您最棘手的规划和排程问题：业务经理如何使用优化技术

解决您最棘手的规划和排程问题：业务经理如何使用优化技术白皮书版权所有2007ILOGS.A.和ILOG,Inc.保留所有权利。未经允许，不得复制。2“在昀大限度地提高网络容量的利用率后，公司的利润率得以提高，而运营成本有所降低，同时保持了高水准的服务。仅在2002年一年时间内，MenloWorldwideForwarding的运营成本就减少了21%，营运利润率提高了41%，而且北美地区航空运输运营的财务绩效增长了八千万美元。此外，公司管理层还借助优化模型加速了Menlo从一个重资产的综合性航空货运公司到轻资产的货运代理公司的蜕变。这就为公司创建了一个灵活的运营环境，确保在未来的运营中取得竞争优势。”MenloWorldwideForwarding（现为Con-WayTransportation的子公司）2003年度FranzEdelman大奖的决赛入围团队（因其在运筹学与管理学方面的成就）文摘来源：《Interfaces》2004年1-2月刊中发表的文章此刊物是运筹学和管理学研究协会（InstituteforOperationsResearchandtheManagementSciences，INFORMS®）出版的定期刊物已获作者再版许可：Prior、R.C.、R.L.Slavens、J.Trimarco、V.Akgun、E.G.Feitzinger和C-F.Hong。《Interfaces》2004年1-2月刊，第1期，第34卷“MenloWorldwideForwardingOptimizesitsNetworkRouting”。版权所有2004，theInstituteforOperationsResearchandtheManagementSciences，7240ParkwayDrive，Suite310，Hanover，Maryland21076。©ILOG、CPLEX和ILOG徽标是ILOG的注册商标，所有ILOG产品名称都是ILOG的商标。所有其他公司和产品名称均为其各自所有者的商标或注册商标。本文中的材料是概述性的，随时可以更改，不具契约效力，只用于一般性参考，不构成法律上的陈述。版权所有2007ILOGS.A.和ILOG,Inc.保留所有权利。未经允许，不得复制。3目录A.是什么使优化技术独树一帜....................................................................................................4B.优化技术应用领域....................................................................................................................4C.优化技术的运用方式................................................................................................................5D.两项关键的优化技术................................................................................................................7II.优化的商业价值......................................................................................................................10A.优化的ROI..............................................................................................................................10B.为何业务经理现在应该关注优化技术..................................................................................12C.使用优化的挑战......................................................................................................................12D.用于规化和排程解决方案的各种方法..................................................................................13E.业务经理需要规划或排程应用程序提供哪些功能..............................................................14III.构建成功的规划和排程应用程序.........................................................................................16A.重复的协作式建模流程..........................................................................................................17B.完善的集成系统......................................................................................................................17i.专业的应用程序开发工具...............................................................................................17ii.适用于OR专家的优化模型开发工具............................................................................18iii.一套高性能优化引擎....................................................................................................18C.富有经验的专业协助..............................................................................................................19IV.关于ILOG..............................................................................................................................20I.概述A.是什么使优化技术独树一帜优化是专注于效率的独特数学学科。该学科和统计学/预测分析一起构成商业领域昀常用的两种数学学科。优化技术借助数学和逻辑手段，达到目标效率。该技术本身并不考虑概率问题，也不通过研究过去发生的事件对未来进行预测。它只关注事实（即成本和收益、可用资源和需求、目标和约束），通过数学和逻辑方法寻找出可行的昀佳活动规划和排程。因此，INFORMS（TheInstituteforOperationsResearchandtheManagementSciences，运筹学和管理学研究协会）将OR/MS称为“优化科学”。统计和预测分析以及优化都可以帮助人们做出更好的决断：前者帮助人们考虑胜算；而后者则帮助人们发掘通常被自己忽略的效率。这也是为什么优化和预测分析一样被广泛使用的原因。难以想像如果银行或保险公司不使用复杂的预测分析技术来管理风险和收益率，会是一种什么样的情景。同样，在资源规划或排程中不使用优化技术的制造公司或运输公司也是难以想像的。说起优化，不能不提到数学的发展历史。在过去两千多年中，人类一直在使用几何学、代数学和逻辑学来寻找提高办事效率的方法。自从笛卡尔在三百多年前完成了代数学和几何学的统一以来，人们一直是通过在x-y栅格图上运用分析几何学和图形方程式的方式，寻求昀棘手问题的解答。不过，优化技术昀初的发展是从第二次世界大战开始的。英国海军和美国海军用这些后来被称之为运筹学的技术(OR)来确定雷达站和反潜装置的昀佳部署位置，结果证明效果非常好。这样，就诞生了一门新的学科。B.优化技术应用领域优化技术在大多数主要行业中都有应用。在各行业中的应用程度虽然有所差别，不过总的来说，它无处不在。下面列举了一些常见的商业应用：版权所有2007ILOGS.A.和ILOG,Inc.保留所有权利。未经允许，不得复制。4在这些应用领域中我们可以发现，优化技术主要用于制定计划或排程。某些行业也用它来确定昀优价格、店铺布局、股票交易或其他决策组合。在大多数情况下，分析人员和管理者通过打包的应用程序得到解决方案。打包的应用程序则根据一个适合于多数组织的通用优化模型做出决策。其他情况下，管理者使用自定义的优化模型，该模型是由内部OR专家或具备OR技能和相关领域专业技术的外聘顾问构建的。上述已提供解决方案的业务问题可以借助三范畴框架（长期经济规划、短期生产/产品交付规划和详细的排程）来加以考虑。此框架有助于对各种优化问题中常见的复杂性、解决难点以及易用性需求展开讨论。在优化领域中讨论问题种类和需求时经常会用到这些范畴。C.优化技术的运用方式优化模型是一组具有详细定义的以方程式、矩阵和逻辑语句表达的输入内容：包括需求、资源、成本、假设情况、约束、参数选择和目标。这就为业务规划或排程问题提供了昀佳解决途径。输出内容是一项经过优化的计划或排程，其中包含与可能的昀佳解决方案、附带的约束条件以及根本的经济和运营效率有关的信息。下面是模型结构成分的一些示例：•可用资源：卡车、集装箱、飞机、火车车厢、各种具有不同技能或工龄的人员、机器、装配线或包装线、病床、库存（原材料、在制品、成品）、即时(JIT)交付、产品消费客户等等。•待满足的需求或需提供的服务：要生产的产品、要完成的客户订单、要照顾的病人、要进行的促销、要安排的课程等等。有时，需要预测一个或多个时间段中昀好的情况、昀坏的情况以及昀可能的情况。•运营成本和资本成本：工时费、加班补贴、里程费、折旧费、供应成本、转换成本、库存提取成本、商品损耗成本、边际成本、新设备采购的资本成本等等。版权所有2007ILOGS.A.和ILOG,Inc.保留所有权利。未经允许，不得复制。5•产量/吞吐量假设：从仓库A到客户B的路程中的平均驾驶速度、汽车停靠和卸货时间（以分钟为单位）、每小时喷漆的汽车数、每个护士能够正常照顾的普通病人数、为得到$150折扣而接受市场促销条件的客户百分比、一天不同时段内单位客户的收入等等。•全局运营约束：铁道大院A距离铁道大院B500英里路程；工人一周加班不能超过20个小时；工人在轮班开始前或结束后四小时内应休息一小时；加护病房至少应有两名具备X证书的护士；轮班护士中必须有50%是完全合格的；X状态的房主保险单中来自Y县的份额不能超过5%；资金头寸权重不能超过指数权重的0.5%；产品A的生产需要按顺序完成五项工作（每项工作都包含能源消耗、成本和时间属性）；卡车司机的行驶路线的昀终目的地必须与始发地相同；呼叫中心在本次营销活动中只能呼叫10,000个人；员工可以从日班轮到中班，也可以从中班轮到夜班，但不能从日班轮到夜班，等等。