用到第j年开始（第j-1年年底）；弧（Vi、Vj）旁的数字表示第i年购买的设备，一直使用到第j年初所需支值和维护成本，如表1所示。表1
解：将该问题化为最短路问题。Vi表示第i年购买了一台新设备，虚设点V6表示第5年结束；弧（Vi、Vj）表示在第i年开始的时候购买的设备一直使用到第j年开始（第j-1年年底）；弧（Vi、Vj）旁的数字表示第i年购买的设备，一直使用到第j年初所需支付的采购、维修的全部费用。设备更新问题就变为求从V1到V6的最短路径，具体计算结果如表2、图1所示。
由计算结果可知，136vvv→→为最短路，路长为49。那么第1年、第3年初各采购一台新设备最划算，5年的支出之和为49万元。
4、结语
综上所述，将机械设备管理中的实际问题构建成数学模型，然后应用运筹学思维，用一些数学方法进行定量分析，求得合理的工作效率、费用等最佳方案，是机械管理中一种非常有效的方法和手段。由此可知在机械设备管理的实际工作中，及时总结归纳遇到的各类问题和数据，构建合适的模型，并运用一些科学的方法加以分析，使解决方法更经济、更效率，即可提高施工企业的机械管理水平。
参考文献：
[1]覃晨.综合客户联络中心系统多媒体任务调度的设计与实现[J].北京邮电大学:软件工程,2008,06(01).
[2]胡运权.运筹学基础及应用[M].哈工大出版社.
[3]曲尚勇.基于LINUX的导航系统路径规划算法研究及实现[J].学校(西华大学):计算机应用技术,学位,2009,04(01).
孟凡磊,庄荟燕.运筹学在施工企业机械管理中的应用研究[J].中国设备工程,2019,(10):30-31. DOI:10.3969/j.issn.1671-0711.2019.10.026.
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2020年5月28日，教育部印发《高等学校课程思政建设指导纲要》，全面推进高校课程思政建设。《纲要》指出，全面推进高校课程思政建设是深入贯彻习近平总书记关于教育的重要论述和全国教育大会精神、落实立德树人根本任务的战略举措，高校要深化教育教学改革，充分挖掘各类课程思想政治资源，发挥好每门课程的育人作用，全面提高人才培养质量。
2020-11-21
随着现代科学技术的飞速发展,运筹学相关研究日渐深入,应用范围日趋广泛,在军事领域中的作用也越来越重要。军事运筹学是应用数学和计算机等科学技术方法系统研究各类军事活动,并为决策优化提供理论和方法的军事学科,具有多学科综合交叉、注重实际应用、应用范围广、注重方案的最优性等特点。
2020-08-10
《运筹学》是一门把科学的方法应用于建立和求解数学模型，以便采取行动解决实际问题的科学。也就是运用科学的方法（如分析、试验、量化等）来决定如何最佳地运营和设计各种系统的一门学科。[1,2]运筹学也是一门综合性学科，其整合了数学、计算机及其其他相关科学内容，以期获得最优的结果做出最准确的决策。
2020-08-10
在全球能源消费日益增长的背景下，除了建造新的发电厂外，“需求响应”为缓解紧张的电力需求提供了一个经济有效的方法。在需求响应模式下，供电商在电力批发市场价格升高或系统可靠性受威胁时给电力用户发出电力价格变更信号或诱导性调整负荷通知，电力用户根据这些信号改变习惯用电模式，错峰用电，从而保障电网稳定，并抑制电价上升的短期行为。
2020-07-08
RGV是一种无人驾驶、能在固定轨道上自由运行的智能车。它根据指令来控制移动方向还有距离，具有一个机械手臂、两只机械手爪加一个物料的清洗槽，能够完成上下料及清洗物料等任务。2003年，Malmborg教授及其课题组首先提出自动小车存取系统，它主要包括轨道导引小车系统，通过RGVS小车进行货物存取。
2020-07-08
专利是知识产权的主要表达形式，在当今知识经济、科技引领的时代下，已成为企业发展和竞争的制高点。专利质量体系与企业的运营发展息息相关，企业传统的产品市场占有量发展模式逐步采用创新竞争模式。对于企业而言，专利是保护自身产品、防御对他人侵权的重要武器；是企业技术创新能力的证明；是企业规划开辟多源收入的重要手段。
2020-07-08
在工程设计中，材料不均匀、安装误差等问题的存在，往往会对结构性能造成各种影响甚至破坏。传统结构设计没有考虑施工过程中的不确定因素，而实际施工中载荷和材料性质等不断变化，这些不确定因素会使失效概率不断增大。为了确保产品的结构可靠性，有必要对不确定结构可靠度分析方法进行研究。
2020-07-08
“魔鬼在细节”。做好国际工程项目，要如履薄冰，因为往往一个细节的疏忽，就会导致项目成本大幅增加。做好一个项目，业主和承包商之间需要一种良好的合作氛围。对于承包商来说，不能过于计较一城一池的得失，该放弃的放弃，该争取的争取，最终会形成一个共赢的局面。
2020-07-08
依据《孙子兵法》对国家情报战略进行系统运筹，能够明确在国际情报对抗中的情报主体与情报客体的资源与结构，所面临的问题和所受的限制，指导国家情报工作有目的地进行“造形”与“治气”，创造情报主体的行动优势，取得情报对抗的胜利，为国家安全与发展保驾护航。
2020-07-08
自由粒子优化算法作为基于量子算法模型中的骨架模型，结构简洁，易于实现，通过对算法进行策略的改进，会使得算法的性能得到很好的提升。在自由粒子模型下的零势阱和谐振子模型下的高斯势阱的启发下，将优化问题中的目标函数进行势阱等效和泰勒近似实现量子模型下的转化，通过粒子在空间中的存在形式指导优化算法的寻优过程，实现量子模型的搜索机制。
2020-07-08
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期刊名称：数学进展
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出版地方：北京
专业分类：科学
国际刊号：1000-0917
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2019-12-28
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