3. ΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ 3. ΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ( Transportation ) Σε αυτή την ενότητα θα ασχοληθούμε με προβλήματα που αφορούν τη μεταφορά αγαθών από διαφορετικά σημεία παραγωγής ή κεντρικής αποθήκευσης σε κέντρα διανομής που είναι εγκατεστημένα σε άλλα γεωγραφικά σημεία. Τα προβλήματα αυτά αποτελούν μια ειδική κατηγορία προβλημάτων Γραμμικού ρογραμματισμού και καλούνται ροβλήματα Μεταφοράς. Το αντικείμενο των προβλημάτων αυτών είναι ο καθορισμός των ποσοτήτων που θα μεταφερθούν από κάθε ένα εργοστάσιο σε κάθε κέντρο διανομής με τέτοιο τρόπο ώστε να επιτυγχάνεται η ελαχιστοποίηση του κόστους μεταφοράς. Για την επίλυση αυτής της κατηγορίας προβλημάτων μπορούν να χρησιμοποιηθούν και οι τεχνικές του Γραμμικού προγραμματισμού. αρ όλα αυτά έχουν αναπτυχθεί ειδικοί αλγόριθμοι που είναι πιο αποτελεσματικοί από τη μέθοδο Simplex. Όμως η γενική προσέγγιση του προβλήματος είναι η ίδια όπως και στη μέθοδο Simplex. Ξεκινώντας από μία εφικτή λύση προσπαθούμε μέσω ενός επαναληπτικού αλγορίθμου να τη βελτιώσουμε μέχρι να επιτύχουμε τη βέλτιστη λύση. Η διαφορά με τη μέθοδο Simplex είναι ότι οι συγκεκριμένοι αλγόριθμοι έχουν απλούστερους αλγεβρικούς υπολογισμούς. 3.. ΔΙΑΤΥΩΣΗ ΡΟΒΛΗΜΑΤΩΝ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ Η επίλυση των ροβλημάτων Μεταφοράς θα γίνει με τη βοήθεια του προγράμματος QM for Windows. Στη γραμμή μενού επιλέγω MODULE και στη συνέχεια TRANSPORTATION. Άσκηση 3.. Μια επιχείρηση παραγωγής πλακιδίων μπάνιου παράγει τα προϊόντα της σε τρία εργοστάσια που βρίσκονται στις πόλεις άτρα, Βόλο και Θεσσαλονίκη. Η διανομή των προϊόντων της σε όλη την Ελλάδα γίνεται μέσω τριών κέντρων διανομής που βρίσκονται στην Αθήνα, Λάρισα και Ιωάννινα. Ο μηνιαίος προγραμματισμός παραγωγής και πωλήσεων σε κάθε εργοστάσιο και κάθε κέντρο διανομής δίνεται στον παρακάτω πίνακα :
3. ΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΕΡΓΟΣΤΑΣΙΟ ΟΣΟΤΗΤΑ ΚΕΝΤΡΟ ΖΗΤΗΣΗ ΑΡΑΓΩΓΗΣ ΔΙΑΝΟΜΗΣ ΑΤΡΑ 00,000 ΙΩΑΝΝΙΝΑ 300,000 ΒΟΛΟΣ 300,000 ΛΑΡΙΣΑ 00,000 ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 300,000 ΑΘΗΝΑ 00,000 Επειδή το κόστος παραγωγής είναι το ίδιο σε όλα τα εργοστάσια, στόχος της εταιρείας είναι η ελαχιστοποίηση του κόστους μεταφοράς των ποσοτήτων παραγωγής στα κέντρα διανομής. Το κόστος μεταφοράς από κάθε εργοστάσιο σε κάθε κέντρο διανομής είναι ανάλογο του μεταφερόμενου φορτίου και δίνεται στον παρακάτω πίνακα : ΡΟΣ ΙΩΑΝΝΙΝΑ ΛΑΡΙΣΑ ΑΘΗΝΑ ΑΟ ΑΤΡΑ 0.5 0.4 0.3 ΒΟΛΟΣ 0.8 0.4 0.3 ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 0.9 0.7 0.5 Το πρόβλημα της επιχείρησης είναι να προσδιορισθούν οι ποσότητες που θα μεταφερθούν από κάθε εργοστάσιο σε κάθε κέντρο διανομής έτσι ώστε το συνολικό κόστος μεταφοράς να είναι το μικρότερο δυνατό και ταυτόχρονα να ικανοποιηθεί η ζήτηση των κέντρων διανομής. Λύση Εισάγουμε τα όλα τα δεδομένα στον παρακάτω πίνακα : ΡΟΣ ΑΟ ΙΩΑΝΝΙΝΑ ΛΑΡΙΣΑ ΑΘΗΝΑ ΑΡΑΓΩΓΗ ΕΡΓΟΣΤΑΣΙΩΝ ΑΤΡΑ 0.5 0.4 0.3 00,000 ΒΟΛΟΣ 0.8 0.4 0.3 300,000 ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 0.9 0.7 0.5 300,000 ΖΗΤΗΣΗ 700,000 300,000 00,000 00,000 ΚΕΝΤΡΩΝ 700,000
3. ΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ αρατηρείστε ότι η ζητούμενη ποσότητα είναι ίση με την παραγόμενη (700,000 τεμάχια). Στη συνέχεια εισάγουμε τα δεδομένα στο πρόγραμμα QM όπως ακριβώς εμφανίζονται στον παραπάνω πίνακα χωρίς το τελευταίο κελί (700,000). Η λύση του προβλήματος είναι : Optimal cost ΙΩΑΝΝΙΝΑ ΛΑΡΙΣΑ ΑΘΗΝΑ 390,000 ΑΤΡΑ 00,000 ΒΟΛΟΣ 00,000 00,000 ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 00,000 00,000 Ανοίγοντας το παράθυρο Shipping List μπορείτε να δείτε την κάθε διαδρομή που ακολουθείται με το αντίστοιχο κόστος : From To Shipment Cost per unit Shipment cost ΑΤΡΑ ΙΩΑΝΝΙΝΑ 00000 0,5 50000 ΒΟΛΟΣ ΛΑΡΙΣΑ 00000 0,4 80000 ΒΟΛΟΣ ΑΘΗΝΑ 00000 0,3 30000 ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ ΙΩΑΝΝΙΝΑ 00000 0,9 80000 ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ ΑΘΗΝΑ 00000 0,5 50000 Άσκηση 3.. Μια εταιρεία παραγωγής σιδήρου έχει τρία εργοστάσια. Το πρώτο είναι στο Δήλεσι, το δεύτερο είναι στην Ελευσίνα και το τρίτο είναι στο Φάρο. Η παραγωγική ικανότητα των εργοστασίων είναι 00 τόνοι σιδήρου ημερησίως στο Δήλεσι, 300 τόνοι σιδήρου ημερησίως στην Ελευσίνα και 300 τόνοι σιδήρου ημερησίως στο Φάρο. Τα τρία εργοστάσια τροφοδοτούν τις αποθήκες πώλησης σιδήρου που βρίσκονται στο Αλιβέρι, στον Βουτσά και στη Χαλκίδα. Η ζήτηση των αποθηκών είναι 300 τόνοι σιδήρου ημερησίως για το Αλιβέρι, 00 τόνοι σιδήρου ημερησίως για το Βουτσά και 00 τόνοι σιδήρου ημερησίως για τη Χαλκίδα. Ο παρακάτω πίνακας δείχνει τις σταθερές δαπάνες μεταφοράς τόνου σιδήρου από κάθε εργοστάσιο σε κάθε αποθήκη πώλησης σιδήρου. 3
3. ΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΡΟΣ ΑΟ ΑΛΙΒΕΡΙ ΒΟΥΤΣΑΣ ΧΑΛΚΙΔΑ ΔΗΛΕΣΙ 5 4 3 ΕΛΕΥΣΙΝΑ 8 4 3 ΦΑΡΟΣ 9 7 5 Το πρόβλημα της εταιρείας είναι πως να επιλεγούν οι διαδρομές διανομής και τα φορτία σιδήρου τα οποία μεταφέρονται σε κάθε διαδρομή έτσι ώστε να ελαχιστοποιείται το συνολικό κόστος μεταφοράς. Λύση Εισάγουμε τα όλα τα δεδομένα στον παρακάτω πίνακα : ΡΟΣ ΑΡΑΓΩΓΗ ΑΛΙΒΕΡΙ ΒΟΥΤΣΑΣ ΧΑΛΚΙΔΑ ΑΟ ΕΡΓΟΣΤΑΣΙΩΝ ΔΗΛΕΣΙ 5 4 3 00 ΕΛΕΥΣΙΝΑ 8 4 3 300 ΦΑΡΟΣ 9 7 5 300 ΖΗΤΗΣΗ 700 300 00 00 ΑΟΘΗΚΩΝ 700 αρατηρείστε ότι η ζητούμενη ποσότητα είναι ίση με την παραγόμενη (700 τόνοι). Στη συνέχεια εισάγουμε τα δεδομένα στο πρόγραμμα QM όπως ακριβώς εμφανίζονται στον παραπάνω πίνακα χωρίς το τελευταίο κελί (700). Η λύση του προβλήματος είναι : Optimal cost 3,900 ΑΛΙΒΕΡΙ ΒΟΥΤΣΑΣ ΧΑΛΚΙΔΑ ΔΗΛΕΣΙ 00 ΕΛΕΥΣΙΝΑ 00 00 ΦΑΡΟΣ 00 00 4
3. ΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ Άσκηση 3..3 Σε μια πόλη λειτουργούν 3 λύκεια ( Λ, Λ, Λ 3 ). Η πόλη έχει χωρισθεί σε 4 γεωγραφικές περιοχές (,, 3, 4 ). Ο παρακάτω πίνακας δείχνει τις μέσες αποστάσεις κάθε περιοχής από κάθε σχολείο. ΑΟ ΡΟΣ 3 Λ Λ Λ 3 km km km km km 3 km 3 km km km 4 km 3 km km Η περιοχή έχει 00 μαθητές, η έχει 500, η 3 έχει 400 και η 4 έχει Λ 600 μαθητές. Το λύκειο μπορεί να στεγάσει 500 μαθητές, το το Λ 3 600 μαθητές. Λ 600 μαθητές και ροσδιορίστε την κατανομή των μαθητών στα διάφορα σχολεία έτσι ώστε να ελαχιστοποιείται η συνολική διανυόμενη απόσταση από τους μαθητές. ΑΟ Λύση Εισάγουμε τα όλα τα δεδομένα στον παρακάτω πίνακα : ΡΟΣ 3 Λ Λ Λ 3 3 3 ΜΑΘΗΤΕΣ 00 500 400 4 ΔΥΝΑΤΟΤΗΤΑ ΣΧΟΛΕΙΟΥ 3 500 600 600 700 600 700 Στη συνέχεια εισάγουμε τα δεδομένα στο πρόγραμμα QM όπως ακριβώς εμφανίζονται στον παραπάνω πίνακα χωρίς το τελευταίο κελί (700). Η λύση του προβλήματος είναι : 5
3. ΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΕΛΑΧΙΣΤΗ ΑΟΣΤΑΣΗ 00 km 3 4 Λ Λ 00 300 00 400 Λ 3 600 6
3. ΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ 3.. ΤΟ ΡΟΒΛΗΜΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΩΣ ΡΟΒΛΗΜΑ ΓΡΑΜΜΙΚΟΥ ΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΥ Στη γενική περίπτωση των προβλημάτων μεταφοράς έχουμε n πηγές προέλευσης από τις οποίες θα μεταφερθούν αγαθά σε m προορισμούς. Έστω i,,3,...n διαθέσιμη προς μεταφορά ποσότητα., οι πηγές προέλευσης στην κάθε μία από τις οποίες υπάρχει A i Έστω ζήτηση για B j j,,3,...m, οι προορισμοί ο καθένας από τους οποίους παρουσιάζει ποσότητα προϊόντων. Υποθέτουμε ότι η συνολική ζήτηση στους προορισμούς είναι ίση με τη συνολική προσφορά στις πηγές, δηλαδή A i B j. i Το κόστος μεταφοράς μιας μονάδας προϊόντων από την πηγή i στον προορισμό j, είναι σταθερό και συμβολίζεται με C ij. j Στόχος είναι να προσδιορισθούν οι ποσότητες ij που θα μεταφερθούν από την πηγή i στον προορισμό j έτσι ώστε να ικανοποιείται η ζήτηση όλων των προορισμών και να ελαχιστοποιείται το συνολικό κόστος μεταφοράς. Η μαθηματική διατύπωση του προβλήματος έχει ως εξής : Αντικειμενική συνάρτηση min n m C i j εριορισμοί C ij ij m ij j A i για i,,3,... n Η συνολική μεταφερόμενη ποσότητα από κάθε πηγή προέλευσης i προς όλους τους προορισμούς προέλευσης. n ij i B j j,,3,...m για j,,3,... m είναι ίση με την προσφερόμενη ποσότητα της πηγής Η συνολική μεταφερόμενη ποσότητα από όλες τις πηγές προέλευσης i,,3,...n προς κάθε συγκεκριμένο προορισμό j πρέπει να είναι ίση με τη ζήτηση στο συγκεκριμένο προορισμό. 7
3. ΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ Άσκηση 3.. Διατυπώστε το πρόβλημα μεταφοράς της άσκησης 3.. ως πρόβλημα Γραμμικού ρογραμματισμού. Λύση ΡΟΣ ΙΩΑΝΝΙΝΑ ΛΑΡΙΣΑ ΑΘΗΝΑ ΑΡΑΓΩΓΗ ΑΟ ΕΡΓΟΣΤΑΣΙΩΝ ΑΤΡΑ 0.5 0.4 0.3 00,000 ΒΟΛΟΣ 0.8 0.4 0.3 300,000 ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 0.9 0.7 0.5 300,000 ΖΗΤΗΣΗ 700,000 300,000 00,000 00,000 ΚΕΝΤΡΩΝ 700,000 ηγές προέλευσης (i): ΑΤΡΑ, ΒΟΛΟΣ, ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ. ροορισμοί (j): ΙΩΑΝΝΙΝΑ, ΛΑΡΙΣΑ, ΑΘΗΝΑ. Οι μεταβλητές του προβλήματος είναι : Μεταφερόμενη ποσότητα από ΑΤΡΑ σε ΙΩΑΝΝΙΝΑ Μεταφερόμενη ποσότητα από ΑΤΡΑ σε ΛΑΡΙΣΑ Μεταφερόμενη ποσότητα από ΑΤΡΑ σε ΑΘΗΝΑ Μεταφερόμενη ποσότητα από ΒΟΛΟΣ σε ΙΩΑΝΝΙΝΑ Μεταφερόμενη ποσότητα από ΒΟΛΟΣ σε ΛΑΡΙΣΑ Μεταφερόμενη ποσότητα από ΒΟΛΟΣ σε ΑΘΗΝΑ Μεταφερόμενη ποσότητα από ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ σε ΙΩΑΝΝΙΝΑ Μεταφερόμενη ποσότητα από ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ σε ΛΑΡΙΣΑ Μεταφερόμενη ποσότητα από ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ σε ΑΘΗΝΑ Έτσι έχουμε το ακόλουθο πρόβλημα Γραμμικού ρογραμματισμού: Αντικειμενική συνάρτηση min C 0.5 + + 0.4 + 0.3 + 0.8 + 0.4 + 0.3 + 0.9 + 0.7 0. 5 8
3. ΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ εριορισμοί 00,000 0 0 300,000 300,000 300,000 0 0 00,000 00,000 Εισάγοντας τα δεδομένα στο πρόγραμμα QM έχουμε την ακόλουθη λύση: 00,000, 0, 0, 0, 00,000, 00,000, 00,000, 0, 00,000. Συνολικό κόστος C 390,000. Άσκηση 3.. Διατυπώστε το πρόβλημα μεταφοράς της άσκησης 3.. ως πρόβλημα Γραμμικού ρογραμματισμού. Λύση ΡΟΣ ΑΡΑΓΩΓΗ ΑΛΙΒΕΡΙ ΒΟΥΤΣΑΣ ΧΑΛΚΙΔΑ ΑΟ ΕΡΓΟΣΤΑΣΙΩΝ ΔΗΛΕΣΙ 5 4 3 00 ΕΛΕΥΣΙΝΑ 8 4 3 300 ΦΑΡΟΣ 9 7 5 300 ΖΗΤΗΣΗ 700 300 00 00 ΑΟΘΗΚΩΝ 700 Ακολουθώντας την προηγούμενη διαδικασία καταλήγουμε στο εξής πρόβλημα Γραμμικού ρογραμματισμού : Αντικειμενική συνάρτηση min C 5 + + 4 + 3 + 8 + 4 + 3 + 9 + 7 5 9
3. ΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ εριορισμοί 00 0 0 300 300 300 0 0 00 00 Εισάγοντας τα δεδομένα στο πρόγραμμα QM έχουμε την ακόλουθη λύση: 00, 0, 0, 0, 00, 00, 00, 0, 00. Συνολικό κόστος C 3,900. Άσκηση 3..3 Διατυπώστε το πρόβλημα μεταφοράς της άσκησης 3..3 ως πρόβλημα Γραμμικού ρογραμματισμού. ΑΟ Λύση ΡΟΣ 3 Λ Λ Λ 3 3 3 ΜΑΘΗΤΕΣ 00 500 400 4 ΔΥΝΑΤΟΤΗΤΑ ΣΧΟΛΕΙΟΥ 3 500 600 600 700 600 700 Ακολουθώντας την προηγούμενη διαδικασία καταλήγουμε στο εξής πρόβλημα Γραμμικού ρογραμματισμού : Αντικειμενική συνάρτηση min D + + + + + 3 + 3 + + + + 3 4 0
3. ΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ εριορισμοί 4 00 500 0 4 0 4 0 4 4 0 4 0 4 400 600 500 600 600 Εισάγοντας τα δεδομένα στο πρόγραμμα QM έχουμε την ακόλουθη λύση: 00, 0, 0, 300, 00, 0, 0, 400, 4 0, 0, 0, 600. Συνολική απόσταση D,00 km.
3. ΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ 3.3. ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΕΣ Άσκηση 3.3. Μια επιχείρηση, η Foster Generations, θέλει να μεταφέρει ένα προϊόν από τρία εργοστάσια σε τέσσερα κέντρα διανομής. Η επιχείρηση έχει εργοστάσια στο Cleveland, Bedford και New York. Η δυνατότητα παραγωγής για το επόμενο τρίμηνο είναι η εξής: Cleveland 5,000 μονάδες, Bedford 6,000 μονάδες και New York,500 μονάδες. Η επιχείρηση διανέμει την παραγωγή της από τέσσερα κέντρα διανομής που βρίσκονται σε Boston, Chicago, St. Louis και Lexington αντίστοιχα. Η εκτιμώμενη ζήτηση των κέντρων διανομής για το επόμενο τρίμηνο έχει ως εξής: Boston 6,000 μονάδες, Chicago 4,000 μονάδες, St. Louis,000 μονάδες και Lexington,500 μονάδες. Το ανά μονάδα κόστος μεταφοράς σε $ δίνεται από τον παρακάτω πίνακα: ΚΕΝΤΡΑ ΔΙΑΝΟΜΗΣ ΕΡΓΟΣΤΑΣΙΑ Boston Chicago St. Louis Lexington Cleveland 3 7 6 Bedford 7 5 3 New York 5 4 5 Το πρόβλημα της επιχείρησης είναι να προσδιορισθούν οι ποσότητες που θα μεταφερθούν από κάθε εργοστάσιο σε κάθε κέντρο διανομής έτσι ώστε το συνολικό κόστος μεταφοράς να είναι το μικρότερο δυνατό, και ταυτόχρονα να ικανοποιηθεί η ζήτηση των κέντρων διανομής. i) ροσδιορίστε το ποσό που πρέπει να μεταφερθεί από κάθε εργοστάσιο σε κάθε κέντρο διανομής έτσι ώστε να ελαχιστοποιείται το συνολικό κόστος μεταφοράς. οιο είναι το συνολικό κόστος μεταφοράς; ii) Έστω ότι η εκτιμώμενη ζήτηση στο Boston αυξάνεται κατά 00 μονάδες και η επιχείρηση επιτρέπει στο εργοστάσιο στη New York να αυξήσει την παραγωγή του κατά 00 μονάδες. Το συνολικό κόστος μεταφοράς αυξάνεται ή μειώνεται; Αναφέρετε τις νέες διαδρομές και τα αντίστοιχα ποσά που μεταφέρονται. iii) Επιλύστε το παραπάνω πρόβλημα με τη μέθοδο του Γραμμικού ρογραμματισμού.