《运筹学》― 数据 · 模型 · 决策

《运筹学》―数据· 模型· 决策 李勇建博士南开大学商学院 09:51

李勇建简介 主要研究方向：物流与供应链管理、电子商务与企业信息化、突发事件应急管理主讲MBA、研究生课程：数据•模型与决策（管理运筹学），MBA论文写作，商务动态分析，企业资源计划，物流与供应链管理，管理研究方法学历与工作经历: 南开大学商学院管理科学与工程系教授/博导清华大学经济管理学院博士后香港中文大学博士后南开大学博士联系电话: 23505341, 13389061528 办公室地点：Rm. 503 Email: liyongjian@nankai.edu.cn 09:51

《运筹学》 ― 数据· 模型· 决策 一、课程的性质：本课程是专业理论必修课之一二、教学目的与要求：（1）掌握若干运筹学的重要方法与技术，知道在企业和工程管理工作中使用运筹学模型和数量分析方法对于解决管理中的问题和提高效益所起的作用．（2）掌握将实际管理中的问题形成运筹学模型的方法与技巧．（3）掌握运用软件求解基本运筹学模型的基本能力，会使用所学软件解决较简单的实际问题． 09:51

三、课程形式： 本课程以课堂讲授为主，作业练习、案例分析、小组讨论、提交案例报告为辅．案例报告应包括以下内容：背景介绍：企业或组织的名称，业务范围，运营环境，面临的管理问题等；选用的解决方案，模型变量、约束及参数的描述；优化模型求解（包括软件实现），结果分析，实施建议等。 09:51

四、考察形式 1，课堂表现、作业 30% 2，期末考试 70% 09:51

五、参考教材 威廉·史蒂文森，锡汉·奥兹古，李勇建，张建勇。《管理科学（管理科学与工程经典译丛）》，中国人民大学出版社，2013年6月六、其他参考教材吴广谋等编著，数据、模型与决策，北京师范大学出版社，2008年2月 (美)马克·S·希利尔等著，任建标译，数据模型与决策，中国财政经济出版社，2001年9月运筹学基础及应用(第四版) 胡运权哈工大出版社 2006 09:51

第一讲绪论 运筹学应用案例运筹学与管理决策运筹学的形成与发展运筹学解决问题的类型教学计划 09:51

运筹学应用举例 09:51

实际问题 许多实际问题举例 • 盈亏平衡分析 • 资源分配 • 新产品定价决策 • 投资组合 • 供应链网络设计 09:51

想想看！ 实际问题 Breakeven point Analysis 盈亏平衡分析一家高档产品公司主要生产昂贵而不常见的礼品，礼品是为那些已经几乎什么都有的富人生产的。公司研发部最新的产品计划是有限版落地摆钟（limited edition grandfather clock）。公司管理部门需要决定是否生产这个新产品，如果生产的话要生产多少。我们需要知道些什么信息？ 09:51

主要分析产品产量或销量与成本、收益和利润之间的关系。主要分析产品产量或销量与成本、收益和利润之间的关系。假设已知生产该产品的前期投入为10,000,000元，每生产一个的费用1,350元（包括直接成本和间接成本）。销售价格定在2,490元。分析： • 决策变量： x为该产品的数量 • 约束条件： x0；x s。s表示需求预测数量 • 生产成本与生产数量关系 • 收益与生产数量关系 09:51

若产量等于销售量，利润R(x)为 此问题为选取x，使得利润最大化。称利润的代数式为模型的目标函数。求解模型：盈亏平衡点 R(x)=0 的数量x为生产数量 x 取值还取决于参数 s 的值（预测的销售数量）：若 s8,771，则设置x=0；若 s >8,771 ，则设置x＝s。 09:51

想一想 扩展问题分析产品类型的增加除了市场需求，生产能力、原材料等因素也可能成为约束条件边际收益可能变化．价值（元） y 总收益 P(x) 盈利固定成本总成本 C(x) 亏损产量 0 盈亏平衡点 x x* 图0.1 盈亏平衡分析示意图 09:51

实际问题 Resource-allocation 资源分配潘得罗索工业公司生产胶合板，根据厚度和所用木材的质量而有所不同。因为产品在一个竞争的环境中进行销售，产品的价格由市场决定。所以每个月管理层面临的一个关键问题是选择产品组合以获取尽可能多的利润。需要考虑当前生产产品必须的各种资源的可得数量。六项最重要的资源为（1）四种类型的原木（根据原木的质量区分）和（2）生产胶合板的两项关键作业的生产能力（模压作业和刨光作业）。你们公司有这样的经历吗？ 09:51

实际问题 New product pricing 新产品定价决策 • 新产品定价的基本方法 • 成本加成法 • 竞争导向定价 • 市场渗透定价法 09:51

实际问题 Portfolio selection 投资组合比尔是Nesbit投资公司的财务主管，他必须组合长期市场有价证券的业务量的每月支付计划。证券业务量的金额高达$50,000,000。组合此业务量的有价证券必须很快确定下来，在风险控制限度内，以使得一定时限内的收益最大。 09:51

实际问题 Supply chain network design 供应链网络设计上海国美电器商场有限公司在上海的商场为什么圆形布点？围绕上海市外环线内部圆形均匀分布着9家商场，为什么只有一个配送中心，为什么要建在外环线的外面？你对这个问题如何分析！ 09:51

思考题 请给出更多定量决策的例子生产车间调度运输规划机场航班连接人力资源计划与调度广告宣传。。。。。。。。。 09:51

运筹学与决策 09:51

这类问题实质上都是运筹学/管理科学（OR/MS）问题，描述过程为这类问题实质上都是运筹学/管理科学（OR/MS）问题，描述过程为数据准备真实系统模型建立与修改模型求解与检验结果分析与实施系统分析问题描述图0.2 运筹学研究的基本步骤 09:51

定性分析 组织中存在的问题评价与评估决策定量分析 1. 量化管理的重要性 • 管理科学是对与定量因素有关的管理问题通过应用科学的方法进行辅助管理决策的一门学科。 • 目的：用科学方法分析管理问题，为管理者决策提供依据 • 目标：在企业经营内外环境的限制下，实现资源效用最大 • 定性到定量分析，数量界限的重要性：量变引起质变量化管理是第一步,它导致控制,并最终实现改进如果不能量化某些事情，那么就不能理解它如果不能理解它，那么就不能控制它如果不能控制它，那么就不能改进它 ——H. James Harrington

2. 量化思考使人理性 • 冰淇淋实验，你会选择哪一个？ • 一杯A有70克，装在50克的杯子里，看上去要溢出了 • 一杯B是80克，装在100克的杯子里，看上去还没装满单独凭经验判断时，在相同的价格上，人们普遍选择A • 听一场音乐会：网络订票的票价500元，不去可退票 • 情况1：在你马上要出发的时候，发现你把最近的价值500元的电话卡弄丢了。你是否还会去听这场音乐会？ • 情况2：假设昨天花500元钱买一张今晚的音乐会取票单。在你出发时，发现把票单丢了。如果去听音乐会，就必须再花500元钱买张票，去还会不去？实验表明，大部分的回答者仍旧会去听结果却是，大部分人回答说不去了

160000000 Revenue = 2460 x Profit 120000000 Cost = 10000000 + 1350 x Fixed cost 100000000 Loss 80000000 0 4000 8000 12000 16000 20000 x Break-even point = 8771 units 二、学科作用 3. 量化分析辅助决策盈亏平衡分析 • 利润：I = ( P – Cm – Ch ) Q - F • 策略1 ↑ ↑ ↔ ↔ ↔ ↔ 差异化，领先者战略 • 策略2 ↑ ↔ ↔ ↔ ↑ ↔ 规模化，大规模市场 • 策略3 ↑ ↔ ↓ ↔ ↔ ↔ 机械化，第一利润源 • 策略4 ↑ ↔ ↔ ↓ ↔ ↔ 技能化，第二利润源 • 策略5 ↑ ↔ ↕ ↕ ↔ ↓ 信息化，第三利润源

量化辅助决策案例：盈亏平衡分析 • 例：某企业总销售额 1100万元物料成本 700万元员工工资 200万元管理费用 100万元 • 现在利润=100万元，目标利润150万元 • 利润实现的方法有： • 将销售收入增加100% • 将员工工资减少 25% • 将管理费用减少 50% • 将物料成本减少 7.1%

什么是模型、数学模型 定义：用语言或工具（如图像、文字、算符）对一个对象（实体）的某一层次的特性或规律的描述。模型分类：物理模型和思考模型物理模型：实物模型、类比模型思考模型：数学模型、结构模型、仿真模型数学模型：用数学语言描述的一类特殊的思考模型结构模型：反映系统结构特点和因果关系的模型仿真模型：通过计算机上运行的程序表达的模型 09:51

建立数学模型的一般过程 1，明确问题，确定目标使问题明确到变量关系的适当形式，也就是明确到问题的表达能对应于一种数学结构 2，模型假设对建模对象的特征与存在条件进行简化。合理的简化是必不可少的 3，建模选择一个合理的数学形式，使实际问题中的要素和关系用数学语言表达出来 4，模型求解解的存在性，或某种形式的解可以转化为解决实际问题的答案。仿真或近似计算求解 5，模型解的分析与检验对解的特征或形式进行分析；解与某些参数的关系进行分析；模型的假设、结构设定等的有效性检验 09:51

决策制定 Data 数据 Model 模型 Knowledge 知识 Decision-Making 决策制定 09:51

管理者与决策 • Manager 制定决策 • 计划、组织、指导、激励、监督、控制… • MS/OR 运用合理的分析来改善决策的制定 • 希望管理者运用客观的、科学的方法，分析解决问题 09:51

运筹学是决策的一个工具，所以它不应被看作是独立的，它只有与其它的经营管理职能结合在一起时才能实现最大的利益增长。运筹学是决策的一个工具，所以它不应被看作是独立的，它只有与其它的经营管理职能结合在一起时才能实现最大的利益增长。 OR/MS与决策的关系 • 运筹学方法不是要代替决策者的经验，而是使得决策者的经验更丰富。 09:51

OR/MS与决策的关系 运筹学是一种给出问题不坏的答案的艺术，否则的话问题的结果会更坏。定性分析是定量分析的基础。定量分析是定性分析的支持。从数学模型中求出的解不是问题的最终答案，而仅仅是为实际问题的系统处理提供了有用的可以作为决策基础的信息。 09:51

学科应用 管理既是科学又是艺术 • 低层管理的科学成分较多，高层管理的艺术成分较多 • 运营管理需较多管理科学，人力资源管理需较多管理艺术 • 例行管理需要较多管理科学，例外管理需要较多管理艺术问题导向技术支持 MC: 定量解决方法 M: 管理决策问题应用统计线性规划整数规划目标规划网络计划网络分析决策分析动态规划 …… 战略决策营销决策生产安排财务分析人力资源方案优选 …… 管理者: 制定决策管理科学：运用合理的分析来改善决策的制定方案选择依据

管理专业课 战略、运营、营销、财务、人力… 管理运筹学离散、连续，静态、动态的方法… 管理学科基础经济学原理、管理学、行为科学… 技术科学加工技术、工程技术、信息技术… 数学高等数学、概率统计、线性代数… 学科应用学科地位

行业企业A 企业B 企业C 商务1 商务2 商务3 信息管理流程管理物流管理供应链管理 …… 运营管理市场营销质量管理项目管理 …… 职能a 职能b 职能c 小组i 小组ii 小组iii 学科应用经济学企业战略、公司治理会计学财务管理管理科学方法支持人力资源管理组织行为学

运筹学的定义与发展 09:51

Operations Research 或Operational Research，直译“运作研究”，形成于第二次世界大战期间，主要是通过科学方法的运用，解决非常复杂的战略和战术问题。管理百科全书给运筹学下的定义：“运筹学是应用分析、试验、量化的方法，对经济管理系统中的人力、物力、财力等资源进行统筹安排，为决策者提供有依据的最优方案，以实现最有效的管理”。战后，许多专家转到了经济部门、民用企业、大学或研究所，继续从事决策的数量方法的研究，运筹学作为一门学科得到迅速发展。近些年来，计算技术（包括硬件、软件）的迅猛发展使得运筹学的方法论得以成功地及时地解决大量经济管理中的决策问题，而且不仅仅为运筹学专家所专有，也成为广大管理工作者进行最优决策和有效管理的常用工具。运筹学的形成与发展 09:51

运筹学在我国 运筹学的思想方法在我国古代和近代有过不少记载 • 早在公元前6世纪春秋时期，《孙子兵法》13篇就是军事运筹思想的集中体现。 • 公元前4世纪战国时期的田忌赛马 • 前3世纪汉高祖刘邦赞誉他的谋士张良“运筹帷幄之中，决胜千里之外” • 北宋时期的沈括运军粮的故事等等 • 1936年12月，毛泽东发表的《中国革命战争的战略问题》希望我们有机会好好体会其中的思想，不仅仅把这些当作故事来读。关于现代运筹学的方法与技术，我们要学习西方。 09:51

运筹学的特点 运筹学已被广泛应用于工商企业、军事部门、民政事业等研究组织内的统筹协调问题，故其应用不受行业、部门之限制；运筹学既对各种经营进行创造性的科学研究，又涉及到组织的实际管理问题，它具有很强的实践性，最终应能向决策者提供建设性意见，并应收到实效；它以整体最优为目标，从系统的观点出发，力图以整个系统最佳的方式来解决该系统各部门之间的利害冲突。对所研究的问题求出最优解，寻求最佳的行动方案，所以它也可看成是一门优化技术，提供的是解决各类问题的优化方法。 09:51

运筹学解决的问题和模型 09:51

运筹学方法能解决哪些企业问题？ 09:51

运筹学有哪些模型？ • 规划模型：线性规划，非线性规划，整数规划 • 动态规划 • 图及网络优化 • 网络计划：统筹方法与项目管理 • 存贮模型与库存管理 • 排队论与服务系统 • 博弈论与竞争模型 • 预测与决策分析 • 统计学 • 模拟与仿真 09:51

课程大纲 零、管理定量分析引论：管理、决策、定量建模、运筹学应用案例---第2章一、线性规划：原始问题，对偶问题，规划问题的计算机求解与敏感性分析，数学规划在管理中的应用及案例 ---第3章二、规划扩展：整数规划、多目标规划、目标规划、运输问题---第4，5章三、图及网络：最小费用流问题，最大流问题，最短路问题，运输问题，分配问题，实际应用---第7章四、网络计划：确定性网络（PERT与关键路线），网络图的优化，实际应用---第8章 09:51

五、预测与决策技术：不确定性决策与案例；乐观、悲观、期望值决策准则、决策树；多属性决策；AHP风险型决策；预测---第15章五、预测与决策技术：不确定性决策与案例；乐观、悲观、期望值决策准则、决策树；多属性决策；AHP风险型决策；预测---第15章 *六、排队论：单服务台模型，多服务台模型，系统优化设计，实际应用 *七、（选讲）投资项目的风险分析：投资评价的推广、风险分析、组合投资风险分析 *内容视情况而定 09:51

经典管理科学获奖应用 09:51

INFORMS运筹学应用奖 2002年惠普公司 2003年美国联合包裹运输公司（UPS） 2004年宝洁公司 2005年美国空气化工产品有限公司 2006年美国施耐德物流公司 2008年通用电气公司全球研究中心 2009年 Intel决策技术组 2010年 Jeppesen公司 2011年南非Sasol石化公司 2012年 Memorial Sloan-Kettering Cancer Center 09:51 09:51

2002年惠普公司 该奖项被授予惠普公司是因为它在价值链中广泛应用运筹学和管理科学技术。通过惠普公司的战略计划部门和业务部门的合作，在整个公司应用了创新的建模技术。这些严格的建模和分析方法为惠普公司和供应链上的合作伙伴节约了数十亿美元，增强了他们的竞争优势。除了商业上的成功，惠普公司还通过发表科技文章和案例研究共享他们的建模思想和成功经验，这些文章在运筹学研究领域被广泛阅读。 09:51 09:51

2003年美国联合包裹运输公司（UPS） 该奖项被授予UPS公司是由于它在整个组织中持续运用运筹学和管理科学技术。自从1995年运筹学技术被应用以来，UPS的总资产已达到320亿美元。UPS运用运筹学技术管理这个拥有36万员工、1800个设施、9万台车辆和580辆飞机的大型企业，保证了每天1000万个包裹的准时交货，方便了公司的日常决策。 UPS管理决策的制定确实离不开运筹学技术，运筹学不仅被技术部门员工使用，而且公司的每个管理者也不例外。 UPS没有局限在现有运筹学技术的应用，而是积极发展原创性研究，拥有运筹学领域先进的前沿技术。在显著节约成本的同时，运筹学技术还是UPS战略决策和保持企业竞争优势的关键。 09:51 09:51

2004年宝洁公司 该奖项被授予宝洁公司是由于它在决策制定过程中综合运用运筹学和管理科学来解决诸如全球制造点和采购、库存管理、供应链设计和客户行为分析等问题。显著节约的成本对于宝洁公司的成长和管理这个经营组织遍布80个国家、拥有500亿美元资产的跨国企业有着很大帮助。宝洁公司由于在增强产品竞争力过程中贯彻运筹学和管理科学的方法，因此其产品能够最好最快的供应世界各地的市场。 09:51 09:51

2005年美国空气化工产品有限公司 该项运筹学奖被授予空气化工产品有限公司由于它在运用运筹学/管理科学改进战略、战术和运作水平方面的示范作用。运筹管理功能在过去的35年中一直是该公司有着突出贡献的重要组成部分。运筹学/管理科学的典型应用包括新型的动态定价决策模型、传统的网络设计和优化技术的应用，以及库存和资源配送的战术优化模型。这些应用每年为公司节约成本约500-800万元，过去十年累计节约超过7500万美元。 09:51 09:51

2006年美国施耐德物流公司 该奖项被授予施耐德物流公司的工程研究部，以表彰它长时期运用运筹学/管理科学（ORMS）来改进战略、战术和运作水平。 ORMS功能在过去的25年中一直是施耐德公司有着突出贡献的重要组成部分，被应用在配货和运输规划、收益管理、专用车队管理和决策支持等方面，这些应用使施耐德公司的年收入增加了约1000万美元。这是OR/MS成功应用于现代企业决策的一个典型实例。 09:51 09:51

2008年通用电气公司全球研究中心 通用电气公司的风险&价值管理实验室和计算与决策科学部门，通过在公司的各个领域采用运筹学的方法创造了一系列令人印象深刻的纪录，为公司带来了持续价值。通过采用综合的运筹学技术来解决广泛的商业问题，实验室展示了它在扑捉商业机会、招标管理、问题解决方面的世界级水平，并且在长时期内保持运筹研究的能力。 09:51 09:51

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