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運輸模型

許多事物猶如空間上的節點(nodes),彼此之間存在各種形式的連結,這些連結可能是運送、執行、互動.......常用箭頭(→)表示,節點可能是城市、市場、據點、商家、機器.........。路徑是串連許多節點和它們的箭頭組成,把節點、箭頭、路徑位置、方向.....劃出來,本身就是模型,它能協助作決策:哪一條路徑最短、最快、最省錢??

7

eex.png

上圖是一個節點圖,Excel能把它轉為可供運算的試算表模型。經理人不須是數學家,不要求將任何空間節點圖轉化為試算表模型,但是,至少懂得操作幾套模型,提升自己的建模與運算能力,必會令人刮目相看。

我們就從最簡單的節點圖(圖8)開始,節點分屬兩邊:左邊稱為始點(Origin),右邊稱為目的地(Destination),以單向箭頭連結,總共有3 ×4=12  的箭頭連結(圖8只標示4個),我們稱這類模型為運輸模型,例如:從產地送往城市、從全球工廠出貨到不同國家..........。

圖8

eex1.png


圖8可以視為ABC產地蔬菜,要送往1234城市(3x4矩陣)節點圖,轉換為試算表模型求算它的最低運費步驟如下:首先,收集產地與城市的運費,製作表6-1的3x4矩陣。

6-1

Ed5.png

其次,從三個產地配送多少蔬菜,才能滿足要四個城市的需求?將試算表的決策變數(粉紅色)區塊建構如下:

6-2

Ed6.png

決策變數必須滿足兩大限制條件:(1)配送到三個城市的蔬菜不能大於產地產量、(2)每個城市的蔬菜配送量必須大於它的需求量。將這兩個限制條件加入表6-2,變成表6-3:

6-3

Ed7.png

表6-1運費資料乘上表6-2/3運送量資料(決策變數),得到總運費目標值,在目標格輸入Excel@sumproduct(xxx,xxx)公式即會出現試算表模型建造完成。再使用Excel的功能選單上的資料,跑Solver,得出最低運費下的運送量,放置在表6-3。此一Excel運算請讀者自行操作

圖9是6-3的試算表模型的完整節點圖:「產地」出發,箭頭連到「目的地」,節點旁邊標示的數字是產量限制市場需求量限制,箭頭上的數字即6-1運費

圖9

Ed8.png

表6-3或圖9的運輸模型可以延伸到任何有起點、目的地概念的節點圖,而不限於空間地理間的運輸,例如:10個政府標案有六家廠商參加競標,5台機器操作4個工作……這類問題也可以視為運輸模型。

假設工廠有五台機器都可以操作取、焊、切、送,但每台機器因為機型、結構、出廠年代……的差異,作業時間不同。5台機器操作取、焊、切、送四個執行動作的時間如下表,請問:想執行一組取、焊、切、送,應該由那些機器來操作,時間最經濟??

7-1(單位:秒)

Excc1.png

「機器」為起點「取、焊、切、送」為目的地,從7-1可以目視法找每一欄最少秒數的作業,假設每台機器只能做一個動作,取、焊、切、送」依序由機器4(2秒)、機器1(5秒)、機器3(3秒)、機器2(5秒)操作,時間最短。節點圖如下:

圖10

Excel9.png

仿造運輸模型建構五台機器操作取、焊、切、送四個動作時間最短的試算表模型如下表:

表7-2

Excc22.png

表7-2與圖10表達同樣概念,所不同的,前者為試算表模型,本身具備運算功能,管理者能夠自行改變輸入資料或限制條件,作更深入的運算,例如讀者可以改動執行次數的限制,從1提高到2,再看時間能否減少。

表7-2的機器作業與表6-3的產地配送兩者的試算表模型節點圖幾乎一樣,都藉著類似的「m × n矩陣」,建構求算最少時間或最低成本的試算表模型。

另一種非m × n矩陣」模型,針對每一始點(Origin)-目的地(Destination)的箭頭關係直接一對一配對,箭頭的所有起點(編號)放置在第一欄,箭頭指向的目的地(編號)放置第二欄,箭頭兩邊關連的交叉值(運費)放置在第三欄,決策值(流量flow)放在第四欄,形成4個欄位的「T×4矩陣」,此處T=m × n

我們以「三個產地蔬菜要送往四大城市」來說明,將表6-1與6-2的「m × n矩陣」轉換為「T×4矩陣」:

表8-1

Ex23.png

由於T×4矩陣」是起點與目的地(流量)直接一對一的配對,它的限制條件更為直觀,如表8-2,只要加入:(1)起點的流出量(outflow)(2)目的地的流入量(inflow),前者乃各產地的產量限制,後者是各市場的需求量限制,它們的加總公式:outflow使用@sumif(起點,產地,流量),inflow使用@sumif(目的地,市場,流量):(@sumif公式類似@vlook公式,請自行學習使用)。完成上述建置再使用Excel的功能選單上的資料,跑Solver,就可以得出最低總運費下的運送量,請讀者自行求解。

表8-2

Excc25.png

讀者可能較喜歡「m × n矩陣」的試算表模型,認為「T×4矩陣」試算表模型較為抽象,尤其它的inflow或outflow加總公式較難使用。其實「T×4矩陣」試算表模型有更大的延展性,能從運輸模型(圖8)跨入網路模型(圖7)的建構,「T×4矩陣」可以延展為「T×5矩陣」、「T×6矩陣」,...........此外,除了產地與目的地的流量限制外,它還可以加入中間倉儲的條件限制,「m × n矩陣」卻很難作這樣直觀的延展。

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