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1、第三章 简单的优化模型,3.1 存贮模型3.3 森林救火,经济、管理科学近几十年获得了飞速发展,并取得丰硕的成果。这些成果的重要标志之一就是更加数学化和定量化。,供应链与物流管理,下面介绍供应链与物流管理中的一个典型模型:存储模型,供应链与物流管理,允许缺货的存储模型,不允许缺货的存储模型,注:本章介绍的简单优化问题是人们在工程技术、经济管理和科学研究等领域中常见的一类问题,它可归结为微积分中的函数极值问题。,3.1 存贮模型,问 题,配件厂为装配线生产若干种产品,轮换产品时因更换设备要付生产准备费,产量大于需求时要付贮存费。该厂生产能力非常大,即所需数量可在很短时间内产出。,已知某产品日需求
2、量100件,生产准备费5000元,贮存费每日每件1元。试安排该产品的生产计划,即多少天生产一次(生产周期),每次产量多少,使总费用最小。,要 求,不只是回答问题,而且要建立生产周期、产量与需求量、准备费、贮存费之间的关系。,问题分析与思考,每天生产一次,每次100件,无贮存费,准备费5000元。,日需求100件,准备费5000元,贮存费每日每件1元。,10天生产一次,每次1000件,贮存费900+800+100 =4500元,准备费5000元,总计9500元。,50天生产一次,每次5000件,贮存费4900+4800+100 =122500元,准备费5000元,总计127500元。,平均每天费
3、用950元,平均每天费用2550元,10天生产一次平均每天费用最小吗?,每天费用5000元,这是一个优化问题,关键在建立目标函数。,显然不能用一个周期的总费用作为目标函数,目标函数每天总费用的平均值,周期短,产量小,周期长,产量大,问题分析与思考,模 型 假 设,1. 产品每天的需求量为常数 r;,2. 每次生产准备费为 c1, 每天每件产品贮存费为 c2;,3. T天生产一次(周期), 每次生产Q件,当贮存量 为零时,Q件产品立即到来(生产时间不计);,建 模 目 的,设 r, c1, c2 已知,求T, Q 使每天总费用的平均值最小。,4. 为方便起见,时间和产量都作为连续量处理。,模 型
4、 建 立,贮存量表示为时间的函数 q(t),t=0生产Q件,q(0)=Q, q(t)以需求速率r递减,q(T)=0.,一周期总费用,每天总费用平均值(目标函数),离散问题连续化,一周期贮存费为,A=QT/2,模型求解,求 T 使,模型分析,模型应用,c1=5000, c2=1,r=100,回答问题,经济批量订货公式(EOQ公式),每天需求量 r,每次订货费 c1,每天每件贮存费 c2 ,,用于订货、供应、存贮情形,不允许缺货的存贮模型,问:为什么不考虑生产费用?在什么条件下才不考虑?,T天订货一次(周期), 每次订货Q件,当贮存量降到零时,Q件立即到货。,允许缺货的存贮模型,A,B,当贮存量降
5、到零时仍有需求r, 出现缺货,造成损失,原模型假设:贮存量降到零时Q件立即生产出来(或立即到货),现假设:允许缺货, 每天每件缺货损失费 c3 , 缺货需补足,一周期贮存费,一周期缺货费,周期T, t=T1贮存量降到零,一周期总费用,每天总费用平均值(目标函数),一周期总费用,求 T ,Q 使,为与不允许缺货的存贮模型相比,T记作T , Q记作Q,不允许缺货模型,记,允许缺货模型,允许缺货模型,注意:缺货需补足,Q每周期初的存贮量,每周期的生产量R (或订货量),Q不允许缺货时的产量(或订货量),例 有一酒类批发商,以每天150瓶的速度供应零售商,存储费用为每天每瓶0.05元,根据合同如缺货,
6、每瓶每天须向零售商赔偿0.2元。若批发一次的费用为300元,试确定批发商的最佳批发周期、进货量和缺货时间。,3.3 森林救火,森林失火后,要确定派出消防队员的数量。队员多,森林损失小,救援费用大;队员少,森林损失大,救援费用小。综合考虑损失费和救援费,确定队员数量。,问题分析,问题,记队员人数x, 失火时刻t=0, 开始救火时刻t1, 灭火时刻t2, 时刻t森林烧毁面积B(t).,损失费f1(x)是x的减函数, 由烧毁面积B(t2)决定.,救援费f2(x)是x的增函数, 由队员人数和救火时间决定.,存在恰当的x,使f1(x), f2(x)之和最小,关键是对B(t)作出合理的简化假设.,问题分析
7、,失火时刻t=0, 开始救火时刻t1, 灭火时刻t2, 画出时刻 t 森林烧毁面积B(t)的大致图形,分析B(t)比较困难,转而讨论森林烧毁速度dB/dt.,模型假设,3)f1(x)与B(t2)成正比,系数c1 (烧毁单位面积损失费),1)0tt1, dB/dt 与 t成正比,系数 (火势蔓延速度),2)t1tt2, 降为-x (为队员的平均灭火速度),4)每个队员的单位时间灭火费用c2, 一次性费用c3,假设1)的解释,火势以失火点为中心,均匀向四周呈圆形蔓延,半径 r与 t 成正比,模型建立,目标函数总费用,模型建立,目标函数总费用,模型求解,求 x使 C(x)最小,结果解释, / 是火势不继续蔓延的最少队员数,其中 c1,c2,c3, t1, ,为已知参数,模型应用,c1,c2,c3已知, t1可估计,c2 x,c1, t1, x,c3 , x ,结果解释,c1烧毁单位面积损失费, c2每个队员单位时间灭火费, c3每个队员一次性费用, t1开始救火时刻, 火势蔓延速度, 每个队员平均灭火速度.,为什么?, ,可设置一系列数值,由模型决定队员数量x,