一、问题的提出
某大型冶金矿山公司共有14个出矿点,年产量及各矿点矿石的平均品位(含铁量的百分比)均为已知(见表1)。
表1 矿点出矿石量及矿石平均品位表
矿点号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 出矿石量 70 7 17 23 3 9.5 1 15.4 2.7 7.6 13.5 2.7 1.2 7.2 平均铁品位(%) 37.16 51.25 40.00 47.00 42.00 49.96 51.41 48.34 49.08 40.22 52.71 56.92 40.73 50.20 按照冶金生产,具体说这里指炼铁生产的要求,在矿石采出后,需按要求指定的品位值TFe进行不同品位矿石的混合配料,然后进入烧结工序,最后,将小球状的烧结球团矿送入高炉进行高温冶炼,生产出生铁。
该企业要求:将这14个矿点的矿石进行混合配矿。依据现有生产设备及生产工艺的要求,混合矿石的平均品位TFe规定为45%。 问:如何配矿才能获得最佳的效益? 二、分析与建立模型
负责此项目研究的运筹学工作者,很快判定此项目属于运筹学中最成熟的分支之一——线性规划的范畴。而且是一个小规模问题。
1.设计变量:记Xj(j=1,2,*,14)分别表示出矿点1∼14所产矿石中参与配矿的数量(单位:万吨)。
2.约束条件:包括三部分:
(1)供给(资源)约束:由表1,有 X1 ≤70 X2 ≤ 7 „„ X14 ≤ 7.2 (2)品位约束:
0.3716X1+0.5125X2+„+0.5020X14=0.4500ΣXj (3)非负约束:
Xj≥0 j=1,2,„,14 3.目标函数:
此项目所要求的“效益最佳”。作为决策准则有一定的模糊性。由于配矿后混合矿石将作为后面工序的原料而产生利润,故在初始阶段,可将目标函数选作配矿总量,并追求其极大化。 于是,可得出基本(LP)模型如下: (LP) Max Z=ΣXj 0≤ X1 ≤70 0≤ X2 ≤ 7 s.t. „„ 0≤ X14 ≤ 7.2
0.3716X1+0.5125X2+„+0.5020X14=0.4500ΣXj 三、计算结果及分析 (一)计算结果
使用单纯形算法,极易求出此模型的最优解: X=(X1,X2,„,X14),它们是: X1 =31.121 X2 = 7 X3 =17 X4 =23 X5 = 3 X6 = 9.5 X7 = 1 X8 =15.4 X9 = 2.7 X10= 7.6 X11=13.5 X12= 2.7 X13=1.2 X14= 7.2 (单位:万吨) 目标函数的最优值为: Z= ΣXj =141.921(万吨) (二)分析与讨论
按照运筹学教材中所讲述的方法及过程,此项目到此似乎应该结束了。但是,这是企业管理中的一个真实的问题。因此,对这个优化计算结果需要得到多方面的检验。 这个结果是否能立即为公司所接受呢?回答是否定的!
注意!在最优解X中,除第1个矿点有富余外,其余13个矿点的出矿量全部参与了配矿。而
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T
矿点1在配矿后尚有富余量:70-31.121=38.879(万吨),但矿点1的矿石平均品位仅为37.16%,属贫矿。
作为该公司的负责人或决策层绝难接受这个事实:花费大量的人力、物力、财力后,在矿点1生产的贫矿中却有近39万吨被闲置,而且在大量积压的同时,会产生环境的破坏,也是难以容忍的。
原因何在?出路何在?
经过分析后可知:在矿石品位及出矿量都不可变更的情况下,只能把注意力集中品位要求T上。不难看出,降低的TFe值。可以使更多的低品位矿石参与配矿。
TFe有可能降低吗?在因TFe的降低而使更多贫矿石入选的同时,会产生什么样的影响?必须加以考虑。
就线性规划模型建立、求解等方面来说,降低TFe及其相关影响已不属于运筹学的范围,它已涉及该公司的技术与管理。但是,从事此项目研究的运筹学工作者却打破了这个界限,深入到现场操作人员、工程技术人员及管理人员中去,请教、学习、调查,然后按照TFe的三个新值:44%、43%、42%,重新计算
(三)变动参数值及再计算
将参数TFe的三个变动值0.44、0.43、0.42分别代入基本模型(LP),重新计算,相应的最优解分别记作X(0.44)、X(0.43)及X(0.42)。下表给出详细的数据比较:
表2 不同TFe值的配矿数据
矿点 铁品位 出矿量 (%) (万吨) *
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TFe= 45% *TFe = 44% *TFe= 43% TFe = 42% 余(量0.4X富X*富余量 ( 万X富余((0.X量 ( 万(0*富余量 0.(44 ) 吨 ) 44) 吨 ) .44( ) 万吨 ) 4万) 吨 ) 1 2 3 37.16 51.25 40.070 7 17 31.121 38.51.8879 7 7 17 0 0 7 17 18.13 0 0 70 7 17 0 0 0 70 7 17 0 0 0 0 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 47.00 42.00 49.96 51.41 48.34 49.08 40.22 52.71 56.92 40.73 50.20 配用总量/富余总量(万吨) 141.921 38.162.18.13 175.43 5.37 158.17 22.63 879 67 7.2 7.2 0 7.2 0 4.53 2.67 0.77 6.43 2.7 1.2 2.7 1.2 0 0 2.7 1.2 0 0 0 1.2 2.7 0 0 1.2 2.7 0 13.5 13.5 0 13.5 0 13.5 0 0 13.5 7.6 7.6 0 7.6 0 7.6 0 7.6 0 2.7 2.7 0 2.7 0 2.7 0 2.7 0 15.4 15.4 0 15.4 0 15.4 0 15.4 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 23 3 9.5 23 3 9.5 0 0 0 23 3 9.5 0 0 0 23 3 9.5 0 0 0 23 3 9.5 0 0 0 (四)综合评判及结果 对表2所列结果,请公司有关技术人员、管理人员(包括财务人员)进行综合评判,评判意见是:
1. TFe取45%及44%的两个方案,均不能解决贫矿石大量积压的问题,且造成环境的破坏,故不能考虑。
2. TFe取43%及42%的两个方案,可使贫矿石全部入选;配矿总量在150万吨以上;且富余的矿石皆为品位超过50%的富矿,可以用于生产高附加值的产品:精矿粉,大大提高经济效益;因而,这两个方案对资源利用应属合理。
3. 经测算,按TFe取42%的方案配矿,其混合矿石经选矿烧结后,混合铁精矿品位仅达51%,不能满足冶炼要求,即从技术上看缺乏可行性,故也不能采用。
4. TFe=43%的方案,在工艺操作上只需作不大的改进即可正常生产,即技术上可行。 5. 经会计师测算,按TFe=43%的方案得出的配矿总量最多,高达175万吨,且可生产数量可观的精矿粉,两项合计,按当时的价格计算,比TFe=45%的方案同比增加产值931.86万元。
结论: TFe=43%时的方案为最佳方案。
四、一点扩展及思考
由基本模型(LP)的目标函数及决策准则来看,它具有单一性,即追求总量最大。而从企业的要求来看,还需考虑资金周转、环境保护、资源合理利用以及企业生存等多方面的因素,因此,企业所指的“效益最佳”具有系统性。这两者之间的差异,甚至冲突,应属运筹学工作者在应用研究中经常遇到的问题,也是需要合理解决的问题。而解决这个问题的关键之一是:运筹学工作者在理念与工作方式只具有开放性,也就是说,不能只拘泥于运筹学书本及文献资料,而应进入实际,与相关人员、相关学科相结合、交叉、渗透、互补,从而达到技术可行、经济合理以及系统优化的目的。在运筹学实际应用的项目中,很少遇到运筹学“独步天下”的情况。如在此案例中,它属于线性规划的一个典型应用领域,即使如此,运筹学在其中也不能包揽一切,它可以起着骨架及核心作用,但若无其他方面的配合,也不能达到圆满成功。
注:文献出处——陇东学院学报(社会科学版) , Journal of Longdong University(Social Science Edition),2007年 03期 期刊荣誉:ASPT来源刊 CJFD收录刊
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