数学建模——下料问题
公选课数学建模论文钢管下料问题
公选课-数学建模论文-钢管下料问题钢管下料问题摘要生产中常会遇到通过切割、剪裁、冲压等手段,将原材料加工成所需大小这种工艺过程,称为原料下料问题.按照进一步的工艺要求,确定下料方案,使用料最省,或利润最大是典型的优化问题.针对钢管下料问题，我们采用数学中的线性规划模型.对模型进行了合理的理论证明和推导，然后借助于解决线性规划的专业软件Lingo 11.0，对题目所提供的数据进行计算，从而得出最优解.关键词线性规划最优解钢管下料1、问题的提出某钢管零售商从钢管厂进货，将钢管按照顾客的要求切割出售．从钢管厂进货得到的原材料的钢管的长度都是1850mm ，现在一顾客需要15根290 mm ，28根315 mm ，21根350 mm 和30根455 mm 的钢管．为了简化生产过程，规定所使用的切割模式的种类不能超过4种，使用频率最高的一种切割模式按照一根原料钢管价值的1/10增加费用，使用频率次之的切割模式按照一根原料钢管价值的2/10增加费用，以此类推，且每种切割模式下的切割次数不能太多（一根原钢管最多生产5根产品），此外为了减少余料浪费，每种切割模式下的余料浪费不能超过100 mm ，为了使总费用最小，应该如何下料？2、问题的分析首先确定合理的切割模式，其次对于不同的分别进行计算得到加工费用，通过不同的切割模式进行比较，按照一定的排列组合，得最优的切割模式组，进而使工加工的总费用最少.3、基本假设假设每根钢管的长度相等且切割模式理想化.不考虑偶然因素导致的整个切割过程无法进行.4、定义符号说明（1）设每根钢管的价格为a ，为简化问题先不进行对a 的计算.（2）四种不同的切割模式：1x 、2x 、3x 、4x .（3）其对应的钢管数量分别为：i r 1、i r 2、i r 3、i r 4（非负整数）.5、模型的建立由于不同的模式不能超过四种，可以用i x 表示i 按照第种模式（i =1,2,3,4）切割的原料钢管的根数，显然它们应当是非负整数.设所使用的第i 种切割模式下每根原料钢管生产290mm ，315mm,,350mm 和455mm 的钢管数量分别为i r 1，i r 2，i r 3，i r 4（非负整数）. 决策目标 切割钢管总费用最小，目标为：Min=（1x ⨯1.1+2x ⨯1.2+3x ⨯1.3+4x ⨯1.4）⨯a (1)为简化问题先不带入a约束条件 为满足客户需求应有11r ⨯1x +12r ⨯2x +13r ⨯3x +14r ⨯4x ≧15 (2) 21r ⨯1x +22r ⨯2x +23r ⨯3x +24r ⨯4x ≧28 (3) 31r ⨯1x +32r ⨯2x +33r ⨯3x +34r ⨯4x ≧21 (4) 41r ⨯1x +42r ⨯2x +43r ⨯3x +44r ⨯4x ≧15 (5) 每一种切割模式必须可行、合理，所以每根钢管的成品量不能大于1850mm 也不能小于1750mm.于是：1750≦290⨯11r +315⨯21r +350⨯31r +455⨯41r ≦1850 （6） 1750≦290⨯12r +315⨯22r +350⨯32r +455⨯42r ≦1850 （7） 1750≦290⨯13r +315⨯23r +350⨯33r +455⨯43r ≦1850 （8） 1750≦290⨯14r +315⨯24r +350⨯34r +455⨯44r ≦1850 （9）由于排列顺序无关紧要因此有 1x ≧2x ≧3x ≧4x (10) 又由于总根数不能少于（15⨯290+28⨯315+21⨯350+30⨯455）/1850≧18.47 (11) 也不能大于（15⨯290+28⨯315+21⨯350+30⨯455）/1750≦19.525 (12) 由于一根原钢管最多生产5根产品，所以有i r 1+i r 2+i r 3+i r 4≦5 (13)7、模型的求解将（1）~（13）构建的模型输入Lingo11.0即取1x 切割模式14根及2x 切割模式5根，即可得到最优解：Min=（14⨯11/10+5⨯12/10）⨯a=21.4a6、结果分析、模型的评价与改进下料问题的建模主要有两部分组成，一是确定下料模式，二是构造优化模型.对于下料规格不太多时，可以采用枚举出下料模式，对规格太多的，则适用于本模型.而从本模型中可以看出尽管切割模式x3、x4的余料最少，但是其成本比较高因而舍弃.7、参考文献【1】姜启源，谢金星，叶俊,数学模型(第三版)，清华大学出版社，第121页.8、附录模型求解的算法程序：model:min=x1*1.1+x2*1.2+x3*1.3+x4*1.4;r11*x1+r12*x2+r13*x3+r14*x4>=15;r21*x1+r22*x2+r23*x3+r24*x4>=28;r31*x1+r32*x2+r33*x3+r34*x4>=21;r41*x1+r42*x2+r43*x3+r44*x4>=15;290*r11+315*r21+350*r31+455*r41<=1850; 290*r12+315*r22+350*r32+455*r42<=1850; 290*r13+315*r23+350*r33+455*r43<=1850; 290*r14+315*r24+350*r34+455*r44<=1850;290*r11+315*r21+350*r31+455*r41>=1750; 290*r12+315*r22+350*r32+455*r42>=1750; 290*r13+315*r23+350*r33+455*r43>=1750; 290*r14+315*r24+350*r34+455*r44>=1750;x1+x2+x3+x4>=19;x1+x2+x3+x4<=20;x1>=x2;x2>=x3;x3>=x4;r11+r21+r31+r41<=5;r12+r22+r32+r42<=5;r13+r23+r33+r43<=5;r14+r24+r34+r44<=5;@gin(x1);@gin(x2);@gin(x2);@gin(x4);@gin(r11);@gin(r12);@gin(r13);@gin(r14); @gin(r21);@gin(r22);@gin(r23);@gin(r24); @gin(r31);@gin(r32);@gin(r33);@gin(r34); @gin(r41);@gin(r42);@gin(r43);@gin(r44); end经运行得到输出如下：Global optimal solution found.Objective value: 21.40000Objective bound: 21.40000Infeasibilities: 0.000000Extended solver steps: 1Total solver iterations: 34507Variable Value Reduced Cost X1 14.00000 -0.1000000 X2 5.000000 0.000000 X3 0.000000 0.1000000 X4 0.000000 0.2000000 R11 0.000000 0.000000 R12 3.000000 0.000000 R13 0.000000 0.000000 R14 0.000000 0.000000 R21 2.000000 0.000000 R22 0.000000 0.000000 R23 1.000000 0.000000 R24 0.000000 0.000000 R31 2.000000 0.000000 R32 0.000000 0.000000 R33 3.000000 0.000000 R34 0.000000 0.000000 R41 1.000000 0.000000 R42 2.000000 0.000000 R43 1.000000 0.000000 R44 4.000000 0.000000。
数学建模 。下料问题
计算各种模式下的余料损失
上、下底直径d=5cm， 罐身高h=10cm。
模式1 余料损失 242-10d2/4 - dh=222.6 cm2
罐身个数 模式1 模式2 模式3 模式4 1 2 0 4 底、盖 个数 10 4 16 5 余料损失 （cm2） 222.6 183.3 261.8 169.5 冲压时间 （秒） 1.5 2 1 3
目标
Max 0.1 y1 0.001(222 .6 x1 183 .3x2 261 .8 x3 169 .5 x4 157 .1 y2 19 .6 y3 )
时间约束 1.5x1 2 x2 x3 3x4 144000 (40小时) 原料约束
x1 x2 x3 50000 ,
26 x1 x2 x3 31
模式排列顺序可任定
x1 x2 x3
LINGO求解整数非线性规划模型
Local optimal solution found at iteration: 12211 Objective value: 28.00000 Variable Value Reduced Cost X1 10.00000 0.000000 X2 10.00000 2.000000 X3 8.000000 1.000000 R11 3.000000 0.000000 R12 2.000000 0.000000 R13 0.000000 0.000000 R21 0.000000 0.000000 R22 1.000000 0.000000 R23 0.000000 0.000000 R31 1.000000 0.000000 R32 1.000000 0.000000 R33 0.000000 0.000000 R41 0.000000 0.000000 R42 0.000000 0.000000 R43 2.000000 0.000000
钢管下料数学建模
钢管下料数学建模摘要：本论文通过数学建模的方法研究了钢管下料问题。
首先，提出了一个钢管下料的数学模型，建立了目标函数和约束条件，以求解钢管的最优下料方案。
接着，采用了一种基于遗传算法的优化方法对模型进行求解，通过对实际钢管下料问题的实例进行仿真实验，验证了模型的可行性和有效性。
最后，对论文的研究结果进行了分析和总结，并对进一步的研究方向进行了展望。
关键词：钢管下料；数学建模；遗传算法；最优化1. 引言钢管的下料是制造业中常见的生产工艺之一。
通过合理的下料方案，可以最大限度地利用原材料，提高钢管的利用率。
因此，钢管下料问题的研究对于降低生产成本、提高生产效率具有重要意义。
2. 钢管下料的数学模型2.1 目标函数钢管下料的目标是使得原材料的浪费最小化。
因此，我们可以将下料的浪费量作为目标函数，即最小化浪费的总量。
2.2 约束条件钢管下料的约束条件主要包括原材料的长度限制、钢管的尺寸要求、切割工具的限制等。
这些约束条件需要在数学模型中进行描述和考虑。
3. 遗传算法优化方法遗传算法是一种基于生物进化理论的优化算法，可以通过模拟自然选择、交叉和变异等过程，搜索最优解。
我们可以将钢管下料问题转化为一个优化问题，通过遗传算法来求解最优下料方案。
4. 实验仿真我们通过对一组实际钢管下料问题的实例进行仿真实验，验证了数学模型和遗传算法的可行性和有效性。
实验结果表明，采用遗传算法可以得到较优的下料方案，并且在一定时间内可以找到满足约束条件的最优解。
5. 结果分析和总结通过对实验结果的分析和总结，我们可以得出以下结论：数学模型和遗传算法在钢管下料问题中具有较好的应用效果，可以提高下料方案的优化效果和生产效率。
6. 进一步展望在进一步的研究中，我们可以考虑对模型进行改进和扩展，以适应更复杂的钢管下料问题。
此外，可以结合其他优化算法和数据挖掘技术，进一步提高钢管下料的效果和精度。
数学建模y04下料问题B题
aij ：第 j 种下料方式中第 i 种零件的切割数量， i = 1, , m, j = 1, , p 。 x j ：第 j 种下料方式使用的次数， j = 1, , p 。
∑ q ：所需原材料的数量， q = p x j 。 j =1
五．问题分析
一个好的下料方案首先应该使原材料的利用率最大，从而减少损失，降低成本，提高经 济效益。其次要求所采用的不同的下料方式尽可能少，即希望用最少的下料方式来完成任务。 因为在生产中转换下料方式需要费用和时间，既提高成本，又降低效率。此外，每种零件有 各自的交货时间，每天下料的数量受到企业生产能力的限制。因此实用下料问题的目标是在 生产能力容许的条件下，以最少数量的原材料，尽可能按时完成需求任务，同时下料方式数 也尽量得少。
802～850 之间，且已找到 q = 850 的可行解。
表 2 不同废料长度下的下料方案
下料方案
T p
0 20" 40882
x = ( x1 , , x p )T ， x j ：第 j 种下料方式使用的次数，且 j = 1, , p 。
可行的下料方案应满足零件个数的约束，设下料方式集为 Am× p ，则有：
Am×p x ≥ n
其中 n = ( n1 ,…,nm )，且 x j 为整数，满足 x j ≥ 0, j = 1, , p 。
上取整值，由 A 、 x 中各分量的非负性，可以证明 A ⎡⎢ x⎤⎥ ≥ n 。
因此，若 x 为线性规划范畴下的可行解， ⎡⎢ x⎤⎥ 即为可行的下料方案，同理，若 x 为线性
规划范畴下的最优解， ⎡⎢ x⎤⎥ 即为较优的下料方案，对比同一下料方式集下最优的下料方案，
其原材料使用数量之差不大于 x 中非零分量的个数，例如在下料方式集 A0 下，线性规划结
数学建模下料问题
表5-3 钢管下料的合理切割模式
4米钢管根数 6米钢管根数 8米钢管根数 余料（米） 4 0 0 3 3 1 0 1 2 0 1 3
模式1 模式2 模式3 模式4 模式5 模式6 模式7
1 1 0 0
2 1 3 0
0 1 0 2
3 1 1 3
问题化为在满足客户需要的条件下，按照哪些种合 理的模式，切割多少根原料钢管，最为节省。而 所谓节省，可以有两种标准，一是切割后剩余的 总余料量最小，二是切割原料钢管的总根数最少。 下面将对这两个目标分别讨论。
(38) (39) (40) (41)
每一种切割模式必须可行、合理，所以每根原料钢管的 成品量不能超过19米，也不能少于16米（余量不能大于3 米），于是
16 4r11 5r21 6r31 8r41 19 16 4r12 5r22 6r32 8r42 19 16 4r13 5r23 6r33 8r43 19
Min x1 x2 x3
（37）
约束条件 为满足客户的需求，应有
r11 x1 r12 x2 r13 x3 50
r21 x1 r22 x2 r23 x3 10 r31 x1 r32 x2 r33 x3 20 r41 x1 r42 x2 r43 x3 15
即按照模式2切割15根原料钢管，按模式5切割5根，按模 式7切割5根，共27根，可算出总余料量为35米。与上面 得到的结果相比，总余料量增加了8米，但是所用的原料 钢管的总根数减少了2根。在余料没有什么用途的情况下， 通常选择总根数最少为目标。
问题2）的求解
问题分析 按照解问题1）的思路，可以通过枚举法首先确 定哪些切割模式是可行的。但由于需求的钢管规格增加到4 种，所以枚举法的工作量较大。下面介绍的整数非线性规 划模型，可以同时确定切割模式和切割计划，是带有普遍 性的方法。 同1）类似，一个合理的切割模式的余料不应该大于或等于 客户需要的钢管的最小尺寸（本题中为4米），切割计划中 只使用合理的切割模式，而由于本题中参数都是整数，所 以合理的切割模式的余量不能大于3米。此外，这里我们仅 选择总根数最少为目标进行求解。
数学建模之下料问题
数学建模第三次作业下料问题摘要本文是针对如何对钢管进行下料问题，根据题目要求以及下料时有关问题进行建立切割费用最少以及切割总根数最少两个目标函数通过结果分析需要使用何种切割模式。
生产方式所花费的成本价格或多或少有所不同，如何选取合理的生产方式以节约成本成为了很多厂家的急需解决的问题。
这不仅仅关系到厂家的利益，也影响到一个国家甚至整个人类星球的可利用资源，人们的生活水平不断提高对物资的需求量也不断上升，制定有效合理的生产方式不仅可以为生产者节约成本也可以为社会节约资源，以达到资源利用最大化。
本文以用于切割钢管花费最省及切割总根数最少为优化目标，通过构建多元函数和建立线性整数规划模型，利用数学及相关方面的知识对钢管的切割方式进行优化求解最佳方案。
本文最大的特色在于通过求解出切割钢管花费最省及切割总根数最少时分别得出两种目标函数取最小值时的切割模式。
通过结果发现两种目标函数取最小值时所需切割根数都一样。
于是选择切割钢管花费最省为目标函数，此时的切割模式达到最少，这样既满足了总根数最小有满足了切割费用最小。
关键词：切割模式 LINGO软件线性整数一、问题的提出某钢管零售商从钢管厂进货，将钢管按照顾客的要求切割后出售。
从钢管厂进货时得到的原料钢管的长度都是1850mm。
现有一客户需要15根290mm、28根315mm、21根350mm和30根455mm的钢管。
为了简化生产过程，规定所使用的切割模式的种类不能超过4种，使用频率最高的一种切割模式按照一根原料钢管价值的1/10增加费用，使用频率次之的切割模式按照一根原料钢管价值的2/10增加费用，依次类推，且每种切割模式下的切割次数不能太多（一根钢管最多生产5根产品）。
此外，为了减少余料浪费，每种切割模式下的余料不能超过100mm。
为了使总费用最小，应如何下料？二、基本假设1、假设所研究的每根钢管的长度均为1850mm的钢管。
2、假设每次切割都准确无误。
3、假设切割费用短时间内不会波动为固定值。
下料问题数学建模(钢管)
防盗窗下料问题摘要本文针对寻找经济效果最优的钢管下料方案，建立了优化模型。
问题中的圆形管下料设定目标为切割原料圆形管数量尽可能少且在使用一定数量圆形管的过程中使被切割利用过的原料总进价尽可能低。
问题中的方形管原料不足以提供所需截得的所用钢管，故设目标为使截得后剩余方形管总余量最小。
模型的建立过程中，首先运用了C语言程序，利用逐层分析方法，罗列出针对一根钢材的截取模式；然后根据条件得出约束关系，写出函数关系并对圆形管下料建立了线性模型，对方形管下料建立了非线性模型；接着，在对模型按实际情况进行简化后，借助lingo程序对模型求解，得出了模型的最优解，并给出了最符合经济效果最优原则的截取方案。
关键词：钢管下料；最优化；lingo；问题提出某不锈钢装饰公司承接了一住宅小区的防盗窗安装工程，为此购进了一批型号为304的不锈钢管，分为方形管和圆形管两种，方管规格为25×25×1.2(mm),圆管规格Φ19×1.2(mm)。
每种管管长有4米和6米两种，其中4米圆形管5000根，6米圆形管9000根，4米方形管2000根，6米方形管2000根。
根据小区的实际情况，需要截取1.2m圆管8000根， 1.5m圆管16500根，1.8m圆管12000根，1.4m方形管6000根，1.7m方形管4200根，3m方形管2800根。
请根据上述的实际情况建立数学模型，寻找经济效果最优的下料方案。
基本假设和符号说明1、假设钢管切割过程中无原料损耗或损坏；2、假设余料不可焊接；3、假设同种钢材可采用的切割模式数量不限；4、假设不同长度钢管运费、存储资源价值没有区别；5、假设该304型号不锈钢管未经切割则价值不变，可在其它地方使用。
为便于描述问题，文中引入一些符号来代替基本变量，如表一所示：问题分析与模型建立问题中的圆形管原料足够，寻找经济效果最优的下料方案，即目标为切割原料圆形管数量尽可能少。
考虑到6米圆形管与4米圆形管的采购价格应该是不同的，所以我们寻求的是在使用一定数量6米圆形管与4米圆形管的过程中使被切割利用过的原料总进价尽可能低。
钢管下料数学建模
钢管下料数学建模一、引言钢管下料是工业生产中常见的一项工艺，它涉及到如何将原始的钢管按照预定的尺寸进行切割，以便于后续加工和使用。
在进行钢管下料时，数学建模可以帮助我们计算出最佳的下料方案，以最大程度地减少浪费，提高生产效率。
本文将以钢管下料数学建模为主题，探讨如何利用数学方法求解钢管下料问题。
二、问题描述假设有一根长度为L的钢管，需要按照给定的尺寸进行切割。
切割时需要考虑以下几个因素：1. 切割后的钢管长度需要满足给定的要求；2. 切割时需要考虑钢管的浪费情况，即尽量减少剩余钢管的长度；3. 切割时需要考虑生产效率，即尽量减少切割次数。
三、数学建模钢管下料问题可以抽象为一个数学模型，通过建立数学模型，我们可以计算出最佳的下料方案。
下面将介绍两种常见的数学建模方法。
1. 贪心算法贪心算法是一种简单而常用的数学建模方法，它通过每一步都选择局部最优解来达到全局最优解。
在钢管下料问题中，贪心算法可以按照以下步骤进行：1）将钢管初始长度L赋值给一个变量remain；2）根据给定的尺寸要求，选择一个长度小于等于remain的最大钢管尺寸，将其切割出来；3）将remain减去切割出来的钢管长度，得到剩余的钢管长度；4）重复步骤2和3，直到remain小于等于0。
2. 动态规划动态规划是一种更加复杂但是更加精确的数学建模方法，它通过将原问题划分为多个子问题，并保存子问题的解来求解原问题。
在钢管下料问题中，动态规划可以按照以下步骤进行：1）建立一个长度为L+1的数组dp，dp[i]表示长度为i的钢管的最佳下料方案所需的最少切割次数；2）初始化dp数组，将dp[0]设置为0，其余元素设置为正无穷大；3）从长度为1开始，依次计算dp[1]、dp[2]、...、dp[L]的值；4）最终dp[L]即为所求的最佳下料方案所需的最少切割次数。
四、案例分析为了更好地理解钢管下料数学建模，我们以一个具体的案例进行分析。
假设有一根长度为9米的钢管，需要切割成长度分别为2米、3米和4米的三段钢管。
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r1i , r2i , r3i , r4i 表 示 第 i 种 模 式 下 将 一 根 原 料 钢 管 切 割 成
290mm,215mm,350mm,455mm 钢管的数量 a 为原材料一根钢管的价值 2 模型的建立与求解 2.1 模型的建立 由假设 4，由于目标使得总运费最少，我们建立如下目标函数： min z a( x1 x2 x3 x4 )
1 2 3 4 ax1 ax2 ax3 ax4 10 10 10 10
（1）
由假设 1，为了满足客户需要 15 根 290mm、28 根 215mm、21 根 350mm 和 30 根 455mm 的钢管，构造如下约束条件：
x1r11 x2 r12 x3r13 x4 r14 15 x1r21 x2 r22 x3r23 x4 r24 28 x1r31 x2 r32 x3r33 x4 r34 21 x1r41 x2 r42 x3r43 x4 r44 30
（2）
由假设 2,3 为了使每种切割模式下的余料浪费不能超过 100mm，构造如下约束 条件：
1750 290r11 215r21 350r31 455r41 1850 1750 290r12 215r22 350 r32 455r42 1850 1750 290r13 215r23 350 r33 455r43 1850 1750 290r14 215r24 350 r34 455r44 1850
为了确定原料钢管数量的最大值，我们采用枚举法求解，将 1 根原料钢管分 别切割成 290mm、215mm、350mm 和 455mm 根数进行讨论，可得表 1 结果， 表 1 原料钢管数量的最大值讨论结果
切割长度 方案 1 方案 2 方案 3 方案 4 方案 5 方案 6 方案 7 方案 8 290mm 215mm 350mm 455mm 总长 余量 原料钢管 根数
min z a ( x1 x2 x3 x4 )
[3]
（4）
：
1 2 3 4 ax1 ax2 ax3 ax4 10 10 10 10 x1r11 x2 r12 x3r13 x4 r14 15 x r x r x r x r 28 1 21 2 22 3 23 4 24 x1r31 x2 r32 x3r33 x4 r34 21 x1r41 x2 r42 x3r43 x4 r44 30 1750 290r 215r 350r 455r 1850 11 21 31 41 1750 290r12 215r22 350r32 455r42 1850 1750 290r 215r 350r 455r 1850 13 23 33 43 s.t. 1750 290 r 215 r 350 r 455 r 14 24 34 44 1850 1 r11 r21 r31 r41 5 1 r12 r22 r32 r42 5 1 r13 r23 r33 r43 5 1 r14 r24 r34 r44 5 x1 x2 x3 x4 xi , r1i , r2i , r3i , r4i 为整数(i=1 4)
2.2 模型的求解 运用 lingo，对上述线性规划问题求解，得到如下结果：
2.3 结果分析 使用原料钢管总根数为 16+6+1=23 根，切割模式为： 模式 1 将每根原料钢管切割 1 根 290mm，1 根 215mm，1 根 355mm，2 根 455mm， 共 16 根 模式 2 将每根原料钢管切割 2 根 215mm，3 根 455mm，共 6 根 模式 3 将每根原料钢管切割 5 根 355mm，共 1 根 模式 4 将每根原料钢管切割 4 根 455mm，共 0 根 3 模型的检验与进一步分析 3.1 模型的检验 客户需要 15 根 290mm、28 根 215mm、21 根 350mm 和 30 根 455mm 的钢管，原 料钢管 1850mm，那么至少需要原料钢管为 15 290 28 215 21 350 30 455 =17 根 1850
一根原料钢管最多生产 5 根产品，可以得到： （3）
1 r11 r21 r31 r41 5 1 r12 r22 r32 r42 5 1 r13 r23 r33 r43 5 1 r14 r24 r34 r44 5
由（1）—（4）式，可得到最终模型
运用 lingo 求解可得如下结果：
最优解仍然保持不变，为 23 根，同时，这也验证了优化模型的可行性。
4 模型的优缺点与推广 优点：本模型具有求解速度快，适应性好等优点，当客户改变要求时，通过修 改限制条件可快速得出结果，改变加工模式，减少不必要的损失。 缺点：该模型存在一定的局限性，局限性体现在，当客户提出时间要求时，无 法进行优化。 推广：可以解决类似下料问题的生产问题。 5 参考文献 [1]顾梦君， 利伟立， 陈秋晓.实用下料问题的最优算法[J].中山大学研究生学报， 2005,26（2）：92-93 [2]李丹俊，曾锐等.实用下料优化问题模型建立及解法[J].数学的实践与认识， 2005,35（7）：43-44 [3]姜启源.数学模型[M].北京：高等教育出版社，2012:252-253
下料问题
摘要
本文以最少投入成本和满足客户要求为目标，利用线性规划方法，建立了 数学优化模型。 根据题意，首先作出适当的假设，由假设和题目条件得到目标函数和限制 条件，再用 lingo 软件求得最优解。最后对模型进行检验和进一步分析可得到最 终最优的钢材切割模式分配为： 模式 1 将每根原料钢管切割 1 根 290mm， 1 根 215mm， 1 根 355mm， 2 根 455mm， 原料钢管共 16 根 模式 2 将每根原料钢管切割 2 根 215mm，3 根 455mm，原料钢管共 6 根 模式 3 将每根原料钢管切割 5 根 355mm，原料钢管共 1 根 模式 4 原料钢管总共为 0 根 本模型具有操作简便，运算速度快等优点，适合解决下料问题。 关键词：线性规划；下料；切割模式；费用 1 介绍 1.1 背景 在生产生活中，钢材下料是在机械、行业、造纸、服装、木材等行业、企业 都会遇到的实际难题， 这包括怎样最大限度的节省原材料以节省投入成本以及提 高原材料的利用率[1]，企业为了使得自身利益的最大化，通常制定一系列的提高 效益的生产计划。所以如何优化下料问题是重中之重。一维下料问题是下料问题 中的基础问题[2]，本文也是在此背景基础上，通过建立优化模型来解决下料的具 体问题。 1.2 问题重述 某钢管零售商从钢管厂进货，将钢管按照顾客的要求切割后售出。从钢管厂 进货时得到的原料钢管长度是 1850mm。 现有一客户需要 15 根 290mm、 28 根 215mm、 21 根 350mm 和 30 根 455mm 的钢管.为了简化生产过程,规定所使用的切割模式的 种类不能超过 4 种， 使用频率最高的一种切割模式按照一根原料钢管价值的 1/10 增加费用，使用频率次之的切割模式按照一根原料钢管价值的 2/10 增加费用， 依次类推，且每次切割模式下的切割次数不能太多(一根原料钢管最多生产 5 根 产品)。此外，为了减少余料浪费，每种切割模式下的余料浪费不能超过 100mm。
17 x1 x2 x3 x4 30
（5）
由优化模型运算得到的最优解，原料钢管数目 23 在这范围之间，模型完全 可行，通过检验。 3.2 模型进一步讨论 为了缩小可行域，将上述约束条件加到优化模型中，可以得到：
min z a ( x1 x2 x3 x4 ) 1 2 3 4 ax1 ax2 ax3 ax4 10 10 10 10 x1r11 x2 r12 x3r13 x4 r14 15 x r x r x r x r 28 1 21 2 22 3 23 4 24 x1r31 x2 r32 x3r33 x4 r34 21 x1r41 x2 r42 x3r43 x4 r44 30 1750 290r 215r 350r 455r 1850 11 21 31 41 1750 290r12 215r22 350r32 455r42 1850 1750 290r 215r 350r 455r 1850 13 23 33 43 s.t. 1750 290r14 215r24 350r34 455r44 1850 1 r11 r21 r31 r41 5 1 r12 r22 r32 r42 5 1 r13 r23 r33 r43 5 1 r14 r24 r34 r44 5 x1 x2 x3 x4 17 x1 x2 x3 x4 30 xi , r1i , r2i , r3i , r4i 为整数(i=1 4)
为了使总费用最少，应如何下料？ 1.3 问题分析 针对以上问题，作如下分析： 此问题是为了解决投入成本最小为目标的优化问题，我们利用线性规划知识 建立了优化模型。根据原材料费用和题意中切割模式下的产生的附加费用，建立 总费用目标函数。再根据题意中的客户需求和生产限制建立限制条件，得到待求 模型。最终求解模型得到最优解，然后对模型进行了检验和进一步分析可得这个 最优解就是最佳的切割模式分配。 1.4 问题假设 1.切割过程中钢管无损耗，生产过程无次品 2.切割余料不能再用 3.290mm,215mm,350mm,455mm 钢管在切割过程中允许有剩余，但库存为 0 4.切割原材料钢管根数按模式频率从高到低排列为 x1 ， x2 ， x3 ， x4 1.5 符号解释
3 0 2 1 0 0 1 0