生产管理知识_生产管理运筹学软件实例分析

序 言本实验指导书紧密配合运筹学课程的理论教学，系统地介绍了教学应用软件WINQSB (Quantitation Systems for Business Plus)和最新的建模与求解方法( Excel Spreadsheet方法)。WINQSB是运筹学上机实验软件，它技术成熟稳定，内容齐全，使用方便，对于加深理解课程内容，提高初学者学习掌握本课程的兴趣具有良好的补充作用。Excel Spreadsheet建模与求解方法是近年来国际上在管理科学教学与应用方面流行而有效的方法。它为管理科学提供了一种问题描述、数据处理、模型建立与求解的有效工具，是在Excel(或其它)背景下就所需求解的问题进行描述与展开，然后建立数学模型，并使用Excel的命令与功能进行预测、模拟、决策、优化等运算与分析。指导书分为两部分，第一部分是WINQSB的使用，通过五个实验来完成，每个实验主要包括三个方面内容：内容简介；操作步骤；实例分析与操作，另外对WINQSB进行了简要说明。第二部分是Spreadsheet建模与求解方法介绍，以实例的形式说明其中的重点和常用部分，实验内容基本同winQSB，对其余内容感兴趣的同学可参考相关资料自学。五个实验分别为：线性规划；灵敏度分析；运输问题；整数规划；图与网络分析。 目 录第一部分 WinQSB软件操作指南41. WinQSB软件简介42. WinQSB的一般操作43. WinQSB的求解模块5第二部分 WINQSB实验内容71.实验教学目的和要求72.实验项目名称和学时分配73.单项实验的内容和要求7实验1：线性规划的WinQSB应用7实验1作业13实验2：对偶线性规划的WinQSB应用14实验2作业16实验3：运输问题的WINQSB应用17实验4：整数规划的WinQSB应用27实验4作业28实验5：指派问题的WINQSB应用28实验5作业30实验6：网络问题的WINQSB应用31实验6作业40第三部分 Spreadsheet建模与求解42第一章Spreadsheet建模42第一节模型的概念与建立42第二节Spreadsheet方法的应用42第二章 应用Spreadsheet方法建立运筹学模型与求解46第一节 线性规划问题建模和求解46第二节 运输问题50第四节 最大流问题55第一部分 WinQSB软件操作指南1. WinQSB软件简介QSB是Quantitative Systems for Business的缩写，早期的版本是在DOS操作系统下运行的，后来发展成为在Windows操作系统下运行的WinQSB软件，目前已经有2.0版。该软件是由美籍华人Yih-Long Chang和Kiran Desai共同开发，可广泛应用于解决管理科学、决策科学、运筹学及生产管理等领域的问题。该软件界面设计友好，使用简单，使用者很容易学会并用它来解决管理和商务问题，表格形式的数据录入以及表格与图形的输出结果都给使用者带来极大的方便，同时使用者只需要借助于软件中的帮助文件就可以学会每一步的操作。 2. WinQSB的一般操作（1）安装与启动点击WinQSB安装程序的Setup，指定安装目录后，软件自动完成安装。读者在使用该软件时，只需要根据不同的问题，调用程序当中的不同模块，操作简单方便。进入某个模块以后，第一项工作就是建立新问题或者打开已经存盘的数据文件。在WinQSB软件安装完成后，每一个模块都提供了一些典型的例题数据文件，使用者可以先打开已有的数据文件，了解数据的输入格式，系统能够解决什么问题，结果的输出格式等内容。例如，打开线性规划文件LP.LPP，系统显示如图A.1的界面。菜单栏程序名信息栏编辑栏工具、各式标题栏图1-1（2）数据的录入与保存数据的录入可以直接录入，同时也可以从Excel或Word文档中复制数据到WinQSB。首先选中要复制的电子表格中单元格的数据，点击复制，然后在WinQSB的电子表格编辑状态下选择要粘贴的单元格，点击粘贴即可。如果要把WinQSB中的数据复制到office文档中，选中WinQSB表格中要复制的单元格，点击EditCopy，to clipboard即可。数据的保存，只需要点击FileSave as即可，计算结果的保存亦相同，只是注意系统以文本格式（*.txt）保存结果，使用者可以编辑该文本文件。3. WinQSB的求解模块 关于WinQSB的各种模块及其功能，我们在下表中给出详细的说明。 第二部分 WINQSB实验内容课程名称：运筹学/Operations Research实验总学时数：16适用专业： 管理科学与工程本科专业1. 实验教学目的和要求本实验与运筹学理论教学同步进行。指导思想：运筹学是管理类学科的专业基础课，重点介绍运筹学模型和方法。对于在实际问题中的应用，往往模型具有较大的规模，常常需要借助于计算机这样的工具，才有可能得到最终的计算结果。经过上机实验，可使学生更好运用课堂上讲授的方法去解决实际问题，检测自己解决实际问题的能力。同时，会加深对实际应用的理解，做到学以致用。目的：（1）熟练使用相关软件；（2）初步学会用运筹学方法解决实际问题；（3）加深对课堂内容的理解和消化。充分发挥WinQSB软件的强大功能和先进的计算机工具，改变传统的教学手段和教学方法，将软件的应用引入到课堂教学，理论与应用相结合。丰富教学内容，提高学习兴趣。使学生能基本掌握WinQSB软件常用命令和功能。要求：（1）熟悉程序的使用（2）学会对运算结果的分析；（3）学会根据运算结果修正模型。熟悉WinQSB软件子菜单。能用WinQSB软件求解运筹学中常见的数学模型。实验考核（1）出勤检查，上机作业检查；（2）上机实验考试，占总成绩10左右。2. 实验项目名称和学时分配实验项目一二三四五六实验名称线性规划对偶问题整数规划目标规划运输问题网络模型学时分配2222223. 单项实验的内容和要求实验1：线性规划的WinQSB应用（一）实验目的：安装WinQSB软件，了解WinQSB软件在Windows环境下的文件管理操作，熟悉软件界面内容，掌握操作命令。用WinQSB软件求解线性规划。（二）内容和要求：安装与启动软件，建立新问题，输入模型，求解模型，结果的简单分析。（三）操作步骤：1.将WinQSB文件复制到本地硬盘；在WinQSB文件夹中双击setup.exe。2.指定安装WinQSB软件的目标目录（默认为C: WinQSB）。3. 安装过程需输入用户名和单位名称（任意输入），安装完毕之后，WinQSB菜单自动生成在系统程序中。4.熟悉WinQSB软件子菜单内容及其功能，掌握操作命令。5求解线性规划。启动程序 开始程序WinQSBLinear and Integer Programming 。6学习例题 点击FileLoad Problemlp.lpp, 点击菜单栏Solve and Analyze或点击工具栏中的图标用单纯形法求解，观赏一下软件用单纯形法迭代步骤。用图解法求解，显示可行域，点击菜单栏Option Change XY Ranges and Colors，改变X1、X2的取值区域（坐标轴的比例），单击颜色区域改变背景、可行域等8种颜色，满足你的个性选择。下面结合例题介绍WinQSB软件求解线性规划的操作步骤及应用。例1. 用WinQSB软件求解下列线性规划问题：s.t. 解：应用WinQSB软件求解线性规划问题不必化为标准型，如果是可以线性化的模型则先线性化，对于有界变量及无约束变量可以不用转化，只需要修改系统的变量类型即可，对于不等式约束可以在输入数据时直接输入不等式符号。（1）启动线性规划（LP）和整数规划（ILP）程序点击开始程序WinQSBLinear and Integer Programming，显示线性规划和整数规划工作界面（注意菜单栏、工具栏和格式栏随主窗口内容变化而变化）。这一程序解决线性规划（LP）以及整数线性规划（ILP）问题。IP-ILP的特殊性能包括：l LP的单纯形法与图形法l ILP的分枝定界法l 显示单纯形表l 显示分枝定界法解决方案l 执行灵敏性或参数分析l 寻求可选择的解决l 对不可行问题进行不可行分析l 用电子表格矩阵式输入问题l 用普通模型形式输入问题l 定制变量边界与类型图1-1 LP-ILP模块的主要功能l 自动生成对偶问题（2）建立新问题或者打开磁盘中已有的文件点击FileNew Problem建立一个新问题。输入本问题的文件名称lp1（读者可以任意取名），决策变量个数4和约束条件个数5，由于本问题是一个最大化问题，所以选择Maximization，同时可以确定数据的输入形式，一种为表单形式，一种为模型形式。如果我们选择了表单形式，如图2-1所示。（3）输入数据按照例1以表格或模型形式输入变量系数和右端常数数据。决策变量个数数据类型定义约束条件个数数据输入方式选择：表单式、一般模型形式目标函数取极大还是极小进行选择图1-2 LP-ILP模型基础设定（4）修改变量类型图1-3种给出了非负连续、非负整数、0-1型和无符号限制或者无约束4种变量类型选项，当选择了某一种类型后系统默认所有变量都属于该种类型。在例1中，直接将中的下界（Lower Bound）改为10，上界（Upper Bound）改为20。把设定为无约束（Unrestricted），M是一个任意大的正数。 得到如表1-1所示的表格。 表1-1 初始单纯型表（5）修改变量名和约束名。系统默认变量名为X1，X2，Xn，约束名为C1，C2，Cm。默认名可以修改，点击菜单栏Edit后，下拉菜单有四个修改选项：修改标题名(Problem Name)、变量名(Variable Name)、约束名(Constraint Name)和目标函数准则(max或min)。由于WinQSB软件支持中文，读者可以输入中文名称。（6）求解点击菜单栏Solve and Analyze，下拉菜单有三个选项：求解不显示迭代过程（Solve the Problem）、求解并显示单纯形法迭代步骤(Solve and Display Steps)及图解法(Graphic Method，限两个决策变量)。如选择Solve the Problem，系统直接显示求解的综合报告如表1-2所示，表中的各项含义见表1-5。线性规划问题有最优解或无最优解（无可行解或无界解），系统会给出提示。表1-2 winqsb线性规划求解的综合报告由表1-2得到例1的最优解为，最优值。同时由表2的第6行提示Alternate Solution Exists!知原线性规划问题有多重解。（7）显示结果分析点击菜单栏result或者点击快捷方式图标，存在最优解时，下拉菜单有9个选项（如下1）9），无最优解时有两个选项（如下10）11）。1) 只显示最优解(Solution Summary)。2) 约束条件摘要(Constraint Summary)，比较约束条件两端的值。3) 对目标函数进行灵敏度分析(Sensitivity Analysis of OBJ)。4) 对约束条件右端常数进行灵敏度分析(Sensitivity Analysis of RHS)。5) 求解结果组合报告(Combined Report)，显示详细综合分析报告。6) 进行参数分析(Perform Parametric Analysis)，某个目标函数系数或约束条件右端常数带有参数，计算出参数的变化区间及其对应的最优解，属于参数规划内容。7) 显示最后一张单纯性表(Final Simplex Tableau)。8) 显示另一个基本最优解(Obtain Alternate Optimal)，存在多重解时，系统显示另一个基本最优解，然后考虑对基本最优解进行组合可以得到最优解的通解。9) 显示系统运算时间和迭代次数(Show Run Time and Itration)。不可行性分析(Infeasibility Analysis)，线性规划问题无可行解时，系统指出存在无可行解的原因，如将例1的第5个约束改为，系统显示无可行解并且给出这样的显示报告：表1-3 winqsb线性规划求解不可行性分析表这说明第5个约束不可能小于等于零，右端常数至少等于117.1429才可行。（11）无界性分析(Unboundedness Analysis)，线性规划问题存在无界解时，系统指出存在无界解的可能原因。如将目标函数系数改为，系统显示无界并且显示：表1-4 winqsb线性规划求解无界性分析表系统提示要使线性规划问题有解，应该改变第二个约束条件。（12）保存结果。求解后将结果显示在顶层窗口，点击FileSave As，系统以文本格式存储计算结果。（13）将计算表格转换成Excel表格。在计算结果界面中点击FileCopy to Clipboard，系统将计算结果复制到剪贴板，再粘贴到Excel表格中即可。（8）单纯形表选择求解并显示单纯形法迭代步骤，系统显示初始单纯性表如表1- 1所示可以发现，系统将X4无约束改写成X4Neg_X4，即两个非负变量之差；系统将改写成约束C6：，令，则有，将代入约束条件并整理，在表中的实际上是，如约束C1：X1+2X2+6(X3+10)+9X4Neg_X4+Slack_C1=260整理后得到表1-5第一行（Slack_C1）。 约束C1，C4，C5，C6加入4个松弛变量Slack_C1，Slack_C4，Slack_C5以及Slack_UB_X3，约束C2减去剩余变量Surplus_C2，然后C2与C3加入2个人工变量Artificial_C2和Artificial_C3，共6个约束12个变量。 表2最后两行为检验数，如X1的检验数C(1)Z(1)*Big M=615M。选X1进基，表2-1最后一列为比值，变量Artificial_C3出基，主元素A(3,1)=7。 下一步点击菜单栏Simplex Iteration选择Next Iteration继续迭代，还可以人工选择进基变量，或直接显示最终单纯形表。（9）模型形式转换点击菜单栏FormatSwitch to Normal Model Form，将表1-5电子表格转换成表1-6的模型形式，再点击一次转换成表1-5的电子表格。（10）写出对偶模型点击菜单栏FormatSwitch to Dual Form，系统自动给出线性规划的对偶模型，再点击一次给出原问题模型。表1-5 初始单纯形表图1-3 标准模型输入形式附录： 线性规划常用术词汇及其含义常用术语含义常用术语含义Alternative Solution ExistsBasic and Nonbasic Variable BasisBasis StatusBranch-and-Bound MrthodCj-ZjCombined ReportConstraint SummaryConstraintConstraint DirectionConstraint StatusDecision VariableDual ProblemEntering VariableFeasible AreaFeasible SolutionInfeasibleInfeasibility AnalysisLeaving VariableLeft-hand sideLower or Upper BoundMinimum and Maximum Allowable Cj有多重解基变量和非基变量基基变量状态分支定界法检验数组合报告约束条件摘要约束条件约束方向约束状态决策变量对偶问题入基变量可行域可行解不可行不可行分析出基变量左端上界或下界最优解不变时，价值系数允许变化范围Minimum and Maximum AllowableRHSObjective FunctionOptimal SolutionParametric AnalysisRange and Slope of Parametric AnalysisReduced CostRange of FeasibilityRange of OptimalityRelaxed ProblemRelaxed OptimumRight-hand SideSensitivity Analysis of OBJ CoefficientsSensitivity Analysis of Right-Hand-sidesShadow PriceSimplex MethodSlack, Surplus or Artificial VariableSolution SummarySubtract(Add) More Than This From A(i,j)Total ContributionUnbounded Solution最优基不变时，资源限量允许变化范围右端系数目标函数最优解参数分析参数分析的区间和斜率约简成本（价值）可行区间最优区间松弛问题松弛最优右端常数目标函数的灵敏度分析右端常数的灵敏度分析影子价格单纯形法松弛变量、剩余变量或人工变量最优解摘要减少（增加）约束系数总体贡献无界解实验1作业（1）某昼夜服务公共交通系统每天各时间段（每4小时为一个时间段）所需的值班人员如下表所示。这些值班人员在某时段上班后要连续工作8个小时（包括轮流用膳时间在内）。问该公交系统至少需多少名工作人员才能满足值班的需要。（2）（任务分配问题）某车间有甲、乙两台机床，可用于加工三种工件。假定这两台车床的可用台时数分别为800和900，三种工件的数量分别为400、600和500，且已知用三种不同车床加工单位数量不同工件所需的台时数和加工费用如下表。问怎样分配车床的加工任务，才能既满足加工工件的要求，又使加工费用最低？（3）（厂址选择问题）考虑A、B、C三地，每地都出产一定数量的原料，也消耗一定数量的产品（见表9-15）。已知制成每吨产品需3吨原料，各地之间的距离为：A-B：150km，A-C：100km，B-C：200km。假定每万吨原料运输1km的运价是5000元，每万吨产品运输1km的运价是6000元。由于地区条件的差异，在不同地点设厂的生产费用也不同。问究竟在哪些地方设厂，规模多大，才能使总费用最小？另外，由于其它条件限制，在B处建厂的规模（生产的产品数量）不能超过5万吨。 A、B、C三地出产原料、消耗产品情况表地点年产原料（万吨）年销产品（万吨）生产费用（万元/万吨）A207150B1613120C240100作业要求：（1）建立问题模型、输入选项(电子表格、变量取非负连续)、输入数据、存盘、求解模型、结果存盘、观察结果。（2）将所有变量取非负整数、求解、观察结果、存盘、打印窗口、打印结果。(3) 将电子表格格式转换成标准模型。（4）分析结果。（5）将结果复制到Excel或Word文档中。实验2：对偶线性规划的WinQSB应用（一）实验目的：掌握winQSB软件写对偶规划，灵敏度分析和参数分析的操作方法（二）内容和要求：建立线性规划的对偶问题，求解模型，进行灵敏度分析和参数分析。（三）操作步骤：下面结合例题介绍WinQSB软件求解对偶线性规划的操作步骤及应用。例2：已知线性规划s.t.（1） 写出对偶线性规划，变量用表示；（2） 求原问题及对偶问题的最优解；（3） 分别写出价值系数及右端常数的最大允许变化范围；（4） 目标函数系数改为，同时常数改为，求最优解；（5） 删除第四个约束同时删除第三个变量，求最优解；（6） 增加一个变量，系数为，求最优解。解：启动线性规划与整数规划（Linear and Integer Programming），建立新问题，取名为dual1（可任意取名），输入数据得到表2-1，存盘。表2-1（1）点击FormatSwitch to Dual Form，得到对偶问题的数据表，点击FormatSwitch to Normal Model Form，得到对偶模型，点击EditVariable Name，分别修改变量名，得到以为变量名的对偶模型，如图2-1所示。图2-1（2）再求一次对偶返回到原问题，求解显示结果如表2-2，此时最优解为，最优值。表中影子价格(Shadow Price)对应列的数据就是对偶问题的最优解为。表2-2 最优解详细综合分析报告（3）由表2-2最后两列可知：价值系数()最大允许变化范围分别是0.8333,4.1667，1.333,5.7778，1.1667,4.5，(,3.4917；右端常数的最大允许变化范围分别是5,27.4719，16.6667,50，0，33.3333，30.75,)。（4）直接修改表2-1的数据，求解后得到最优解为，最优值。（5）将数据修改回原问题，点击EditDelete a Constraint，选择要删除的约束C4，ok。点击EditDelete a Variable，选择要删除的变量X3，ok。得到如表2-3的模型，求解得到最优解为，最优值。表2-3（6）调用原问题数据表，点击EditInsert a Variable，选择变量名和变量插入的位置，如图2-2，在显示的电子表格中输入数据(6,5,4,2,3)，得到最优解为，最优值。图2-2实验2作业（1）公司打算在三个工厂生产两种新产品，有数据如下：生产每个单位产品所需时间门窗每周可得时间工厂1工厂2工厂31小时03小时02小时2小时4小时12小时18小时单位利润（美元）300500求得的最优解是：每周生产门2个，窗6个，总利润为3600美元。对于研究者提出这个方案，管理层通过讨论后，提出以下问题：（1）如果新产品中，有一个产品的单位利润估计值不准确，将会发生怎样的情况？比如：现在估计门的价格单位利润是每个300美元，问，该价格可以在多大程度上偏离实际值，而最优解不变？（2）如果两种产品的单位利润都估计不准确呢？（3）如果某个工厂的可用时间发生变化，将会对结果产生什么影响？（4）如果三个工厂的可用时间都发生变化呢？ 请同学简述一下分析思路。（2）利博公司的广告组合问题 利博公司生产清洁产品，这是一个高度竞争市场，公司为增加市场份额挣扎了多年。管理层决定集中在下列三个主要产品上实行一个大规模的广告运动：（1）一种喷雾去污剂；（2）一种新的液体洗涤剂；（3）一种成熟的洗衣粉。这一广告活动将采用全国的电视和印刷媒体。管理层为广告运动设定了最低目标：（1）喷雾去污剂必须再增加3的市场份额；（2）新的洗涤剂必须再洗涤剂市场获得18的份额；（3）洗衣粉的市场份额必须增加4。下表给出了这次活动的一些估计数据。每单位广告增加的市场份额产品电视印刷媒体需要的最小增加量喷雾去污剂液体洗涤剂洗衣粉0311243184单位成本100万美元200万美元问题： （1）建模求解：以最低的总成本达到市场份额的目标，需要在每种媒体上作多少广告？ （2）如果液体洗涤剂的市场份额最小增加量从18增加到36，重新求解，生成包括最优解和总成本的数据表。 （3）使用（2）的结论确定：a.市场份额最小增加量每增加一个百分比，所增加的成本；b.市场份额最小增加量增加到多大时，每增加一个百分比的成本开始上升？ （4）使用winqsb进行灵敏度报告，描述该报告中（3）所需的信息。（3） 1) 写出对偶线性规划，变量用y表示。2) 求原问题及对偶问题的最优解。3) 分别写出价值系数cj及右端常数的最大允许变化范围。4) 目标函数系数改为C（5，3，6）同时常数改为b=（120，140，100），求最优解。5) 增加一个设备约束 和一个变量x4，系数为（c4,a14,a24,a34,a44）=（7，5，4，1，2），求最优解。6) 在第5问的模型中删除材料2的约束，求最优解。实验3：运输问题的WINQSB应用（一）实验目的：熟悉运用WinQSB软件求解运输问题，掌握操作方法。（二）内容和要求：建立运输问题模型，输入模型，求解模型。1、 分析问题，确定供应点、销售点及中转点的名称，以及它们所对应的值；2、 确定节点间的单位成本或单位利润；3、 输入已知信息，或调入已存问题；（三）操作步骤：1启动程序，开始程序winQSBNetwork Modeling2建立新问题，分别选择Trnsportation Problem、Minimization、Spreadsheet，输入标题、产地数为和销地数为。3输入数据，空格可以输入M或不输入任何数据，点击EditNode Names，对产地和销地更名。4求解并显示和打印最优表及网络图。在WinQSB软件的网络流模块中，一般运输模型的求解采用的是上面介绍的表上作业法。下面我们以例3的报刊征订、推广费用节省问题为示例，说明怎样应用WinQSB软件计算产销（四）实例操作1. 平衡的运输问题例3. 该问题的产销平衡和运价表，如下表3-1所示。（1）调用WinQSB软件的子程序Network Modeling，建立一个新问题，弹出对话筐，如右图3-1所示界面，选择Network Flow 或者Transportation Problem（本例我们选择后者），以及Minimization，输入问题的文件名Tran1（读者自己可以任意取名），产地数目3和销地数目3。 图3-1（2）接着，点击ok，此时弹出一张需要输入数据的表格，对照上表输入数据，并重新命名产地和销地，系统输出如表3-2所示的数据表格。 表3-2 运输问题的winqsb显示（3）点击菜单栏Solve and Analyze，下拉菜单有四个求解方法供选择：Solve the Problem（只求出最优解）、Solve the Display Steps-Network（网络图求解并显示迭代步骤）、Solve the Display Steps-Tableau（表格求解并显示迭代步骤）、Select Initial Solution Method（选择求初始解方法）。初始解求解方法有八种方法供选择： a) Row Minimum（RM）逐行最小元素法b) Modified Row Minimum（MRM）修正的逐行最小元素法c) Column Minimum（CM）逐列最小元素法d) Modified Column Minimum（MCM）修正的逐列最小元素法e) NorthWest Corner Method（NWC）西北角法f) Matrix Minimum（MM）矩阵最小元素法，即最小元素法g) Vogels Approximation Method（VAM）Vogel近似法h) Russells Approximation Method（RAM）Russell近似法如果不选择，系统缺省方法是逐行最小元素法（RM）。如果选择最小元素法（MM）、Solve the Display Steps-Tableau，得到如表3-3所示的初始表。由表可以看到入基、出基变量，还可以得到位势即对偶变量（Dual P(i)、Dual P(j)），求出检验数。表3-3 例3运输问题的初始表格（4）继续迭代得到最优方案表，如表3-4所示。表3-4 例3运输问题的最优方案此时，最优调运方案为：中文书刊出口部调运7500册寄往日本、调运2500册寄往中国香港特别行政区、调运5000册寄往韩国，深圳分公司的7500册全部寄往中国香港特别行政区，上海分公司的7500册全部寄往日本，总费用为元。最后，点击菜单栏ResultsGraphic Solution，系统以网络图的形式显示最优调运方案，见图3-2.图3-2 例3运输问题最优解的图示 下面，我们给大家介绍怎样运用WinQSB软件计算产销不平衡的运输问题，以下例水果调运问题为例来说明，这是一个销大于产的问题。2. 不平衡的运输问题例4. 水果调运问题。有三个水果生产基地供应四个地区的某种新鲜水果。假定等量的水果在这些地区受欢迎程度相同。各生产基地年产量，各地区年需求量以及从各生产基地到各地区单位水果的运价如表3-5所示，试给出总的运费最节省的水果调运方案。 表3-5 水果调运的基础数据 运价：万元/万吨用软件求解不用把产销不平衡问题化为平衡问题，令，软件实施步骤和例3 的一样，我们把文件名取为Tran2，输入产地数目3和销地数目4，点击ok后按照表3-5输入数据，得到表格3-6。表3-6如果选择西北角法（NWC）、Solve the Display Steps-Tableau，得到如下表所示的初始表。由表可以看到入基、出基变量，还可以得到位势即对偶变量（Dual P(i)、Dual P(j)），求出检验数，见表3-7。表3-7 例4运输问题的初始表格继续迭代得到最优方案表，如表3-8所示。此时，最优调运方案为：生产基地运送50万吨水果供应地区；生产基地分别运送20万吨水果供应和地区；生产基地运送40万吨水果供应地区，分别运送20万吨水果供应和地区；地区有10万吨水果需求不能满足；总费用为1470万元。表3-8 例4运输问题的最优方案最后，点击菜单栏ResultsGraphic Solution，系统以网络图的形式显示最优调运方案，见图3-3。图3-3 例4运输问题最优解的图示3、综合生产计划问题对于这类问题，读者可以将其化成平衡运输问题来求解，但WinQSB软件提供了此类综合生产计划问题的求解模块。为此，我们举一例介绍WinQSB软件的操作方法。例5. 某企业未来四个季度的需求量、生产能力及有关费用如表3-9所示，试制定全年总费用最小的生产计划。表3-9 综合生产计划问题的基础数据第一季度第二季度第三季度第四季度1、各时期预测需求量（件）50095016006502、正常时间生产能力4005008504503、正常时间生产单位成本（千元）1.11.31.21.44、加班时间生产能力150150150905、加班时间生产单位成本（千元）1.51.51.51.56、期初存量（+）或延期交货量（）3007、最小期末存量（安全存量）3508、单位产品每季度贮存费（千元）0.20.20.20.29、转包（外协）生产能力30030030030010、转包生产单位产品成本（千元）1.81.81.81.8调用WinQSB软件的子程序Aggregate Planning，建立新问题，在选项对话框中选中Transportation Model、Overtime Allowed及Subcontracting Allowed，输入文件名Aggp1（读者自己可以任意取名），计划时期数4和期初存量300。如果期初还要补充上期的缺货量（延迟交货，Backorder），则输入负数，如图3-4所示。图3-4点击ok，弹出数据输入对话框，输入数据，重命名计划时期，得到表3-10。点击菜单栏Solve and AnalyzeSolve the Problem，显示表3-11的生产计划表。点击菜单栏ResultsShow Transportation Tableau，显示类似运输问题运价运量的最优表，限于篇幅，表3-12只显示了一部分内容，这样我们就可以得到完整的生产计划。比如，对于第一季度，期初库存量在第一季度交货；正常时间生产400件产品，第一、二季度分别交货200件；加班时间生产150件产品用于第二季度交货100件，第三季度交货50件；转包生产110件用于第四季度末库存。总费用为5654千元。表3-10表3-11表3-124、转运问题WinQSB软件处理转运问题有两种方法，第一种方法是先化为产销平衡运价表，然后运用表上作业法求解，调用子程序Network ModelingTransportation Problem；第二种方法是将问题看作是一般网络图，不需要将问题转换为产销平衡的运输问题，调用的子程序Network ModelingNetwork Flow，输入数据时，中转地与需求地的供应量为零，供应地与中转地的需求量为零，运价按实际发生的运价输入，本地到本地和不可到达空白不需要输入运价。数据输入表格如表3-13所示。表3-13点击菜单栏Solve and AnalyzeSolve the Problem，显示表3-14的最优运输方案。点击菜单栏ResultsGraphic Solution，得到最优运输网络图，如图3-5所示。表3-14图3-5实验3作业：（1）案例分析与求解特塞格公司（Texago Corporation） 是一家设在美国本土的大型一体化石油公司。这家公司大部分石油在公司自己的油田中生产，所需的其他部分从中东地区进口。公司有大型的配送网络，把石油运送到公司的炼油厂，然后再把石油产品从炼油厂运送到公司的配送中心。特塞格公司的市场看好。因此管理层决定建立一个新的炼油厂来增加公司的产量，同时增加从中东地区进口的石油数量。接下来所要做的决定是确定在什么地方建设新的炼油厂。新的炼油厂的加入对整个配送系统都将产生巨大影响，其中包括要确定从每一个出发地运输到炼油厂的原油量，以及从每一个炼油厂运送石油制品到每一个配送中心的数量。因此，影响管理者选择新厂地址有以下三个因素：l 从出发地运送原油到所有炼油厂（包括新炼油厂）的成本；l 从所有炼油厂（包括新炼油厂）运送石油制品到每一个配送中心的成本。l 新的炼油厂的运作成本，包括劳动力成本、税赋、原料（不含原油）成本、能源成本、保险成本，等等。（资金成本不是一个所要关注的因素，因为任何地点的资金成本几乎都是一样的。） 第一步 收集必要的数据 公司确定了新厂的三个备选地址。管理者希望每个炼油厂都满负荷运转（包括新厂）。因此运筹学小组需要确定这一条件下每个炼油厂每年需要的原油数量。当然还需要许多其他大量的数据，我们在此就不一一说明理由了。收集数据整理如下。表1 生产数据炼油厂每年需要原油（百万桶）油田/进口每年原油产量（百万桶）炼油厂1炼油厂2炼油厂3新炼油厂1006080120油田1油田2油田3中东进口8060100120总量360总量360 表2 向炼油厂运输原油的运输成本数据向炼油厂运输原油的单位运输成本（百万美元/百万桶）炼油厂1炼油厂2炼油厂3新厂1新厂2新厂3油田1油田2油田3中东进口245245725235314413533464表3 石油制品运送到配送中心的运输成本数据把石油制品运输到配送中心的单位成本（百万美元）配送中心1配送中心2配送中心3配送中心4炼油厂1炼油厂2炼油厂3新厂1新厂2新厂3567854248643634331853265所需量100百万桶80百万桶80百万桶100百万桶表4 新炼油厂的估计运营成本数据地点每年运营成本（百万美元）新厂1新厂 2新厂3620570530作业要求：请在上述分析的基础上，确定哪个新厂的地址是最优的。（2）煤炭销售地1、2、3、4、5每年需要量为11、12、9、10、800万吨；公司有三个煤炭产地1、2、3，年产量分别为15、20、1500万吨。以前使用火车运输，现在火车运输成本上涨了。所以考虑将部分煤炭用轮船运输，但是使用轮船运输将会有一些先期投入。具体数据如下。使用火车运输的成本（千元/吨）使用轮船运输的成本（千元/吨）源123451234512361695972786645606355496166564731363843332428362432353126出发地使用轮船运输煤炭的先期投资（千元/年）12345123275293303293283238270275250268285265240要求：请做出最优的运输计划。实验4：整数规划的WinQSB应用（一）实验目的：用WinQSB软件求解整数规划（纯整数、混合整数）、01规划（二）内容和要求：建立整数规划问题，输入模型，求解模型。（三）操作步骤： 运用WinQSB软件求解线性整数规划仍然是调用子程序Linear and Integer Programming，操作时改变变量类型即可。下面以例为例说明这个应用。例6. 用WinQSB软件求解以下整数规划问题maxz=x1+4x2s.t.14x1+42x2196-x1+2x2 5x1,x20x1, x2为整数解：首先启动子程序Linear and Integer Programming，建立新问题，输入类似图3-1的选项。本例中，变量数等于2，约束数等于2，变量类型选非负整数（Nonnegative integer）。然后输入数据，见下表4-1。表4-1点击菜单栏Solve and Analyze的下拉菜单Solve the Problem得到表4-2所示的最优表。表4-2最优解为：x1=5，x2=3，x3=0，x4=4，x5=0，最优值为 z=17。其他类型的整数规划问题只要改变变量类型即可。实验4作业：1.已知某电机运输问题请问：请如何安排调运方案，即满足用户需要，又使总的运费最少？2. 某人有一背包可以装10公斤重、0.025m3的物品。他准备用来装甲、乙两种物品，每件物品的重量、体积和价值如下表所示。（1）请问两种物