《數(shù)據(jù)、模型與決策》 課件 1管理科學(xué)緒論

《MBA數(shù)據(jù)、模型與決策》

Data,ModelsandDecision-makingChapter1.Introductionto

ManagementScience

第一章.數(shù)據(jù)、模型與決策緒論什么是管理科學(xué)?SessionTopics

Manyrealworldexamples

許多實際問題舉例

WhatisData,ModelandDecisions數(shù)據(jù)模型與決策是什么？

TheNatureofManagementScience

管理科學(xué)的本質(zhì)

MethodologyandModelinginManagementDecisionMaking管理科學(xué)的模型方法TheImpactofManagementScience

管理科學(xué)的影響

CourseOutline

課程大綱管理科學(xué)(大陸)（ManagementScience，簡稱MS）運籌學(xué)OperationsResearch(美國)，簡稱OROperationalResearch(英國)作業(yè)研究(港臺)管理科學(xué)有廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域，它已滲透到諸如服務(wù)、庫存、搜索、人口、對抗、控制、時間表、資源分配、廠址定位、能源、設(shè)計、生產(chǎn)、可靠性、等各個方面。

ManagementScience管理科學(xué)（Managementscience）是對與定量因素（quantitativefactors）有關(guān)的管理問題通過應(yīng)用科學(xué)的方法（scientificapproach）進行輔助管理決策制定（aidmanagerialdecisionmaking）的一門學(xué)科（discipline）。制定決策管理者運用合理的分析來改善決策的制定管理科學(xué)管理科學(xué)的應(yīng)用生產(chǎn)管理交通網(wǎng)絡(luò)物流配送市場營銷項目評價等等交通控制問題城市交通燈的開啟時間間隔的問題,目的是使得路口的日平均車流量最大。

港口調(diào)度問題根據(jù)貨流、貨種、車船到港變化情況，合理利用勞力、機械、泊位、庫場及其他設(shè)備，充分發(fā)揮和擴大港口通過能力，努力縮短車船停港時間。類似的排隊論問題。最短路最長路問題如煤氣管道、城市排水管道系統(tǒng)設(shè)計、電纜安裝、廠區(qū)布局和設(shè)備更新、交通運輸?shù)?、道路設(shè)計、物流配送路徑，上海國美電器商場有限公司在上海的商場為什么圓形布點？圍繞上海市外環(huán)線內(nèi)部圓形均勻分布著9家商場，為什么只有一個配送中心，為什么要建在外環(huán)線的外面？半島晨報如何確定大連市區(qū)的發(fā)行網(wǎng)點？即在何地設(shè)網(wǎng)點？設(shè)多少個網(wǎng)點？產(chǎn)品組合問題上海三槍集團是生產(chǎn)各種內(nèi)衣系列的生產(chǎn)計劃極為復(fù)雜的公司，每個季度要制訂接下去的四個月中的各種規(guī)格、顏色、式樣、面料、等級的內(nèi)衣生產(chǎn)數(shù)量，因為要制訂采購計劃和工廠生產(chǎn)能力計劃，如何來預(yù)測客戶的需求量呢？廠址選擇問題

排課問題?投資組合比爾是Nesbit投資公司的財務(wù)主管，他必須組合長期市場有價證券的業(yè)務(wù)量的每月支付計劃。證券業(yè)務(wù)量的金額高達$50,000,000。組合此業(yè)務(wù)量的有價證券必須很快確定下來，在風(fēng)險控制限度內(nèi)，以使得一定時限內(nèi)的收益最大。我國證券市場什么時候需要呢？Resource-allocation資源分配實際問題潘得羅索工業(yè)公司生產(chǎn)膠合板，根據(jù)厚度和所用木材的質(zhì)量而有所不同。因為產(chǎn)品在一個競爭的環(huán)境中進行銷售，產(chǎn)品的價格由市場決定。所以每個月管理層面臨的一個關(guān)鍵問題是選擇產(chǎn)品組合以獲取盡可能多的利潤。需要考慮當(dāng)前生產(chǎn)產(chǎn)品必須的各種資源的可得數(shù)量。六項最重要的資源為（1）四種類型的原木（根據(jù)原木的質(zhì)量區(qū)分）和（2）生產(chǎn)膠合板的兩項關(guān)鍵作業(yè)的生產(chǎn)能力（模壓作業(yè)和刨光作業(yè)）。你們公司有這樣的經(jīng)歷嗎？BreakevenpointAnalysis盈虧平衡分析實際問題特殊產(chǎn)品公司生產(chǎn)在商店銷售的昂貴而不常見的禮品，禮品是為那些已經(jīng)幾乎什么都有的富人生產(chǎn)的。公司研發(fā)部最新的產(chǎn)品計劃是有限版落地擺鐘（limitededitiongrand-fatherclock）。公司管理部門需要決定是否生產(chǎn)這個新產(chǎn)品，如果生產(chǎn)的話要生產(chǎn)多少。我們需要知道些什么信息？想想看！定量分析為何決策過程需要定量方法？問題很復(fù)雜，管理者在沒有定量分析的幫助下不能給出一個好的解決方案問題特別重要，且管理者在嘗試做決策前希望有一個全面的分析新遇到的問題，管理者事先并沒有從何處下手的經(jīng)驗重復(fù)性問題，管理者依靠定量處理來節(jié)約時間和精力，以做出常規(guī)決策的建議。管理科學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展起源：古代戰(zhàn)爭、娛樂、建設(shè)田忌賽馬丁渭修皇宮學(xué)科產(chǎn)生：第二次世界大戰(zhàn)問題：合理利用稀缺戰(zhàn)爭資源保護自己、消滅敵人1938年7月，波得塞雷達站的負(fù)責(zé)人羅伊用OperationalResearch命名防空作戰(zhàn)系統(tǒng)運行的研究1940年9月英國成立了由物理學(xué)家布萊克特(Blackett)領(lǐng)導(dǎo)的第一個運籌學(xué)小組l942年美國和加拿大也都相繼成立運籌學(xué)小組管理科學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展反潛艇戰(zhàn)庫普曼(Koopmans)——搜索論肖克萊(Shockley)對策論商船編隊和艦隊護航擴展：戰(zhàn)后用于民用事業(yè)成型：各個分支成熟成熟：計算機、信息技術(shù)結(jié)合發(fā)展：學(xué)科結(jié)合、滲透應(yīng)用廣度和深度、方法和算法的完善丁渭修皇宮

丁謂的施工方案省時省力，妥善地解決了取土、運輸和處理建筑垃圾的問題，一舉而三得，也與現(xiàn)代系統(tǒng)工程思想不謀而合。

傳說宋真宗在位時，皇宮曾起火。一夜之間，大片的宮室樓臺殿閣亭榭變成了廢墟。為了修復(fù)這些宮殿，宋真宗派當(dāng)時的晉國公丁謂主持修繕工程。當(dāng)時，要完成這項重大的建筑工程，面臨著三個大問題：第一，需要把大量的廢墟垃圾清理掉；第二，要運來大批木材和石料；第三，要運來大量新土。不論是運走垃圾還是運來建筑材料和新土，都涉及到大量的運輸問題。如果安排不當(dāng)，施工現(xiàn)場會雜亂無章，正常的交通和生活秩序都會受到嚴(yán)重影響。

丁謂研究了工程之后，制訂了這樣的施工方案：首先，從施工現(xiàn)場向外挖了若干條大深溝，把挖出來的土作為施工需要的新土備用，于是就解決了新土問題。第二步，從城外把汴水引入所挖的大溝中，于是就可以利用木排及船只運送木材石料，解決了木材石料的運輸問題。最后，等到材料運輸任務(wù)完成之后，再把溝中的水排掉，把工地上的垃圾填入溝內(nèi)，使溝重新變?yōu)槠降亍?/p>

簡單歸納起來，就是這樣一個過程：挖溝（取土）→引水入溝（水道運輸）→填溝（處理垃圾）。管理科學(xué)的方法論問題的確定分析問題建立模型軟件求解結(jié)果分析確定解決方案實施方案控制現(xiàn)實形象模型模擬模型數(shù)學(xué)模型概念模型增加分析的速度、抽象性和變化的方便性增加現(xiàn)實性和費用管理科學(xué)的模型方法建立模型的常用方法直接分析法類比法數(shù)據(jù)分析法概率統(tǒng)計分析想定法例:合理下料問題例:廠址選擇問題例:回歸模型例:排隊論模型例:世界能源模型如何建模？ImpactofManagementScience管理科學(xué)的影響改善全世界大量組織的效率提高國家的經(jīng)濟生產(chǎn)力促進商業(yè)運作的規(guī)范性節(jié)約大量稀有的資源為管理科學(xué)實踐者頒發(fā)的最負(fù)盛名的獎項是弗蘭茨·厄德曼(FranzEdelman)獎。這些獎項授予全世界年度管理科學(xué)的最佳應(yīng)用。問題類型

典型的問題預(yù)測財務(wù)人力資源時序資源配置設(shè)備更新庫存控制選址項目規(guī)劃排隊問題

對產(chǎn)品的需求多大，需求類別如何，對利潤有何影響?需要多少資金，從何處得到資金，成本是多少?需要多少員工，應(yīng)具有什么技能，留用多長時間?什么工作最重要，工作的順序如何?需要什么資源，資源是否短缺，怎樣優(yōu)先獲得短缺的資源?設(shè)備運轉(zhuǎn)狀況如何，可靠性如何，什么時候需要更新?我們應(yīng)保持多少庫存，什么時候應(yīng)再訂貨，再訂多少?運作的最佳場所在哪里，需要什么設(shè)施?項目需要多長時間，哪些工作最重要，資源如何利用?隊列多長，提供多少個服務(wù)臺，我們能提供什么水平的服務(wù)?TypesofMSProblemSolving管理科學(xué)解決的問題類型經(jīng)典管理科學(xué)獲獎應(yīng)用

聯(lián)合航空公司（1-2/1986，$600萬）滿足乘客需求以最低成本進行訂票處和機場工作班次排程

Citgo石油公司（1-2/1987，$7000萬）優(yōu)化煉油運作以及產(chǎn)品的供應(yīng)、配送和營銷

舊金山警署（1-2/1989，$1100萬）用計算機系統(tǒng)最優(yōu)排程和巡警設(shè)置

荷瑪特發(fā)展公司（1-2/1987，$4000萬）商業(yè)區(qū)和辦公樓銷售的最優(yōu)化安排

AT&T（1-2/1990，$4.06億，更多的銷售）為公司商業(yè)用戶的電話銷售中心的優(yōu)化選址

經(jīng)典管理科學(xué)獲獎應(yīng)用

聯(lián)合航空公司（1-2/1986，$600萬）滿足乘客需求以最低成本進行訂票處和機場工作班次排程

Citgo石油公司（1-2/1987，$7000萬）優(yōu)化煉油運作以及產(chǎn)品的供應(yīng)、配送和營銷

舊金山警署（1-2/1989，$1100萬）用計算機系統(tǒng)最優(yōu)排程和巡警設(shè)置

荷瑪特發(fā)展公司（1-2/1987，$4000萬）商業(yè)區(qū)和辦公樓銷售的最優(yōu)化安排

AT&T（1-2/1990，$4.06億，更多的銷售）為公司商業(yè)用戶的電話銷售中心的優(yōu)化選址

美國石油公司（12/1982，$1000萬）確定和評價公司產(chǎn)品商業(yè)化的新戰(zhàn)略

美國郵政服務(wù)公司（3-4/1987,1-2/1992，$2億）郵件自動化方案的技術(shù)經(jīng)濟分析

標(biāo)準(zhǔn)品牌公司（12/1981，$380萬）控制100種成品的庫存（安全庫存、再訂購點和訂購量）

IBM

（1-2/1990，$2000萬+$2.5億庫存降低）整合備件庫存的全國網(wǎng)絡(luò)以改進服務(wù)支持

HydroelectricaEspanol（1-2/1990，$200萬）應(yīng)用統(tǒng)計預(yù)測管理水力發(fā)電的水庫系統(tǒng)

施樂公司（11/1975,生產(chǎn)率提高50%以上）縮短反應(yīng)時間和改進維修人員生產(chǎn)率的維修戰(zhàn)略修正

經(jīng)典管理科學(xué)獲獎應(yīng)用

寶潔公司（1-2/1997，$2億）重新設(shè)計生產(chǎn)和分銷系統(tǒng)以降低成本和改進市場進入速度南非國防部（1-2/1997，$11億）國防設(shè)施和武器系統(tǒng)規(guī)模和狀態(tài)的重新優(yōu)化設(shè)計數(shù)字設(shè)備公司（1-2/1995，$8億）重構(gòu)供應(yīng)商、工廠、分銷中心、潛在廠址和市場區(qū)域供應(yīng)鏈雷諾德金屬制品公司（1-2/1991，$700萬）自動化超過200個工廠、倉庫和供應(yīng)商的貨物裝載調(diào)度系統(tǒng)中國政府（1-2/1995，$4.25億）為滿足國家未來能源需求的大型項目的優(yōu)選和排程

Delta航空公司（1-2/1994，$1億）超過2，500個國內(nèi)航線的飛機類型配置來最大化利潤管理科學(xué)獲獎應(yīng)用（1990~）

美洲航空公司（1-2/1991，$2000萬）為機組人員和服務(wù)人員優(yōu)化配置航行支線的順序

Merit青銅制品公司（1-2/1993，更佳的服務(wù)）安裝統(tǒng)計銷售預(yù)測和成品庫存管理系統(tǒng)來改進客戶服務(wù)

美洲航空公司（1-2/1992，$5億，更多收入）設(shè)計票價結(jié)構(gòu)、訂票和協(xié)調(diào)航班的系統(tǒng)來增加收入

L．L．Bean公司（1-2/1991，$950萬）為一個大型呼叫中心優(yōu)化配置電話干線、接收臺和電話代理

紐約市（1-2/1993，$950萬）詳細(xì)檢查從傳訊到被捕的程序以縮短等待時間

AT&T（1-2/1993，$7.5億）為指導(dǎo)商業(yè)用戶設(shè)計呼叫中心開發(fā)基于計算機的系統(tǒng)管理科學(xué)獲獎應(yīng)用（1990~）CaseStudy一個闡述管理科學(xué)方法的例子SpecialProductsBreak-EvenAnalysis(特殊產(chǎn)品公司的盈虧平衡分析)OR真這么有用嗎？我才不信呢！舉個現(xiàn)實中的例子來看看！華麗床墊廠生產(chǎn)一種床墊，年固定費用為

90000元，生產(chǎn)一個床墊的可變費用為50元，床墊的銷售單價為100元。假定市場條件不變，產(chǎn)品價格穩(wěn)定，所有的產(chǎn)品均能被銷售。確定該產(chǎn)品在盈虧平衡點的產(chǎn)量（盈虧平衡點即保本點，這時總成本等于總收益）。如果該工廠生產(chǎn)

2400個床墊，盈虧狀況如何？盈虧平衡分析解：當(dāng)該產(chǎn)量為X時達到盈虧平衡點，則可建立如下模型：（1）成本–產(chǎn)量模型總成本為：C（X）=90000+50X（1-3-1）

X為床墊的產(chǎn)量，C為生產(chǎn)X個床墊的總成本，它是產(chǎn)量X的的函數(shù)。（2）收益–銷售量模型收益為：R（X）=100X（1-3-2）上式中，X為床墊的銷售量（在此例中，床墊的銷售量等于床墊的生產(chǎn)量）；R（X）為銷售X個床墊的總收益，它是X的函數(shù)。

（3）利潤–產(chǎn)量模型總利潤為：P（X）=R（X）－C（X）

=100X－（90000+50X）

=－90000+50X

（4）盈虧平衡分析當(dāng)總利潤為零時，達到盈虧平衡。即

P（X）=－90000+50X=0

計算可得這時的產(chǎn)量為：X=1800（個）若生產(chǎn)2400個床墊，則其利潤為：

P（X）=－90000+50×2400=30000（元）。

原來如此SpecialProductsBreak-EvenAnalysis(分析問題)虧損區(qū)收益為R（X）=100X總成本為C（X）=90000+50XB1800盈利區(qū)圖1盈虧平衡分析圖xC,R在Excel的背景下，用如何Spreadsheet描述和解決盈虧平衡問題。首先，在Spreadsheet中進行問題描述。然后，在Spreadsheet中建立模型。最后，確定盈虧平衡點。盈虧平衡分析模型的兩種求解方法AB1例1-1量本利分析模型23產(chǎn)品成本4固定費用900005單位產(chǎn)品可變費用506單價100789模型10產(chǎn)品產(chǎn)量24001112總成本2100001314總收益2400001516總利潤30000在Spreadsheet進行問題描述。用地址B4、B5、B6的單元格分別表示固定費用、單位產(chǎn)品可變費用和產(chǎn)品單價，在這些單元中分別輸入已知數(shù)據(jù)，如表1-1所示。表1-1本量利分析模型單元格B12、B14、B16分別表示總成本、總收益與總利潤?？偝杀荆▎卧馚12）等于年固定費用與年可變費用之和，其中年可變費用等于單位可變費用與產(chǎn)品的產(chǎn)量之積，所以在單元格B12中輸入下述公式：=B4+B5*B10 總收益（單元格B14）等于產(chǎn)品價格與產(chǎn)品產(chǎn)量之積，在單元格B14中輸入下述公式：=B6*B10總利潤（單元格B16）等于總收益與總成本之差，在單元格B16中輸入公式：=B14-B12運用上述模型即可計算不同產(chǎn)品產(chǎn)量下的盈虧情況。例如，但產(chǎn)品的產(chǎn)量為2400個時，可在單元格B10中輸入2400，即得到此時的總成本、總收益與總利潤分別為210000元，240000元與30000元，如表1-1所示。表1-2給出了該模型的公式。AB1量本利分析模型23產(chǎn)品成本4固定費用900005單位產(chǎn)品可變費用506單價100789模型10產(chǎn)品產(chǎn)量24001112總成本=B4+B5*B101314總收益=B6*B101516總利潤=B14-B12

盈虧平衡分析模型的公式最后確定盈虧平衡點。盈虧平衡點是總成本等于總收益的點，或總利潤等于0的點。前面已經(jīng)算出，當(dāng)產(chǎn)量為2400個時，總利潤為30000元，所以該點不是盈虧均衡點。在單元格B10中繼續(xù)輸入其他產(chǎn)量值進行試算，直到總利潤為0。方法一：使用模擬運算表AB20用數(shù)據(jù)表計算盈虧點21產(chǎn)品產(chǎn)量利潤22

30000231400

241600

251800

262000

272200

282400

第一步：確定輸入的決策變量值（即床墊的產(chǎn)量）的范圍與計算步長。前面已經(jīng)計算到，當(dāng)床墊的產(chǎn)量為2400個時，總利潤為正值，即盈利；在表1-1的模型中，若在單元格B10中試輸入1400，得到總利潤為負(fù)值。因此，在產(chǎn)量為1400與2400之間，必有一個值使得總利潤為0，這個值即為盈虧平衡點的產(chǎn)量，因此，可將輸入范圍定為[1400，2400]，假設(shè)計算步長為200。第二步：在單元格A23:A28中分別輸入從1400至2400、步長為200的產(chǎn)量值。第三步：在單元格B22中輸入計算總利潤的公式，即：=B16，如表1-3所示。表1-3構(gòu)造模擬運算數(shù)據(jù)表第四步：用Excel中的模擬運算表計算不同產(chǎn)量下的利潤值：（1）用鼠標(biāo)選擇單元格A22:B28的區(qū)域；（2）在Excel工作表的菜單欄中，選擇“數(shù)據(jù)”，如圖1-1所示；AB20用數(shù)據(jù)表計算盈虧點21產(chǎn)品產(chǎn)量利潤22

30000231400-