Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Косенко Б.Ф. Многоэтапная транспортная задача монография

.pdf
Скачиваний:
7
Добавлен:
29.10.2023
Размер:
7.79 Mб
Скачать

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОГО ПЛАНА ТРАНСПОРТИРОВКИ

ВПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЙ МНОГОЭТАПНОЙ ТРАНСПОРТНОЙ СИСТЕМЕ

Вданном разделе рассмотрим примеры нахождения опти­ мальных планов перевозки материальных средств в последова­ тельной многоэтапной транспортной задаче, которая сформули­ рована ниже.

На вход в многоэтапную транспортную систему подаются материальные средства, подлежащие последующей доставке в пункты потребления. Продукт подается на вход последующего звена одним видом транспорта, затем в этом звене подается другим видом транспорта до выхода из данного звена, где пе­ регружается на третий вид транспорта и так далее, до поступ­ ления его в пункты потребления.

Очевидно, последовательная многоэтапная транспортная си­ стема может состоять из целого ряда звеньев. Рассмотрим при­ меры нахождения оптимальных планов перевозки в системах различной сложности.

Определение оптимального плана транспортировки в двухзвенной цепи

Специфичность двухзвенной цепи заключается в том, что в ней отсутствуют транзитные коммуникации, поэтому ее можно решить с помощью ступенчатой или диагональной матриц.

Пример. Из

пунктов

отправления A t

необходимо

доставить

материальные

средства

в пункты

потребления

Bj.

При

этом

в процессе транспортировки

груз

проходит

два звена:

первое

А О F, в котором

перевозка

производится по железной

дороге,

и второе F&B,

где

подвоз

осуществляется

автомобильным

транспортом (условия задачи приведены в таблице 8).

 

 

(20)

Прежде всего определяем гибкость

цепи по

уравнению

v

 

lg34° ~

18 240

=

0,25.

'

 

 

 

 

 

lg 4

 

 

 

 

 

 

 

 

Так как а =

0,25<4,

то в данном случае

имеемполугибкую

цепь, в которой для нахождения оптимального плана транспор­ тировки следует применить алгоритм полугибкой цепи в сле­ дующей последовательности:

Снимаем ограничения по пропускной способности в тран­ зитных пунктах и, таким образом, получаем гибкую цепь.

Определяем экстремальные значения показателей линей­ ной формы, используя метод потенциалов: так, например, для

определения кратчайшего расстояния между А г

и В{

строим

граф и присваиваем нулевой

потенциал

вершине

А (рис. 15).

Сравнивая величины: 0—[—4= 4;

0+5=5;

0 + 7=7;

0+6=6

выби­

раем наименьшую, записываем против

вершины Fl потенциал 4

50

Пункты

«/

'И объемы 'производ­ ства

М

70 т

+

80 т

+

90 т

 

 

 

 

 

 

 

Т а б л и ц а

8

Пункты перегруз-

Пункты и объемы

потребления

 

ки, их пропускная

В] =30 т

I I 1 ою

3

7?3=80 mj Д*=50 т\ /?5= 60 т

способность

 

 

 

 

 

 

 

и стоимость транс­

 

Стоимости транспортировки

 

портировки

 

 

 

4

4

 

3

 

7

3

7

 

60

 

 

 

 

 

 

 

Ъ

5

8

 

3

 

4

9

11

90

4

 

3

 

4

7

7

F'i

7

 

 

120

 

 

 

 

 

 

 

 

6

6

 

2

 

2

8

8

.

70

 

 

 

 

 

 

 

Ъ

7i

4

 

3

 

7

3

7

60

 

 

3

 

4

9

 

 

12

8

 

 

1 1

Ъ90

 

10

4

3

4

7

7

\

120

 

 

 

 

 

11

6

2

2

8

8

F4

70

4

3

7

3

7

Fl

6

60

 

3

4

9

 

Fo

11

8

11

90

4

3

 

7

7

F?,

8

4

120

 

 

 

 

 

Fa

9

6

2

2

8

8

70

 

 

 

 

 

и отмечаем коммуникацию A1->F1 стрелкой. Переходим к сле­ дующему шагу и сравниваем суммы: 4+4=8, 5+ 8=13, 7+4=11, 6+6=12 и записываем у вершины В1 наименьший потенциал 8. Это и будет кратчайшее расстояние между вершинами А и В. Таким же образом определяем остальные интересующие нас расстояния.

Составляем матрицу

11АВ 11 размера

тп (табл. 9).

— Находим оптимальное распределение одним из методов

линейного программирования.

 

ч

 

Определяем линейную форхму по уравнению (55)

 

 

т

к

п

 

 

L (а > 1 ) =

Е

И

1! CieJ

x ‘ei = 2460.

 

 

i= l

e—l

/=1

 

— Производим предварительную оценку ожидаемой вели­ чины оптимальной линейной формы полугибкой цепи по урав­ нениям (52 и 53)

4*

51

Z , ( 0 < a < l ) = L ( a > 1) [ 1 + ^ - ^ 2^5а) ] ^ 2 6 9 К

Ft

Рис. 15. Определение кратчайшего расстояния между двумя пунктами (метод потенциалов).

— Определяем независимые оптимальные распределения в звеньях A Q F (табл. 10) и F Q B (табл. 11).

 

 

 

 

 

 

Т а б л и ц а 9

 

Bt

В2

В%

‘ ВА

Во

ai

Ai

8

1_

8

7

11

70

 

 

!

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

Л

11

10

13

10

14

80

 

 

 

 

 

■гЛ2

30

 

 

30

 

 

20

 

 

 

И

10

9

11

9

13

90

 

 

 

 

60

 

 

 

10

20

 

bi

30

20

80

50

60

 

 

 

 

 

 

 

— Составляем матрицу совмещения и производим баланса ровку (рис. 16).

52

*

 

 

 

 

Т а б л и ц а 10

Л,

F\

F'2

В3

В,

ai

4

5

7

6

70

 

 

 

70

 

 

 

 

 

 

 

 

7

12

10

11

80

^ 2

60

 

20

 

 

6

1 1

8

9

 

^3

 

 

90

 

90

 

0

0

0

0

 

л ф

 

20

10

70

100

fe

60

90

120

70

340

П р и м е ч а н и е .

При определении оптимального распределения

предвари­

тельно произведена

первичная

балансировка

 

 

 

кт

 

аф =

2

fe -

2 а1=

340 - 2 4 0 = 100.

 

 

 

 

 

е=1

1=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т а б л и ц а

11

/

Bi

B2

 

в3

B4

Bo

5ф

fe

'

 

 

 

4

 

3

7

3

7

 

0

 

Fi

10

 

 

 

50

Л

 

60

 

 

8

 

3

4

9

11

 

0

 

F,

 

20

'

10

 

 

60

90

 

F3

4

 

3

4

7

7

40

0

 

20

 

 

 

 

60

12 0

 

 

6

 

2

2

8

8

 

0

 

Fi

;

 

 

70

 

 

 

70

 

 

. \

 

 

 

 

 

 

 

 

b.

30

20

 

80

50

60

100

 

 

— Выявляем совпадения в распределениях гибкой и полугибкой цепей. Такими направлениями транспортировки будут:

Ш

A2

'’■fi

a 2

-if

 

A3

t

> ^ =

10

А з Fз

В2— 20;

1

 

 

 

> B, =

50

As

Въ= 60;

> =

20

Aa^ F 3-+B3 = 10.

53

Пункты и объены отправки

 

Az

A3

A(p

0

7

5

-3

L£ _

fit) L 7 .

 

L2 _

 

led |

 

 

70 Q _ rth __

l_7_

y i 6

Y * n _

w

cw

Щ

\J2_ ~ ~ lm

 

 

Jfth

 

 

p '

 

 

)

W \J L

Ш Т Т

ж л .:

Lm j

1Ж 1

 

U L \

L2_

0 lo _

 

7

 

 

( b

80

90

m

Пункты и

объемы пере­ возки

П -60

0

0

ш

Ь -90

0

0

F3 -120

3

0

Fk - W

3

2

Щ

340

 

П ункты

п р и е м к и

 

 

о,

дг

Вз

В,

 

Вер

б

3

If.

3

7

0

 

 

 

 

 

Н И

U j

I _ L

 

Lz_j

1 ь

щ

 

 

Й )

//

и _

L L

т и

~ x n

 

 

 

2 * ^

 

 

 

20 L-$l J 10 L i - 10гuгJ

 

 

(

L Z _ , ж д а 10 и _

g a p

 

з п

д

а

 

ш

Щ

 

ФФ

ш

u _

 

w u z

 

т г

 

 

170 L .

 

 

 

 

 

(70)

 

 

 

3 0

20

30

00

00

ш

__5Г-1----- iiTh ■

Рис. 16. Сопряженная матрица (балансировка цепи).

I ‘

П р и м е ч а н и е . В прямоугольнике—распределение по гибкой цепде.

Неудовлетворенным оказался только один пункт потребле­ ния В3 (70 т).

Так как пропускные способности транзитных пунктов Fx и F3 использованы полностью и больше нет совпадений распреде­ лений в клетках совмещенной матрицы, то, очевидно, для по­ лучения сопряженного оптимального распределения необходима балансировка, которая учитывала бы план гибкой цепи.

Такие положения имеем в

клетках AjF4 в звене

A Q F и

F A в звене/7© В; совпадение

пропускной способности

транзит­

ного пункта с гибким распределением указывает на то, что сбалансированная коммуникация должна проходить через тран­

зитный

пункт

/© Принципиально балансировка возможна как

в звене

A ©*/\

так и

в звене F Q В.

При

балансировке

в звене A Q F по цепи AlF2F2A^—A^F4;—

F4A i отход от оптимального плана будет равен—1 (отрицатель­

ный

потенциал)

на

каждую единицу перемещаемого груза,

а в звене F Q B

по

цепи F2B3 BZFA ВАВФ— B$F2 равен —2

на каждую единицу груза, перемещаемого в клетку F^B3.

Сравнение потенциалов (—1 в клетке A lFi

и —2 в клетке

F2B3)

показывает,

что предпочтение следует отдать баланси­

ровке

в звене A Q F . После балансировки

получаем транзитную

коммуникацию А {

/*4-> В3=70. При этом план полугибкой цепи

будет

полностью

сопряжен.

 

 

 

полугибкой цепи

— Определяем линейную форму плана

 

L ( 0 < а < 1) =

т

к

 

к

п

 

 

 

V

у с , . х и , +

2

2

c,y Jty = 2690.

 

 

i= I

е=1

 

е—1

]=1

 

Полученная линейная форма

почти полностью соответствует

ожидаемой (2691).

 

 

получены следующие показа-,

В результате решения задачи

тели оптимальности: по гибкой

цепи — 2460;

по несбалансиро­

ванным оптимальным

планам — 2620;

после балансировки — 2690,

т. е. несколько большая величина, чем сумма двух несопря­ женных планов.

Эту же задачу можно решить и при помощи диагональных матриц, с последующей балансировкой. Ниже приводится реше­ ние для а = 0,25 (табл. 12).

В полученном оптимальном плане не сбалансированы на­ правления:

Аг F2-+ Вф= 70 т\

Аф-> F4-+ В3 = 70 т\

так как предполагается в первом случае доставка в Вф, а во втором случае — вывоз из Лф.

55

А ,

А г

*3

Аф

F,

С

! L.

'Г3

г*

Sj

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

>■

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Та 6 л и ца 12

F,

Fz

F3

F*

 

B,

Bz

Вз

В,

о

 

 

 

 

 

 

ч

 

 

7

i

6

 

 

 

 

 

 

 

78

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

?г"-

 

Vw

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7

 

 

10

I

11

 

 

 

 

 

 

8 0

tш

1

j\0

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

\

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

р

I

 

 

 

 

 

 

 

 

ь

 

"

8

1

9

 

 

 

 

 

 

 

SO

 

!

 

!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

ю

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

iв

 

 

 

 

 

 

1

 

 

0

Т

7

0

I

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*20

А

In7]

 

 

 

 

-

 

 

 

100

 

#(0

 

 

 

 

 

 

 

 

L »_~

 

J

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Г~

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

90

'и_ Э

 

 

 

 

7

 

 

\

 

i

 

 

4

3

7

3

6 0

 

 

1

 

f _

W

^

 

 

50

 

 

 

 

\

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

©

 

 

5 л

 

 

 

 

8

o’

4

s

*> 11

 

Q

 

 

 

ran «»**» wIB

 

 

50

 

 

 

 

 

 

юк <вшова c

 

(ВЗ*

^ I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

1

4

3

4

7

7

 

0

 

 

 

 

 

 

2 0 + -2 0

.1 0

 

 

* . / 8

120

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

6

a

9

8

 

 

Q

 

 

 

 

 

 

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

>-

70

 

 

 

70

60

9 0

110

10

 

30

 

IQ

80

50

6 0

WO 6 8 0

Таким образом, имеем то же положение, что

и в

несопря­

женных планах полугибкой цепи (рис.

16).

Очевидно,

требуется

балансировка,

которая

может

быть

выполнена

как

в

звене

A Q F , так

и в звене

F Q B .

В

звене

A Q F балансировка осу­

ществляется

по цепи

использованием

фиктивных

пунктов)

A {F2 — В2АФАФВ4 — /^Л,

с

ухудшением

показателя

линейной

формы на

+ 5 —O-f-О—6 = — 1.

В

звене

F Q B

также

возможна

балансировка

по цепи FAB3B3F2В2ВФ— ВФВ4 с ухудшением

показателя линейной формы на

-f-2—4 + 0 —0 = —2.

балансировки,

Очевидно,

более

приемлем

первый вариант

который

приводит

к

плану,

тождественному

ранее

получен­

ному в полугибкой цепи.

 

 

 

 

 

 

 

 

ограни­

Если в условие предыдущих примеров ввести новое

чение вида

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

56

к т

 

 

 

S

/*=-

£

a t ,

 

 

 

 

 

 

 

€—\

i= 1

 

 

 

 

 

то получим жесткую цепь,

в которой нахождение сопряжен­

ного оптимального

плана можно

производить

последовательно

по звеньям (табл.

13).

 

 

f2 = 60;

fs = 40;

= 90.

 

Наложим ограничения: f{ = 50;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т а б л и ц а

13

^ 1

^ 2

^3

 

В,

 

я 2

Bs

B4

«5

 

4

7

6

Fx—50

4

 

2

 

7

3

7

 

50

 

 

 

 

 

50

 

 

5

12

11

F2- 60

8

 

3

40

4

9

11

60

 

 

 

 

20

0

 

 

7

10

8

F3—40

4

 

3

 

4

7

7

 

30

10

30

 

 

 

 

10

 

6

11

9

F4—90

6

 

2

40

2

8

8

10

0

80

 

 

 

 

50

 

70

80

90

240

30

 

20

80

50

60

 

L (A © F) =1810

L (FQB) =1040

Таким образом, наложение ограничения на сопрягающий эле­ мент цепи упрощает решение задачи и позволяет найти опти­ мальный план по цепи последовательно по звеньям.

Сравнение линейных форм всех вариантов решения пока­ зывает

min L (A Q F Q Б) < min L (A Q F Q В) < min L ( A Q F Q В),

a = l 0< a < l a = l

где

L ( A Q F Q B ) =2440;

( a = l ) ;

L (A © F Q B) =2690;

(0 < a < l ) ;

L ( A Q F Q B ) = 2850;

(<x = 0).

57

Определение оптимального плана транспортировки в трехзвенной цепи

Трехзвенная цепь является общим выражением многоэтапной транспортной задачи, так как в ней имеются все элементы тран­ спортной цепи. Эту задачу можно сформулировать следующим образом. На вход в транспортную систему подаются материаль­

ные средства,

которые

подлежат дальнейшей

транспортировке

в многоэтапной транспортной системе,

в

которой транспортом

первого звена

продукт

доставляется

на

вход

второго звена,

где он перегружается на транспорт второго звена и подвозится

до входа в третье звено.

И так

до

прибытия

материальных

средств в пункты потребления.

 

 

А { и Л2,

из

которых

Пример. Имеется два входных пункта

отправляется aj=160 и а2- 80 /?г* продукта

в пункты

потребле­

ния. Этот продукт в звене

A Q F

по железной дороге

подво­

зится до транзитных пунктов первой

группы, затем автомо­

бильным транспортом в звене F Q 'F он перевозится на

вторую

группу транзитных

пунктов,

после

чего

автомобильным

транс­

портом следующего

звена доставляется

в

пункты

потребления.

Пропускные способности

транзитных

пунктов и объемы по­

требления приведены в таблице 14, показатели линейной формы—

в таблице

15.

 

 

 

 

план транспортировки.

 

Требуется определить оптимальный

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т а б л и ц а 14

 

Транзитные

 

Транзитные

 

 

Пункты потребления

 

пункты первой

 

пункты второй

 

 

 

 

группы

 

 

группы

 

 

 

 

 

 

А

h

Jро

7 i

7 2

У з

У 4

 

h

63

6 4

h

150

1 0 0

150

1 0 0

1 0 0

1 0 0

1 0 0

30

2 0

80

50

60

Решение. Прежде всего определяем состояние цепи по гибкости (последовательно по звеньям):

Звено A Q F :

 

lg 400—lg 240

- — 0;46.

 

К,~

Ig3

 

Звено

F Q ' F :

 

lg 400—lg 400

- = 0 .

 

 

 

lg 4

 

Звено

F Q B :

lg400—lg240

= 0,312.

 

1X3

lg 5

 

/

58

Т а б л и ц а 15 -

-4,

j

^ 2

 

 

' F

' F

*

 

 

г 2

г 3

4

 

7

 

4

5

к

3

 

 

1

 

 

 

 

 

5

 

12

в 2

2

5

4

3

7

 

10

р

3

4

О

3

 

Г 3

 

 

1

B i

4

8

4

6

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

!

^ 2

2

3

3

2

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

в »

7

4

4

2

 

 

 

в 4

3

9

7

В

 

 

 

В ь

7

11

7

8

Таким образом, имеем типичную полугибкую цепь (0<а<0,5).

Хотя в звене F Q 'F

получили а — 0, т. е.

жесткое звено,

но па

отношению к входному и выходному звеньям оно является

полугибким, поэтому

и цепь в целом

можно считать

также

полугибкой. А если это

так, то для решения задачи следует

применить агоритм сопряженных планов.

объем

1.

По этому алгоритму

прежде всего определяем

перевозки

в фиктивных пунктах

 

 

 

3

 

2

 

 

 

 

аФ= V U

- Ц 0 / = 400-240=160,

 

 

 

е=

1

1 = 1

 

 

 

 

 

3

4

 

 

но так

как

аф= Ьф и

^ f e —

'fex = 400/ то

 

 

 

 

е=1

р,=1

 

 

 

 

 

аф— 160.

 

2.

Находим оптимальный план в гибкой цепи, для

чего у

ловно снимаем ограничения пропускной способности, т. е.

при­

нимаем а =

1 (табл. 16).

 

 

 

59

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ