送货问题。
某地区有8个公司(如图一编号①至⑧),某天某货运公司要派车将各公司所需的三种原材料a,b,c从某港口(编号⑨)分别运往各个公司。路线是唯一的双向道路(如图1)。货运公司现有一种载重 6吨的运输车,派车有固定成本20元/辆,从港口出车有固定成本为10元/车次(车辆每出动一次为一车次)。
每辆车平均需要用15分钟的时间装车,到每个公司卸车时间平均为10分钟,运输车平均速度为60公里/小时(不考虑塞车现象),每日工作不超过8小时。运输车载重运费1.8元/吨公里,运输车空载费用0.
4元/公里。一个单位的原材料a,b,c分别毛重4吨、3吨、1吨,原材料不能拆分,为了安全,大小件同车时必须小件在上,大件在下。卸货时必须先卸小件,而且不允许卸下来的材料再装上车,另外必须要满足各公司当天的需求量(见表1)。
问题:1、货运公司派出运输车6辆,每辆车从港口出发(不定方向)后运输途中不允许掉头,应如何调度(每辆车的运载方案,运输成本)使得运费最小。
2、每辆车在运输途中可随时掉头,若要使得成本最小,货运公司怎么安排车辆数?应如何调度?
3、(1)如果有载重量为4吨、6吨、8吨三种运输车,载重运费都是1.8元/吨公里,空载费用分别为0.2,0.
4,0.7元/公里,其他费用一样,又如何安排车辆数和调度方案?(2)当各个公司间都有或者部分有道路直接相通时,分析运输调度的难度所在,给出你的解决问题的想法(可结合实际情况深入分析)。
图1 唯一的运输路线图和里程数。
表1 各公司所需要的货物量。
首先对题目进行分析,不难发现,实际上生活中有很多这样的实例,这个问题和高中数学的最优解有很大的联系,只不过是考虑因素更多,它涉及到①费用约束②时间约束③卸货约束④车辆约束⑤载重约束。
1.1.模型的基本假设。
1.假设原料a,b,c原料在装车,卸车以及行驶过程中没有损耗,质量没有变化。
2.假设运输车在路上行驶速度不受转弯,红绿灯,路面不平和其他突发事件,如交通事故。
3.假设运输车司机不受身体等因素影响,运输车回来后,可以立即运输。
1.2.符号说明。
ai,bi表示运输车的运输的两个方向,运输车从港口向左方式为为ai,运输车从港口向右方式为bi(i=1,2,3,4,5,6)
ci表示某一辆运输车装货的吨数。
6aij,6bik表示某一辆6吨运输车从港口在某单位卸货后回到港口所需费用(j=1,2,3,4,5,6,7,wij,wik表示某一辆运输车在某一单位卸车到出发港口的距离。
ti表示某一辆运输车工作时间。
r表示卸货次数。
p1表示某一辆运输车向相同方向行驶次数。
p2表示某一辆运输车向相反方向行驶次数。
s表示运输所需总费用。
1.3.模型的建立,分析与求解。
1.问题1的分析与解答。
模型1为了使运输费用最小,由于派车有固定费用,故我们要尽量减少车辆使用数量,由于时间的约束,我们要尽量减少卸货次数,由于有装载约束,所以我们尽量要把车装满才划算,由于运输车载重运费要1.8元/吨公里,运输车空载费用才0.4元/公里,所以我们要尽快把原料卸掉,从这里我们可以从港口向两个方向送货,这样可以尽快卸货。
时间约束:ti=p1(60+15)+10r≤8×60
车辆约束:∑ai=6
载重约束:ci=4m+3n+l(0≤m≤1,0≤n≤2,0≤l≤6,1≤4m+3n+l≤6)
卸货约束:故只有4种卸货方式,①只卸c种原料②只卸b,c种原料③只卸a,c种原料④卸a种原料。
总重约束:∑ci=(4+1+2+3+1+2+5)×4+(1+5+1+2+4+2+3)×3+5+2+4+2+4+3+5+1
aij=20+10+1.8×4mwj1+1.8×3nwj2+1.8lwj3+(60—wj1)(8≥j1≥j2≥j3≥1)
j=1,w=8
j=2,w=15
j=3,w=24
j=4,w=29
j=5,w=37
j=6,w=45
j=7,w=49
j=8,w=55
bjk=20+10+1.8×4mwk1+1.8×3nwk2+1.8lwk3+(60—wk1)×0.4(8≥k1≥k2≥k3≥1)
j=8时,k=1,w=5
j=7时,k=2,w=11
j=6时,k=3,w=15
j=5时,k=4,w=23
j=4时,k=5,w=31
j=3时,k=6,w=36
j=2时,k=7,w=45
j=1时,k=8,w=52
总费用s=∑aij+∑bik,最后根据约束条件求的即可,没有数学lindo软件,故没有求。
1.问题2的分析与解答。
模型2与模型1所不同,此时货运公司安排的车辆数也是未知,车辆可以随时掉头,那么车辆的时间变了,问题更复杂了,首先我们考虑不变问题,我们可以发现载重约束:ci=4m+3n+l(0≤m≤1,0≤n≤2,0≤l≤6,0≤4m+3n+l≤6),卸货约束:故只有4种卸货方式,①只卸c种原料②只卸b,c种原料③只卸a,c种原料④卸a种原料,总重约束:
∑ci=(4+1+2+3+1+2+5)×4+(1+5+1+2+4+2+3)×3+5+2+4+2+4+3+5+1都未变,先固定不变量,变量就可以逐个突破,我们发现时间约束和费用约束表面看起来一个是时间改变,一个路程改变,其实时间改变的本质就路程的改变,两者变量一致,而车辆数量的改变的本质就是固定费用的减少,车辆随时掉头,最其本质就是可能掉头回去近点,节省油费。
车辆约束:∑ai≤6
时间约束:ti= p1(60+15)+10r +p2(wj1/60×60×2)+p2×r10+ p1(60+15)+10r +p2(wk1/60×60×2)+p2×r10≤8×60
6aij=20q+10+1.8×4mwj1 +1.8×3nwj2 +1.8lwj3 +0.4wj1(q=0或1,1≤j1≤4)
6aij=20+10+1.8×4mwj1+1.8×3nwj2+1.8lwj3+(60—wj1)(5≤j1≤8)
j=1,w=8
j=2,w=15
j=3,w=24
j=4,w=29
j=5,w=37
j=6,w=45
j=7,w=49
j=8,w=55
6bjk=20q+10+1.8×4mwk1+1.8×3nwk2+1.8lwk3+0.4wk3(q=0或1, 5≤k1≤8)
6bjk=20 q +10+1.8×4mwk1+1.8×3nwk2+1.8lwk3+(60—wk1)×0.4(q=0或1,1≤k1≤4)
j=8时,k=1,w=5
j=7时,k=2,w=11
j=6时,k=3,w=15
j=5时,k=4,w=23
j=4时,k=5,w=31
j=3时,k=6,w=36
j=2时,k=7,w=45
j=1时,k=8,w=52
总费用s=∑aij+∑bik,最后根据约束条件求的即可,没有数学lindo软件,故没有求。
1.问题3的分析与解答。
模型3(1)
与模型1,2有所不同,在于运输车载重约束变化了,空运费用变化了,此时我们依然要用到前面不变得约束,车辆约束:∑ai≤6,ti= p1(60+15)+10r +p2(wj1/60×60×2)+p2×r10+ p1(60+15)+10r +p2(wk1/60×60×2)+p2×r10≤8×60,总重约束:∑ci=(4+1+2+3+1+2+5)×4+(1+5+1+2+4+2+3)×3+5+2+4+2+4+3+5+1另外部分改变约束我们也要把它看成不变约束,如载重约束:
ci=4m+3n+l(0≤m≤2,0≤n≤2,0≤l≤8,1≤4m+3n+l≤8),同时对前面的约束加以变化利用。
用6吨货车费用。
6aij=20q+10+1.8×4mwj1 +1.8×3nwj2 +1.8lwj3 +0.4wj1(q=0或1,1≤j1≤4)
6aij=20+10+1.8×4mwj1+1.8×3nwj2+1.8lwj3+(60—wj1)×0.4(5≤j1≤8)
j=1,w=8
j=2,w=15
j=3,w=24
j=4,w=29
j=5,w=37
j=6,w=45
j=7,w=49
j=8,w=55
6bjk=20q+10+1.8×4mwk1+1.8×3nwk2+1.8lwk3+0.4wk3(q=0或1, 5≤k1≤8)
6bjk=20 q +10+1.8×4mwk1+1.8×3nwk2+1.8lwk3+(60—wk1)×0.4(q=0或1,1≤k1≤4)
j=8时,k=1,w=5
j=7时,k=2,w=11
j=6时,k=3,w=15
j=5时,k=4,w=23
j=4时,k=5,w=31
j=3时,k=6,w=36
j=2时,k=7,w=45
j=1时,k=8,w=52
用4吨货车费用。
4aij=20q+10+1.8×4mwj1 +1.8×3nwj2 +1.8lwj3 +0.2wj1(q=0或1,1≤j1≤4)
4aij=20+10+1.8×4mwj1+1.8×3nwj2+1.8lwj3+(60—wj1)×0.2(5≤j1≤8)
j=1,w=8
j=2,w=15
j=3,w=24
j=4,w=29
j=5,w=37
j=6,w=45
j=7,w=49
j=8,w=55
bjk=20q+10+1.8×4mwk1+1.8×3nwk2+1.8lwk3+0.2wk3(q=0或1, 5≤k1≤8)
bjk=20 q +10+1.8×4mwk1+1.8×3nwk2+1.8lwk3+(60—wk1)×0.2(q=0或1,1≤k1≤4)
j=8时,k=1,w=5
j=7时,k=2,w=11
j=6时,k=3,w=15
j=5时,k=4,w=23
j=4时,k=5,w=31
j=3时,k=6,w=36
j=2时,k=7,w=45
j=1时,k=8,w=52
用8吨货车费用。
8aij=20q+10+1.8×4mwj1 +1.8×3nwj2 +1.8lwj3 +0.7wj1(q=0或1,1≤j1≤4)
8aij=20+10+1.8×4mwj1+1.8×3nwj2+1.8lwj3+(60—wj1)×0.7(5≤j1≤8)
数学建模课程设计
高速公路修建费用问题。摘要。本文研究了高速公路修建费用问题。在建设高速公路时,要求建造费用最小,这是个关于最优化求解的问题。根据不同地貌上建造成本的不同,找出a b两地高速路的最低建造成本路线。以确定最便宜的路线为目标建立了非线性规划模型来确定在各个地貌交界处的汇合点。建造总费用为各个地貌中建造公路...
数学建模课程设计
题目 服务机构劳务安排的优化设计。服务机构劳务安排的优化设计。摘要。生活中,我们会接触到各种各样的服务机构,就服务机构自身而言,不同的时间段内需要的服务量和需求量有显著的不同,而且不同时段对劳务的支付工资也有不同。本文主要站在管理者的角度,考虑在既要满足需要,又要尽量节约劳务开支的基础上如何设计才能...
数学建模课程设计
0840503220 苏阳。0840503224 张明。0840503226 郑景旻。影院座位设计。问题回顾 影院座位的满意程度主要取决于视角和仰角,视角是观众眼睛到屏幕上下边缘的视线的夹角,越大越好 仰角是观众眼睛到屏幕上边缘视线与水平线的夹角,太大使人的头部过分上仰,引起不适,一般要求仰角不超过...