2. Решение второй ситуационной задачи

При сохранении лимитов по другим ресурсам исследуем зависимость максимума выручки от изменения лимита сырья в диапазоне от нуля до бесконечности. Это значит, что при графическом анализе изменения области допустимых решений на рис. 2.1, прямая CB, связанная с оборудованием, и прямая DC, связанная с трудом, останутся на тех же местах, что и на рис. 1.1 и 1.2, рассмотренных в задаче 1, в то время как прямая по сырью будет менять свое положение.

Рис. 2.1. Графический анализ изменения предельной эффективности дополнительно привлекаемой единицы сырья

Пунктирные прямые на рис. 2.1, рассмотренные в порядке (1), (2), (3), (4), отражают динамику роста лимитов потребления сырья для данного предприятия. Пунктирная прямая (2) соответствует первоначально заданному лимиту по сырью, равному 40 кг. Пунктирная прямая (4) соответствует избыточному объему сырья по отношению ко всем программам, допустимым по лимитам для оборудования и труда.

При лимите сырья, представленном пунктирной прямой (1), область допустимых решений задачи будет представлена треугольником, образованным этой прямой и осями координат. Для определения оптимального решения на таком треугольнике можно либо использовать градиент целевой функции, либо сравнить значения целевой функции в угловых точках треугольника. Такими точками можно взять, например, точки (10, 0) и (0, 5), расход сырья для которых одинаков и равен 10 кг. Выручку, соответствующую этим точкам, вычислим, как и . Отсюда видно, что оптимальным решением в данной ситуации будет точка ,.

Решение двойственной задачи для данной ситуации найдем по составленным выше условиям «дополняющей нежесткости».

Из группы условий (1.11), так как и , следует, что оборудование и труд не лимитируют оптимальную программу, а значит ,.

Из группы условий (1.12) следует, что, если первый продукт выпускается по оптимальной производственной программе, то есть , то должно выполняться равенство

.

Из последнего уравнения, с учетом ,, получим.

При повышении лимита потребления сырья пунктирная прямая будет двигаться по направлению от начала координат, а треугольник, отражающий ОДР, будет увеличиваться. При этом соответствующие оптимальные программы будут находиться на оси абсцисс, а вышеприведенные расчеты предельной эффективности сырья будут приводить к результату . Такая ситуация будет качественно сохраняться до тех пор, пока оптимальная программа не совпадет с точкой B. Программу B, наряду с ограничением по сырью, начнет лимитировать ограничение по оборудованию. Поэтому расход сырья на программу B (25, 0) покажет правую границу диапазона устойчивости предельной эффективности . Каждый следующий за этой границей килограмм сырья будет расходоваться с меньшей предельной эффективностью.

Для расчета расхода сырья на программу B подставим ее координаты в левую часть ограничения по сырью , а именно:

.

Результаты последних расчетов показали, что каждый дополнительный килограмм сырья в диапазоне от 1 до 25 будет давать прирост максимума выручки 50 руб.

Для ответа на вопрос, будет ли прирастать максимум выручки при , нужно сравнить значения выручки для программыB и программы С.

Прежде всего, найдем координаты точкиC, решив систему уравнений прямых, соответствующих оборудованию и сырью,

;

.

Решением системы будет ,.

Значение выручки в точке C будет равно

.

Значение выручки в точке B будет равно

.

Очевидно, что . Это означает дальнейший рост максимума выручки от 1250 до 2150 руб. при движении ограничения по сырью от точкиB через промежуточное положение, показанное пунктирной прямой (2), к точке C. Области допустимых решений при этом будут представляться четырехугольниками, образованными пунктирной прямой меняющегося лимита сырья, прямой по оборудованию и осями координат.

Оптимальные программы будут находиться на отрезке BC. Характеризует эти программы тот очевидный факт, что по ним выпускается два продукта ,. Ограничение по труду проходит выше оптимальных программ, т. е. труд не является лимитирующим ресурсом для этих программ.

Отсюда из первой группы условий (1.11) следует, что .

Из группы условий (1.12) следует, что, если оба продукта выпускаются, должны выполняться равенства

;

.

Из этих двух уравнений, с учетом , перейдем к решению следующей системы:

;

.

Эта система раньше уже решалась, поэтому известно, что . Для того, чтобы получить правую границу диапазона устойчивости вычисленной предельной эффективности, необходимо рассчитать расход сырья для программыC

.

Результаты текущих расчетов показали, что каждый дополнительный килограмм сырья в диапазоне от 26 до 55 будет давать прирост выручки на 30 руб.

Примечание 1. При решении других вариантов исходной задачи может возникнуть ситуация, при которой получится, что . Это означает, что дальнейший рост максимума выручки свыше 1250 руб. невозможен. Сырье становится избыточным относительно оптимальной программыB, а его предельная эффективность становится нулевой, в диапазоне. В этом случае исследование функции предельной эффективности сырья завершается и выписывается ответ.

В данном же варианте исследование надо продолжить. Для ответа на вопрос, будет ли расти максимум выручки при , нужно сравнить значения выручки для программыC и программы D.

Значение выручки в точке C известно:

.

Значение выручки в точке D будет:

.

Очевидно, что . Это означает дальнейший рост максимума выручки от 2150 до 2450 руб. при движении ограничения по сырью от точки С через промежуточное положение, показанное пунктирной прямой (3), к точкеD. Области допустимых решений при этом будут представляться пятиугольниками, образованными пунктирной прямой меняющегося лимита сырья, прямой по труду, прямой по оборудованию и осями координат.

Оптимальные программы будут находиться на отрезке CD. Характеризует эти программы тот очевидный факт, что по ним выпускается два продукта ,. Теперь прямая, соответствующая оборудованию, проходит выше оптимальных программ, т. е. оборудование не является лимитирующим ресурсом для этих программ.

Из группы условий (1.11) следует, что .

Из группы условий (1.12) следует, что, если оба продукта выпускаются, должны выполняться равенства

;

.

Из двух последних уравнений, с учетом, перейдем к решению следующей системы:

;

.

Откуда получаем ,. Для того, чтобы получить правую границу диапазона устойчивости вычисленной предельной эффективности, необходимо рассчитать расход сырья для программыD

.

Результаты проведенных на этом этапе расчетов показали, что каждый дополнительный килограмм сырья в диапазоне от 56 до 70 будет давать рост максимума выручки 20 руб.

Примечание 2. При решении других вариантов исходной задачи может возникнуть ситуация, при которой получится, что . Это означает, что дальнейший рост максимума выручки свыше 2 150 руб. невозможен. Сырье становится избыточным относительно оптимальной программы С, и его предельная эффективность становится нулевой,в диапазоне (55, ∞). В этом случае исследование функции предельной эффективности сырья завершается и выписывается ответ.

Пусть, наконец, . Тогда оптимальная программаD окажется ниже уровня лимита по сырью. Эту ситуацию отражает положение пунктирной прямой (4). Сырье становится избыточным относительно оптимальной программы D, и его предельная эффективность становится нулевой, в диапазоне (70, ∞). На этом исследование функции предельной эффективности сырья для данного предприятия завершается.

Примечание 3. При решении других вариантов обсуждаемой задачи обход оптимальных программ при увеличении сырья может происходить не против часовой стрелки, как это случилось в данном варианте, а по часовой стрелке, если пунктирная прямая будет занимать положения (1), (2), (3), (4), как это изображено на рис. 2.2. При этом целевая функция должна быть такова, чтобы максимум выручки на первоначальном треугольнике достигался в точке пересечения пунктирной прямой (1) с осью ординат. Дальнейшее исследование по часовой стрелке проводится по методике, аналогичной изложенной выше.

Рис. 2.2. Анализ изменения предельной эффективности дополнительно привлекаемой единицы сырья (вариант обхода по часовой стрелке)

Ответ: На основе результатов выполненного анализа получим табличную запись функции предельной эффективности поступающего сырья для данного предприятия (табл. 2.1) и табличное предоставление функции зависимости максимума выручки от увеличения производственного потребления сырья (табл. 2.2). Используя информацию из этих таблиц, построим графики этих функций (рис. 2.3 и рис. 2.4).

Таблица 2.1 Функция предельной эффективности сырья

Предельная эффективность, (руб./кг)	50	30	20	0
Сырье, r (кг)	(0, 25]	(25, 55]	(55, 70]	(70, ∞)

Таблица 2.2 Зависимость максимума выручки от сырья

Максимум выручки, (руб.)	50r	1250 + 30r	2150 + 20r	2450
Сырье, r (кг)	(0, 25]	(25, 55]	(55, 70]	(70, ∞)

Рис. 2.3. График изменения предельной эффективности сырья на предприятии

Рис. 2.4. График максимума выручки в зависимости от поступления сырья

Вид графика на рис. 2.3 еще раз демонстрирует известный закон убывания эффективности ресурса с ростом объемов его производственного потребления. Ступенчатость графика и наличие точек разрыва функции эффективности объясняется тем, что исследование проводилось на основе линейного моделирования, в общем-то, нелинейных экономических связей.