【国赛优秀论文D题】化工厂巡检路径规划与建模 附国赛原题目

普大帝

你好！我是陪你一起进阶人生的普大帝！愿你成才！祝你成长！
国赛前我会陆续更新一些国赛的优秀论文，大家根据下图箭头所示，在网页的搜索框内搜索“国赛优秀论文”就可以搜索到相关内容，并且可在线查看摘要、问题重述、问题分析等部分内容。下载前可登录并右上角签到获取体力，本次的论文为2017年D题的优秀论文，同时配套2017年的D题原题。

化工厂巡检路径规划与建模

摘 要

本文主要研究化工厂巡检路径规划与排班问题。为提高巡检效率，优化资源分配，需制定科学合理的巡检路径。通过对化工厂巡检工作内容和特点分析，并制定相应的目标体系及约束条件，建立了最短路径的多目标规划模型，使用
lingo 和 Excel 求解，得到巡检人员最少的优化方案。针对问题一：以每班需巡检人员尽可能少，工作量尽可能平衡为目标，以固时上班、无休息时间、每条线路周期不超过 35min、每天三班制、每班 8 小时左右为约束，建立多目标规划模型，用图论法求解。先考虑分区，以线路周期内包含尽可能多巡检点与最短路径为目标，将所给巡检点连通图分组，得到共 5 条巡检路线，最少需 5 名巡检人员，如路线：22-21-4-2-1-3-6-14-21（具体巡检路线见正文图 6，巡检时间表见附录表 1、2、3）。为使每条路线在一段时间内的总行走时间均衡，引入均衡度，越小越合理。该模型均衡度为 0.35较大，为满足要求，故采用五线三班轮倒制。考虑到该模型在巡检人员每个周期的回程中浪费大量时间，所以不分区处理，利用最短路径和巡检耗时，得到将巡检点全部巡检的最少用时。用巡检一周的最少用时与 35min 的比值，得到最少巡检人数 4 名，该优化模型在固时上班条件下，第二班次巡检人员无法在指定时间到达指定点，无法形成班次循环，但可在错时上班条件下应用。针对问题二：在第一问模型基础上，新增每 2 小时左右巡检人员休息 5-10min、在中午 12 时和下午 6 时需进餐 30 分钟的约束，经分析，巡检人员每 2 小时的休息时间，可通过减少巡检周期大于 35min 的巡检点巡检次数得到，若线路中无大于 35min 周期的巡检点或压缩时间太少，可将线路分段并增加巡检人员。最终得到共 6 条路线，最少需要 6 名巡检人员，如路线:22-21-4-2-1-2-3-6-14-21。（具体巡检路线见正文图 8，巡检时间表见附录表 4、5、6）为使进餐时能正常工作，给需进餐的班次增加人员，轮换进餐，维持正常检。经分析，将两次进餐时间段都放入同一班次的上班时间内，可最大减少人力资源浪费，且 6 条巡检路线中有一条可在进餐后仍在指定时间到达指定地点。因此，得到第一班次共需11 人，第二、三班次分别需 6 人。该模型均衡度较大，所以采用三班轮倒制。针对问题三：对于问题一，在错时上班条件下，可利用问题一中建立的优化模型直接进行求解，得到巡检路线 1 条，共需巡检人员 4 人。与问题一结果比较，减少了人力资源浪费。对于问题二，在错时上班条件下，调整各班次上下班时间
即可减少人力资源浪费，可得到每班次巡检人员 6 人，且线路不变，仍为 6 条巡检线路。与问题二结果比较，减少了资源浪费。
关键词：多目标规划 巡检路径 最短路径 图论法 均衡度

一、问题重述

某化工厂现有 26 个工作点需要进行巡检来保证正常生产，每个工作点的巡检周期、巡检耗时、各点之间的连通关系及行走所需时间在附件中给出。工人可以按固定时间上班，也可以错时上班，在调度中心（XJ0022）得到巡检任务后以调度中心为起点开始巡检，且每个工作点每次巡检只需一名工人。试建立模型来安排巡检人数和巡检路线，使得所有工作点都能按要求完成巡检任务，并且巡检人数尽可能少，同时每名工人在一时间段内（如一周或一月等）的工作量尽可能均衡。
问题 1  ：在每天三班倒，每班工作时间为 8 小时左右，且上下班时间固定，不考虑工人的休息时间等条件下，建立模型。安排巡检线路，给出工人的巡检路线和巡检时间表。
问题 2  ：在工人每工作 2 小时左右休息一次、休息时间 5 到 10 分钟、中午12 时和下午 6 时进餐一次及每次进餐时间为 30 分钟等条件下，仍采用每天三班倒，试建立模型确定每班需要多少人及巡检路线，并给出巡检人员的巡检线路和巡检时间表。
问题 3  ：如果采用错时上班，重新讨论问题 1 和问题 2，并分析错时上班能否使巡检人数更少。

四、问题分析

化工厂生产中使用的原料、半成品和成品种类繁多，绝大部分是易燃、易爆、有毒、有腐蚀性的危险品。在生产、运输、使用中管理不当，就会发生火灾、爆炸、中毒和烧伤事故，给工作人员生命财产安全和工厂生产造成重大影响。因此，建立数学模型来解决巡检人员的巡检路线及排班问题，以保证化工生产安全是极为重要的。
针对问题一：以每班需要巡检人员尽可能少与工人工作量尽可能平衡作为目标条件；以固时上班、巡检人员无休息时间、每条线路周期小于等于 35min、每天三班制、每班工作 8 小时左右为约束条件，建立多目标规划模型。可使用图论法对该模型进行求解。而后通过分区巡检与不分区巡检的两种模型对比，得到最优模型。
针对问题二：在第一问的模型基础上，新增巡检人员每 2 小时左右休息5-10min、在中午 12 时和下午 6 时需要进餐 30 分钟的约束条件，经分析，巡检人员每2小时的休息时间可以通过减少巡检周期大于35min的巡检点的次数来得到；若线路中没有大于 35min 周期的巡检点或压缩时间太少，可将线路分段并增加巡检人员。为使进餐时也能正常工作，给需要进餐的班次增加巡检人员，轮换进餐，维持正常巡检。
针对问题三 ：在问题一、问题二模型的基础上，采用错时上班，并分别重新建立模型，分析错时上班是否能使巡检人员更少。对于问题一，在错时上班条件下，可利用问题一中建立的优化模型直接进行求解，对于问题二，在错时上班条件下，调整各班次上下班时间即可减少人力资源浪费。

fgfroom214

真的好，我又可以学习到一个好论文了