korobov
.pdf301
Варианты раскроя полотна бумаги на листы обсчитывают следующим образом. Предположим, что из полотна бумаги размером 456 х 758300 см нарезаются листы только одного формата 60 х 84 см (1 вариант). При этом по ширине полотна может быть выкроено 7 листов (456/60), по длине – 9027 листов (758300/84). Отходы бумаги при раское одного полотна ее по этому 1 варианту составят 2731,2 см2 ( из расчета 456 х 758300 – 60 х 84 х 7 х 9027).
** По фактическим данным за 1 месяц для получения указанных количеств листовой писчей бумаги (без нахождения оптимального варианта раскроя) на ЦБК потребовалось разрезать 281,8 т бумаги. Отходы составили 29,8 т, т.е. 10,6%.
Подобные вычисления производятся по всем вариантам раскроя. Результаты вычислений сводятся в табл.8.4
Табл.8.4 Варианты раскроя полотна бумаги на листы и площадь отходов
№ лис- |
Размер |
Количество листов, нарезаемых по ширине и длине одного полотна, и |
|||||||
|
|
|
площадь отходов при раскрое его по вариантам* |
|
|||||
тов |
листов |
1 |
2 |
3 |
4 |
. . . |
48 |
. . . |
58 |
1 |
60х84 |
7х9027 |
- |
- |
- |
. . . |
1х9027 |
. . . |
1х9027 |
2 |
60х90 |
- |
7х8425 |
- |
- |
. . . |
1х8425 |
. . . |
- |
3 |
70х84 |
- |
- |
6х9027 |
- |
. . . |
4х9027 |
. . . |
4х9027 |
4 |
70х107 |
- |
- |
- |
6х7021 |
. . . |
- |
. . . |
1х7021 |
Площадь |
2731,2 |
2732 |
2731,2 |
2731,2 |
. . . |
4247,87 |
. . . |
3489,5 |
|
отходов, см2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Из табл. 8.4 видно, что в данном примере количество возможных вариантов раскроя полотна бумаги равно 58. Следовательно, в математической модели в целевой функции (8.39) системе организаций (8.40) – (8.41) число неизвестных n равно 58.
Для нахождения элементов матрицы atj и коэффициентов целевой функции cj составляется новая табл.8.5 по данным предыдущей таблицы. Как указывалось выше, площадь полотна бумаги принимается за единицу, и в долях от единицы рассчитывается выход листов по форматам и отходы по каждому варианту раскроя раздельно. Например, по первому варианту выход бумаги в виде листов размером 60 х 84 см составляет
60 84 7 9027 = 0,92101,
456 758300
и отходов |
|
2731,2 |
= 0,07899. |
456 758300 |
Табл.8.5
Выход листов и отходов при резании полотна бумаги по вариантам раскроя (в долях от единицы, за которую принята площадь полотна бумаги 1 рулона)
№ лис- |
Размер |
Выход листов и отходов по вариантам раскроя (в долях от единицы) |
|||||||
тов |
листов |
1 |
2 |
3 |
4 |
. . . |
48 |
. . . |
58 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
302 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
60х84 |
0,921 |
- |
- |
- |
. . . |
0,1316 |
. . . |
0,1316 |
2 |
|
60х90 |
- |
0,921 |
- |
- |
. . . |
0,1316 |
. . . |
- |
3 |
|
70х84 |
- |
- |
0,921 |
- |
. . . |
0,6140 |
. . . |
0,6140 |
4 |
|
70х107 |
- |
- |
- |
0,921 |
. . . |
- |
. . . |
0,1535 |
|
Отходы |
0,079 |
0,079 |
0,079 |
0,079 |
. . . |
0,1228 |
. . . |
0,1009 |
*Поскольку основная цель демонстрации примера заключается в изложении методики решения задачи и показа эффективности оптимальности раскроя материала, для сокращения размера таблицы здесь и в следующей таблице нами приводятся данные не по всем 58 вариантам раскроя, а лишь по 6.
При составлении математической модели задачи, значения коэффициентов atj и cj берутся из табл.8.5, bi - из табл.8.3.
F = 0,079x1 + 0,079x2 |
+ 0,079x3 |
+ 0,079x4 |
+ ... + 0,1228x48 |
+ ... + 0,1009x58 = min |
||||||
0,921x1 |
+ |
.................... |
|
.......... |
.......... |
........ |
|
+ 0,1316x48 + ... |
+ 0,1316x58 |
≥ 51; |
|
|
0,921x2 .......... |
|
.......... |
|
................ |
|
+ 0,1316x48 |
|
≥ 71; |
|
|
|
0,921x3 |
+ .......... |
.......... |
|
+ 0,6140x48 ..... + 0,6140x58 ≥ 88; |
|||
|
|
|
|
|
0,921x4 |
+ .......... |
................... |
+ 0,1535x58 |
≥ 42; |
|
x1 |
+ |
x2 |
+ |
x3 |
+ |
x4 |
+ .......... |
.......x48 .......... |
..... + x58 |
≤ 281,8 |
Затем составляется исходная симплексная таблица по общему правилу.
Для решения задачи использована типовая программа алгоритма симплекс-
метода.
В результате решения были получена следующие значения:
x59 |
= 26; |
c59 |
= 0; |
n = 59; |
x28 |
= 39,9; |
c28 |
= 0,0132; |
n = 28; |
x18 |
= 50,7; |
c18 |
= 0,0132; |
n = 18; |
x33 |
= 0,9; |
c33 |
= 0,07898; |
n = 33; |
x46 |
= 190,3; |
c46 |
= 0,0132; |
n = 46; |
F = 3,8, N = 7.
Эти цифры означают, что в данном примере по 18-му варианту раскроя надо разрезать 50,7 т бумаги, по 28-му варианту – 39,9 т, по 33-му варианту – 0,9 т и по 46-му варианту – 190,3 т. При этом раскрое отходы бумаги будут минимальными 3,8 т. Переменная x59, равная 26 т, характеризует выход бумаги в листах размером 60 х 84 см сверх плана.
Нетрудно убедиться в эффективности оптимизации раскроя. Отходы бумаги при применении оптимального раскроя могут быть снижены на
29,8 − 3,8100 = 9,24%.
281,8 Учитывая, что 1% отходов вызван обрывами полотна бумаги в процессе размотки
и резки на бумагорезальной машине и остатками деформированной бумаги на гильзах, непосредственно за счет оптимизации раскроя отходы бумаги сокращаются на 8,24% от всей массы бумаги, поступившей в раскрой.
303
Изложенная выше методика моделирования задачи оптимального раскроя листовых материалов и приведенные практические расчеты по раскрою бумаги показывают, что для решения этих задач требуется небольшой круг исходной информации. Сбор и подготовка ее к решению просты и требуют незначительного времени. Оптимальное решение отыскивается посредством симплексного метода с помощью ПЭВМ по стандартной программе. Таким образом, раскройные задачи не трудоемки, а эффект от нахождения оптимальных планов раскроя значительный.
304
Глава 9. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ПОСТАНОВКА И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ПРОГРАММЫ ЛЕСОПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
9.1. Экономико-математическое моделирование программы выпуска продукции предприятиями лесопромышленного объединения
Особенности содержательной постановки проблемы
Задачи оптимального планирования производственной программы промышленной деятельности на любом уровне (предприятие, объединение, отрасль) заключаются в установлении объемов выпуска продукции по ассортименту, обеспечивающих максимальный экономический эффект производственной деятельности предприятия, объединения или отрасли в целом, в зависимости от уровня решения задачи.
Результат решения задачи зависит, прежде всего, от того, какие факторы и условия, как и в какой мере учтены при ее решении. Естественно, что определяющими факторами следует считать:
-во-первых, потребности народного хозяйства в отдельных видах сырья, материалов и готовой продукции, а также возможности реализации на внешнем рынке;
-во-вторых, производственные возможности предприятий (объединений, отрасли в целом) с точки зрения обеспеченности их сырьевыми, материальными, энергетическими, денежными и трудовыми ресурсами, наличия производственных
мощностей и возможности их дальнейшего развития.
Для целей оптимального планирования производственных программ выпуска продукции лесопромышленными предприятиями, в дополнение к общим, необходимо учитывать отраслевые определяющие факторы:
-специфику запасов древесины по лесосырьевым базам и времени эксплуатации их;
-специфику сырья из древесины;
-возможные направления дальнейшего использования сырья и готовой продукции из древесины с учетом потребностей народного хозяйства и рынка;
-сложившийся состав и мощности лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств на том или ином уровне планирования;
-возможности развития (расширения действующих, строительства новых) производств;
-необходимость комплексного полного использования лесосырьевых ресурсов как
первичных, так и отходов в качестве вторичного сырья.
Одним из важнейших факторов является характеристика лесосырьевых ресурсов. Дело в том, что запасы древесины по лесосырьевым базам и времени их эксплуатации значительно разнятся по преобладающим породам, степеням крупности и качеству.
Запасы древесины по каждой породе подразделяются на крупную четырех сортов, среднюю – четырех сортов, мелкую – двух сортов, дровяную-топливную и технологическую.
Таким образом по одной породе запас древесины подразделяется на 12 размернокачественных групп. Положим, в сырьевой базе четыре преобладающие породы (сосна, ель, береза и осина), следовательно, запасы древесины дифференцированы по 48-ми породно-размерно-качественным (ПРК) группам. В то же время, по существующим
305
ГОСТам установлено из какой древесины (по ПРК группам) можно вырабатывать те или иные сортименты продукции, в зависимости от дальнейшего их использования. В приложениях 1-3 приведены таблицы, характеризующие возможные связи «качество древесины → сортимент».
Значительное разнообразие количественных сочетаний этих факторов еще в большей степени подтверждает многовариантность решения проблемы, следовательно, и необходимость оптимизации задач планирования производства вообще в лесной промышленности, и основной из них – оптимизации производственной программы выпуска продукции по ассортименту. Тем более это необходимо в условиях, когда «разброс» цен на продукцию различного назначения, выработанную из разной древесины (по ПРКгр.) колеблется ≈1:8 ( по хвойной древесине) и ≈1:4 (по лиственной).
Лесопромышленные предприятия (ЛПП) объединяются в различного рода ассоциации, корпорации и холдинги. Далее эти формирования будем просто называть – объединения.
В этой связи, для определения программ выпуска продукции отдельными предприятиями объединения, решается единая задача оптимизации программы в целом по объединению с дифференциацией по его субъектам.
Проблема оптимизации программы выпуска продукции ЛПП объединения включает в себя отыскание комплексного ответа на следующие взаимосвязанные вопросы.
-Установление сортиментных планов лесозаготовительным производствам объединения по сырьевым базам ЛПП и пунктам примыкания. Здесь устанавливаются объемы заготовки сотриментов круглых лесоматериалов из отведенных в рубку запасов древесины, дифференцированных по ПРК группам в разрезе сырьевых баз по примыканию, для поставок круглых лесоматериалов за пределы объединения, обеспечения сырьем деревоперерабатывающих производств на нижних складах предприятий, обеспечения круглыми лесоматериалами собственных нужд ЛПП на капитальный ремонт и строительство лесовозных дорог и сооружений.
-Установление плана выпуска готовой продукции по ассортименту деревоперерабатывающими производствами ЛПП, исходя из заданий в целом по объединению, наличия производственных мощностей, количества и качества перерабатываемого сырья и существующих норм выхода продукции.
-В случаях несоответствия (или корректировки) заданий (обязательств по контрактам) в целом по объединению, с установленными ранее общими объемами производства, в решении задачи параллельно рассматривается вопрос расширения (или, наоборот, сокращения) общих объемов заготовки древесины по сырьевым базам с учетом примыкания (в пределах допустимой расчетной лесосеки), а также расширения действующих и строительства новых деревоперерабатывающих производств с установлением возможностей, целесообразности и размеров развития производств на нижних складах предприятий, при условии полного эффективного использования лесосырьевых ресурсов как первичных, так и отходов.
Вобщей постановке задачи оптимизации производственных программ выпуска продукции ЛПП объединения считаются известными и заданными следующие показатели:
-фонды производственных ресурсов на предприятиях объединения на планируемый период;
-нормы затрат ресурсов на единицу (десяток или комплект) продукции;
-обязательства объединения по номенклатуре, объему производства и поставкам продукции;
-допустимые нижние и верхние пределы производства продукции, по которой не предусматривается фиксированный объем;
306
-потребности в лесоматериалах ЛПП на капремонт и строительство;
-общие годовые объемы заготовки древесины по сырьевым базам предприятий с учетом примыкания;
-мощности (по переработке сырья) деревоперерабатывающих производств на нижних складах ЛПП объединения;
-денежные средства объединения и возможности привлечения заемных средств, предназначенные на расширение и реконструкцию производства, приобретение и установку оборудования.
Воптимизационных задачах большое значение имеет выбор критерия оптимальности. Напомним, что под критерием оптимальности понимается экономический, технический или технико-экономический показатель, закладываемый в условие задачи для суждения об оптимальности ее решения.
При решении разных проблем и задач в качестве критерия оптимальности используются различные экономические показатели: цены, прибыль, доход, затраты и др.
Вданном случае, при решении проблемы оптимизации программы выпуска
продукции по ассортименту наиболее подходящими являются показатели прибыли или
дохода от производства и реализации продукции. Предпочтительным было бы решение с несколькими показателями – в многокритериальной постановке.
Решение столь сложных проблем, каковой является проблема оптимизации программы выпуска продукции, никогда не ограничивается одноразовыми расчетами.
Такие задачи решаются в несколько последовательных этапов.
Прежде рассчитывается так называемая «открытая программа», объемы выпуска продукции в которой определяются исходя из производственных возможностей предприятий, в предположении, что сбыт продукции не ограничен. При этом обязательства по поставкам продукции не учитываются.
Результаты таких расчетов являются исходной информацией для последующего заключения «выгодных для предприятий» контрактов по производству и поставкам продукции.
На следующем этапе расчетов определяется программа выпуска продукции предприятиями объединения с учетом обязательств по государственным заказам и контрактам.
Наконец, расчеты могут быть повторены после каких-либо уточнений, внесения новых условий, корректировки исходной информации и т.п. Окончательное решение принимается после соответствующего анализа повторных расчетов.
Далее последовательно рассмотрим эту проблему в годовом планировании применительно к предприятиям лесозаготовительного объединения. Разработаем
экономико-математическую модель оптимального планирования производственной
программы промышленной деятельности всех взаимосвязанных производств ЛПП объединения, в которой с достаточной полнотой были бы отражены специфические условия и особенности, присущие комплексным лесозаготовительным предприятиям.
Экономико-математическая модель
Напомним, что экономическая сущность задачи оптимального планирования производственной программы промышленной деятельности ЛПП объединения заключается в:
--определении сортиментных планов лесозаготовительных производств объединения с дифференциацией по тяготению лесосырьевых баз к пунктам примыкания лесовозных транспортных путей;
307
-установлении направлений дальнейшего использования древесины и вторичного сырья из отходов раскряжевки и первичной деревопереработки;
-расчете плана выпуска готовой продукции по ассортименту по всем деревоперерабатывающим производствам, расположенным на
нижних складах предприятий;
-исследовании возможностей и целесообразности расширения действующих и нового строительства производств.
Вцелях описания экономико-математической модели проблемы оптимизации производственной программы выпуска продукции ЛПП объединения примем следующие обозначения:
k – индекс ПРК группы древесины (деловой и дровяной), k=1,2,…,ξ; i - индекс сырьевой базы (ЛПП), i=1,2,…,m;
j - индекс товарного сортимента, реализуемого в круглом виде (на сторону – j1 и собственные нужды – j2), j=1,2,…,J;
r – индекс сырьевого сортимента, реализуемого на сторону, - r1 или вид деревоперерабатывающего производства (д/п) в ЛПП – r2, r=1,2,…,R;
l – индекс вида готовой продукции д/п производств ЛПП, l=1,2,…,L;
k' - индекс вторичного сырья из используемой части отходов k' =1,2,…,ξ '. Условные обозначения заданных показателей:
qkiρ - запасы древесины по ПРК группам с дифференциацией по сырьевым базам
ипунктам примыкания, отведенные в рубку на планируемый год;
Рj – объем заготовки j-го товарного сортимента круглых лесоматериалов в целом по объединению, соответственно Pj1 - для поставки за пределы его, Pj2iρ - на собственные
нужды на соответствующем нижнем складе;
Pr1 - объем заготовки r1-го сырьевого сортимента в целом по объединению для
поставки за его пределы;
М r2iρ - мощность по переработке сырья r2-го д/п производства (цеха),
расположенного на ρ-м нижнем складе i-го ЛПП;
Plr2 - объем выпуска l-й продукции в r2-х д/п производствах в целом по
объединению.
Условные обозначения показателей критерия оптимальности:
сс1kiρ - прибыль в руб./м3 от реализации на сторону j1 товарного сортимента
круглых лесоматериалов, заготовленного из древесины k-й ПРК группы, в сырьевой базе i-го ЛПП, примыкающей к ρ-му нижнему складу;
сс2kiρ - то же от реализации на собственные нужды;
сr1kiρ - прибыль в руб./м3 от реализации на сторону r1-го сырьевого сортимента,
заготовленного из k-й древесины в i-й сырьевой базе;
сlr2kiρ - прибыль в руб./м3 (в пересчете на м3 сырья) от реализации l-й готовой
продукции, выработанной из k-го сырья в соответствующем деревоперерабатывающем цехе – r2iρ;
сl'r2' k'iρ то же из вторичного сырья - k' -х отходов.
Условные обозначения искомых переменных:
x j1kiρ - объем заготовки j1-го товарного сортимента круглых лесоматериалов из k-й
ПРК группы древесины в i–й сырьевой базе, примыкающей к ρ-му пункту для поставки за пределы объединения;
- то же для использования на собственные нужды (капремонт и строительство);
308
xr1kiρ - объем заготовки r1-го сырьевого сортимента из k-й древесины в i-й
сырьевой базе, ρ-го примыкания для поставки за пределы объединения;
xlr2kiρ - то же для переработки в соответствующем д/п производстве на выпуск l-й
продукции.
Матрицы значений искомых переменных
X= [xj1kiρ ]J ×ξ ×m×P,
X= [xj2kiρ ]J×ξ ×m×P,
X= [xr1kiρ ]R×ξ ×m×P,
X= [xlr2kiρ ]L×R×ξ ×m×P,
будут характеризовать сортиментные планы лесозаготовительных производств объединения с дифференциацией по сырьевым базам и пунктам примыкания, а также направления дальнейшего использования древесины.
Матрица значений искомых переменных
X = [xl'r2' k'iρ ]L'×R'×ξ '×m×P
будет характеризовать объемы переработки отходов в качестве вторичного сырья для изготовления готовой продукции в соответствующих д/п производствах.
Уравнение целевой функции, отражающее суммарную прибыль в целом по объединению ЛПП от производственной деятельности всех лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств, имеет вид:
J ,ξ ,m,P |
|
J ,ξ ,m,P |
R,ξ ,m,P |
L,R,ξ ,m,P |
|
|
F(x) = |
∑cj1kiρ xj1kiρ + ∑cj2kiρ xj2kiρ + |
∑cr1kiρ xr1kiρ + |
∑clr2kiρ xlr2kiρ + |
|
||
j,k,i,ρ |
|
j,k,i,ρ |
r,k,i,ρ |
l,r,k,i,ρ |
(9.1) |
|
L',R',ξ ',m,P |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
||
+ ∑ |
cl'r'k'iρ xl'r'k'iρ |
= max. |
|
|
|
|
l',r' ,k',i,ρ |
2 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
На искомые переменные налагается условие неотрицательности и ограничения, отражающие основные условия и факторы, от которых зависит искомая производственная программа выпуска продукции ЛПП объединения.
Первый блок ограничений запишем по условию использования сырьевых ресурсов в строгом соответствии с годовым отводом леса в рубку, с дифференциацией запасов по ПРК группам и сырьевым базам; оно примет следующий вид:
J |
J |
R |
L,R |
L',R' |
|
|
|
|
||||
∑xj kiρ +∑xj kiρ +∑xr kiρ +∑xlr kiρ |
+∑x ' |
kiρ |
+ |
|||||||||
1 |
2 |
1 |
|
2 |
|
|
l'r |
|
|
|||
j =1 |
j =1 |
r |
l,r |
l',r' |
2 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|||||||||
1 |
2 |
1=1 |
|
|
2 |
|
|
2 |
|
|
(9.2) |
|
L'',R' |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
+ ∑xl''r |
'kiρ = qkiρ ,k = |
1,ξ |
, |
i = |
1,m |
, |
ρ = |
1, P |
. |
|||
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
l'',r2'
Содержание этих ограничений заключается в следующем: какие бы сортименты и в каком бы количестве ни заготовлялись в той или иной лесосырьевой базе ( iρ, при
i =1,m; ρ =1,P) их объемы должны вытекать из запасов соответствующих лесосырьевых
ресурсов (qkiρ), отведенных в рубку на планируемый период.
Эта система линейных уравнений (в соответствие с изложенным выше) лишь по одной сырьевой базе, тяготеющей к одному пункту примыкания лесовозной дороги, состоит из 48 уравнений (ξ=48), т.к. запасы древесины (qk), отведенные в рубку, дифференцированы по 48 ПРК группам.