数学建模课程设计

发布 2022-10-04 01:43:28 阅读 9646

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)

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