管理科学教案(南京大学耿修林).ppt

第一讲 概述,一、管理科学发展简史 二、管理科学的含义 三、管理科学体系 四、管理科学研究程序,第一讲 概述,一、管理科学发展简史 1、“二战”以前的科学管理 管理科学是社会生产发展到一定阶段 和一定规模时的产物。19世纪大规模工业化生产的出现，对在生产活动中实行科学 化管理提出了必然要求。1850年，美国的 一些大企业已经开始有意识地贯彻“互换式 大规模生产的专业化原则”，即所谓的“三 化原则”（单一化、标准化和专业化）。,第一讲 概述,一、管理科学发展简史 1、“二战”以前的管理科学 泰勒的生平与贡献。1903年，出版 工厂管理法一书，阐述了定额管 理和合理支付工资的思想，1911年出 版科学管理原理，系统地阐述了 “泰勒制”，泰勒认为，管理活动的任 务就是要把生产工人的积极性和管理 人员的责任感有机地结合起来，以最 大限度地提高生产的效率。,第一讲 概述,一、管理科学发展简史 1、“二战”以前的管理科学 福特的生平与贡献。1903年，福特建立了自己的汽车生产工厂，其科学管理思想主要体现在他的著作我的生涯与工作中。基本要点有（1）管理应该以“低价格高工资”作为出发点，（2）为了实现企业的利润目标企业首先应该搞好产品销售的服务工作，（3）企业的发展不能受银行等金融部门的控制，要通过自身的积累发展自己，（4）发挥工人的积极性，实行管理自主，（5）生产的组织与管理应该实行标准化和自动化流水作业。,第一讲 概述,一、管理科学发展简史 1、“二战”以前的管理科学 法约尔的科学管理学术。法约尔认为，管理活动包括五个方面的内容：计划、组织、协调、指挥与控制。其代表性著作是工业与管理（1916）。法约尔系统地发展了泰勒的科学管理思想，不仅仅注意对生产现场和生产过程的管理，更重要的是他强调企业整体的管理，重视人在在生产系统中的作用，把社会学、心理学引进到管理工作中，从而为后来的“人机系统”理论奠定了基础。,第一讲 概述,一、管理科学发展简史 2、“二战”以后的管理科学 今天，人们所说的“管理科学”产生于20世纪 40、50年代，不妨称之为现代管理科学。 现代管理科学的思想与二战以前的管理科学 思想应该说同属一个思想体系，但前者决不 是后者的简单延伸，而是在思维方式、技术 手段方面带有许许多多质的变化。,第一讲 概述,2、“二战”以后的管理科学 现代管理科学的主要特征： （1）从数量角度研究和分析管理活动中存在的各种各样问题。 （2）是一门决策性质的科学。“管理就是决策”，管理科学的基本任务就是，在一定的资源约束条件下，对可能存在的各种方案进行选择，以确定出最好的行动方案。 （3）广泛使用各门学科中的科学方法和技术，尤其是数学、统计学、系统科学、控制论、决策科学等学科的方法。 （4）以计算机为辅助手段，进行各项管理活动。,第一讲 概述,二、管理科学的含义 从字面上看，管理科学包含二个方面的意思，即管理和科学，或者确切一点说，就是管理的科学。 到目前为止，人们对管理科学及其作用已经有了明确的认识，但对如何定义管理科学却仍然众说纷纭。 所谓管理科学是指，对与定量因素有关的管理问题通过使用科学的手段和方法（尤其是数学学科方法）进行科学决策的一门科学。,第一讲 概述,三、管理科学体系 1、基础理论部分 1）管理理论：企业理论、决策理论、运筹学、组织理论、行为理论、企业经营学、生产管理与运作理论、人-机工程等。 2）管理发展史：管理思想史、管理方法史、管理科学发展史、比较管理学等。 3）交叉知识：数学、系统论、哲学、经济学、人类学、心理学、社会学、计算机科学、思维科学等。,第一讲 概述,三、管理科学体系 1、基础理论部分 4）管理学派：经营学派、决策学派、“管理科学”学派、经验学派、经理角色学派、群体行为学派、合作社会系统学派、权变学派等。,第一讲 概述,三、管理科学体系 2、技术方法部分： 决策方法、决策支持系统、计划与规划技术、库存控制、技术经济、预测技术、管理信息系统、管理系统工程、目标管理、质量管理与保证、管理数学方法、项目评估和可行性研究、价值工程、预算与成本控制、时间-动作研究等。,第一讲 概述,三、管理科学体系 3、应用研究部分 1）宏观管理领域：国民经济管理、社会发展管理、管理体制研究等。 2）部门管理领域：行政管理、人事管理、工业管理、农业管理、财政管理等。 3）企业管理领域：设备管理、物资管理、质量管理、财务管理、人力资源管理、生产管理、计划管理、市场营销管理、技术开发管理等。 4）专项管理活动：环境管理、能源利用与开发等。,第一讲 概述,四、管理科学研究程序 管理科学完整的研究过程主要包括下列步骤： 1、识别和定义问题 2、搜集数据资料 3、建立分析模型（一般是数学模型） 4、建立对模型进行求解的计算机程序 5、测试和修正模型 6、应用模型分析问题并提出管理建议 7、帮助实施决策方案,第二讲 电子表格应用,一、电子表格模型 二、 运筹学中常用的软件 三、 MICROSOFT-EXCEL2000,第二讲 电子表格应用,一、电子表格模型 例某家具厂生产桌子和椅子两种产品。桌子售价50元一个，椅子售价30元一个，生产桌子和椅子需要木工、油漆工。已知生产一张桌子需要木工工时4小时、油漆工工时2小时，生产一把椅子需要木工工时3小时、油漆工工时1小时，该厂每月可用木工工时为120小时，油漆工工时为50小时。问如何安排生产，才能使每月的销售收入得到最大。,第二讲 电子表格的应用,1、数学模型 设X1、X2分别表示桌子和椅子的生产数量，则： Max f(X1,X2)=50 X1+30X2 st 4 X1+3X2120 2X1 + X250 X1 , X20,第二讲 电子表格应用,2、电子表格模型,第二讲 电子表格的应用,电子表格模型 某企业拟生产一种新式产品，建立该产品的生产线需投资50000美元，每生产一个这种产品的成本为400美元，产品的单位售价为900美元。试确定问题的电子表格模型。,第二讲 电子表格应用,2、电子表格模型 电子表格模型,第二讲 电子表格应用,二、运筹学中常用的软件 1、SPREADSHEET PACKAGES 2、LINDO 3、LINGO 4、EXPERT CHOICE 5、DATA TREE 6、PROJECT 7、RISK 8、SPSS,第二讲 电子表格应用,三、MICROSOFT-EXCEL2000 1、MICROSOFT-EXCEL2000的基础知识 2、 MICROSOFT-EXCEL2000的函数功能,第三讲 线性规划问题,一、情况介绍 二、线性规划模型及其标准化 三、二维线性规划的图解法 四、线性规划的基本理论 五、单纯形方法 六、线性规划的其他解法 七、电子表格建模及其求解 八、 案例讨论,第三讲 线性规划问题,一、情况介绍 1、线性规划的地位与研究进程 作为一门科学的线性规划，最早可以追溯到20世纪30年代末，前苏联数学家康德洛维奇等人关于生产组织和运输问题研究所作的开拓性工作。1947年，美国数学家G.B.Dantzig以及美国空军的SCOOP研究小组提出了线性规划问题的一般性解法即单纯形法,奠定了线性规划的理论基础。50年代后，随着电子计算机的介入，线性规划的应用越来越普遍，在生产、管理、军事等方面发挥着重要的作用。 线性规划目前仍然还在发展，主要是：大型线性规划问题，线性规划解法研究等。,第三讲 线性规划问题,2、线性规划研究的内容 （1）在现有的资源条件下，如何充分利用资源，使任务或目标完成得最好（求极大化问题）。 （2）在给定目标下，如何以最少的资源消耗，实现这个目标（求极小化问题）。,第三讲 线性规划问题,二、线性规划模型及其标准化 1、线性规划模型的一般形式 根据实际问题的要求，可建立线性规划问题数学模型。线性规划问题的数学模型，由目标函数和约束条件两部分组成。下面我们举例说明线性规划问题的数学模型。,第三讲 线性规划问题,例一：生产计划问题 某工厂拥有A、B、C三种类型的设备，生产甲、乙、丙、丁四种产品。每件产品在生产中需要占用的设备机时数，每件产品可以获得的利润以及三种设备可利用的时数如下表所示：,第三讲 线性规划问题,基本资料：,第三讲 线性规划问题,解：设变量xi为第i种产品的生产件数（i1，2，3，4），目标函数z为相应的生产计划可以获得的总利润。在加工时间以及利润与产品产量成线性关系的假设下，可以建立如下的线性规划模型： Max 5.24x1+7.30x2+8.34x3+4.18x4 s.t. 1.5x1+1.0x2+2.4x3+1.0x42000 1.0x1+5.0x2+1.0x3+3.5x48000 1.0x1+3.0x2+3.5x3+1.0x45000 x1，x2，x3，x4 0,第三讲 线性规划问题,例二：产品配料问题 某工厂要用四种合金T1，T2，T3和T4为原料，经熔炼成为一种新的不锈钢G。这四种原料含元素铬（Cr），锰（Mn）和镍（Ni）的含量（%），这四种原料的单价以及新的不锈钢材料G所要求的Cr，Mn和Ni的最低含量（%）如下表所示：,第三讲 线性规划问题,第三讲 线性规划问题,假设熔炼时重量没有损耗，要熔炼成100千克不锈钢G，应选用各种原料各多少才能使成本达到最小。 解：设选用原料T1，T2，T3和T4分别为x1，x2，x3，x4公斤，根据条件，可建立相应的线性规划模型如下：,第三讲 线性规划问题,Min Z=115x1+97x2+82x3+76x4 s.t. 0.0321x1+0.0453x2+0.0219x3+0.0176x43.20 0.0204x1+0.0112x2+0.0357x3+0.0433x42.10 0.0204x1+0.0112x2+0.0357x3+0.0433x44.30 x1 + x2 + x3 + x4=100 x1 , x2 , x3 , x40,第三讲 线性规划问题,通过上面的例子，可以写出线性规划模型的一般形式： Max(Min) z=c1x1+c2x2+cnxn s.t. a11x1+a12x2+a1nxn(=、)b1 a21x1+a22x2+a2nxn(=、)b2 am1x1+am2x2+amnxn(=、)bm x1,x2, ,xn () 0，或者没有限制,第三讲 线性规划问题,2、标准化形式 Max z=c1x1+c2x2+cnxn s.t. a11x1+a12x2+a1nxn=b1 a21x1+a22x2+a2nxn=b2 am1x1+am2x2+amnxn=bm x1,x2, ,xn 0,第三讲 线性规划问题,标准化方法 （1）把最小化目标函数转化为求最大化问题。 （2）把约束方程中的不等式转化为等式。具体做法是：对于不大于情况的，引进松弛变量，对于不小于情况的，引进剩余变量。 （3）将变量中的非正限制或无限制转化为非负限制。其中，对于无限制变量的处理：一是同时引进两个非负变量，然后用它们的差代替无限制变量，二是从约束方程中任取一个包含无限制变量的等式约束，解出该变量，并把它代如目标函数和其他约束方程中去，以消除该无限制变量。,第三讲 线性规划问题,3、定理：线性规划模型的一般形式与它的标准形是等价的。 4、线性规划模型的矩阵和向量表示法 （1）用“” 表示 （2）用向量表示 （3）用向量和矩阵表示,第三讲 线性规划问题,三、线性规划的图解法 1、图解法的含义 在直角坐标系中，描绘出约束条件和变量限制的公共区域，然后通过观察确定符合目标要求的变量的取值。 2、图解法举例（见教材）,第三讲 线性规划问题,3、几个概念 （1）法向量 正法向量和负法向量。由目标函数系数组成的与等值线垂直的向量，称为正法向量。正法向量的反号称为负法向量。 （2）等值线 使目标函数取相等值的所有点的集合，称为目标函数的等值线。,第三讲 线性规划问题,（3）可行解 由约束条件和变量取值限制围成的公共区域中的每一个点都称为线性规划问题的可行解。 （4）可行域 所有可行解的集合，构成线性规划问题的可行域。,第三讲 线性规划问题,4、二维线性规划解的形式 （1）唯一解 （2）无穷多个最优解 Min x1-2x2 s.t. -x1 + x22 x1+2x210 3x1+x215 x1,x20,第三讲 线性规划问题,（3）有可行解但无最优解 Min x1-2x2 s.t. -x1 + x22 -x1+2x26 x1 , x20 （4）无可行解也即问题无解 Min x1+2x2 s.t. x1+x21 2x1+x24 x1,x20,第三讲 线性规划问题,二维线性规划解的总结 无可行解 线性规划问题 唯一最优解 有可行解 无穷最优解 无最优解,第三讲 线性规划问题,四、线性规划的基本理论 （一）基本概念 1、解：满足线性规划主约束条件的点，称为线性规划问题的解。 2、可行解：满足线性规划所有约束条件的点，称为线性规划问题的可行解。 3、最优解：使目标函数得到极值的可行解，称为线性规划问题的最优解。最优解包括：唯一最优解和无穷最优解，有界最优解和无界最优解。,第三讲 线性规划问题,（一）基本概念 4、基：约束系数矩阵A中，m个线性无关的列向量，称为m维实空间中的一个基。其中，每个列向量称为基向量，全部基向量构成基矩阵（也可简称为基），剩下的n-m个列向量称为非基向量，所有的非基向量构成非基矩阵。 5、标准基：单位阵的基矩阵，成为标准基。 6、基变量：与基向量对应的变量称为基变量。同理，与非基向量对应的变量称为非基变量。,第三讲 线性规划问题,（一）基本概念 7、基本解 假设约束系数矩阵A中的前m个列向量A1、A2、Am线性无关，令B=（A1，A2，Am ）， N=（Am+1，Am+2，An），XB=（x1，x2，xm），XN=(xm+1xm+2xn)，于是：A=（B，N）， X=（ XB ， XN ），则由AX=b 得： （B，N）（ XB ， XN ）-1= b ，解出XB： XB =B-1 b - B-1 B-1N XN ，令 XN =0，称X =（ B-1 b ，0）为对 应基B的基本解。,第三讲 线性规划问题,（一）基本概念 8、基本可行解：符合非负性要求的基本解，称为基本可行解。 9、可行基：基本可行解对应的基，称为可行基。,第三讲 线性规划问题,（一）基本概念 10、基本最优解与最优基： 满足目标函数要求的基本解，称为基本最优解。 基本最优解对应的基，称为最优基。,第三讲 线性规划问题,线性规划解之间的关系：,可行解,基本解,基本可行解,最优解,第三讲 线性规划问题,（二）线性规划的几何意义 1、凸集：集合CEn，从C中任取两点X、Y，当01时，仍有X+（1-）YC，则称C为凸集。 凸集：,第三讲 线性规划问题,1、凸集： 不是凸集：,第三讲 线性规划问题,2、凸组合 设X1，X2，Xk是n维欧氏空间中的 k个点 ， 若存在非负数1,2,k, 且1+2+k=1，使得X=1X1+2X2+KXK成立，则称X是X1，X2，Xk的凸组合。如果01,2,k1，则称X是X1，X2，Xk的严格凸组合。,第三讲 线性规划问题,3、极点 假设C是凸集，若C中不存在两个不同的点X1、X2 ，使得C中的点X可以表示为X1、X2凸组合，则称X是C中的极点。,第三讲 线性规划问题,（三）线性规划的基本定理 1、线性规划问题所有可行解组成的集合S= X|AX=b,X0是凸集。 2、线性规划问题的可行解X是基本可行解的充要条件是X的正分量对应的约束