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案例7 新英格兰饲料***
1996年4月14日,新英格兰***(New England Feed Supply Inc, NEFS)的配方分析师杰夫·史密斯(Jeff Smith)在估算波灵顿(Burlington)分厂生产的三种混合饲料下周的需求量。由于有一种原料------肉粉短缺,使NEFS很难完成手头上的合同。史密斯需要决定,是更改饲料配方,还是在自由市场上以高价购买肉粉。若更改配方,应如何更改。
公司简介
新英格兰饲料***是一个生产动物混合饲***。它有12个工厂,分布在新英格兰的主要中心。公司每月从农户、中间商采购主要原料然后混合成标准的动物饲料,出售给饲料场农户和答的***。NEFS按订单要求混合产品,部保持产品库存,由于原料在不同时间按不同价格购买入,每种原料在仓库中的成本,按购买这种原料的总支出除以其在仓库中的吨数计算。
每种出售的混合产品必须要达到或超过国家研究协会(National Research Council, NRC)制订的营养成分含量标准的要求。原料成本占总产品成本的80%以上,因此,取得最低成本的配方就***保持竞争优势和获利能力的关键。
配方
生产工厂直接取得的不同类型动物饲料的客户订单。设在总部办公室的配方部门负责向每个工厂发出相应的饲料配方。根据配方部提供的标准饲料配方,每个工厂科确定下一周的原料需求量,并且在星期三上午之前,将这以需求报告总部办公室。由于订购饲料的按时交货对客户的牲畜饲养至关重要,公司的策略是:接下了一个订单就必须完成,部允许缺货(也不允许退还订单)。
NEFS的每种产品都具有相对稳定的可预测的需求。实际上,每个工厂提供150---200种不同的产品混合物。工厂日常作业是按标准混合配方饲料,即使在市场价格或原料成本有少量波动时,仍坚持这一原则。但是,偶尔原料短缺,就不得不要求配方部门重新计算配方,或者想办法从现货市场以显著高于正常的价格购买短缺的原料。
波灵顿工厂
设立在波灵顿的工厂,混合并销售三种要以肉粉作原料的产品,包括:15%猪饲料,40%猪补充饲料和17%鸡蛋饲料(其中%表示产品中蛋白质的含量)。在准备这些产品生产时,公司必须保证产品能够达到NRC规定的最低营养成分标准。NRC的产品规定标准如下表1所示。例如1吨15%猪饲料需用0单位的禽类营养素,3000单位的猪营养素,15单位的蛋白质等。该表同时还列出了工厂下周各原料的需求量(按吨计)。
表1:各种产品需求和需要的营养成分------波灵顿工厂
产品
15%猪饲料
40%猪饲料
17%笼养蛋鸡饲料
下周需求1吨
400
120
600
每吨营养成分需要量:
家禽营养素
0
0
2675
猪营养素
3000
2500
0
蛋白质
15
40
17
钙
0.75
5.50
3.80
磷酸盐
0.60
2.50
0.70
赖氨酸
0.61
2.00
0.68
蛋氨酸
0.20
0.45
0.28
甲基胱氨酸
0.30
0.80
0.48
色氨酸
0.10
0.25
0.15
将各相应数量的原料混合到一起,达到配方所要求的一样成分要求,就可生产出三种产品。所用的原料包括谷物、大麦、豆粉、石灰石和过磷酸钙。每吨原料中包含有不同的营养成分,如下表2所示。如每吨谷物中含有3500单位的禽类营养素。该表同时还列出每种原料当前的成本。
表2:原料的营养成分和成本
产品
谷物
大麦
豆粉
肉粉
石灰石
过磷酸钙
每吨成本(美元)
127
145
314
339
25
405
营养成分含量(营养单位/吨原料):
家禽营养素
3500
2865
2530
1984
猪营养素
3325
2870
3485
2540
蛋白质
8.70
10.00
48.4
50.90
钙
0.02
0.06
0.30
9.70
39
16.50
磷酸盐
0.28
0.33
0.69
4.02
21.00
赖氨酸
0.20
0.35
3.20
2.82
蛋氨酸
0.20
0.15
0.70
0.62
甲基胱氨酸
0.33
0.32
1.44
1.24
色氨酸
0.09
0.09
0.63
0.31
史密斯所面临的基本饲料配方问题,是确定原料的配比以满足每种产品的营养需求,并使成本最低的问题。
为确定每种最终产品的混合比率,史密斯先生需要确保,所选择的用以组成1吨产品的各原料组合重量不超过1吨。如果组合原料重量小于1吨,短缺部分可用加入非营养物填充,基本上部增加成本。
特夫·史密斯(Teff Smith)的问题
公司总部办公室接到通知,波灵顿工厂接到下周要用168吨肉粉的一个订单,这是工厂按照标准饲料配方完成它的订单所需要的肉粉量。当时仓库中仅有80吨肉粉,缺货问题已通知史密斯。
在分析波灵顿工厂生产和出售的三种混合产品的配方时,史密斯注意到每种产品都需要肉粉。他清楚地了解,肉粉的可用量由每月的采购合同所确定,订购的肉粉平均成本为339美元/吨。超过合同规定的需求量需要在现货市场上采购,现货市场由独立的商人控制,他们能根据采购要求及时供货,但是价格要比合同高的多。
在重新计算配方或考虑到现货市场采购时,肉粉最大可用量约束可定为80吨,如果觉定第二天到现货市场上采购,面临的问题是立即确定一个合适的买价。或者是根据有限的肉粉量确定新的混合配方。上述活动的结果,要在星期五上午反馈至工厂。
除肉粉外,其他原料已在夏季备有存货,即使在配方有些变化的情况下,叶能保证充分供应。
分析:
肉粉短缺88吨,全部订购价格为339*88=29832美元;
通过线性规划基于以下约束条件设定目标函数:
1、目标:
原料成本占总产品成本的80%以上,目标取最低成本
2、约束:
(一)、保证产品能够达到NRC规定的最低营养成分标准;
(二)、1吨产品的各原料组合重量不超过1吨;
(三)、仓库中仅有80吨肉粉。
方案一:在80吨肉粉条件下重新配方,计算成本C80,和高价肉粉方案比较。
方案二:如果80吨肉粉下重新配方无解,则增加肉粉含量至有解,再计算多出部分肉 粉的高价购买成本。
?
思路:
重新计算配方,若其计算成本小于按原配方高价购买肉粉的费用,则采用。
设第i种产品使用谷物Xi1,大麦Xi2,豆粉Xi3,肉粉Xi4,石灰石Xi5,过磷酸钙Xi6。
最低成本Min:
?(Min) z=127(X11+X21+X31)+145(X12+X22+X32)+314(X13+X23+X33)+339(X14+X24+X34)+25(X15+X25+X35)+405(X16+X26+X36)
(一)、NRC最低营养成分约束:
关于15%猪饲料的约束:
家禽营养素:
3500?X11+2865?X12+2530X13+1984X14?≥0*400?
猪营养素:
3325?X11+2870?X12+3485X13+2540X14≥?3000*400?
蛋白质:
8.7?X11+10?X12+48.4X13+50.9X14?≥?15*400?
钙:
0.02?X11+0.06?X12+0.3X13+9.7X14+39X15+16.5X16≥0.75*400?
磷酸盐:
0.28?X11+0.33?X12+0.69X13+4.02X14+21X16≥0.6*400?
赖氨酸:
0.2?X11+0.35?X12+3.2X13+2.82X14≥?0.61*400?
蛋氨酸:
0.2?X11+0.15?X12+0.7X13+0.62X14?≥?0.2*400?
甲级胱氨酸:
0.33?X11+0.32X12+1.44X13+1.24X14≥0.3*400?
色氨酸:
0.09X11+0.09?X12+0.63X13+0.31X14≥?0.1*400?
?
关于40%猪补充饲料的约束:
家禽营养素:
3500?X21+2865?X22+2530X23+1984X24?≥?0*120?
猪营养素:
3325?X21+2870?X22+3485X23+2540X24?≥?2500*120?
蛋白质:
8.7?X21+10?X22+48.4X23+50.9X24?>=?40*120?
钙:
0.02?X21+0.06?X22+0.3X23+9.7X24+39X25+16.5X26≥5.5*120?
磷酸盐:
0.28?X21+0.33?X22+0.69X23+4.02X24+21X26?≥?2.5*120?
赖氨酸:
0.2?X21+0.35?X22+3.2X23+2.82X24≥?2*120?
蛋氨酸:
0.2?X21+0.15?X22+0.7X23+0.62X24≥?0.45*120?
甲级胱氨酸:
0.33?X21+0.32X22+1.44X23+1.24X24?≥0.8*120?
色氨酸:
0.09X21+0.09?X22+0.63X23+0.31X24≥0.25*120?
?
关于17%鸡饲料的约束:
家禽营养素:
3500?X31+2865?X32+2530X33+1984X34≥?2675*600?
猪营养素:
3325?X31+2870?X32+3485X33+2540X34≥?0*600?
蛋白质:
8.7?X31+10?X32+48.4X33+50.9X34≥?17*600?
钙:
0.02?X31+0.06?X32+0.3X33+9.7X34+39X35+16.5X36≥?3.8*600?
磷酸盐:
0.28?X31+0.33?X32+0.69X33+4.02X34+21X36?≥?0.7*600?
赖氨酸:
0.2?X31+0.35?X32+3.2X33+2.82X34≥0.68*600?
蛋氨酸:
0.2?X31+0.15?X32+0.7X33+0.62X34≥?0.28*600?
甲级胱氨酸:
0.33?X31+0.32X32+1.44X33+1.24X34?≥?0.48*600?
色氨酸:
0.09X31+0.09?X32+0.63X33+0.31X34?≥?0.15*600?
(二)原料组合重量约束:
关于15%猪饲料的约束:
X11+X12+X13+X14+X15+X16≤1*400;
关于40%猪补充饲料的约束:
X21+X22+X23+X24+X25+X26≤1*120;
关于17%鸡饲料的约束:
X31+X32+X33+X34+X35+X36≤1*600;
(三)肉粉有限量约束:
X14+X24+X34≤80;
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