《数据、模型与决策》 课件 1管理科学绪论

《MBA数据、模型与决策》

Data,ModelsandDecision-makingChapter1.Introductionto

ManagementScience

第一章.数据、模型与决策绪论什么是管理科学?SessionTopics

Manyrealworldexamples

许多实际问题举例

WhatisData,ModelandDecisions数据模型与决策是什么？

TheNatureofManagementScience

管理科学的本质

MethodologyandModelinginManagementDecisionMaking管理科学的模型方法TheImpactofManagementScience

管理科学的影响

CourseOutline

课程大纲管理科学(大陆)（ManagementScience，简称MS）运筹学OperationsResearch(美国)，简称OROperationalResearch(英国)作业研究(港台)管理科学有广阔的应用领域，它已渗透到诸如服务、库存、搜索、人口、对抗、控制、时间表、资源分配、厂址定位、能源、设计、生产、可靠性、等各个方面。

ManagementScience管理科学（Managementscience）是对与定量因素（quantitativefactors）有关的管理问题通过应用科学的方法（scientificapproach）进行辅助管理决策制定（aidmanagerialdecisionmaking）的一门学科（discipline）。制定决策管理者运用合理的分析来改善决策的制定管理科学管理科学的应用生产管理交通网络物流配送市场营销项目评价等等交通控制问题城市交通灯的开启时间间隔的问题,目的是使得路口的日平均车流量最大。

港口调度问题根据货流、货种、车船到港变化情况，合理利用劳力、机械、泊位、库场及其他设备，充分发挥和扩大港口通过能力，努力缩短车船停港时间。类似的排队论问题。最短路最长路问题如煤气管道、城市排水管道系统设计、电缆安装、厂区布局和设备更新、交通运输等、道路设计、物流配送路径，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？半岛晨报如何确定大连市区的发行网点？即在何地设网点？设多少个网点？产品组合问题上海三枪集团是生产各种内衣系列的生产计划极为复杂的公司，每个季度要制订接下去的四个月中的各种规格、颜色、式样、面料、等级的内衣生产数量，因为要制订采购计划和工厂生产能力计划，如何来预测客户的需求量呢？厂址选择问题

排课问题?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。我国证券市场什么时候需要呢？Resource-allocation资源分配实际问题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？BreakevenpointAnalysis盈亏平衡分析实际问题特殊产品公司生产在商店销售的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（limitededitiongrand­fatherclock）。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？想想看！定量分析为何决策过程需要定量方法？问题很复杂，管理者在没有定量分析的帮助下不能给出一个好的解决方案问题特别重要，且管理者在尝试做决策前希望有一个全面的分析新遇到的问题，管理者事先并没有从何处下手的经验重复性问题，管理者依靠定量处理来节约时间和精力，以做出常规决策的建议。管理科学的产生和发展起源：古代战争、娱乐、建设田忌赛马丁渭修皇宫学科产生：第二次世界大战问题：合理利用稀缺战争资源保护自己、消灭敌人1938年7月，波得塞雷达站的负责人罗伊用OperationalResearch命名防空作战系统运行的研究1940年9月英国成立了由物理学家布莱克特(Blackett)领导的第一个运筹学小组l942年美国和加拿大也都相继成立运筹学小组管理科学的产生和发展反潜艇战库普曼(Koopmans)——搜索论肖克莱(Shockley)对策论商船编队和舰队护航扩展：战后用于民用事业成型：各个分支成熟成熟：计算机、信息技术结合发展：学科结合、渗透应用广度和深度、方法和算法的完善丁渭修皇宫

丁谓的施工方案省时省力，妥善地解决了取土、运输和处理建筑垃圾的问题，一举而三得，也与现代系统工程思想不谋而合。

传说宋真宗在位时，皇宫曾起火。一夜之间，大片的宫室楼台殿阁亭榭变成了废墟。为了修复这些宫殿，宋真宗派当时的晋国公丁谓主持修缮工程。当时，要完成这项重大的建筑工程，面临着三个大问题：第一，需要把大量的废墟垃圾清理掉；第二，要运来大批木材和石料；第三，要运来大量新土。不论是运走垃圾还是运来建筑材料和新土，都涉及到大量的运输问题。如果安排不当，施工现场会杂乱无章，正常的交通和生活秩序都会受到严重影响。

丁谓研究了工程之后，制订了这样的施工方案：首先，从施工现场向外挖了若干条大深沟，把挖出来的土作为施工需要的新土备用，于是就解决了新土问题。第二步，从城外把汴水引入所挖的大沟中，于是就可以利用木排及船只运送木材石料，解决了木材石料的运输问题。最后，等到材料运输任务完成之后，再把沟中的水排掉，把工地上的垃圾填入沟内，使沟重新变为平地。

简单归纳起来，就是这样一个过程：挖沟（取土）→引水入沟（水道运输）→填沟（处理垃圾）。管理科学的方法论问题的确定分析问题建立模型软件求解结果分析确定解决方案实施方案控制现实形象模型模拟模型数学模型概念模型增加分析的速度、抽象性和变化的方便性增加现实性和费用管理科学的模型方法建立模型的常用方法直接分析法类比法数据分析法概率统计分析想定法例:合理下料问题例:厂址选择问题例:回归模型例:排队论模型例:世界能源模型如何建模？ImpactofManagementScience管理科学的影响改善全世界大量组织的效率提高国家的经济生产力促进商业运作的规范性节约大量稀有的资源为管理科学实践者颁发的最负盛名的奖项是弗兰茨·厄德曼(FranzEdelman)奖。这些奖项授予全世界年度管理科学的最佳应用。问题类型

典型的问题预测财务人力资源时序资源配置设备更新库存控制选址项目规划排队问题

对产品的需求多大，需求类别如何，对利润有何影响?需要多少资金，从何处得到资金，成本是多少?需要多少员工，应具有什么技能，留用多长时间?什么工作最重要，工作的顺序如何?需要什么资源，资源是否短缺，怎样优先获得短缺的资源?设备运转状况如何，可靠性如何，什么时候需要更新?我们应保持多少库存，什么时候应再订货，再订多少?运作的最佳场所在哪里，需要什么设施?项目需要多长时间，哪些工作最重要，资源如何利用?队列多长，提供多少个服务台，我们能提供什么水平的服务?TypesofMSProblemSolving管理科学解决的问题类型经典管理科学获奖应用

联合航空公司（1-2/1986，$600万）满足乘客需求以最低成本进行订票处和机场工作班次排程

Citgo石油公司（1-2/1987，$7000万）优化炼油运作以及产品的供应、配送和营销

旧金山警署（1-2/1989，$1100万）用计算机系统最优排程和巡警设置

荷玛特发展公司（1-2/1987，$4000万）商业区和办公楼销售的最优化安排

AT&T（1-2/1990，$4.06亿，更多的销售）为公司商业用户的电话销售中心的优化选址

经典管理科学获奖应用

联合航空公司（1-2/1986，$600万）满足乘客需求以最低成本进行订票处和机场工作班次排程

Citgo石油公司（1-2/1987，$7000万）优化炼油运作以及产品的供应、配送和营销

旧金山警署（1-2/1989，$1100万）用计算机系统最优排程和巡警设置

荷玛特发展公司（1-2/1987，$4000万）商业区和办公楼销售的最优化安排

AT&T（1-2/1990，$4.06亿，更多的销售）为公司商业用户的电话销售中心的优化选址

美国石油公司（12/1982，$1000万）确定和评价公司产品商业化的新战略

美国邮政服务公司（3-4/1987,1-2/1992，$2亿）邮件自动化方案的技术经济分析

标准品牌公司（12/1981，$380万）控制100种成品的库存（安全库存、再订购点和订购量）

IBM

（1-2/1990，$2000万+$2.5亿库存降低）整合备件库存的全国网络以改进服务支持

HydroelectricaEspanol（1-2/1990，$200万）应用统计预测管理水力发电的水库系统

施乐公司（11/1975,生产率提高50%以上）缩短反应时间和改进维修人员生产率的维修战略修正

经典管理科学获奖应用

宝洁公司（1-2/1997，$2亿）重新设计生产和分销系统以降低成本和改进市场进入速度南非国防部（1-2/1997，$11亿）国防设施和武器系统规模和状态的重新优化设计数字设备公司（1-2/1995，$8亿）重构供应商、工厂、分销中心、潜在厂址和市场区域供应链雷诺德金属制品公司（1-2/1991，$700万）自动化超过200个工厂、仓库和供应商的货物装载调度系统中国政府（1-2/1995，$4.25亿）为满足国家未来能源需求的大型项目的优选和排程

Delta航空公司（1-2/1994，$1亿）超过2，500个国内航线的飞机类型配置来最大化利润管理科学获奖应用（1990~）

美洲航空公司（1-2/1991，$2000万）为机组人员和服务人员优化配置航行支线的顺序

Merit青铜制品公司（1-2/1993，更佳的服务）安装统计销售预测和成品库存管理系统来改进客户服务

美洲航空公司（1-2/1992，$5亿，更多收入）设计票价结构、订票和协调航班的系统来增加收入

L．L．Bean公司（1-2/1991，$950万）为一个大型呼叫中心优化配置电话干线、接收台和电话代理

纽约市（1-2/1993，$950万）详细检查从传讯到被捕的程序以缩短等待时间

AT&T（1-2/1993，$7.5亿）为指导商业用户设计呼叫中心开发基于计算机的系统管理科学获奖应用（1990~）CaseStudy一个阐述管理科学方法的例子SpecialProductsBreak-EvenAnalysis(特殊产品公司的盈亏平衡分析)OR真这么有用吗？我才不信呢！举个现实中的例子来看看！华丽床垫厂生产一种床垫，年固定费用为

90000元，生产一个床垫的可变费用为50元，床垫的销售单价为100元。假定市场条件不变，产品价格稳定，所有的产品均能被销售。确定该产品在盈亏平衡点的产量（盈亏平衡点即保本点，这时总成本等于总收益）。如果该工厂生产

2400个床垫，盈亏状况如何？盈亏平衡分析解：当该产量为X时达到盈亏平衡点，则可建立如下模型：（1）成本–产量模型总成本为：C（X）=90000+50X（1-3-1）

X为床垫的产量，C为生产X个床垫的总成本，它是产量X的的函数。（2）收益–销售量模型收益为：R（X）=100X（1-3-2）上式中，X为床垫的销售量（在此例中，床垫的销售量等于床垫的生产量）；R（X）为销售X个床垫的总收益，它是X的函数。

（3）利润–产量模型总利润为：P（X）=R（X）－C（X）

=100X－（90000+50X）

=－90000+50X

（4）盈亏平衡分析当总利润为零时，达到盈亏平衡。即

P（X）=－90000+50X=0

计算可得这时的产量为：X=1800（个）若生产2400个床垫，则其利润为：

P（X）=－90000+50×2400=30000（元）。

原来如此SpecialProductsBreak-EvenAnalysis(分析问题)亏损区收益为R（X）=100X总成本为C（X）=90000+50XB1800盈利区图1盈亏平衡分析图xC,R在Excel的背景下，用如何Spreadsheet描述和解决盈亏平衡问题。首先，在Spreadsheet中进行问题描述。然后，在Spreadsheet中建立模型。最后，确定盈亏平衡点。盈亏平衡分析模型的两种求解方法AB1例1-1量本利分析模型23产品成本4固定费用900005单位产品可变费用506单价100789模型10产品产量24001112总成本2100001314总收益2400001516总利润30000在Spreadsheet进行问题描述。用地址B4、B5、B6的单元格分别表示固定费用、单位产品可变费用和产品单价，在这些单元中分别输入已知数据，如表1-1所示。表1-1本量利分析模型单元格B12、B14、B16分别表示总成本、总收益与总利润。总成本（单元格B12）等于年固定费用与年可变费用之和，其中年可变费用等于单位可变费用与产品的产量之积，所以在单元格B12中输入下述公式：=B4+B5*B10 总收益（单元格B14）等于产品价格与产品产量之积，在单元格B14中输入下述公式：=B6*B10总利润（单元格B16）等于总收益与总成本之差，在单元格B16中输入公式：=B14-B12运用上述模型即可计算不同产品产量下的盈亏情况。例如，但产品的产量为2400个时，可在单元格B10中输入2400，即得到此时的总成本、总收益与总利润分别为210000元，240000元与30000元，如表1-1所示。表1-2给出了该模型的公式。AB1量本利分析模型23产品成本4固定费用900005单位产品可变费用506单价100789模型10产品产量24001112总成本=B4+B5*B101314总收益=B6*B101516总利润=B14-B12

盈亏平衡分析模型的公式最后确定盈亏平衡点。盈亏平衡点是总成本等于总收益的点，或总利润等于0的点。前面已经算出，当产量为2400个时，总利润为30000元，所以该点不是盈亏均衡点。在单元格B10中继续输入其他产量值进行试算，直到总利润为0。方法一：使用模拟运算表AB20用数据表计算盈亏点21产品产量利润22

30000231400

241600

251800

262000

272200

282400

第一步：确定输入的决策变量值（即床垫的产量）的范围与计算步长。前面已经计算到，当床垫的产量为2400个时，总利润为正值，即盈利；在表1-1的模型中，若在单元格B10中试输入1400，得到总利润为负值。因此，在产量为1400与2400之间，必有一个值使得总利润为0，这个值即为盈亏平衡点的产量，因此，可将输入范围定为[1400，2400]，假设计算步长为200。第二步：在单元格A23:A28中分别输入从1400至2400、步长为200的产量值。第三步：在单元格B22中输入计算总利润的公式，即：=B16，如表1-3所示。表1-3构造模拟运算数据表第四步：用Excel中的模拟运算表计算不同产量下的利润值：（1）用鼠标选择单元格A22:B28的区域；（2）在Excel工作表的菜单栏中，选择“数据”，如图1-1所示；AB20用数据表计算盈亏点21产品产量利润22

30000231400-