《线性规划的数学建模案例分析》一书通过精选的实际问题,深入浅出地介绍了如何运用线性规划理论建立有效的数学模型,并给出了解决方案的具体步骤和方法。
线性规划是一种优化方法,在一系列线性约束条件下最大化或最小化一个目标函数的问题上非常有用。在精炼食品油生产的数学建模实例中,这种方法用于确定原料采购与加工策略以实现利润的最大化。
模型构建基于以下假设和条件:
1. 企业需要处理两类原料油共五种(植物油和非植物油)。
2. 每个月的原材料价格波动,并且有明确市场预测。
3. 精炼过程中无质量损失,两种类型的油需在不同的生产线加工。
4. 生产线产能有限制,每月能处理的植物油与非植物油量也有限制。
5. 存储成本为每吨每月50元,存储量也有上限。
6. 成品油硬度应在3至6之间,并假设其由原料油混合而成是线性的。
7. 初始库存为每种原材料500吨,在六月底时需要保持相同的水平。
8. 成品油售价固定,但原料价格随市场变化而波动。
为了构建这个模型,我们需要定义决策变量、目标函数和约束条件:
决策变量代表可以调整的操作参数。在这个例子中,可能包括每个月购买的每种原材料的数量以及加工数量。
目标函数是需要最大化或最小化的值,在这里是指总利润,等于销售收入减去采购成本和存储成本。
线性规划模型中的约束条件如下:
- 生产线产能限制:每月植物油与非植物油加工量不超过特定数值。
- 储存容量限制:每种原材料的储存量不能超过1000吨。
- 成品油硬度要求:成品油硬度应在3至6之间,由原料油决定。
- 初始和最终库存水平保持一致的要求。
- 总产量不应超出2700吨限制。
- 原材料购买量必须满足或超过成品总量需求。
使用Matlab的linprog函数可以将模型转换为线性规划问题并求解。Linprog需要输入目标函数系数、约束矩阵以及不等式和等式的右端常数,还要指定决策变量的上下界限制。
在实际应用中,通过编写m-脚本段落件如oil_prog1.m, oil_prog2.m 和oil_prog3.m可以计算不同情况下最优策略。例如,oil_prog1.m可能用于确定固定市场价格下的最大利润;而oil_prog2.m和oil_prog3.m分别研究利润与原料价格增长率之间的关系以及如何调整成品油价格和存储成本来增加利润。
通过运行这些m-脚本段落件,企业可以获得针对各种市场情况的生产计划。例如,当成品油的价格增长率达到一定水平时,继续生产可能会导致亏损。
总之,在食品油生产的线性规划应用展示了如何运用数学模型优化复杂的生产决策过程,并考虑了包括成本、产能限制和价格波动在内的多种因素。这为企业提供了定量化的决策支持工具。通过使用Matlab软件可以高效解决这些模型问题,帮助企业实现利润最大化的目标。