理论教育 深入剖析《运筹学》中的(M/M/1)

深入剖析《运筹学》中的(M/M/1)

时间:2023-11-26 理论教育 版权反馈
【摘要】:显然,这是一个生灭过程,即典型的:排队模型。由于机器总数为N,系统内的平均队长为L,所以系统外的平均数为N-L,于是有可以把λ/μ理解为服务员的占用率,则有即有于是有排队长Lq顾客平均停留时间W顾客平均等待时间Wq2.:排队模型的示例下面以一个例题,对:排队模型的相关运行指标进行计算。

深入剖析《运筹学》中的(M/M/1)

(M/M/1):(N/N/FCFS)排队模型和(M/M/1):(∞/∞/FCFS)排队模型在结构上的区别是系统的容量有限,即系统最多容纳的顾客数为N个;顾客的来源有限,即顾客源的总体为N个;另外,每个顾客到达并经过服务以后,仍然回到原来的顾客源,所以这个顾客仍然可以再来。

下面以技术人员维修机器问题来引出相关的参数。

假设一名技术人员负责维修一定数量的机器,当某台机器坏的时候,可能因为已经有机器正在修理,机器不得不排队等待。在正常情况下,技术人员负责维修机器的数目一般不能太多,即不能把机器当成是无限的顾客来源,否则会造成不切实际的偏差。另外,这个系统的容量是有限的,因为有限的顾客源会自动地形成系统的容量。显然,这是一个生灭过程,即典型的(M/M/1):(N/N/FCFS)排队模型。

现在假定一名技术人员负责N台机器的维修,每一台机器从维修好到再次损坏时的平均周转时间为1/r,服从指数分布,因为指数分布有“无记忆性”的特性,所以r即为一台机器维修时的到达强度。如果有N-1台机器进入维修状态,即只有一台机器正在工作,那么到达强度为 r;如果有两台机器正在工作,由泊松分布的可加性可知,那么到达强度为 2r。正在工作的机器数等于服务机器总数N与进入维修状态的机器数n之差,所以系统在状态为n时的到达强度为

假定对一切n,服务强度μn=μ。

1.(M/M/1):(N/N/FCFS)排队模型的相关指标

(1)状态概率分布Pn

由公式(11.63)可得

于是有

(2)队长L

为了推导L、Lq、W和Wq,需要求出系统的平均到达强度λ。由于机器总数为N,系统内的平均队长为L,所以系统外的平均数为N-L,于是有

可以把λ/μ理解为服务员的占用率,则有

即有

于是有

(3)排队长Lq

(4)顾客平均停留时间W

(5)顾客平均等待时间Wq

2.(M/M/1):(N/N/FCFS)排队模型的示例(www.daowen.com)

下面以一个例题,对(M/M/1):(N/N/FCFS)排队模型的相关运行指标进行计算。

例11.5 一名机修工人负责4台机器的维修工作。假设每台机器在维修之后平均可运转5天,服从泊松分布,而平均修理一台机器的时间为2天,服从指数分布,现在计算此排队系统的有关运行指标。

解 这是一个(M/M/1):(N/N/FCFS)排队模型,依题意有N=4,r=1/5=0.2,μ=1/2=0.5。

(1)没有机器维修的概率P0

根据公式(11.64)有

(2)2台机器处于维修状态的概率P2

根据公式(11.63)有

(3)4台机器全部处于维修状态的概率P4

根据公式(11.63)有

(4)队长L。

根据公式(11.66)有

(5)排队长Lq

根据公式(11.67)有

(6)机器维修的平均停留时间W。

根据公式(11.68)有

(7)机器维修的平均等待时间W。

根据公式(11.69)有:

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