服务水平敏感需求下排队系统的合作决策研究

Due to randomness and sensitivity to service level of its demand, a queueing system can easily result in system congestion or idle capacity problems. Development of information technology promotes the development of various forms of sharing and makes it common for queueing systems to collaborate to alleviate mismatch between capacities and demands. This project studies collaboration among queueing systems with service-level sensitive demand. First, the factors which affect the success of collaboration among queueing systems will be discussed. Then, conditions under which queueing systems should collaborate will be established. Furthermore, pooling based collaboration and allocation policy based collaboration among queueing systems will be analyzed, respectively. Algorithms to solve the collaborative optimization problem will be proposed and corresponding cooperative games will be established. Fair cost allocations will be designed to allocate cost among different queueing systems. This project will also analyze how demands’ sensitivity to service level affect service providers’ decision to collaborate. Numerical simulation methods will be applied to compare the performance of difference cost allocation rules and mechanisms. Through case studies, this project will also try to answer questions like: how competition affects stability of collaboration among queueing systems; how collaboration between queueing systems will affect their competitive behaviors, customer surplus, and social welfare. This project promotes intersection development of different subjects and disciplines, such as operations research, stochastic processes, and cooperative game theory. The topic of this project also highly coincides with the five development concepts, “Innovation, Harmonization, Green, Openness, Sharing”. Thus, this projects has great theoretical and practical significance.

排队系统由于面临需求的随机性及服务水平的敏感性，极易出现系统拥塞或服务能力的闲置问题。信息技术的发展促进了不同形式合作共享的实现，使得通过合作来缓解排队系统需求与能力不匹配的现象越来越普遍。本项研究以排队系统合作为研究对象，考虑服务水平敏感需求，分析排队系统合作的影响因素，讨论排队系统合作的条件。分别针对排队系统池化合作与基于分配策略的合作形式，设计排队系统合作优化算法，建立合作博弈模型，设计公平合理的费用分配方案，并进一步讨论服务水平敏感需求对排队系统合作决策的影响。应用计算机模拟对不同费用分配方法进行比较。结合实际案例，讨论具有竞争的排队系统合作的联盟稳定性，分析排队系统合作如何影响竞争、消费者剩余和社会福利。该项研究对运筹优化、随机过程、合作博弈理论与方法的发展以及学科交叉有着积极的促进作用，同时也契合了“创新、协调、绿色、开放、共享”五大理念，因此具有重要的理论价值和现实意义。

排队系统由于面临需求的随机性及服务水平的敏感性，极易出现系统拥塞或服务能力的闲置问题。信息技术的发展促进了不同形式合作共享的实现，使得通过合作来缓解排队系统需求与能力不匹配的现象越来越普遍。因此，本项目以排队系统合作为研究对象，考虑服务水平敏感需求，分析排队系统合作的影响因素，讨论排队系统合作的条件。项目研究取得了一系列研究结果，主要包括以下几个方面：（1）排队系统合作的影响因素及合作条件分析。针对具有私有信息的M/M/1排队系统合作的机制设计，提出了一种迭代机制，同时满足战略防范性、预算平衡性、个体合理性和收敛性。（2）基于分配策略的排队系统合作研究。针对不同的排队系统，建立了基于分配策略的合作博弈模型，提出了属于相应的合作博弈核心的费用分配方案。（3）排队系统池化合作研究。分别针对顾客池化和资源池化，研究了先收费制排队系统的定价策略，以及设备共享的费用分配问题。（4）排队系统参与者行为对消费者剩余和社会福利的影响。分别研究了考虑顾客延迟敏感性的备货型生产系统的定价与库存控制，以及考虑损失厌恶型顾客的服务系统定价和服务能力策略。（5）医疗排队系统中CT室预约问题研究。另外，项目还在供应链协作、算法设计优化等方面取得了一些成果。项目研究丰富了排队系统合作理论，同时在实践上为服务管理者提供了决策建议，因此具有重要的理论价值和现实意义。项目在国内外的一些重要学术刊物上已发表(录用)论文18篇，其中SCI检索收录10篇，国内重要期刊7篇，国际会议1篇；培养博士生1名，硕士生5名，另有2名博士生和1名硕士生在读。