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第25章 存贮论.pdf
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-317-
第二十五章 存贮论
存贮论(或称为库存论)是定量方法和技术最早的领域之一,是研究存贮系统的
性质、运行规律以及如何寻找最优存贮策略的一门学科,是运筹学的重要分支。存贮论
的数学模型一般分成两类:一类是确定性模型,它不包含任何随机因素,另一类是带有
随机因素的随机存贮模型。
§1 存贮模型中的基本概念
所谓存贮实质上是将供应与需求两个环节以存贮中心联结起来,起到协调与缓和
供需之间矛盾的作用。存贮模型的基本形式如图 1 所示。
图 1 存贮问题基本模型
1.存贮问题的基本要素
(1)需求率:单位时间内对某种物品的需求量,用
D
表示。
(2)订货批量:一次订货中,包含某种货物的数量,用
Q表示。
(3)订货间隔期:两次订货之间的时间间隔,用
T
表示。
2.存贮模型的基本费用
(1)订货费:每组织一次生产、订货或采购的费用,通常认为与定购数量无关,
记为
D
C 。
(2)存贮费:所有用于存贮的全部费用,通常与存贮物品的多少和时间长短有关。
单位存贮费记为
P
C 。
(3)短缺损失费:由于物品短缺所产生的一切损失费用,通常与损失物品的多少
和短缺时间的长短有关,记为
S
C 。
3.存贮策略
所谓一个存贮策略,是指决定什么情况下对存贮进行补充,以及补充数量的多少。
下面是一些比较常见的存贮策略。
(1)
t 循环策略:不论实际的存贮状态如何,总是每隔一个固定的时间 t ,补充
一个固定的存贮量 Q。
(2)
),( St 策略:每隔一个固定的时间t 补充一次,补充数量以补足一个固定的
最大存贮量 S 为准。因此,每次补充的数量是不固定的,要视实际存贮量而定。当存
-318-
贮(余额)为
I
时,补充数量为 ISQ
−
=
。
(3)
),( Ss 策略:当存贮(余额)为
I
,若 sI > ,则不对存贮进行补充;若 sI ≤ ,
则对存贮进行补充,补充数量
ISQ
−
= 。补充后达到最大存贮量 S 。s 称为订货点(或
保险存贮量、安全存贮量、警戒点等)。在很多情况下,实际存贮量需要通过盘点才能
得知。若每隔一个固定的时间
t 盘点一次,得知当时存贮
I
,然后根据
I
是否超过订货
点
s ,决定是否订货、订货多少,这样的策略称为 ),,( Sst 策略。
§2 无约束的确定型存贮模型
我们首先考察经济订购批量存贮模型。
所谓经济订购批量存贮模型(economic ordering quantity, EOQ)是指不允许缺货、
货物生产(或补充)的时间很短(通常近似为 0)的模型。
2.1 模型一:不允许缺货,补充时间极短—基本的经济订购批量存贮模型
基本的经济订购批量存贮模型有以下假设:
(1)短缺费为无穷,即
∞
=
S
C ;
(2)当存贮降到零后,可以立即得到补充;
(3)需求是连续的、均匀的,即需求速度(单位时间的需求量)
D
为常数;
(4)每次的订货量不变,订购费不变;
(5)单位存贮费为
p
C
。
由上述假设,存贮量的变化情况如图 2 所示。
图 2 EOQ 模型的存贮量曲线
在每一个周期(
T
)内,最大的存贮量为 Q,最小的存贮量为 0,且需求是连续均
匀的,因此在一个周期内,其平均存贮量为
Q
2
1
,存贮费用为
QC
P
2
1
。
-319-
一次订货费为
D
C ,那么在一个周期(
T
)内的平均订货非为 TC
D
/ 。由于在最初
时刻,订货量为
Q,在
T
时刻,存贮量为 0,而且单位时间的需求量为 D 且连续均匀
变化,因此,得到订货量
Q、需求量 D 和订货周期
T
之间的关系
D
Q
T
=
。
由此计算出一个单位时间内的平均总费用
Q
DC
QCC
D
P
+=
2
1
(1)
对式(1)求导数,并令其为 0,即
0
2
1
2
=−=
Q
DC
C
dQ
dC
D
P
(2)
得到费用最小的订货量
P
D
C
DC
Q
2
*
=
(3)
最佳订货周期
DC
C
D
Q
T
P
D
2
*
*
==
(4)
最小费用
DCC
Q
DC
QCC
PD
D
P
2
2
1
**
=+= (5)
公式(3)称为经济订购批量(economic ordering quantity,简写 EOQ)公式,也称
为经济批量(economic lot size)公式。
例 1 某商品单位成本为 5 元,每天保管费为成本的 0.1%,每次定购费为 10 元。
已知对该商品的需求是 100 件/天,不允许缺货。假设该商品的进货可以随时实现。问
应怎样组织进货,才能最经济。
解 根据题意,
005.0%1.05
=
×=
p
C
(元/件·天), 10
=
D
C 元, 100=D 件/
天。
由式(3)~(5),有
632
005.0
100102
2
*
=
××
==
P
D
C
DC
Q
(件)
-320-
32.6
100
632
*
*
===
D
Q
T
(天)
16.32
*
== DCCC
PD
(元/天)
所以,应该每隔 6.32 天进货一次,每次进货该商品 632 件,能使总费用(存贮费
和定购费之和)为最少,平均约 3.16 元/天。
进一步研究,全年的订货次数为
75.57
32.6
365
==n
(天)
但
n 必须为正整数,故还需要比较 57
=
n 与 58
=
n 时全年的费用。
编写如下LINGO程序:
model:
sets:
times/1 2/:n,Q,C;
endsets
data:
n=57 58;
enddata
C_D=10;
D=100*365;
C_P=0.005*365;
@for(times:n=D/Q;C=0.5*C_P*Q+C_D*D/Q);
end
求得全年组织 58 次订货费用少一点。
利用 LINGO 软件,我们可以直接求出问题的整数解。
LINGO 程序如下:
model:
sets:
times/1..100/:C,Q; !
100不是必须的,通常取一个适当大的数就可以了;
endsets
C_D=10;
D=100*365;
C_P=0.005*365;
@for(times(i):Q(i)=D/i;C(i)=0.5*C_P*Q+C_D*D/Q);
C_min=@min(times:C);
Q_best=@sum(times(i):Q(i)*(C(i) #eq# C_min));
N_best=D/Q_best;
end
-321-
求得一年组织 58 次订货,每次的订货量为 629.3 件,最优费用为 1154.25 元。
2.2 模型二:允许缺货,补充时间较长—经济生产批量存贮模型
模型假设条件:
(1)需求是连续的,即需求速度
D
为常数;
(2)补充需要一定时间。即一旦需要,生产可立刻开始,但生产需要一定周期。
设生产是连续均匀的,即生产速度
P
为常数。同时,设
DP >
;
(3)单位存贮费为
P
C ,单位缺货费为
S
C ,订购费为
D
C 。不考虑货物价值。
存贮状态图见图 3。
图 3 允许缺货且补充时间较长的存贮模型
],0[ T 为一个存贮周期,
1
t 时刻开始生产,
3
t 时刻结束生产。
],0[
2
t 时间内存贮为 0,
1
t 时达到最大缺货量
B
, ],[
21
tt 时间内产量一方面以速度
D 满足需求,另一方面以速度 D
P
−
补充 ],0[
1
t 时间内的缺货,至
2
t 时刻缺货补足。
],[
32
tt 时间内产量一方面以速度 D 满足需求,另一方面以速度 DP − 增加存贮。
至
3
t 时刻达到最大存贮量
A
,并停止生产。
],[
3
Tt 时间内以存贮满足需求,存贮以速度 D 减少。至
T
时刻存贮降为零,进入
下一个存贮周期。
下面,根据模型假设条件和存贮状态图,首先导出
],0[ T 时间内的平均总费用(即
费用函数),然后确定最优存贮策略。
从
],0[
1
t 看,最大缺货量
1
DtB
=
;从 ],[
21
tt 看,最大缺货量 ))((
12
ttDPB −−
=
。
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