扫雪工具交接方案的优化问题

扫雪优化方案设计与实践关于扫雪工具交接方案的优化问题报告第六小组年级：2013级院系：信息学院专业：信息管理与信息系统完成时间：2015年11月扫雪优化方案设计与实践第1页目录目录................................................................1一、优化问题的分析..................................................21、优化问题的现状分析...............................................22、优化问题的选择...................................................23、优化目的.........................................................34、研究算法描述.....................................................3二、实际问题上具体情况分析及模型研究................................4（一）现阶段基本情况................................................41.概况..............................................................42劣势分析..........................................................42.1拥堵现象.......................................................42.2“抢工具”现象..................................................42.3送、取工具发生冲突..............................................52.4工作赘余........................................................53.具体数据..........................................................5（二）、优化后的扫雪描述............................................61.方案前提..........................................................62.方案实施..........................................................6三、模拟应用.......................................................101.运用Excel，规划求解，我们建立如下模型进行运算,如下图所示：......102.规划求解参数.....................................................103.模拟结果.........................................................11四、评价与分析.....................................................121.结果分析.........................................................12（一）时间标准.....................................................12（二）铲子运输总距离标准...........................................122.总结评价.........................................................13五、结语...........................................................13六、小组分工.......................................................13扫雪优化方案设计与实践第2页一、优化问题的分析1、优化问题的现状分析扫雪是每一位在校生都要履行的责任和义务，现以辽宁大学信息学院的扫雪制度为例，对现状进行分析。首先，由学生会生活部工作人员事先为各班级划分扫雪区域，接着，一般在雪停后的中午通知大家下课后去工具储存室领取扫雪工具，由于人数众多，通常会在哲理楼一楼大厅形成拥堵，造成了取完工具同学的出行不便。此外，由于工具数目不足，许多班级的扫雪任务只能等待其他班级完成扫雪后才能展开，扫雪工具从哲理楼出发再回到哲理楼，大大降低了工具的有效使用时间，也浪费了每位同学的个人时间。2、优化问题的选择小组同学根据以上现象，决定以“优化工具的交接方案、提高工具的有效使用率”为优化的主要问题，对扫雪问题进行优化。计划将两个年级二十个班（此处假设两个年级共设二十个班级）的同学分为两组，每组十个班级，并将此问题转化为相应模型，利用算法算出第一组的每个班级在完成扫雪任务后将扫雪工具转交给哪一个区域的班级，才会使工具的闲置时间最短。扫雪优化方案设计与实践第3页3、优化目的小组同学利用运筹学相关知识，构建模型对扫雪问题进行优化。目的在于相比之前的扫雪制度，可以最大限度地减少工具在运输过程中的限制时间，以及班级同学排队领取扫雪工具的时间，提高个人工作效率以及工具的有效使用率。4、研究算法描述物流和供应链管理是当前管理研究的热点和前沿领域。供应链是一个由物流系统和该供应链中的所有单个组织或企业相关活动组成的网络。为满足供应链中顾客需求，需要对商品服务及相关信息，从产地到消费地高效率低成本的流动及存储进行规划、执行和控制。运筹学中对运输模型的研究为达到上述目的提供相应的理论基础。在我们小组所研究的扫雪工具的分配利用问题中，由于涉及到工具在班级之间的传递交接问题，为使其在转接和接下来的工具入库过程中更加人性化和合理化，我们决定采用运输问题的数学模型来解决现实生活中的这一实际问题。在这里，我们将扫雪过程分为两批进行。并且定义第一批（假设为2014级）扫雪的班级为产地，第二批（假设为2015级）扫雪的班级为销地。根据学校历年的招生情况分析，我们认为可以假定学校相邻两年的招生人数基本不变。在此基础上，我们定义我们的算法是运输问题中的产销平衡问题。（当然，根据实际情况，我们也可以进行人数不相等的情况下的运算，在这里我们不做分析）。基于此，我们开展小组的算法模型设计以及问题求解。扫雪优化方案设计与实践第4页二、实际问题上具体情况分析及模型研究（一）现阶段基本情况1.概况现以辽宁大学信息学院13、14级（共22班）为例，介绍冬季扫雪概况。首先根据院学生会发布的通知，在中午12:00下课后统一到哲理楼一楼工具室领取扫雪工具，由于人数较多，须排队领取工具，此时一般由班级生活委员或班长在工具室内向外传送工具。班级同学领取工具后，到事先指定的区域完成扫雪任务，完成任务后，再将工具送回工具室。但由于工具短缺（大约只满足11个班），存在有些班级只好等其他班级完成扫雪任务后再去工具室领取工具，延时完成扫雪任务，完成任务后，同样需要将扫雪工具送回工具室。2劣势分析2.1拥堵现象由于领取扫雪工具的人员较多，而这些人员大都在哲理楼一楼大厅等候，这既影响了教职工的出入，又影响了取完工具准备扫雪同学的出行，造成了很大的不便。2.2“抢工具”现象由于扫雪是在午休期间，在各班级同学排队领取扫雪工具时，排在后面的班级难免着急，所以存在未领取工具的班级与正在领取工具的班级同时领取工具，从而影响了整体的时间，使效率降低。扫雪优化方案设计与实践第5页2.3送、取工具发生冲突在第一批班级完成扫雪任务将扫雪工具送回工具室时，与将要领取工具的班级发生冲突，同样会造成拥挤。此外，由于同学送工具的速度不同，还会导致有一部分同学留置，继续等待工具，这大大延长了完成扫雪任务所需要的时间。2.4工作赘余第二批扫雪的同学还要等到第一批的扫雪工具送回工具室才可以取到，在此期间，第二批同学去往工具室取工具的路程以及第一批同学送工具的路程形成了赘余，降低了交接工具的效率。3.具体数据模拟现有的扫雪制度，估算出扫雪总时间为73min，见表2-1，第二批班级领取工具的时间是我们优化的主要问题。批次流程第一批班级（11个）第二批班级（11个）领取工具1142完成扫雪去往分担区时间33扫雪时间2525送回工具时间33总时间4273最终时间73单位:分钟表2-1扫雪优化方案设计与实践第6页（二）、优化后的扫雪描述经过对实际问题的分析，我们对扫雪过程的安排进行了调整，设计了一套新的方案如下：1.方案前提将扫雪区域进行22等分后编号（两个年级共22个班级），考虑到部分区域的交通便利重要性，保障人车安全出行，选择11个区域为第一批清扫区域，第一批区域按照到达仓库距离从小到大依次编号为A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K区域，第二批区域编号分别为a、b、c、d、e、f、g、h、i、j、k区域。2.方案实施2.122个班级进行编号为1-22号，并抽签选择负责扫雪区域。扫雪优化方案设计与实践第7页编号年级专业班级人数抽签负责区域113软件130B213软件230C313软件329H413硬件132E513硬件232G613信管124I713信管223A813电子130D913电子230K1013通信137J1113通信231F1214软件128i1314软件230c1414硬件128j1514硬件230d1614硬件330g1714信管124e1814信管224k1914电子129b2014电子230f2114通信132h2214通信230a根据抽签结果，通知各班级。2.2X：00时，抽到第一批开始区域的11个班级（按负责区域由远及近的顺序K→A）去仓库领取工具，每班1min。2.3各班拿到工具并到达.对应区域，根据领取工具的顺序加上到达扫雪区域的距离远近时间的计算平均每个班从去工具到扫雪区域的最大时间之和为11min（10+1为最大花费时间）。2.4铲雪，每班25min。铲雪完成待检查员检查后，直接把工具送到优化算法计算出来的对应的第二批班级负责的区域。（若存在工具多余，则直接将多余工具送到仓库）2.5X：00+36min开始，第二批扫雪班级直接到达对应扫雪区域，用第一批送来的工具开始扫雪（25min），清扫完成后直接将工具送扫雪优化方案设计与实践第8页回仓库(max=3min)。2.6X：00+64min时，扫雪结束。区域划分表扫雪优化方案设计与实践第9页扫雪优化方案设计与实践第10页三、模拟应用1.运用Excel，规划求解，我们建立如下模型进行运算,如下图所示：单位距离表区域一区域二abcdefghijkA318286254252254237237237309345381B334302238236238229229229301337373C350318222220222213213213285321357D366334206204206197197197269305341E430398238204174142142142214250286F446414254220190126126126198234270G464432272236208108108108180216252H53650434430828014410872108144180I5545223623262981621269090126162J57254038034431618014410872108144K5905583983623341981