Реферат: Сетевое моделирование при планировании. Задача о коммивояжере...

Реферат: Сетевое моделирование при планировании. Задача о коммивояжере...

Московский городской институт управления Правительства Москвы

Лабораторные работы

по дисциплине

«Экономико-математические методы и модели»

Подготовила студентка V курса Евдокимова Е. Д.

Преподаватель – Новикова Г. М.

Москва

2004

Содержание

Задание №1……………………………………………………………….3

Задание №2……………………………………………………………….8

Задание №3……………………………………………………………...11

Задание №4……………………………………………………………...14

Задание №5……………………………………………………………...16

Задание №6……………………………………………………………...20

Задание №1

Тема: Сетевое моделирование при планировании

Задача: Разработка, анализ и оптимизация сетевого графика при календарном планировании проекта

Компания «АВС» реализует проекты серийного производства различных видов продукции. Каждый проект обеспечивает получение в неделю 100 тыс. $ дополнительной прибыли. Перечень работ и их характеристики представлены в таблице 1.1.

Таблица 1.1

Перечень работ и их характеристики

Задание:

1.   Изобразить проект с помощью сетевой модели.

2.   Определить наиболее вероятную продолжительность каждой работы.

3.   Найти все полные пути сетевого графика, определить критический путь, ожидаемую продолжительность выполнения проекта и полную стоимость всех работ.

4.   Разработать математическую модель оптимизации процесса реализации проекта.

Сетевой график

D

A                                                               H

B                         F

C                          E

G

Наиболее вероятная продолжительность работ

tНВ = (2tmin + 3tmax)/5

tНВ A = (2*4 + 3*6)/5 = 5,2

tНВ B= (2*7 + 3*9)/5 = 8,2

tНВ C= (2*8 + 3*11)/5 = 9,8

tНВ D= (2*9 + 3*12)/5 = 10,8

tНВ E= (2*5 + 3*8)/5 = 6,8

tНВ F= (2*4 + 3*6)/5 = 5,2

tНВ G= (2*11 + 3*15)/5 = 13,4

tНВ H= (2*4 + 3*6)/5 = 5,2

Возможные полные пути

I.       1 – 2 – 5. Длина: tНВ A + tНВ D =5,2 + 10,8 = 16

II.      1 – 3 – 6 – 5. Длина: tНВ B + tНВ F + tНВ H = 8,2 + 5,2 +5,2 = 18,6

III.      1 – 4 – 6 – 5. Длина: tНВ C + tНВ G + tНВ H = 9,8 + 13,4 + 5,2 = 28,4

IV.     1 – 4 – 3 – 6 – 5. Длина: tНВ C + tНВ E + tНВ F + tНВ H = 9,8 + 6,8 + 5,2 + 5,2= = 27

Максимальная длина пути, равная 28,4 недели соответствует пути III, на котором лежат работы C, G, H. Следовательно, он является критическим.

Математическая модель

Примем за x1,  x2 , …, x8 продолжительность работ A, B,…, H соответственно.

x1 ³ 4 (1)

x2 ³ 7 (2)

x3 ³ 8 (3)

x4 ³ 9 (4)

x5 ³ 5 (5)

x6 ³ 4 (6)

x7 ³ 11 (7)

x8 ³ 4 (8)

x1 £ 6 (9)

x2 £ 9 (10)

x3 £ 11 (11)

x4 £ 12 (12)

x5 £ 8 (13)

x6 £ 6 (14)

x7 £ 15 (15)

x8 £ 6 (16)

x1 + x4 + x9 £ 28,4 (17)

x2 + x6 + x8 + x9 £ 28,4 (18)

x3 + x7 + x8 + x9 £ 28,4 (19)

x3 + x5 + x6 + x8 + x9 £ 28,4 (20)

Функция цели: 22x1 + 28x2 + 18x3 + 35x4 + 28x5+ 25x6 + 55x7 + 15x8 + 100x9          max

Исходная матрица

Таблица 1.2

Решение

x1 = 6

x2 = 9

x3 = 8

x4 = 12

x5 = 7

x6 = 4

x7 = 11

x8 = 4

x9 = 5,4

Т. к. x9 = 5,4, то длина критического пути уменьшится на эту величину. Проверим это утверждение:

x3 + x7 + x8 = 8 + 11 + 4 = 23

Уменьшение времени выполнения работы, как правило, связано с увеличением затрат. В таблице 1.3 определим прирост затрат при уменьшении времени реализации проекта.

Таблица 1.3

Изменение затрат при уменьшении времени реализации проекта

Таким образом, время выполнения работ A, B, D, E увеличилось по сравнению с наиболее вероятным; продолжительность остальных работ уменьшилась. Затраты на реализацию проекта возросли на 124,8 тыс. $. Увеличение затрат произошло, в основном, из-за работы G, по которой наблюдается наибольшее сокращение времени в сочетании с наивысшим коэффициентом затрат на выполнение работы.

Из-за сокращения критического пути проект будет введен в эксплуатацию на 5,4 недели раньше. Т. к. прибыль за неделю составляет 100 тыс. $, то за этот срок она составит 100 тыс. $ * 5,4 = 540 тыс. $.

В результате дополнительная прибыль с учетом возрастания затрат на проведение работ составит 540 тыс. $ - 124,8 тыс. $ = 415,2 тыс. $

Задание №2

Тема: Графы

Задача о коммивояжере

Имеется 4 пункта. Время переезда из пункта I в пункт j представлено в таблице 2.1.

Таблица 2.1

Исходные данные

График представлен на рисунке.

Требуется найти оптимальный маршрут, вычеркнув из таблицы отсутствующие маршруты.

Математическая модель

Обозначим за x маршруты, приведенные в таблице 2.2.

Таблица 2.2

Обозначения

Сумма входящих и исходящих маршрутов в каждом пункте равна 1. Следовательно, система условий-ограничений выглядит следующим образом:

x1 + x2 + x3 = 1 (1)

x4 + x5 + x6 = 1 (2)

x7 + x8 + x9 = 1 (3)

x10 + x11 + x12 = 1 (4)

x4 + x7 + x10 = 1 (5)

x1 + x8 + x11 = 1 (6)

x2 + x5 + x12 = 1 (7)

x3 + x6 + x9 = 1 (8)

Функция цели: 8x1 + 8x2 + 6x3 + 4x4 + 6x5 + 12x6 + 10x7 + 12x8 + 18x9 + 8x10   + 10x11 + 4x12          min

Исходная матрица условий задачи представлена в таблице 2.3.

Таблица 2.3

Исходная матрица

Решение

x3 = 1

x5 = 1

x7 = 1

x8 = 0

x11 = 1

Это означает, что на графике остаются только пути, соответствующие переменным х3, х5, х7, х11 (1       4, 2      3, 3       1, 4       2). Функционал равен 12, т. е. время пути будет равно 12 единицам. График при этом выглядит следующим образом.

Задание №3

Тема: Графы

Задача о максимальном потоке

Имеется трубопроводная сеть с заданной Sij пропускной способностью каждого участка из i-го узла в j-й узел и мощностью насосной станции, расположенной в узле. Необходимо рассчитать максимальную пропускную способность сети из начального узла в конечный узел.

aисток                                                                                                                                              aсток

Пропускная способность  Sij , тыс. тонн

S12 = 4

S13 = 7

S14 = 8

S23 = 3

S25 = 5

S34 = 8

S35 = 9

S45 = 9

Математическая модель

Обозначим за х1, 2, …, 8 перевозки по маршрутам 12, 13, 14, 23, 25, 34, 35, 45 соответственно, а за х9 – пропускную способность конечного узла сети.

Сумма входящих в каждый узел потоков равна сумме выходящих, причем интенсивность каждого потока не может превышать пропускную способность своего участка сети. Поэтому система условий-ограничений выглядит следующим образом.

х9 - х1 – х2 – х3 = 0 (1)

х1 – х4 – х5 = 0 (2)

х2 + х4 – х6 – х7 = 0 (3)

х3 + х6 – х8 = 0 (4)

х5 + х7 + х8 – х9 = 0 (5)

х1 £ 4 (6)

х2 £ 7 (7)

х3 £ 8 (8)

х4 £ 3 (9)

х5 £ 5 (10)

х6 £ 8 (11)

х7 £ 9 (12)

х8 £ 9 (13)

Функция цели: х9        max

Таблица 3.1

Исходная матрица

Решение

х1 = 4

х2 = 7

х3 = 8

х5 = 4

х7 = 7

х8 = 8

х9 = 19

Функционал в данной задаче равен –481, что не имеет смысла при заданных условиях. Однако, исходя из математической модели, функционал в данной задаче равен значению х9 . Таким образом, максимальная пропускная способность сети составит 19 тыс. тонн. При этом некоторые маршруты окажутся незадействованными (х4 и х6). График будет выглядеть следующим образом.

Задание №4

Тема: Системы массового обслуживания

Задача: Рационализация функционирования системы управления аэропортом на базе анализа марковских процессов

Различные аэропорты имеют отделы системы управления, функциональная связь которых и интенсивность потоков информации представлены на рисунке и в таблице 4.1.

Требуется вычислить вероятности состояний в стационарном режиме по значениям интенсивности перехода.

Таблица 4.1

Исходные данные

Математическая модель

Примем за х1, х2, …, х5 предельные вероятности состояний в стационарном режиме пунктов S1, S2, …, S5 соответственно. Произведение вероятности состояния на интенсивность исходящих из этого пункта потоков равна произведению интенсивностей входящих потоков на вероятность состояния в стационарном режиме пунктов их отправления. Система уравнений Колмогорова для данной задачи в общем виде выглядит следующим образом:

(l13 + l12 )* х1 = l21 * х2 (1)

l21 * х2 = l12 * х1+ l32 * х3 (2)

(l32 + l34 )* х3 = l13 * х1 + l53 * х5 (3)

l45 * х4 = l34 * х3+ l54 * х5 (4)

 (l54 + l53 )* х5 = l45 * х4 (5)

Кроме того, сумма всех вероятностей равна 1. При подстановке данных таблицы 4.1 и добавлении переменной х6 получаем:

5 х1 - х2 + х6 = 0 (1)

х2 - 3х1 - 3х3 + х6 = 0 (2)

5 х3 - 2х1 - 3х5 + х6 = 0 (3)

2 х4 - 2х3 – х3 + х6 = 0 (4)

4 х5 - 2х4 + х6 = 0 (5)

х1 + х2 + х3 + х4 + х5 + х6 = 1 (6)

Функция цели: М х6         max

Таблица 4.2.

Исходная матрица

Решение

Функционал = -500

х1 = 0,125

х2 = 0,625

х3 = 0,083

х4 = 0,111

х5 = 0,055

Сумма данных вероятностей составляет 0,999, т. е. погрешность, полученная при расчетах, крайне незначительна.

Задание №5

Тема: Имитационное моделирование

Задача: Расчет и анализ графика запуска-выпуска продукции в цехе мелкосерийного производства

В таблице 5.1 представлены технологические маршруты изготовления различных видов продукции, а также директивное время исполнения заказов (в условных единицах) и нормы затрат времени на обработку одной партии продукции на каждом из типов оборудования.

Общая масса заказа по каждому виду продукции разбивается на N партий так, что для каждого вида продукции выполняется условие:

Общая масса заказа = (масса партий)*(число партий)

Нормы затрат времени в каждом эксперименте имитационного моделирования обратно пропорциональны числу партий.

Требуется определить оптимальный маршрут изготовления продукции.

Таблица 5.1

Технологические маршруты изготовления продукции

Тд = 27

Решение

В результате применения программы «APOSUM» было получено 3 варианта решения. Время изготовления заказа в каждом из них составляет соответственно 41, 48 и 52 единицы. Ближе всего к нормативному времени находится вариант 1. Количество переналадок при этом равно 19, что больше, чем в других вариантах (10 и 5), однако решающее значение имеет время. Изменяя длительность обработки изделий, можно уменьшить время с 41 до 29 единиц. Измененная длительность обработки изделий представлена в таблице 5.2.

Таблица 5.2.

Длительность обработки изделий

В итоге получился следующий график запуска-выпуска продукции.

Таблица 5.3.

График запуска-выпуска продукции

Продолжение

Время и очередность запуска и выпуска каждой партии продукции, последовательность и время использования каждого оборудования проиллюстрированы далее графиком Ганта.

График Ганта

Задание №6

Тема: Матричные модели балансового метода планирования

Задача: Разработка межпродуктового баланса производства и распределения продукции предприятия

В трех цехах приборостроительного завода изготовляются датчики, приборы и их узлы, основная часть которых идет на внутреннее потребление при сборке блоков АСУ, остальная является конечным продуктом и поставляется внешним приборостроительным и машиностроительным организациям, а также в ремонтные мастерские.

Требуется составить межпродуктовый баланс производства и распределения продукции, если известны коэффициенты прямых затрат и конечный продукт (таблица 6.1).

Таблица 6.1.

Исходные данные

Математическая модель

х1 = 0,15х1 + 0,1х2 + 0,3х3 + 100

х2 = 0,25х1 + 0,15х2 + 0,25х3 + 280

х3 = 0,3х1 + 0,25х2 + 0х3 + 320

Отсюда, умножив уравнения на –1, получаем следующую систему уравнений ограничений:

0,85х1 - 0,1х2 - 0,3х3 - х4 = 100 (1)

-0,25х1 + 0,85х2 - 0,25х3 - х4 = 280 (2)

-0,3х1 + 0,25х2 + х3 - х4 = +320 (3)

Функция цели: -Мх4        max

Исходная матрица условий задачи представлена в таблице 6.2.

Таблица 6.2.

Исходная матрица

Решение

Функционал = 0

х1 = 401,292

х2 = 622,756

х3 = 596,077

Умножив полученные значения валового продукта на коэффициенты прямых затрат, получим решение, представленное в таблице 6.3.

Таблица 6.3.

Решение

В таблице показаны затраты на производство продукции в количественном выражении.