绪论(运筹学) PPT课件

1 运筹学OperationalResearch 石河子大学商学院佟永鹏tyongpeng 2 第一章绪论 运筹学的起源与发展运筹学在管理中的应用运筹学的定义与学科分支介绍运筹学分析思路运筹学模型与应用运筹学软件 3 一 运筹学的起源与发展 古代运筹学的思想 宋真宗年间 因遭雷击使皇城失火被焚 皇帝命宰相丁渭主持修复 丁渭提出 将宫前大街开挖成河 取土烧砖 引汴水入宫 水运建材 宫修复 以废砖烂瓦填平河沟 修复宫前大街 这样 挖河解决了就地取土 方便运输 清理废墟三个问题 一举三得 省时 省工 省钱 田忌 齐王 赛马 4 运筹学学科的正式发展来自二战 战争是最能激发才智的场所 参与各方无不想方设法以获取胜利 第二次世界大战中 英美成立的OperationalResearch小组 研究进攻和防御中如何运作 反潜深水炸弹的合理爆炸深度 使德国潜艇被摧毁数量上升400 研究船在受到敌机攻击时如何转弯 中弹数由47 降到29 5 制造原子弹的曼哈顿工程中 由于涉及到数万项具体研究项目 组织者用网络图的方式完整表现整个项目的要求 以方便进行计划和控制 网络计划首次得到采用 在复杂的阿波罗登月计划中 进一步发展网络计划评审技术 6 二战后在经济管理中的应用随着工业大规模化的出现 运筹学的方法及思想开始涉入政府管理 工业生产及社会经济等许多领域 并在其应用中开始发展壮大 7 运筹学的发展 1944年 冯 诺依曼 VonNeumann 电子计算机之父 摩根斯坦 O Morgenstern 的 对策论与经济行为 1947年GeorgeDantgig的解线性规划问题的单纯形法1939年苏联康托洛维奇提出的类似线性规划的模型 以及 解乘数法 1960年发表 最佳资源利用的经济计算 一书 获诺贝尔经济学奖 二战后 兰德公司等将运筹学用于研究战略问题 并带动了在工业 农业 经济 社会问题中德应用 在复杂的阿波罗登月计划中 进一步发展网络计划评审技术 8 运筹学研究的发展 运筹学学会 英 1948 美 1952 法 1956 日 印 1957 中 1980 到2005年有48个国家和地区成立运筹学会 国际运筹学联合会 IFORS 1959 45国家的学会 25000会员 www ifors org 欧洲运筹学会 EURO AssociationofEuropeanOperationalResearchSocieties withinIFORS 1975 www euro online org 亚太运筹学会 APORS AssociationofAsianPacificOperationalResearchSocieties 1985年 www apors ms unimelb edu au 中国运筹学会 ORSC TheOperationsResearchSocietyofChina 1980 9 运筹学在中国的传播 20世纪50年代钱学森 许国志等将运筹学引入中国1957年正式用 运筹学 的名称华罗庚加入 对优选法的研究与推广管梅谷1962年提出的中国邮递员问题投入产出分析的研究与应用计算机普及应用后 运筹学教学 研究与应用的改进 10 二 运筹学在管理中的应用 1 资源配置 例如企业的生产计划 社会各种资源的优化配置 确定适应企业资源状况的生产 销售及劳动力安排计划 以期获得最大的利润或最小的成本 确定国家或地区资源情况 进行国民经济规划的优化配置 2 运输问题和配送问题 运输路线的布局 成本最小的运输线路 物资调拨 运输工具的调度以及建筑工程的选址问题等 3 库存管理 应用于多种物质库存量的确定 设备的合理能力或容量以及适当的库存方式和库存量 11 4 人事管理 人才需求预测及计划 人员管理分配及评估体系 5 市场营销 广告预算 竞争性定价 销售计划 新产品开发等 6 财务管理 成本分析与控制 投资策略 风险分析 现金管理等 7 其他 区域经济规划 项目可行性分析 项目评估 工程优化设计 城市应急服务系统设计与管理等 12 我国从1957年开始将运筹学应用于交通运输 工业 农业等各行各业 例如 粮食的合理调运 工业生产中的合理下料 机床负荷分配等方法 钢铁行业的投入产出算法 建筑行业 大型设备维修计划中的统筹法 在港口 矿山 电信以及线路设计中的排队论与图论 13 三 运筹学的定义与学科分支介绍 莫斯 P M Morse 与金博尔 G E Kimball 为决策机构在对其控制下业务活动进行决策时 提供以数量化为基础的科学方法 运筹学 OperationalResearch 是一门应用科学 从实际出发解决实际问题的方法 运筹学是一门应用科学 它广泛应用现有的科学技术知识和数学方法 解决实际中提出的专门问题 为决策者选择最优决策提供定量依据 14 管理百科全书的定义 运筹学是应用分析 试验 量化的方法 对管理系统中人力 物力 财力等资源进行统筹安排 为决策者提供有依据的最优方案 以实现最有效的管理 简言之 运筹学是利用数学工具来解决管理问题的学科 15 定义要点与思考 要点 对象 系统任务 决策主体 决策者手段 资源配置标准 优化 有效方法 量化 模型工具 IT技术 硬件 软件思考 范围不限 经济管理 社会 自然 最优 与满意解 最有效 与风险 16 OperationsResearch的中文翻译 运用研究 我国1956年前曾用 运用学 的名字 作业研究 我国台湾沿用的名字 运筹学 1957年中国大陆开始用 出自 史记 高祖本记 夫运筹帷幄之中 决胜千里之外 17 相关的基本概念 管理与决策定性分析与定量分析定量分析的类型 统计学 运筹学 管理信息系统狭义 管理科学 运筹学广义 管理科学 管理中的数量分析方法中国国家自然科学基金委员会下设的 管理科学部 18 运筹学的分支 针对不同问题 运筹学发展起不同的解决方法 具体包括 规划论 线性规划整数规划动态规划非线性规划 运筹学专题 图与网络模型排队与统筹方法存贮模型决策论对策论 博弈论 决策分析预测理论与模型投入产出理论 19 四 运筹学的主要分析思路 运筹学研究的主要特点 科学性 实践性 系统性 综合性运筹学的基本思路 针对特定管理问题 建立数学模型 然后分析求解 最后应用 运筹学研究的主要步骤 定义问题 收集数据 构造模型 模型验证与修改 系统分析问题描述 执行方案 模型求解与检验 结果分析 反馈与评估 20 运筹学的工作步骤 提出和形成问题目标 约束 可控变量 有关资料建立模型形象模型模拟模型符号与数学模型求解解的检验解的控制与调整解的实施 21 五 运筹学模型与运用 模型分类 1 按照呈现和表达的方式 实物模型 符号模型 计算机模型等 2 按描述方法的特点 描述性模型 规范化模型 启发式模型等 3 按模型参数和变量的性质 确定性模型 随机性模型 4 按时间因素 静态模型 动态模型 22 运筹学模型 运筹学一般结构 优化模型或者说 最优化模型例如 规划问题 max 或min 目标函数s t 约束条件在经济学中常见的 厂商理论中 在成本约束下最大化利润 消费者理论中 在预算约束下最大化效用函数 23 建模案例 Klingman等人将管理科学技术应用到Citgo石油公司 为该公司每年节省7000万美元 是管理科学成功应用的一个典范例子Citgo公司是Southland公司1983年购买的一个炼油和营销公司 目标是让它成为一个下游的汽油分销网络 然而Citgo原来主业是炼油 对分销业务并不熟悉 结果是1984年损失了5千万美元 Southland公司聘请了Klingman为首的运筹学专家小组对Citgo进行诊断 结果使1985年税前利润达到了7千万美元 24 建模案例 建模七步 炼油厂分析 第一步 定义问题 Klingman团队首先分析了Citgo的查尔斯湖的炼油厂 发现了多方面的问题 没有把握住成本节省的机会 没有生产正确的混合产品 没有充分利用自己的资源 数据收集机制也不合理 第二步 收集数据 团队主要关注以下数据 Citgo的产品是如何产生于资源 各种石油产品 的 生产每种产品需要的能源 投入产出之间的关系 维持和管理费用 第三步 构造模型 团队建立了一个大型的线性规划模型来描述炼油厂的整体生产过程 其中描述了技术关系 生产能力限制 质量标准限制等等 25 建模案例 建模七步 炼油厂分析 第四步 验证模型 为了验证模型 收集了查尔斯湖炼油厂一个月的投入和产出数据 利用投入数据计算出来的模型预测产出和实际产出进行比较 经过模型调整 最后相差不大 第五步 计算结果 该厂原来有一个线性规划软件 研究小组使用了当时最先进的线性规划软件包作为替代 以便每天都可以进行大规模的计算 得到的结果非常详细 第六步 提交报告 线性规划软件具有更为友好的用户界面 让实际操作人员很快就理解和掌握了其使用方法 第七步 投入使用 投入实用后 模型被用来每天决定当天的生产方案 Citgo的工作人员很快就发现 该模型对于他们制定日常的生产计划非常有用 对产品质量和产量 劳动力效率 设备维护水平等都产生了很好的效果 大大节省了成本 在这样做之前 Citgo在和其他75家炼油厂的评比中 六项关键指标仅处于38到58位 优化之后的1985年 Citgo提高到了20到30位 26 建模案例 建模七步 供给分销网络系统 第一步 定义问题 在研究之前 Citgo主要集中在炼油业务上 母公司希望Citgo放更多精力在下游的营销业务上 从生产性企业转向营销型企业 这需要考虑以下问题 从何处购买原油 在何处销售产品 应制定何种价格 应保有多少存货 如此等等 第二步 收集数据 研究者建立了一个数据库来跟踪销售 存货和交易 应用回归分析 计量经济和统计技术 来预测Citgo每种产品的批发价格和批发需求 第三步 构造模型 研究小组建立了 最小成本网络流 模型 以确定11周的供给 营销和分销策略 这一模型可以表现为一种网络图 这样每个人都可一目了然 很直观 第四步 模型验证 预测模块反复调整以适应新的数据 27 建模案例 建模七步 供给分销网络系统 第五步 计算结果 网络图的最低成本很容易计算 在计算机上3000个方程和15000决策变量的问题求解也仅需要数秒而已 第六步 提交报告 Klingman的团队向Citgo及其母公司汇报了自己的网络模型 其直观和求解的方便性给客户留下了很深的印象 不光是提供了一个定量模型的解 也让他们能更清楚把握整个营销网络的构成和运转机理 第七步 投入使用 使这个项目得到成功的最关键因素是Citgo母公司总裁由始至终的强力支持 他找来了运筹学小组 从收集数据到最后的应用 他提供了关键性的支持 最后营销网络的实用需要组织结构上的变化 例如需要指定一个新的副总裁来负责营销网络的构造和运转 这都离不开高层的强力支持 28 运筹学应用 一家公司的总经理说 它的助手是一位MBA的学生 该学生把学到的运筹学知识应用到公司的业务中 针对公司的设备分销工作 建立了一个存储模型 理顺了公司的业务关系 经过三个月的实践 降低了销售成本 为公司节省了35万多元 同时他又说了一个令人深思的问题 该公司的领导成员中学习过运筹学的占一半以上 但为什么在以前没有人把运筹学用到管理实践中呢 29 原因是 以往所学的运筹学停留在基本概念 基本理论的基础上 重点放在严密的定理证明和繁琐的计算上 而不是应用上 更重要的