
книги из ГПНТБ / Бигель Дж. Управление производством. Количественный подход
.pdfЛинейное программирование |
151 |
вается максимальная скорость роста Z на единицу изменения ба зисной переменной. Однако нет оснований гарантировать, что при использовании рассматриваемого алгоритма оптимальное ре шение будет получаться за минимальное чноло шагов. В среднем такой подход будет давать решение за меньшее число шагов, чем любой другой способ выбора вводимой переменной.
Изложенное можно проиллюстрировать применительно к дву мерному случаю примером, показанным на фиг. 7.6. На этой фи-
CDи г, 7.6. Пример неэффективности симплексного алгоритма.
гуре приведен ряд ограничений и целевая функция, определение оптимального значения которой можно достигнуть за 2 шага: сначала увеличивается х 2, а не хг, хотя скорость роста Z на еди ницу изменения переменной хх выше, чем х г.
7.S. Д р у г и е м ет оды м ат ем ат ического Щ)ограм м ир ова и и л
Существует ряд других методов математического программи рования, которые могут использоваться при решении задачуп равления промышленным производством и запасами. К их числу относятся:
. — целочисленное программирование;
152 |
Глава 7 |
—линейное стохастическое программирование;
—смешанное целочисленное программирование;
—.нелинейное программирование;
—квадратичное программирование;
—выпуклое программирование;
—сепарабельное выпуклое программирование.
7.9. Выводы
Методами линейного программирования можно эффективно решать многие промышленные задачи. Поэтому часто возникает необходимость сформулировать задачу таким образом, чтобы ее можно было решить методами линейного программирования. При этом может потребоваться представление ограничений в прибли женной форме, а также введение приближенных значений по стоянных.
Методы линейного программирования непосредственно приме нены в тех случаях, когда функциональные связи между пере менными линейны, а издержки и (или) доходы могут быть выра жены как линейные функции независимых переменных. Когда эти условия не выполняются, можно использовать другие методы математического программирования. Но если функциональные связи представляются линейными, то следует применять линей ное программирование.
УПРАЖНЕНИЯ И ЗАДАЧИ
7.1.Максимизировать
Z = Zj -f X2
при ограничениях
Зхг + 4х2 <12,
' |
2хх — х 2 < 8, |
|
7.2. Максимизировать |
■Cji |
і2 S' О* |
|
|
|
|
Z = |
2хъ + Зха |
при ограничениях
Зхі — 4х2 < 12, 2хх + х2 < 8,
х и х2 > 0.
7.3. Максимизировать
Z = Зх2 — 2х2
при ограничениях
4хі + Зх2 < 8
2*і + 1/а*г < 3, ад, х2 > 0.
|
Линейное программирование |
153 |
|||||||||
при |
7 .4 . М аксимизировать |
|
Z = |
|
х 1— х2 |
|
|||||
ограничениях |
3xt + |
|
2х 2 > 10, |
|
|||||||
|
7 .5 . Минимизировать |
2 ^ |
хj ^ |
5, |
|
|
|||||
|
0 < |
х 2 < |
3. |
|
|
||||||
при |
Z — 2х^ ~ |
|
|
5х2 |
|
||||||
ограничениях |
4XJ + 2х2 < 6, |
|
|||||||||
|
7 .6 . Максимизировать |
0 < X, < 1, |
х2<0. |
|
|||||||
при |
Z = — X] + |
2 х 2 |
|
||||||||
ограничениях |
5хі + |
|
4х2 < |
23, |
|
||||||
|
|
3xj + 2х2 < 20, |
|
||||||||
|
7 .7 . М аксимизировать |
Зх| — |
х2 ^ |
6, |
|
||||||
|
Xj, |
|
х2 ^ |
|
0 |
|
|
||||
прп |
|
Z — Xj — Зх2 |
|
||||||||
ограничениях |
ЗХ] — 4хо ^ |
|
|
6, |
|
||||||
г , не ограничен по зн аку, |
Xj |
^ |
|
8, |
|
|
|
|
|
||
х2 > |
0. |
|
|
|
|
|
|
|
|||
при |
7 .8 . М инимизировать |
|
Z = X |
+ х2 |
|
||||||
ограничениях |
|
Хі + |
х2 < |
4, |
|
||||||
|
7 .9 . Максимизировать |
|
х 2 = |
3, |
|
|
|
|
|
||
|
|
Xj, |
х2 > 0. |
|
|||||||
при |
2 — 6xj ■ |
5х2 |
|
||||||||
ограничениях |
|
XJ + |
х2 |
< |
4, |
|
|||||
|
|
|
Xj + |
х 2 |
|
< |
24, |
|
|||
|
|
!— Xj |
|
|
х2 -"С 12, |
|
|||||
|
7 .10. Минимизировать |
|
X] — х2 < |
12, |
|
||||||
|
|
X, |
х2 > |
|
0. |
|
|||||
при |
Z = |
|
Зх, + |
|
4ха |
|
|||||
ограничениях |
х а + |
х а < |
|
23, |
|
||||||
|
|
— Xj + |
|
|
х2 < |
17, |
|
||||
|
|
Xj, |
х2 > О |
23, |
|
||||||
|
|
Xj — Зх2 > |
|
|
t
154 |
Глава 7 |
|
7.11—7.20. Измените первое неравенство в задачах 7.1—7.10 на обрат |
||
ное II найдите новые решения. |
и х 2 в целевой |
|
7.21—7.30. Поменяйте |
местами коэффициенты при |
функции и найдите новые решения.
7.31.Максимизировать
Z = 2.Т! + Зх2 + 4г3 + 5г4
при ограничениях
7хх -f- 5£O— Зх3 < 34,
— З х 2 -(- 5хі < 5 4 , 4.Т, + 5х2— xt< 2 6 ,
x lr Xо, х3, хц > 0 .
7.32.Минимизировать
при |
Z — |
7х^ - ( - 4 х 2 |
— |
З х 3 - { - |
2хд |
||
ограничениях |
|
|
|
|
|
|
|
|
2xt + |
Зх2— 4а:3 Ң- 5.т4 < |
45, |
||||
|
Xi -f- х 2 “1" 2х3 -j- Xq |
68, |
|||||
|
x l> |
х2< * 3 . |
|
®4 3 s- |
0 . |
|
|
7.33. |
Максимизировать |
|
|
|
|
|
|
|
Z = |
— 2г1 + |
4ж2 + |
5х3 |
|||
при ограничениях |
|
|
|
|
|
|
|
|
З з^ + 5х2+ |
7х3 < |
7 6 , |
||||
|
|
0 |
Х і , |
х2 ^ 7, |
|
||
|
|
|
4 ^ х 3 |
5. |
|
|
8
. ТРАНСПОРТНАЯ ЗАДАЧА
8.1.В ве д ен и е
Вгл. 7 был рассмотрен симплексный метод решения задач линейного программирования. В общем виде такого рода задача сформулирована в разд. 7.2 [уравнение (7.1)]. Если система огра
ничений в такого же рода задачах оказывается более жесткой, то при их решении могут использоваться более простые и эффек тивные методы. Примером может служить рассматриваемый ниже метод решения транспортных задач.
Транспортная задача состоит в определении наиболее опти мального маршрута перевозки продукции, производимой на раз личных предприятиях, на склады, размещенные в разных местах. Иначе говоря, необходимо разработать план'перевозок для рас пределения продукции между предприятиями и складами при производстве, включающем несколько предприятий и складов. Эта задача аналогична задаче распределения заказов по станкам.
|
8.2. |
М одель т р а н с п о р т н о й |
за д а ч и |
|
|||||
Математическая задача |
формулируется |
следующим |
образом. |
||||||
Минимизировать |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
2 |
2 |
сп хц |
|
|
|
|
при |
ограничениях |
‘ |
і |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
2 |
x i j — а і> |
|
|
|
( 8 . 1 ) |
||
■' |
|
/ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
xi j = |
fyi |
|
|
|
|
|
|
|
І |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
XU> ah |
b j> 0 , |
|
|
|
|
||
где |
ctj — транспортные затраты |
по перевозке единицы |
продук |
||||||
ции |
с і-го предприятия на /-й |
склад; Хц — количество |
продук |
||||||
ции, перевезенной с і-го предприятия на |
й |
склад; |
а, — количе |
||||||
ство |
продукции, |
имеющейся на |
предприятии |
і, и |
Ъ} — количе |
||||
ство продукции, требующееся /-му складу. |
|
|
|
|
Можно показать, что из сформулированной указанным выше образом математической модели следует
2 2 *и = 2 о-і = 2 ъг
і / |
■ < |
/ |
156 |
Глава 8 |
Структура транспортной задачи такова, что ее математическую модель (8.1) можно использовать для любой ситуации, в которой удовлетворяются соответствующие условия. В этом случае при решении могут использоваться различные варианты общего ал горитма решения транспортной задачи.
8.3. П о с т а н о в к а за д а ч и 1
Для решения транспортных задач распределения продукции рассматриваемым методом необходима следующая исходная ин формация:
1.Затраты производства на каждом предприятии: а) в рабочее время, б) в сверхурочное время.
2.Планируемый выпуск на каждом предприятии: а) в рабочее время, б) в сверхурочное время.
3.Прогнозируемый спрос каждого склада.
4.Транспортные затраты, связанные с перевозками продук ции с каждого предприятия на любой склад.
Таблица 8.1
Планируемый выпуск продукции на предприятиях и спрос складов (в единицах продукция)
Предприятие |
|
Планируемый вы |
Склад |
Прогнозируемый |
|
пуск продукции |
спрос |
||
А |
|
8 |
1 |
10 |
В |
|
7 |
2 |
8 |
С |
|
9 |
3 |
9 |
р |
|
4 |
4 |
1 |
Суммарный |
пла |
28 |
Суммарный про |
28 |
нируемый |
вы |
|
гнозируемый |
|
пуск продукции |
|
спрос |
|
Пример таких данных приведен в табл. 8.1 и 8.2. В этом при мере весь планируемый выпуск продукции производится в рабо-
1 Следующие далее таблицы построены исходя из того, что уравнения (8.1) должны быть переписаны с заменой строк на столбцы и обратно.
Транспортная задача |
157 |
Таблица 8.2
Транспортиые затраты по перевозке с предприятия па склад (в долларах)
|
|
|
Предприятие |
|
Склад |
А |
в |
С |
D |
|
||||
1 |
10 |
8 |
10 |
8 |
2 |
10 |
7 |
8 |
10 |
•3 |
11 |
9 |
9 |
7 |
4 |
12 |
14 |
13 |
10 |
чее время и затраты производства единицы продукции одинаковы на всех предприятиях. Введено еще одно упрощающее условие: планируемый выпуск продукции равен прогнозируемому спросу. Однако введенные ограничения не являются обязательными и бу дут рассмотрены ниже.
8.4. Р е ш е н и е за д а ч и
Решение транспортной задачи начинается с такого распределе ния планируемого выпуска продукции, при котором все склады заполняются в соответствии с прогнозируемым спросом. Система тизированный подход к нахождению такого распределения может
быть получен на основе |
применения правила «северо-западного |
||
угла». Это правило математически можно сформулировать |
сле |
||
дующим образом. |
|
|
|
Прикрепите завод Рг к складу |
Ws, если |
|
|
|
|
|
(а) |
2 |
(РР)і < 2 |
(W R )J, |
(б) |
;=i |
/=і |
|
где (PP)i — запланированный выпуск продукции на і-м пред приятии, а (WR)j — прогнозируемый опрос/-го склада.
158 Глава 8
Использование правила северо-западного угла показано в табл. 8.3, являющейся первой из таблиц распределений.
|
|
П ервое Предприятиераспределение |
Таблица 8.3 |
|||
Снлад |
|
Суммарный пропіо- |
||||
|
А |
в |
С |
D |
зируемый спрос |
|
1 |
|
8 |
2 |
1 |
|
' 10 |
|
|
|
|
1 |
|
|
2 |
|
|
5 |
3 |
|
8 |
3 |
|
|
|
6 |
3 |
9 |
4 |
|
|
|
|
1 |
1 |
Суммарный |
пла |
8 |
7 |
9 |
4 |
28 |
нируемый |
вы |
|
|
|
|
|
пуск |
|
|
|
|
|
|
В табл. 8.3 весь выпуск продукции предприятия А (8 ед.) при крепляется к 1-му складу. Поскольку 1-му складу требуется 10 ед., к нему необходимо приписать еще 2 ед. с предприятия В. После этого у предприятия В остается 5 ед. продукции. В соот ветствии с правилом северо-западного угла эти 5 ед. прикрепля ются 2-му складу. Остальная часть таблицы заполняется анало гичным образом. Полученное распределение использует всю вы пускаемую продукцию и обеспечивает прогнозируемый спрос всех складов.
Следующий шаг состоит в оценке транспортных затрат в соот ветствии с полученным распределением выпускаемой продукции. Это делается с помощью таблицы сравнения транспортных зат рат. Но прежде чем построить такую таблицу сравнения, необ ходимо преобразовать таблицу транспортных затрат (табл. 8.2) вычитанием наименьших транспортных затрат (7 долл.) из общей стоимости перевозок. В результате такого вычитания мы получа ем преобразованную таблицу транспортных затрат — табл. 8.4. (Указание: не обязательно преобразовывать исходную таблицу транспортных затрат, но поскольку решение транспортной зада чи определяется, исходя из дополнительных затрат, то рассмат риваемое преобразование позволяет упростить вычисления. Сум марные транспортные затраты должны снова использоваться при
Транспортная задача |
159 |
определении фактических расходов, соответствующих оптималь ному прикреплению предприятий к складам.)
|
|
|
Таблица 8.4 |
|
|
Преобразованны е |
тр ап сп о р тн ы е |
затр аты |
|
Склад |
|
Предприятие |
|
|
А |
. в |
с |
D |
|
1 |
3 |
1 |
3 |
1 |
2 |
3 |
0 |
1 |
3 |
3 |
4 |
2 |
2 |
0 |
4 |
5 |
7 |
6 |
3. |
Теперь можно построить таблицу сравнения транспортных затрат. В табл. 8.5 показано начало ее построения. Табл. 8.5 строится следующим образом:
1.В строки «транспортные затраты» запишите преобразован ные транспортные затраты из табл. 8.4 для тех предприятий, для которых в табл. 8.3 сделана оценка транспортных затрат.
2.Выберите любую строку. или столбец (предпочтительно строку или столбец с наибольшим числом заполненных клеточек)
иприпишите ему значение 0 в соответствующем столбце і-х стои мостей или соответствующей строке /-х стоимостей (мы приписали значение 0 второму столбцу, заводу В).
3.Завершите построение столбцов и строк так, чтобы сумма значений і-й и /-й стоимостей каждый раз равнялась транспорт ным затратам, стоящим в клетке на-пересечении соответствующей строки и столбца:
а) |
і-я |
стоимость для склада 1 |
равна 1—0 |
= 1, |
|
б) /-я |
стоимость для завода А равна 3—1 = |
2, |
|||
в) |
і-я |
стоимость для склада 2 |
равна О—0 |
= |
0, |
г) /-я |
стоимость для завода С |
равна 1—0 |
= |
1, |
|
д) |
і-я |
стоимость для склада 3 |
равна 2—1 |
= |
1, |
е) /-я |
стоимость для завода D равна 0—1 |
= |
—1, |
||
ж) |
і-я стоимость для склада 4 равна 3—(—1) = 4... |
||||
4. |
Следующий шаг — определение величины, входящей в каж |
дую клетку в табл. 8.5. Эти величины определяются сложением соответствующих і-х и /-х стоимостей из табл. 8.5. Порядок по строения приведен в табл. 8.6.
160 |
|
|
Глава 8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица |
8.5 |
Начало построения |
первой таблицы транспортных затрат |
|
|||||
|
|
|
Предприятие |
А |
в |
с |
D |
|
Склад |
j-я |
|
|
|
|
|
|
СТОПМОСТЬ |
2 |
0 |
t |
—і |
||
|
|
||||||
|
|
|
і-я |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
СТОИМОСТЬ |
|
|
|
|
Суммарная |
стоимость |
|
|
|
|
|
|
перевозок |
|
1 |
1 |
3 |
1 |
|
|
Транспортные затраты |
|
|
|||||
Дополнительные затраты |
|
|
|
|
|
|
|
Суммарная |
стопмость |
|
|
|
|
|
|
перевозок |
|
2 |
0 |
|
0 |
1 |
|
Транспортные затраты |
|
|
|||||
Дополнительные затраты |
|
|
|
|
|
|
|
Суммарная |
стоимость |
|
|
|
|
|
|
перевозок |
|
3 |
1 |
|
|
2 |
0 . |
Транспортные затраты |
|
|
|||||
Дополнительные затраты |
|
|
|
|
|
|
|
Суммарная |
стопмость |
|
|
|
|
|
|
перевозок |
|
4 |
4 |
|
|
|
3 |
Транспортные затраты |
|
|
|
||||
Дополнительные затраты |
|
|
|
|
|
|
Затем запишите оставшиеся преобразованные транспортные затраты из табл. 8.4 и вычтите их из приведенных в табл. 8.5. Если все разности — нули или отрицательные числа, то найден ное прикрепление предприятий к складам представляет собой 'решение с минимальными транспортными затратами. Если имеет ся хотя бы одна положительная разность, то существует другое оптимальное распределение с меньшими транспортными затрата ми. Прежде чем перейти к дальнейшему рассмотрению, проверим табл. 8.6 на наличие решения с минимальными транспортными затратами или на указание необходимости перераспределения предприятия и складов с целью получения меньших транспорт ных затрат. Видно, что имеет место положительная разность при транспортировке продукции с предприятия А -на склад 4. Следо вательно, необходимо искать новое распределение с помощью распределительного метода. Для этого отметим кружком то место таблицы, которое соответствует распределению с положительной разностью (с предприятия А на склад 4). Отметим маленьким