决策分析案例分析报告

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《运筹决策分析与运用》案例报告 某公司某设备操作成本问题建模与决策分析

1 某公司某设备操作成本问题

建模与决策分析

一、问题综述

某公司某单位有一台大型设备,供公司生产和科研之用。在工作的时间里,必须有一名操作员负责操作和维护,以及提供一些编程服务。公司网络信息中心的陈主任负责管理这一设备的运作。

现在是公司每年新招录员工刚报到的时间,陈主任面临如何分配新操作员工的问题。由于所有的操作员都是新招录进入公司的,每天都需要进行必要的入职培训和岗位认知,因此,他们每天只能在工作有限的时间内开展工作。

目前有6个操作员(4个本科生、2个研究生)。因为他们的电脑经验以及编程能力不一样,所以,他们的工资也不同。下表给出了他们各自的工资(单位: 元)以及每天可以开展工作的时间。

操作员 每小时工资 最多可获得的工作时间

星期一 星期二 星期三 星期四 星期五

A 10.00 6 0 6 0 6

B 10.10 0 6 0 6 0

C 9.90 4 8 4 0 4

D 9.80 5 5 5 0 5

E 10.80 3 0 3 8 0

F 11.30 0 0 0 6 2

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2 每个操作员必须保证一周最少工作时间,以保持对设备操作的熟练程度。这一规定硬性的,本科生(A、B、C、D)每周8小时,研究生(E、F)每周7小时。

计算机周一到周五每天从上午8点开到下午10点,任何时候都必须有一位操作员在职。在周末,计算机将由其他人管理。

因为设备的运行费用紧张,陈主任不得不考虑合理地分配每个操作员每天的工作时间,以使设备的操作成本最小。

二、问题定义

1、决策变量

a1、b1、c1、d1、e1、f1=A、B、C、D、E、F每周一工作的时间

a2、b2、c2、d2、e2、f2=A、B、C、D、E、F每周二工作的时间

a3、b3、c3、d3、e3、f3=A、B、C、D、E、F每周三工作的时间

a4、b4、c4、d4、e4、f4=A、B、C、D、E、F每周四工作的时间

a5、b5、c5、d5、e5、f5=A、B、C、D、E、F每周五工作的时间

2、目标:成本最小

成本=

(a1+a2+a3+a4+a5)×10.00+(b1+b2+b3+b4+b5)×10.10+

(c1+c2+c3+c4+c5)× 9.90+(d1+d2+d3+d4+d5)× 9.80+

(e1+e2+e3+e4+e5)×10.80+(f1+f2+f3+f4+f5)×11.30

3、资源使用情况及限制条件

(a1+a2+a3+a4+a5)总量为18

(b1+b2+b3+b4+b5)总量为12

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3 (c1+c2+c3+c4+c5)总量为20

(d1+d2+d3+d4+d5)总量为20

(e1+e2+e3+e4+e5)总量为14

(f1+f2+f3+f4+f5)总量为8

三、数学模型

1、目标函数

minz=(a1+a2+a3+a4+a5)×10.00+(b1+b2+b3+b4+b5)×10.10+(c1+c2+c3+c4+c5)×9.90+(d1+d2+d3+d4+d5)×9.80+(e1+e2+e3+e4+e5)×10.80+(f1+f2+f3+f4+f5)×11.30

2、满足约束条件:s.t.

1)工作时间约束

0≤a1≤6、a2=0、0≤a3≤6、a4=0、0≤a5≤6

b1=0、0≤b2≤6、b3=0、0≤b4≤6、b5=0

0≤c1≤4、0≤c2≤8、0≤c3≤4、c4=0、0≤c5≤4

0≤d1≤5、0≤d2≤5、0≤d3≤5、d4=0、0≤d5≤5

0≤e1≤3、e2=0、0≤e3≤3、0≤e4≤8、e5=0

f1=0、f2=0、f3=0、f4≤6、f5≤2

2)工作总量约束

(a1+a2+a3+a4+a5)≥8

(b1+b2+b3+b4+b5)≥8

(c1+c2+c3+c4+c5)≥8

(d1+d2+d3+d4+d5)≥8

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4 (e1+e2+e3+e4+e5)≥7

(f1+f2+f3+f4+f5)≥7

(a1+b1+c1+d1+e1+f1)=14

(a2+b2+c2+d2+e2+f2)=14

(a3+b3+c3+d3+e3+f1)=14

(a4+b4+c4+d4+e4+f4)=14

(a5+b5+c5+d5+e5+f5)=14

3)非负约束

0≤a1、0≤a3、0≤a5

0≤b2、0≤b4

0≤c1、0≤c2、0≤c3、0≤c5

0≤d1、0≤d2、0≤d3、0≤d5

0≤e1、0≤e3、0≤e4

0≤f4、0≤f5

四、优化求解

利用Excel表格的规划求解功能进行求解

每小时工资 10.00 10.10 9.90 9.80 10.80 11.30

A B C D E F 每天的总和 每天工作时间

周一 1 1 1 1 1 1 14 = 14

周二 1 1 1 1 1 1 14 = 14

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5 周三 1 1 1 1 1 1 14 = 14

周四 1 1 1 1 1 1 14 = 14

周五 1 1 1 1 1 1 14 = 14

每人每周总工作时间 9 8 19 20 7 7

≥ ≥ ≥ ≥ ≥ ≥

每周工作最低时间 8 8 8 8 7 7

A B C D E F

周一 2 0 4 5 3 0

周二 0 2 7 5 0 0

周三 4 0 4 5 1 0

周四 0 6 0 0 3 5

周五 3 0 4 5 0 2 总成本

709.6

每人每周总工作时间 9 8 19 20 7 7

上述建模用Excel规划求解功能可以得出:

周一安排A工作2小时、C工作4小时、D工作5小时、E工作3小时

周二安排B工作2小时、C工作7小时、D工作5小时

周三安排A工作4小时、C工作4小时、D工作5小时、E工作1小时

周四安排B工作6小时、E工作3小时、F工作5小时

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6 周五安排A工作3小时、C工作4小时、D工作5小时、F工作2小时

五、What-if分析

由上面结果可以简单看出C、D的工作时间最多、其次是A、B最后是E、F

(一)如果计算机周一到周五每天开机12个小时该如何安排时间?

我们把每天的工作时间改为12,这时我们运行一下Solver软件看看结果有什么变化。

A B C D E F

每小时工资 10.00 10.10 9.90 9.80 10.80 11.30

A B C D E F 每天的总和

每天工作时间

周一 1 1 1 1 1 1 12 = 12

周二 1 1 1 1 1 1 12 = 12

周三 1 1 1 1 1 1 12 = 12

周四 1 1 1 1 1 1 12 = 12

周五 1 1 1 1 1 1 12 = 12

每人每周总工作时间 8 8 10 20 7 7

≥ ≥ ≥ ≥ ≥ ≥

每周工作最低时间 8 8 8 8 7 7

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7

A B C D E F

周一 1 0 3 5 3 0

周二 0 4 3 5 0 0

周三 6 0 0 5 1 0

周四 0 4 0 0 3 5

周五 1 0 4 5 0 2 总成本

610.5

每人每周总工作时间 8 8 10 20 7 7

我们发现A、C变化了B、D、E、F没有变化。

(二)当前的总成本为709.6元,如何才能降低费用使之最少呢?如果其他的不能改变,只能改变每周最低工作时间,我们来看看结果如何。

1、我们首先增加E、F的最低工作时间,运行一下Solver软件看看结果有什么变化。

每小时工资 10.00 10.10 9.90 9.80 10.80 11.30

A B C D E F 每天的总和 每天工作时间

周一 1 1 1 1 1 1 14 = 14

周二 1 1 1 1 1 1 14 = 14

周三 1 1 1 1 1 1 14 = 14

周四 1 1 1 1 1 1 14 = 14

周五 1 1 1 1 1 1 14 = 14

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8 每人每周总工作时间 8 8 18 20 8 8

≥ ≥ ≥ ≥ ≥ ≥

每周工作最低时间 8 8 8 8

8 8

A B C D E F

周一 2 0 4 5 3 0

周二 0 2 7 5 0 0

周三 3 0 3 5 3 0

周四 0 6 0 0 2 6

周五 3 0 4 5 0 2 总成本

711.8

每人每周总工作时间 8 8 18 20 8 8

总成本变为711.8元。

2、我们把A、B、C、D的每周最低工作时间增加,这时我们运行一下Solver软件看看结果有什么变化。

每小时工资 10.00 10.10 9.90 9.80 10.80 11.30

A B C D E F 每天的总和 每天工作时间

周一 1 1 1 1 1 1 14 = 14

周二 1 1 1 1 1 1 14 = 14

周三 1 1 1 1 1 1 14 = 14

周四 1 1 1 1 1 1 14 = 14

周五 1 1 1 1 1 1 14 = 14