1.П-6. Аренда с предоплатой

Компания должна арендовать складское пространство на следующие 6 месяцев года. Известно, какие площади будут требоваться в каждом из этих месяцев. Однако, так как эти пространственные требования весьма различны, неясно, арендовать ли максимальную площадь на 6 месяцев, арендовать ежемесячно только те площади, которые востребованы в данном месяце или попытаться составить оптимальный план аренды на следующие 6 месяцев и заключать договоры по мере необходимости на один или несколько месяцев в соответствии с планом.

Требующиеся площади: 30, 20, 40, 10, 50 и 20 тыс.м2 в январе, феврале, …, июне месяце соответственно. Стоимость аренды 1 м2 на 1, 2, 3, 4, 5 и 6 месяцев: 7; 12.8; 18.6; 23.6; 27.5 и 31.2 $ соответственно, оплата вперед за весь срок в пределах 6 мес.

Учтите, что в январе расходы на аренду не должны превышать $400 тыс.,

ав феврале и в марте по $200 тыс.

a.Составьте план аренды, минимизирующий затраты.

b.Сравните с оптимальным планом различные варианты аренды, которые можно было бы предложить не решая задачу (скажем те, что были упомянуты в условии задачи).

c.Представьте, что никаких финансовых ограничений нет, сколько денег можно было бы сэкономить на соответствующем этому случаю плане аренды?

d.Рассмотрите вопрос о кредите, который можно взять в январе под 5% в месяц, чтобы реализовать этот лучший план. Помните, что в реальности вы можете выплатить в первые три месяца только 400, 200 и 200 тыс. соответственно, а в следующие 3 мес. ваши финансовые возможности не ограничены. Стоит ли взять кредит?

Решение задачи.

Вначале давайте определимся с выбором переменных задачи. Так как по смыслу задачи нам необходимо решить для каждого месяца, сколько квадратных метров (точнее, десятков тысяч. м2) складской площади нанимать и на какой срок, имеет смысл выбрать 36 переменных – 6 сроков найма для каждого из шести месяцев. Понятно, что примерно половина переменных должны оставаться нулями, так как мы не можем нанимать площади в начале июня, например, на срок больше месяца. А на все шесть возможных сроков складские площади можно арендовать только в январе. Но с этими подробностями можно разобраться позже.

Целевая функция задачи – общая сумма арендной платы. Имея план найма по месяцам подсчитать ее не сложно.

На Рис. 43 показан вариант организации данных на листе Excel. В строке C3:H3 собраны данные о стоимости аренды на сроки от 1 до 6 месяцев. Так как платить нужно сразу за весь срок найма, данные о стоимости аренды в расчете на один месяц нам не понадобятся. В табличке C7:H12 будут располагаться

переменные. При этом число в ячейке E8, например, будет означать, сколько тыс. м2 складской площади на срок 3 месяца мы арендуем в феврале месяце.

Рис. 43

В столбце J7:J12 будем подсчитывать, сколько тыс. м2 площади имеется у нас в аренде в каждом из шести месяцев полугодия. На рисунке показаны формулы для расчета. Эти формулы не так просты, как можно было бы ожидать, потому что почти каждый раз нужно учитывать не только те площади, которые мы наняли в текущем месяце, но и нанятые ранее на срок больше месяца.

Для января, конечно, все просто, так как нанятых ранее площадей нет. Значит, простая сумма нанятых в январе площадей и есть полная арендованная площадь.

Для расчета суммарного количества складских площадей в феврале нужно сложить все площади, нанятые в феврале, и добавить площади, нанятые в январе на срок два месяца и более (формула =СУММ(C8:G8;D7:H7)).

Для расчета суммарного количества складских площадей в марте нужно сложить все площади, нанятые в марте, и добавить площади, нанятые в феврале на срок два месяца и более и нанятые в январе на срок три месяца и более. И т.д. вплоть до июня, в котором мы имеем все площади, нанятые в июне на месяц, плюс нанятые в мае на два месяца, плюс нанятые в апреле на три месяца, …, плюс нанятые в январе на шесть месяцев.

Эти количества имеющихся в каждом месяце площадей должны быть не меньше плановой потребности (ячейки K7:K12).

Рис. 44

Вячейках C14:C19 (Рис. 44) подсчитаем сколько денег будет затрачено на аренду в каждом месяце. При принятой схеме оплаты для этого нужно просто умножить нанятые в данном месяце площади на цены аренды и сложить.

Впоследней ячейке столбца (C20) все месячные выплаты просуммированы. Эта сумма и будет целевой функцией задачи оптимизации.

Кроме упомянутого выше ограничения на количество необходимых площадей в задаче есть и другие ограничения. Они касаются максимальных денежных расходов в январе, феврале и марте. Для того, чтобы можно было удобно задать соответствующие ограничения в Поиске решения максимальная величина затрат в каждый из этих трех месяцев также записана в таблице в ячейках H14:H16.

Таким образом, все необходимое для постановки задачи Поиску решения сделано, остается поставить задачу и выполнить оптимизацию.

Однако, до того, как найти оптимальное решение, неплохо было бы попробовать подыскать план аренды «вручную», для сохранения интриги, так сказать, и чистоты эксперимента.

Попробуем первое очевидное решение – нанимать каждый месяц ровно столько, сколько нужно в этом месяце на срок в один месяц (Рис. 45).

Рис. 45

Итого, общая величина затрат 1190 тыс. Пока нам не с чем сравнивать это число. Однако, можно отметить, что при таком плане аренды мы не укладываемся в лимит расходов в марте месяце.

Можно даже не пробовать аренду 50 тыс. м2 на шесть месяцев в январе. Очевидно, что расходы превысят 1500 тыс., притом, что лимит расходов в январе

400 тыс.

Так как плата за месяц аренды при больших сроках меньше, очевидно, что следует максимально использовать такую скидку. Наименьшие потребности в площадях составляют 10 тыс. м2 (в апреле). В связи с этим можно нанять в январе 10 тыс. м2 на шесть месяцев и еще 20 на один месяц. А в остальные месяцы донанимать к имеющимся 10 тыс. м2 столько, сколько не хватает до плановой потребности.

Рис. 46

Такой план приведен на Рис. 46. Расходы снизились до 1082 тыс. Однако есть перерасход средств в январе и марте.

Если не задаваться целью не иметь лишних площадей, можно обратить внимание на то, что в феврале и июне нужно 20 тыс. м2, Таким образом, сняв в январе 20 тыс. м2 на все шесть месяцев можно полностью покрыть потребности этих месяцев и заодно сильно сократить затраты на ежемесячный найм площадей. Правда в апреле 10 тыс. м2 будут простаивать, но проверить такой план не мешает. Результат расчета приведен на следующем рисунке (Рис. 47).

Рис. 47

Отличный по деньгам план – 1044 тыс. долларов! Действительно, выгодно иметь некоторое количество лишних площадей, так как скидки за длительный срок аренды перекрывают расходы от найма лишних площадей. К сожалению, применение такого плана невозможно, из-за перерасхода средств в январе – у нас просто нет 694 тыс. в этом месяце.

В целом получается, что мы можем подобрать неплохие планы аренды, однако они не реализуемы из-за перерасхода средств. А подбирать план с учетом месячных лимитов средств хоть и можно, но это достаточно трудоемкая работа. Поэтому вернемся к оптимизации.

Перечислим сначала все требующиеся установки Поиска решения. Целевая ячейка – C20, суммарные затраты.

Цель – минимум расходов.

Изменяемые ячейки – C7:H12. Можно, конечно, выделить шесть диапазонов ячеек: C7:H7, C8:G8, C9:F9, C10:E10, C11:D11 и С12 (для этого при указании ячеек в Поиске решения надо удерживать нажатой клавишу CTRL), но это необязательно. Во-первых, экономия переменных тут не требуется. А вовторых, Поиск решения и сам, без дополнительных ограничений оставит лишние ячейки нулевыми. Ведь при подсчете снятой площади (ячейки J7:J12) лишние ячейки не используются, зато они учитываются при расчете оплаты (ячейки C14:C19). Так что при минимизации расходов лишние переменные автоматически обнулятся.

Кроме обычных ограничений линейности модели и не отрицательности переменных (вкладка Параметры) нужно добавить только два групповых ограничения.

1.Суммарные арендуемые площади не меньше, чем ежемесячные потребности – J7:J12>=K7:K12.

2.Суммарные затраты в первые три месяца не должны превышать 400, 200 и 200 тыс. соответственно – C14:C16<=H14:H16.

Все, можно делать расчет.

Результат оптимизации не слишком нас удивил (Рис. 48).

Рис. 48

В общем, это похоже на два последних наших плана. Они только слегка скорректированы для учета ограничений на расход средств. Тем не менее, теперь мы можем быть уверены в том, что лучшего плана аренды не существует.

Здесь кстати проверить, каковы будут издержки, если не учитывать лимит средств. Для этого можно убрать соответствующее ограничение из Поиска решения, а лучше просто заменить верхние границы расходов большими числами

(Рис. 49).

Рис. 49

Как вы можете убедиться, этот план мы нашли раньше (Рис. 47) и отметили его, как очень хороший, но не укладывающийся в лимит расходов. Видимо, именно этот план имеет смысл реализовывать за счет кредита.

Давайте рассчитаем финансовые потоки при взятом кредите (Рис. 50). Понятно, что нам необходимо взять 294 тыс. (694-400). Тогда в январе долг

составит 294 тыс. и за месяц набежит 14.7 тыс. долларов по процентам (5%*294). В феврале у нас расходов нет, но зато есть 200 тыс., которые мы можем направить на погашение кредита. Т.о. наш долг в феврале уменьшится до 108.7 тыс. (294+14.7-200). Однако на эту сумму снова будут начислены проценты и она

возрастет за февраль на 5.4 тыс. (5%*108.7).

Рис. 50

Вмарте наши расходы на аренду составляют 140 тыс. при лимите 200 тыс. Таким образом, 60 тыс. мы можем направить на погашение кредита. После этого мы останемся должны 54.1 тыс. (108.7+5.4-60).

Вапреле мы можем выплатить остатки долга по кредиту, включая набежавшие за март проценты в сумме 2.7 тыс.

Итого по взятому кредиту нужно выплатить 22.8 тыс. Эту сумму нужно добавить к расходам по найденному оптимальному плану - 1044 тыс., что в итоге даст 1066.8 тыс. долларов. Это, к сожалению, чуть хуже найденного ранее оптимального плана (Рис. 48), при котором мы без всяких проблем укладываемся

влимиты.

Проведенные расчеты оставляют, однако, некоторое чувство неудовлетворенности. Ведь размер кредита мы не выбирали, а просто взяли, сколько не хватало до реализации наилучшего плана. Если уж решать задачу оптимизации, то нужно решать ее до конца. Иначе говоря, нельзя ли включить в задачу оптимизации возможность взятия кредита наиболее выгодного для нас размера?

Разумеется, можно.

Но задачу придется несколько усложнить. Добавим к задаче еще три переменных: сколько денег занять в январе и сколько долга оставить в феврале и марте. Очевидно, что, так или иначе, в апреле мы погасим все долги. Мы добавили новые переменные в ячейки E14:E16 (Рис. 51). В ячейках G14:G16 на сумму оставшегося долга начисляются проценты.

Рис. 51

В ячейках F14:F16 подсчитывается размер кредита (F14), а затем и остаток долга. Три переменных нам нужны для того, чтобы не оперировать отрицательными значениями кредита и долга. В установках Поиска решения мы потребуем, чтобы ячейки E14:E16 были больше, чем F14:F16. При этом по условию на переменные они еще и больше нуля. Таким образом, если долг по кредиту положителен, соответствующая переменная будет равна ему, а если отрицателен (кредит погашен), переменная будет равна нулю.

При такой организации задачи мы позволяем Поиску решения вообще не планировать кредит, если это выгоднее.

Кроме сделанных исправлений уберем из списка ограничений ограничение на расходы в январе, феврале и марте. На следующем рисунке приведен результат оптимизации (Рис. 52).

Рис. 52

Как мы видим, кредит предусмотрен. Оказывается, как это часто бывает, невыгоден не сам кредит - невыгоден слишком большой кредит! Если же взять только 168 тыс. (соответствующим образом изменив план аренды, конечно), расходы удается уменьшить примерно на 12 тыс.