钢管的订购和运输问题

1、钢管的订购和运输问题 钢管的订购和运输问题 长安大学 杨剑浩 陈晓渭 程牧刚 摘 要 本文针对钢管订购和运输的一般特点和要求，建立了两个遵循题目要求的非线性规划模型。在给定钢管需求量，运输方式及价格，厂家生产量上下线，运输路线图等条件下，非线性规划模型和图论的最短路算法，从而得到线最优的钢管订购运输方案，是成本达到最小。 对于问题一，我们选取了钢管订购和运输的总费用最小作为模型的目标函数，用floyd算法分别求出铁路最短路矩阵和公路最短路矩阵，利用费用转化公式，得到两个矩阵的最小费用，将两者综合求得总体最小运输费用矩阵c(i,j)。然后用lingo求解得到最优的钢管订购运输方案。 对于问题二，

2、我们根据要求改变钢厂钢管的销价和钢厂钢管的产量上限，然后用lingo求解，观察得到的图表，对改变以上两个条件后总运费及方案受到的影响进行分析。 考虑到问题三与问题一很相似，不同之处在于问题三中的钢管铺设路线变成了树形，因此我们仍然采用问题一的建模思路，对于特殊之处进行修改。采用图论中的floyd算法，求得总体最小运输费用矩阵c(i,j)。然后用lingo求解得到最优的钢管订购运输方案。 对问题一模型的求解得到最优钢管订购运输方案为： 总费用=1278632万元 每家厂家的生产量： s1 s2 s3 s4 s5 s6 s7 800.0000 800.0000 1000.000 0 1297.42

3、8 1273.572 0 对问题二求解得： 厂家s5和厂家s6的单位钢管销售价发生变化时，对方案中总运费的影响最大。 厂家s1的钢管总产量上限变化对总费用影响最大。 对问题三的模型求解得到最优钢管订购运输方案为： 总费用=1403233万元。 每家厂家的生产量： s1 s2 s3 s4 s5 s6 s7 800.0000 800.0000 1000.000 0 1303.000 2000.000 0 关键词： floyd算法 非线性规划模型 总体最小运输费用矩阵 一、问题重述 要铺设一条输送天然气的主管道。经筛选后可以生产这种主管道钢管的钢厂有七家。图中粗线表示铁路，单细线表示公路，双细线表示

4、要铺设的管道(假设沿管道或者原来有公路，或者建有施工公路)，圆圈表示火车站，每段铁路、公路和管道旁的阿拉伯数字表示里程(单位km)。 为方便计，1km主管道钢管称为1单位钢管。一个钢厂如果承担制造这种钢管，至少需要生产500个单位。每个钢厂在指定期限内能生产该钢管的最大数量和钢管出厂销售1单位钢管价格均已给出。1000km以上每增加1至100km运价增加5万元。公路运输费用为1单位钢管每公里0.1万元（不足整公里部分按整公里计算）。钢管可由铁路、公路运往铺设地点（不只是运到点，而是管道全线）。 1单位钢管的铁路运价如下表： 里程(km) 300 301350 351400 401450 451

5、500 运价(万元) 20 23 26 29 32 里程(km) 501600 601700 701800 801900 9011000 运价(万元) 37 44 50 55 60 （1）请制定一个主管道钢管的订购和运输计划，使总费用最小（给出总费用)。 （2）请就（1）的模型分析：哪个钢厂钢管的销价的变化对购运计划和总费用影响最大，哪个钢厂钢管的产量的上限的变化对购运计划和总费用的影响最大，并给出相应的数字结果。 （3）如果要铺设的管道不是一条线，而是一个树形图，铁路、公路和管道构成络，请就这种更一般的情形给出一种解决办法，并对图二按（1）的要求给出模型和结果。 二、基本符号说明与基本假设

6、2.1 基本符号说明 xii：厂家i的实际生产量 p：厂家i的单位钢管销价 a：单位距离公路的钢管运费，a=0.1 d：线段i的里程 iq：单位距离铁路钢管运费 asij：卸货节点 b：最小生产量，b=500 ：厂家i的最大生产量 ijy：从厂家i运往卸点j的钢管量 ：从厂家i运往卸点j的最小运输费用 cijtj：从卸点aj往左运的钢管量 wj：从卸点aj往右运的钢管量 lj：从卸点aj往第三方向运的钢管量 ?0，厂家未生产mi：生产厂家i是否生产，mi? ?1，厂家已生产?0，线段未占用?n：表示该线段是否被占用，n? 线段已占用?1，?2.2 基本假设 1) 假设沿管道或者原来有公路，或者

7、建有施工公路。 2) 所有钢管由七个产地供应。 3) 钢管在运输过程中不考虑途中运输磨损，即运输的钢管都可用。 4) 运输过程中不考虑铁路，公路转换时的搬运费用。 5) 题目所给数据可靠性高。 三、问题分析和基本思路 3.1 问题分析和建模思路 该问题是一个比较明显的优化问题，其中主要包含两部分的优化选择：一个是运输路线的选择，另一个是产销地的选择。其中运输路线的选择是本题的关键，不妨将本题看作是一个运费最少的路线选择问题。由于运输问题中需要考虑单位运价，运输量，运输距离，运输方式等一些因素的影响，而其中运价已经在题目中间接地给出，运价和选择的运输方式以及运输距离，运输量有关。因此，我们需要考

8、虑解决的因素就变为三个：运输方式，运输距离和运输量。因而在建立模型时没有必要考虑所有因素，只需抓住这三个关键因素，进行合理的假设和建模。 建立模型对钢管的运输和订购问题进行定量安排，就是从当前实际的钢管产量和铺设情况出发，选择恰当的订购运输方案，提出合理的订购运输要求和假定，应用科学的方法，预测出该方案需要花费的总资金，使总资金尽量达到最小，降低钢管铺设的成本。 (一) 问题1的分析 问题一属于运输类求最短路的问题，题目中给出了七个钢管生产厂，十五个钢管铺设节点以及五十四条可直接连通路线。我们希望找到一种方案，使从七个钢管厂中的某几个进行钢管生产，然后从该厂开始运输，选取运输路线和十五个节点中

9、的一部分，使在满足题目铺设要求的前提下，取得最小的运输购买费用。由于题目中说明：钢管可由铁路、公路运往铺设地点（不只是运到点，而是管道全线）。因此，当钢管运输到节点后，仍然需要考虑节点到全线的运输方法，我们采用从节点向两个方向运输的方式。在两次路线选择中分别取最小费用路线，然后将两者结合起来，求的最终路线和订购方案。因此，我们建立零一规划模型，对问题进行求解。 (二) 问题2的分析 问题二是讨论钢厂钢管的销价的变化和钢厂钢管的产量的上限的变化对购运计划和总费用的影响，同时判别哪家钢厂在这两方面发生的变化对购运计划和总费用的影响最大，其实际上是对问题一中的模型进行灵敏度分析，使得钢管销售价和钢管

10、生产上限在发生变化时，能够利用原有模型进行判断，是否需要对购运计划进行修改，以满足新情况下的最优。由此，我们通过对厂家i的单位钢管销价和厂家i的最大生产量的数值调整，利用lingo功能求的不同情况下的运输方案，对各方案结果进行比照，得出结论。 (三) 问题3的分析 问题三是对问题一的扩展，将线性管道铺设改为树形管道铺设图。我们仍然采取问题一的建立模型的思路，对其中第一部分：由生产厂家运往铺设节点的线路选择模型保留，对第二部分：由节点向铺设全程运输模型进行改变，将从节点向两边运输改为在某些节点处向三个方向运输，以满足问题三的要求。仍然建立零一规划模型，对问题求解。同时，对问题三进行钢厂钢管的销价的变化和钢厂钢管的产量的上限的变化对购运计划和总费用的影响的灵敏度分析。 四模型的建立 4.1模型准备 由于本题中所给的路线比较多，又分为三种，一种是铁路，一种是公路，还有一种是需要铺设的管道线。因此，为了方便叙述和运算，我们对问题一中每一段路进行标号，标号内容如下： 1. 线段i=1,2,14:a1a2，a2a3，a14a15编号； 2. 线段i=15,16,31：其他公路线段编号； 3. 线段i=32,33,54：铁路编号。 同时，对问题一所给图中的每一个节点进行标号，