某厂生产三种产品 I, II, III。 每种产品要经过 A、 B两道工序加工。 设该厂有两种规格的设备能完成 A 工序, 它们以A1、 A2表示; 有三种规格的设备能完成 B 工序, 它们以B1、

数学建模算法与应用习题1-3 通俗解析

一.题干

某厂生产三种产品 I, II, III。 每种产品要经过 A、 B两道工序加工。 设该厂有两种规格的设备能完成 A 工序, 它们以A1、 A2表示; 有三种规格的设备能完成 B 工序, 它们以B1、 B2、 B3表示。 产品 I 可在 A、 B任何一种规格设备上加工。 产品 II 可在任何规格的 A 设备上加工, 但完成 B 工序时, 只能在B1设备上加工; 产品 III 只能在A2与B2设备上加工。 已知在各种机床设备的单件工时, 原材料费, 产品销售价格, 各种设备有效台时以及满负荷操作时机床设备的费用如表 2, 求安排最优的生产计划, 使该厂利润最大。
表格

二.解答

2.1 先读懂题干

1.表格中“产品”下的数字是什么意思?
解答:以第Ⅰ类产品为例,看那一列。意思就是第Ⅰ种产品,经过A道工序中的A1设备,所需要花费5小时(单位可以理解为小时)生产一件;如果经过A2设备,所需要花费7小时生产一件;经过B道工序时,如果走B1设备需要花费6小时生产一件,如果走B2设备需要花费4小时生产一件,如果走B3设备则需花费7小时生产一件;
其余的以此类推…

2.设备有效台时是什么意思?
解答:每个设备正常工作时长的最大值,比如说A1,他只能满负荷工作6000小时,否则机器就炸了,你可以这么理解…

3.满负荷时设备的设备费用是什么意思?
解答:通俗的说就是工作6000个小时所要花费的机器损耗是300元,300/6000就是每小时机器磨损的花费;
剩下几个也是这个意思…

2.2 解体思路

对产品Ⅰ来说,设经过A道工序中的设备A1、A2所生产的产品数是x1、x2件,设经过B道工序中的B1,B2,B3所生产的产品数是x3,x4,x5件;

对产品Ⅱ来说,设经过A道工序中的设备A1、A2所生产的产品数是x6、x7件,设经过B道工序中的设备B1所生产的产品数是x8件;

对产品Ⅲ来说,设经过A道工序中的设备A2所生产的产品数是x9件,设经过B到工序中设备B2的产品件数也是x9件(注意:这里不是写错了,是故意这么写的,因为经过A2设备的产品数必定是经过是经过B2设备的产品数,因为是同一批产品呀,只不过需要经过不同的两个环节加工而已!)
根据以上分析,有:

产品Ⅰ的数量 :x1 + x2 = x3 +x4 +x5
产品Ⅱ的数量 :x6 + x7 = x8
产品Ⅲ的数量 :x9 = x9

不知道大家伙上面的几个式子能不能看懂,因为不管是A道工序还是B道工序,都是同一个产品,只不过是先经过A道工序,再经过B道工序而已…

所以产品Ⅰ的数量:x1+x2或者是x3+x4+x5;
产品Ⅱ的数量 :x6 + x7 或者是x8
产品Ⅲ的数量 :x9

利润公式
利润 = 挣的钱 - 成本
=(每件的售价 - 成本)×产品的数量 - 设备的工作时间 × 每小时的损耗的钱

对应于这道题是:
利润 = (单价 - 原料费)× 产品的数量 - 设备的工作时间 × 每小时的损耗钱
对比

目标方程
目标方程
约束条件
约束条件

### 第二题分析与建模 #### 问题描述 某生产三种产品(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ),每种产品需要经过 A B 两道工序加工。不同产品加工设备工艺有所不同,具体如下: - **产品Ⅰ**:可以在任意规格的 A 设备 B 设备加工。 - **产品Ⅱ**:可以在任意规格的 A 设备加工,但在 B 工序时只能在 1B 设备加工。 - **产品Ⅲ**:只能在 A2 设备 2B 设备加工。 给定各设备有效台时满负荷操作时的设备费用、原材料费产品销售价格,目标是制定最优的生产计划,使得该厂的利润最大化。 #### 数据汇总 | 设备 | 产品Ⅰ (小时/件) | 产品Ⅱ (小时/件) | 产品Ⅲ (小时/件) | 设备有效台时 (小时) | 满负荷设备费用 (元) | |----|------------------|---------------------|---------------------| | 1A | 5 | 10 | - | 6000 | 300 | | A2 | 7 | 9 | 12 | 10000 | 321 | | 1B | 6 | 8 | - | 4000 | 250 | | 2B | - | - | 11 | 7000 | 783 | | 3B | - | 7 | 4000 | 200 | | 产品 | 原材料费 (元/件) | 单价 (元/件) | |--|--------------| | Ⅰ | 0.25 | 1.25 | | Ⅱ | 0.35 | 2.00 | | Ⅲ | 0.50 | 2.80 | #### 目标函数 目标是最大化利润,利润计算公式为: \[ \text{利润} = \sum_{i=1}^{3} (\text{单价}_i - \text{原材料费}_i) \cdot x_i - \sum_{j=1}^{5} \left(\frac{\text{设备费用}_j}{\text{设备有效台时}_j}\right) \cdot \sum_{i=1}^{3} \text{工时}_{ij} \cdot x_i \] 其中 \( x_i \) 表示第 i 种产品的产量。 #### 约束条件 1. 设备 A1有效台时约束: \[ 5x_1 + 10x_2 \leq 6000 \] 2. 设备 A2有效台时约束: \[ 7x_1 + 9x_2 + 12x_3 \leq 10000 \] 3. 设备 B1有效台时约束: \[ 6x_1 + 8x_2 \leq 4000 \] 4. 设备 B2有效台时约束: \[ 11x_3 \leq 7000 \] 5. 设备 B3 的有效台时约束: \[ 7x_3 \leq 4000 \] 6. 非负约束: \[ x_1, x_2, x_3 \geq 0 \] #### MATLAB 实现 ```matlab % 定义变量 syms x1 x2 x3 % 目标函数系数 profit_coeff = [1.25 - 0.25, 2.00 - 0.35, 2.80 - 0.50]; device_cost_per_hour = [300 / 6000, 321 / 10000, 250 / 4000, 783 / 7000, 200 / 4000]; device_hours = [5, 10, 0; 7, 9, 12; 6, 8, 0; 0, 0, 11; 0, 0, 7]; % 计算设备成本 device_cost = device_cost_per_hour * device_hours * [x1; x2; x3]; % 总利润 profit = profit_coeff * [x1; x2; x3] - device_cost; % 约束条件 constraints = [ 5*x1 + 10*x2 <= 6000, 7*x1 + 9*x2 + 12*x3 <= 10000, 6*x1 + 8*x2 <= 4000, 11*x3 <= 7000, 7*x3 <= 4000, x1 >= 0, x2 >= 0, x3 >= 0 ]; % 使用 linprog 求解 f = -double(profit); % 转换为最小化问题 A = double([5 10 0; 7 9 12; 6 8 0; 0 0 11; 0 0 7]); b = [6000; 10000; 4000; 7000; 4000]; lb = [0; 0; 0]; [x, fval] = linprog(f, A, b, [], [], lb, []); % 输出结果 disp('最优生产计划:'); disp(['产品Ⅰ: ', num2str(x(1))]); disp(['产品Ⅱ: ', num2str(x(2))]); disp(['产品Ⅲ: ', num2str(x(3))]); disp(['最大利润: ', num2str(-fval)]); ``` 运行上述代码将得到最优的生产计划最大利润。
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