BÖLÜM 1 : LİNEER PROGRAMLAMA NEDİR?

Günümüzde, işletme, ekonomi ve muhasebe dallarını en yakından ilgilendiren konulardan bir olan Lineer Programlama, aynı zamanda yöneylem araştırmasında da en önemli konulardan biridir. Lineer Programlama, kaynakların optimal dağılımını elde etmeye, maliyetleri minimize, karı ise maksimize etmeye yarayan bir tekniktir.

Lineer Programlama, optimizasyon problemlerinin çözümünde kullanılan bir yöntemdir. 1947’ de, George Dantzig, Lineer Programlama problemlerinin çözümünde kullanılan etkin bir yol olan Simpleks Algoritma’ yı buldu ve bu buluşla birlikte Lineer Programlama, sıklıkla ve hemen hemen her sektörde kullanılmaya başlandı. Özellikle bankacılık, eğitim sektörlerinde ve askeriyede, optimizasyon problemlerinin çözümünde Lineer Programlama, çok defa kullanılmıştır ve kullanılmaya devam edilmektedir. Firmalarda karşılaşılacak darboğazların giderilmesinde, seçenekli üretim tekniklerinin kullanılmasının getirilerini belirlemede, kıt kaynakların etkin kullanımında ve bunların gölge fiyatlarının belirlenmesinde kullanılacak en uygun politikaların belirlenmesinde kullanılan bir tekniktir. Fortune 500’ e üye firmalar arasında yapılan bir araştırma sonucunda, bu firmaların % 85’ inin Lineer Programlama yöntemini kullandığı öğrenilmiştir. Lineer Programlama o kadar önemlidir ki, Yöneylem Araştırması kitaplarının çok büyük bir kısmını tek başına kaplar.

Lineer Programlama ( LP ), değişkenlere ve kısıtlara bağlı kalarak amaç fonksiyonunu en uygun ( maksimum ya da minimum ) kılmaya çalışır. Temel olarak, Lineer Programlama, kıt kaynakların optimum şekilde dağılımını içeren deterministik bir matematiksel tekniktir.

1.1. LP ile İlgili Çeşitli Varsayımlar ve Tanımlar

Lineer Programlama modelinden tutarlı sonuçların elde edilebilmesi için aşağıdaki varsayımlar sağlanmalıdır.

 

 

1.1.1. Doğrusallık ve Toplanabilirlik Varsayımı

Bir Lineer Programlama modelinin amaç fonksiyonunun karar değişkenlerinin bir lineer fonksiyonu olması ( doğrusal olması ) gerçeğinin iki gerekçesi vardır:

  1. Amaç fonksiyonuna her karar değişkeninden gelen eklemeler karar değişkenlerinin değerleri ile doğru orantılıdır. Örneğin, dört asker yapmayla amaç fonksiyonuna yapılacak katkı ( 4 * 3 = 12$ ), bir asker yapmanın amaç fonksiyonuna yapacağı katkının ( 3$ ) tam olarak dört katıdır.
  2. Bir amaç fonksiyonuna bir karar değişkeninin yaptığı katkı, diğer karar değişkenlerinin yaptığı katkıdan bağımsızdır. Örneğin, x2 nin değeri ne olursa olsun, x1 askerlerinin üretimi amaç fonksiyonuna her zaman 3x1 kadar katkı yapacaktır.

Lineer Programlama kısıtlarının bir Lineer Eşitlilik ya da Lineer Eşitsizlik olmaları gereğinin iki gerekçesi vardır:

  1. Her değişkenin, her kısıtın sol tarafında yaptığı katkı, değişkenin değeriyle doğru orantılıdır. Örneğin, üç asker üretmek için gerekli oymacılık süresi bir asker için gerekli sürenin üç katı olacaktır.
  2. Bir değişkenin herhangi bir kısıtın sol tarafına yaptığı katkı diğer değişkenlerden bağımsızdır.

Bir Lineer Programlama modelinde karar değişkenleri, her iki varsayımı da sağlamak zorundadır.

1.1.2. Bölünebilirlik Varsayımı

Bu varsayım, her karar değişkeninin ondalıklı bir sayı olabilmesine imkan verir. Ama, İnci probleminde bölünebilirlik varsayımına göre 1.5 adet asker ve 1.63 adet tren üretmek mümkün olmalıydı. Ama mümkün değildir. O zaman bu problem bölünebilirlik varsayımını sağlamıyor. Bu tip problemleri çözerken tamsayılı programlama yöntemi kullanılır.

1.1.3. Kesinlik Varsayımı

Bu varsayım, tüm parametrelerin ( amaç fonksiyonu katsayısı, sağ el tarafı ve teknolojik katsayı ) kesin olarak bilinmesini öngörür. Eğer bu değerler tam olarak bilinmiyorsa, sonuç güvenilir olmayacaktır.

Bu aşamada, Lineer Programa ile ilgili Lineer Fonksiyon ve Lineer Eşitsizlik kavramlarını açıklayalım.

Tanım 1: x1, x2, ........xn in bir fonksiyonu olan f ( x1, x2, .....xn ), sadece ve sadece bir sabitler seti ile birlikte ( c1, c2, .....cn ) kullanıldığında bir lineer fonksiyondur.

f ( x1, x2, .....xn ) = c1x1 + c2x2 + .....cnxn

Örneğin, f ( x1, x2 ) = 2x1 + x2 , x1 ve x2 nin bir lineer fonksiyonudur. Fakat, f ( x1, x2 ) = x12x2 fonksiyonu x1 ve x2 nin bir lineer fonksiyonu değildir.

Tanım 2: Herhangi bir f ( x1, x2, .....xn ) lineer fonksiyonu ve herhangi bir b sayısı için, f ( x1, x2, .....xn ) £ b ve f ( x1, x2, .....xn ) ³ b eşitsizlikleri birer lineer eşitsizliklerdir.

Örneğin, 2x1 + 3x2 £ 3 ve 3x1 + x2 ³ 3 birer lineer eşitsizliktir. Fakat x12x2 ³ 3 bir lineer eşitsizlik değildir.

Tanım 3: Bir Lineer Programlama Problemi, aşağıdakilerin gerçekleştirilmesi ile yürütülen bir optimizasyon problemidir:

  1. Karar değişkenlerinin oluşturduğu bir optimizasyon problemini maksimize ya da minimize etmeye çalışır. Maksimize ya da minimize edilmeye çalışılan fonksiyona amaç fonksiyonu denir.
  2. Karar değişkenlerinin değerleri bazı kısıtları sağlamalıdır. Her kısıt bir lineer eşitlik ya da lineer eşitsizlik olmalıdır.
  3. Bir işaret sınırı, her değişkenle ilgili olarak belirlenmelidir. Herhangi bir xi değişkeni için, bir işaret sınırı belirlenmelidir.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

BÖLÜM 2: BİR LİNEER PROGRAMLAMA PROBLEMİ NEDİR?

Bu aşamada, Lineer Programlama tanıtılacak ve Lineer Programlama problemlerinin anlaşılması ve çözülmesinde yardımcı olacak bazı önemli terimler tanımlanacaktır. Bu tanımlamaların bir örnek üzerinden yürütülmesi anlaşılma açısından yararlı olacaktır.

Örnek : İnci Oymacılık firması, iki çeşit tahta oyuncak üretmektedir. Bunlar asker ve tren dir. Bir asker, 27$’ a satılmaktadır ve bir tanesi için 10$’ lık hammadde kullanılmaktadır. Üretilen her asker, firmanın işgücü ve değişken maliyetlerini 14$ kadar arttırmaktadır. Bir tren ise 21$’ a satılmaktadır ve 9$’ lık hammadde kullanmaktadır. Her bir trenin yapımı, İnci Oymacılık’ ın işgücü ve diğer değişken maliyetlerini 10$ arttırmaktadır. Tahta asker ve trenlerin üretiminde iki çeşit, kalifiye işgücü gerekmektedir: oymacılık ve düzeltme. Bir asker, 2 saatlik düzeltme ve 1 saatlik oymacılık işlemleri gerektirmektedir. Bir tren ise, 1 saatlik oymacılık ve 1 saatlikte düzeltme işlemleri gerektirmektedir. İnci Oymacılık firması, hammaddeyi istediği kadar sağlayabilmekteyken işgücünde sise, en çok 100 saatlik düzeltme ve 80 saatlik oymacılık imkanına sahiptir. Bunların yanında, trenlerin talebi piyasada limitsizken her hafta ancak 40 adet asker satılabilmektedir. İnci Oymacılık, haftalık karını maksimize etmek istemektedir. Bu durumu ifade edecek ve firmanın karını maksimize etmede kullanılacak matematiksel modeli kurunuz.

Çözüm: İnci firmasının modeli kurulurken, öncelikle, tüm Lineer Programlama problemleri için geçerli olan karakteristikleri belirlemek gerekir:

Karar Değişkenleri: Herhangi bir Lineer Programlama modelinde, karar değişkenleri, bizim sonucumuzda elde edeceğimiz etkenlerdir. Bu örnekte, İnci firması, her hafta kaç tane asker ve kaç tane tren üreteceğine karar vermelidir. Bu düşünceyle,

x1= Her hafta üretilecek asker sayısı

x2= Her hafta üretilecek tren sayısı

şeklinde karar değişkenlerini belirleyebiliriz.

Amaç Fonksiyonu: Herhangi bir Lineer Programlama probleminde, karar verici, karar değişkenlerinin bazı fonksiyonlarını maksimize ( geliri ya da karı ) veya minimize ( maliyeti ) etmek ister. Maksimize ya da minimize edilmek istenen fonksiyona amaç fonksiyonu denir. Yukarıdaki problem için, öncelikle, sabit maliyetlerin, x1 ve x2 nin alacağı değerlerden bağımsız olduğunu söylemeliyiz. İnci,

maks [ ( haftalık gelir ) - ( hammadde maliyetleri ) - ( diğer değişken giderler ) ]

üzerine konsantre olmalıdır.

İnci’ nin haftalık gelirleri ve maliyetleri x1 ve x2 terimleri kullanılarak ifade edilebilir. İnci’ nin, satabileceğinden daha fazla asker üretmesi saçma olacaktır. Bu yüzden, üretilen tüm askerlerin satılabileceğini düşünüyoruz. O zaman,

Haftalık Gelir = Asker satışından elde edilen haftalık gelir

+ Tren satışından elde edilen haftalık gelir

= ( dolar / asker ). ( asker / hafta ) + ( dolar / tren ) . ( tren / hafta )

= 27x1 + 21x2 olacaktır.

Bunun yanında,

Haftalık hammadde maliyeti = 10x1 + 9x2

Diğer haftalık değişken maliyetler = 14x1 + 10x2 olacaktır.

Yani, İnci’ nin maksimize etmek istediği,

( 27x1 + 21x2 ) - ( 10x1 + 9x2 ) - ( 14x1 + 10x2 ) = 3x1 + 2x2 dir.

Sonuç olarak, İnci’ nin amacı, 3x1 + 2x2 ‘ yi maksimize edecek x1 ve x2 değerlerini bulmaktır. Herhangi bir Lineer Programlama probleminin amaç fonksiyonunu simgelemek için z simgesini kullanacağız. İnci’ nin amaç fonksiyonu şudur:

maks z = 3x1 + 2x2 ( 1 )

Amaç fonksiyonundaki bir değişkenin katsayısı amaç fonksiyonu katsayısı diye adlandırılır. Örneğin, x1’ in amaç fonksiyonu katsayısı 3, x2’ nin amaç fonksiyonu katsayısı 2’ dir. Bu örnekte ( çoğu örnekte olduğu gibi ) amaç fonksiyonu katsayısı, her değişkenin, firmanın karına yaptığı katkıdır.

Kısıtlar: x1 ve x2 arttıkça, İnci’ nin amaç fonksiyonunun değeri de artar. Bunun anlamı, eğer İnci, x1 ve x2 için istediği üretim miktarını seçmekte serbest olsa idi, firma x1 ve x2 üretimini keyfi olarak yüksek tutar ve karını sürekli arttırırdı. Maalesef, x1 ve x2 değerleri, aşağıdaki üç kısıtla sınırlandırılmıştır:

Kısıt 1: Her hafta, 100 saatten fazla düzeltme işçiliği kullanılamamaktadır.

Kısıt 2: Her hafta, 80 saatten fazla oymacılık işçiliği kullanılamamaktadır.

Kısıt 3: Kısıtlı talepten dolayı, her hafta en fazla 40 asker üretilebilmektedir.

Hammadde alımında bir sınır olmadığı varsayılmıştır, bu yüzden böyle bir kısıt yoktur.

Problemdeki bir diğer adım ise bu kısıtları, x1 ve x2 ( karar değişkenleri ) cinsinden göstermektir. Birinci kısıtı x1 ve x2 değişkenleri ile göstermek için,

Toplam düzeltme saati / hafta = ( düzeltme saati / asker ) . ( yapılan asker / hafta )

+ ( düzeltme saati / tren ) , ( yapılan tren / hafta )

= 2(x1) + 1(x2) = 2x1 + x2

O zaman, 1. kısıt şöyle ifade edilir:

2x1 + x2 £ 100 ( 2 )

Şuna dikkat edilmelidir ki 2. formüldeki tüm terimler haftalık düzeltme saatleridir. Bir kısıtın geçerli olabilmesi için, tüm terimlerin aynı cinsten olması gerekir. Aksi taktirde kısıt geçersiz olacaktır.

  1. kısıtı belirtirken,

Toplam oymacılık saati / hafta = ( oymacılık saati / asker ). ( asker / hafta )

+ ( oymacılık saati / tren ) . ( tren / hafta )

= 1(x1) + 1(x2) = x1 + x2

Sonuçta, 2. kısıt şöyle yazılır:

x1 + x2 £ 80 ( 3 )

Yine bu kısıtlamada da tüm birimler aynıdır. ( oymacılık saati / hafta )

Son olarak, haftalık asker üretimini 40 adette sınırlamamız gerçeği geliyor, çünkü ancak bu kadarı satılabilecektir. Bu olay da şu kısıtı doğuruyor;

x1 £ 40 ( 4 )

Böylece, problemin kısıtları belirlenmiş oldu. Kısıtlardaki karar değişkenlerinin katsayıları teknolojik katsayılar diye adlandırılırlar. Bunun sebebi, bu katsayıların genellikle değişik ürünlerin üretiminde kullanılacak teknolojiyi belirtmeleridir. Örneğin, ( 3 ) deki x2 nin teknolojik katsayısı 1 saatlik oymacılığın gerekli olduğunu anlatır. Her kısıtın sağındaki sayı ise kısıtların sağ el tarafı olarak adlandırılır. Genellikle bir kısıtın set ( sağ el tarafı )’ i eldeki kaynakların miktarını söyler.

İşaret Sınırı: Bir Lineer Programlama probleminin formülasyonunu tamamlamak için şu soru, her karar değişkeni için cevaplandırılmalıdır: Karar değişkeni sadece negatif olmayan değerleri mi içerir ya da hem negatif hem de pozitif değerleri kapsar mı?

Eğer bir karar değişkeni ( xi ) sadece negatif olmayan değerleri içeriyorsa, işaret sınırı olarak xi ³ 0’ ı ekleriz. xi değişkeni, hem pozitif hem de negatif değerleri içeriyorsa xi sınırsızdır denir. İnci problemi için x1 ³ 0 ve x2 ³ 0 olduğu açıktır. Başka problemlerde, bazı değişkenler sınırsız olabilirler. Örneğin, xi bir firmanın nakit balansını gösteriyorsa, xi , eğer firma borçlu ise negatif olarak düşünülebilir. Böyle bir durumda, xi’ yi sınırsız olarak belirtmek uygundur.

İşaret sınırlarını da ekledikten sonra optimizasyon modelimiz şu duruma gelmiştir:

maks z

=

3x1

+

2x2

     
   

2x1

+

x2

£

100

( Düzeltme Kısıtı )

   

x1

+

x2

£

80

( Oymacılık Kısıtı )

   

x1

   

£

40

( Askerlerin Talep Kısıtı )

   

x1,

x2

³

0

 

işaret sınırları

x1 ve x2 nin değerleri, tüm kısıtları sağlayacak şekilde amaç fonksiyonunu maksimize etmelidir.

 

 

 

 

 

 

 

 

2.1. LİNEER PROGRAMLAMA MODELİ

Yukarıdaki sorudan sonra, teoride, bir Lineer Programlama modeli şu şekilde ifade edilebilir;

opt.

z =

f ( x1 , x2 , .............., xn )

=

c1x1

+

c2x2

+

..................

+

cnxn

   
   

g1( x1 , x2 , .............., xn )

=

a11x1

+

a12x2

+

..................

+

a1nxn

£ =³

b1

   

g2( x1 , x2 , .............., xn )

=

a21x1

+

a22x2

+

..................

+

a2nxn

£ =³

b2

   

.

.

.

.

.

 

.

.

.

.

.

   

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

   

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

   

gm(x1 , x2 , .............., xn )

=

am1x1

+

am2x2

+

....................

+

amnxn

£ =³

bm

               

x1, x2,........xn ³ 0

   

x1 , x2 , ..................., xn ® karar değişkenleri

f: amaç fonksiyonu ( bu fonksiyonu optimize etmek istiyoruz )

aij , bi , cj = sabitler ( katsayılar )

f fonksiyonunun optimizasyonu g1 , g2 , ..........., gm gibi m adet kısıtın sağlanması ile olmalıdır.

Kısıtlar ya ( £ or ³ ) ya da ( = ) şeklinde olur.

 

 

 

 

BÖLÜM 3: LİNEER PROGRAMLAMA İLE İLGİLİ ÇEŞİTLİ ÖRNEKLER

 

Örnek 1: İnci kimya firması X ve Y gibi iki tip kimyasal madde üretmektedir. 1 litre X ürününün maliyeti 160 TL. , 1 litre Y ürününün maliyeti ise 240 TL. dir. Müşteri talebine göre, firma, gelecek hafta için en az 6 litre X ve en az 2 litre Y ürünü üretmelidir. X ve Y kimyasal ürünlerinde kullanılan hammaddelerden birisinin sunumu azdır ve sadece 30 gr. sağlanabilmektedir. X ürününün bir litresinde bu hammaddeden 3 gr. ve Y nin litresinde de 5 gr. gerekli olmaktadır.

İnci firması, toplam maliyetini minimize etmek için X ve Y ürünlerinden kaçar litre üretmesi gerektiği konusunda çok büyük bir kararsızlık içerisine girmiştir. Bu soruyu yanıtlayacak modeli kurunuz.

Çözüm:

Problemde karar değişkenleri,

x1 = Üretilecek X ürününün miktarı ( litre )

x2 = Üretilecek Y ürününün miktarı ( litre )

Minimize edilmek istenen toplam maliyet

160x1 + 240x2 dir.

İstenen gerekli minimum miktar ise

x1 ³ 6 ve x2 ³ 2 dir.

Hammadde kısıtlayıcısı ise

3x1 + 5x2 £ 30 dur.

 

 

Böylece minimizasyon modeli şöyle olacaktır:

Min z =

160x1

+

240x2

   
 

x1

   

³

6

 

x2

   

³

2

 

3x1

+

5x2

£

30

 

x1, x2 ³ 0

       

 

Örnek 2: Son günlerde Müge’ nin yaptığı diyet 4 temel ürün grubu içerisinden gıdasını seçmesini gerektiriyor. Bunlar, çukulatalı kek, dondurma, coca - cola ve peynirli kek. Bir dilim kek 50.000 TL, bir top çukulatalı dondurma 20.000 TL, bir bardak coca - cola 30.000 TL ve bir dilim peynirli kek ise 80.000 TL dir. Bir gün içinde Müge, diyete göre, en az 500 kalori, 6 gr. çukulata, 10 gr. şeker ve 8 gr. yağ almak zorundadır. Aşağıda, müge’ nin önüne konan menünün içindeki kalori ve şeker miktarı verilmiştir. Müge çok zor bir durumdadır. Günlük diyetini minimum maliyetle karşılayabilmesi için hangi besinlerden ne kadar alması gerekmektedir?

 

Kalori

Çukulata ( gr. )

Şeker ( gr. )

Yağ ( gr. )

Çukulatalı kek

400

2

2

2

Çuk. Dondurma

200

2

2

4

Coca - Cola (1 brdk)

150

0

4

1

Peynirli kek

500

0

4

5

 

 

x1 =

Müge’ nin bir günde yiyeceği çukulatalı kek miktarı

x2 =

Müge’ nin bir günde yiyeceği çukulatalı dondurma miktarı

x3 =

Müge’ nin bir günde içeceği cola miktarı

x4 =

Müge’ nin bir günde yiyeceği peynirli kek miktarı

 

Min z =

50x1

+

20x2

+

30x3

+

80x4

     
 

400x1

+

200x2

+

150x3

+

500x4

³

500

( Kalori Kısıtı )

 

2x1

+

2x2

       

³

6

( Çukulata Kısıtı )

 

2x1

+

2x2

+

4x3

+

4x4

³

10

( Şeker Kısıtı )

 

2x1

+

4x2

+

x3

+

5x4

³

5

( Yağ Kısıtı )

     

xi ³ 0

 

i: 1,2,3,4

         

 

Örnek 3: İncikimya İşletmesi, aşağıdaki özellikleri taşıyan ürün üretmektedir:

Yanma Noktası

³

2800

Özgül Ağırlığı

³

1.00

a muhtevası

£

% 8 hacim olarak

b muhtevası

£

% 3 hacim olarak

İşletmenin ürünü, litresi sırası ile 16 TL., 20 TL. ve 25 TL. olan A, B ve C ara mallarından elde edilebilmektedir.

Bu üç ara malın özellikleri aşağıdaki gibidir:

 

A

B

C

Yanma Noktası

2800

2700

2900

Özgül Ağırlığı

0.95

1.20

1.10

a muhtevası

7

8

11

b muhtevası

4

5

3

Üretici, yukarıdaki koşullara uygun olarak ürününü en düşük maliyetle üretmek istemektedir. Buna göre problemin doğrusal programlama modeli nasıl olur?

 

Çözüm:

Karar Değişkenleri

x1 = Üründeki A oranı

x2 = Üründeki B oranı

x3 = Üründeki C oranı

Maliyeti minimum kılacak amaç fonksiyonu

z = 16x1 + 20x2 + 25x3

x1, x2, x3 karışım oranları olduğuna göre;

x1 + x2 + x3 = 1

Yanma noktası kısıtı;

280x1 + 270x2 + 290x3 ³ 280

Özgül ağırlık kısıtı

0.95x1 + 1.20x2 + 1.10x3 £ 1.00

a muhtevası kısıtı;

7x1 + 8x2 + 11x3 £ 8

b muhtevası kısıtı;

4x1 + 5x2 + 3x3 £ 3

 

 

 

 

 

Böylece Lineer Programlama modeli şöyle olur;

Min z =

16x1

+

20x2

+

25x3

   
 

x1

+

x2

+

x3

=

1

 

280x1

+

270x2

+

290x3

³

280

 

0.95x1

+

1.20x2

+

1.10x3

£

1.00

 

7x1

+

8x2

+

11x3

£

8

 

4x1

+

5x2

+

3x3

£

3

   

x1, x2, x3 ³ 0

         

 

Örnek 4: Mügesüt şirketi kapasite sorunu yüzünden günde 120.000 kg. dan daha çok süt işleyememektedir. Yönetim, yağ veya işlenmiş süt için kullanılan sütün dengelenmesi için peynir fabrikasında en az 10.000 kg. lık günlük süt kullanmak istemektedir. Bir kg. sütün yağ üretimi için kullanıldığında, kara katkısı, 4 TL., şişe sütü olarak kullanıldığında katkısı 8 TL. ve peynir üretimi için kullanıldığında ise katkısı 6 TL. dir.

Yağ bölümü günde 60.000 kg., süt şişeleme donanımı günde 40.000 kg., peynir donanımı ise günde 30.000 kg. süt işleyebilir.

Şirket karını maksimize etmek istediğine göre problemi doğrusal programlama modeli olarak ifade ediniz.

Çözüm:

Karar Değişkenleri

x1 = Yağ yapımında kullanılan süt miktarı ( kg )

x2 = Şişelemede kullanılan süt miktarı ( kg )

x3 = Peynir yapımında kullanılan süt miktarı ( kg )

İşletmenin karını maksimize edecek amaç fonksiyonu;

Maksimum z = 4x1 + 8x2 + 6x3

Kısıtlar ise;

x3 ³ 10.000

x1 £ 60.000

x2 £ 40.000

x3 £ 30.000

x1 + x2 + x3 £ 120.000

Buna göre işletmenin doğrusal programlama modeli;

Maks z =

4x1

+

8x2

+

3x3

   
 

x1

+

x2

+

x3

£

120.000

 

x1

       

£

60.000

 

x2

       

£

40.000

 

x3

       

³

10.000

 

x3

       

£

30.000

     

x1, x2, x3 ³ 0

       

 

Örnek 5: Tombulmüge şirketinde üretilen pillerin üç ayrı aygıt ile kontrolü yapılmaktadır. Bu aygıtlar 1. derecede, 2. derecede ve 3. derecedeki aygıtlardır. Tombulmüge, 8 saatlik çalışma gününde en az 1600 pilin kontrol edilmesini istemektedir. Ücretler, kalite kontrolün doğruluk yüzdeleri ve saat başına kontrol oranları aşağıdaki tabloda verilmiştir.

Denetleyici

Saat Başına Ücret (TL)

Doğruluk (%)

Saat Başına Kontrol Sayısı

1. Aygıt

120

98

10

2. Aygıt

90

95

8

3. Aygıt

70

90

6

Her bir hatalı kontrol işletmeye 40 TL. a mal olmaktadır. 1. Aygıtta 9, 2. Aygıtta 13 ve 3. Aygıtta da 12 denetleyici çalışmaktadır. Müge, minimum maliyette kalite kontrolü yürütecek her üç aygıttaki kişilerin sayısını belirlemek istemektedir. Buna göre Müge’ ye yardım edip, problemi doğrusal programlama modeli halinde düzenleyiniz.

Çözüm:

Karar Değişkenleri

x1 = 1. Aygıtta çalışan denetleyici

x2 = 2. Aygıtta çalışan denetleyici

x3 = 3. Aygıtta çalışan denetleyici

Amaç Fonksiyonu

Minimum z = ( 120x1 + 90x2 + 70x3 ) + (0.02).(10).40x1 + (0.05).(8). 40x2 + (0.10).(6)40x3

Kısıtlayıcılar

x1 £ 9

x2 £ 13

x3 £ 12

8 ( 10x1 + 8x2 + 6x3 ) ³ 1600

x1, x2, x3 ³ 0

 

Örnek 6: Mügetaş firmasının üç fabrikası vardır ve her fabrikada üç ayrı boyda makina parçası üretilmektedir. Üç boyda makina parçasının satışından elde edilen birim karlar şöyledir: büyük boy için 600 TL. , orta boy için 600 TL. ve küçük boy içinse 540 TL. Üç fabrikadaki emek ve makina güçlerine göre 1 nolu fabrikada haftada ancak800birim, 2 nolu fabrikada 650 birim ve 3 nolu fabrikada 450 birim ürün üretilmektedir.

Fabrikaların stoklama alanı sınırlıdır. 1 nolu fabrikanın 1400 m2, 2 nolu fabrikanın 1250 m2 ve 3 nolu fabrikanında 800 m2 lik stoklama alanları vardır. Büyük boy parçanın haftalık üretiminde 2.5 m2 , orta boy parçanın üretiminde 2 m2 ve küçük boy parçanın üretimi için 1.5 m2 yere gerek vardır.

Satış bölümünün tahminine göre haftada büyük boy parçadan 800, orta boy parçadan 900 ve küçük boy parçadan ise 600 birim satılabilmektedir. Öte yandan, yönetim üç fabrikada üretilen malların göreli sayısının emek ve makine kapasitelerine denk oranda olmasını istemektedir.

Müge, karını en çok yapabilmek için üç fabrikada, her bir boydan ne kadar birimlik ürün üretilmesi gerektiğini saptamak istemektedir.

Problemi doğrusal programlama modeli olarak geliştiriniz.

Çözüm:

Karar Değişkenleri

xij = fabrika i ( i = 1, 2, 3 ) de j ( j = 1, 2, 3 ) boyunda üretilen parça sayısıdır.

Maksimize edilecek amaç fonksiyonu;

Maksimum z = 800 ( x11 + x21 + x31 ) + 600 ( x12 + x22 + x32 ) + 540 ( x13 + x23 + x33 )

Emek ve Makina Kapasiteleri Kısıtları;

x11 + x12 + x13 £ 800

x21 + x22 + x23 £ 650

x31 + x32 + x33 £ 450

Stoklama Alanı Kısıtları;

2.5x11 + 2x12 + 1.5x13 £ 1400

2.5x21 + 2x22 + 1.5x23 £ 1250

2.5x31 + 2x32 + 1.5x33 £ 800

Satış Tahmini Kısıtları;

x11 + x21 + x31 £ 800

x12 + x22 + x32 £ 900

x13 + x23 + x33 £ 600

Herbir fabrikada yönetimin istediği eşit oranlar şu şekilde gösterilebilir;

x11 + x12 + x13 x21 + x22 + x23 x31 + x32 + x33

 

Bu eşitlikte iki ayrı doğrusal sınırlayıcı olarak aşağıdaki şekilde yazılabilir:

650 ( x11 + x12 + x13 ) - 800 ( x21 + x22 + x23 ) = 0

450 ( x21 + x22 + x23 ) - 650 ( x31 + x32 + x33 ) = 0

xij ³ 0

 

Örnek 7: Bir firma 3 çeşit benzin üretmek istemektedir. Benzinlerin herbiri üç tip ham petrolün karışımıyla elde ediliyor. 1 varil benzinin satış fiyatı ile bir varil ham petrolün maliyetleri aşağıdaki gibidir:

 

Varil Satış Fiyatı

B1

70$

B2

60$

B3

50$

 

Varil Maliyeti

HP1

45$

HP2

35$

HP3

25$

Herbir hammadde türünden günde en çok 500 varil almak mümkündür. Herbir benzin türünün içerdiği oktan ve sülfür miktarları farklıdır. Öyleki, birinci tür benzini üretmek karıştırılacak olan hampetrol ortalama olarak en az 10 oktan ve en çok %1 sülfür içerir. İkinci benzin için ortalama benzin oktan en az 8, sülfür ise %2, üçüncüsü için ise ortalama en az 6 oktan, en fazla %1 sülfür içerir. Üç ham petrolün içerdiği oktan ve sülfür miktarıdır.

 

Oktan

Sülfür

1.

16

% 0.5

2.

8

% 2

3.

8

% 3

Bir varil hampetrolü bir varil benzine dönüştürme maliyeti 4$ dır. Rafineri günde en çok 14000 varil benzin üretebilmektedir. Ayrıca herbir benzin türü için müşteri talepleri de belirlenmiş durumdadır. 1. benzin türünden talep 3000 varil / gün, 2. ye 2000 varil / gün, 3. ye ise 1000varil / gündür ve firma kendini bu talepleri karşılamak zorunda hissetmektedir. Bunun yanısıra 3 tür benzinin talebini arttırmak için firma reklam da yapabilmekte ve yapılan araştırmaya göre belirli bir benzin türüne yönelik harcanan herbir reklam parası o benzine olan talebin günde 10 varil artmasını sağlamaktadır.

Günlük karı maksimize edecek lineer programlama modelini kurunuz.

Çözüm:

Karar Değişkenleri;

xij = i. Tip hampetrolü kullanarak üretilecek benzin miktarı ( varil )

ai = i. Tip benzin için harcanacak reklam parası ( i = 1, 2, 3 )

1 nolu benzinden üretilebilecek miktar:

x11 + x21 + x31

1 nolu hampetrolden bir günde kullanılabilecek miktar:

x11 + x12 + x13

Amaç Fonksiyonu

Maksimum z = 70 (x11 + x21 + x31 ) + 60 ( x12 + x22 + x32 ) + 50 ( x13 + x23 + x33 ) - [ 45 ( x11 + x12 + x13 ) + 35 ( x21 + x22 + x23 ) + 25 ( x31 + x32 + x33 ) + 4 (x11 + x12 + x13 + x21 + x22 + x23 + x31 + x32 + x33 ) + a1 + a2 + a3 ]

Maks z = 21x11 + 11x12 + x13 + 31x21 + 21x22 + 11x23 + 41x31 + 31x32 + 21x33 - a1 - a2 - a3

Talep Kısıtı

x11 + x21 + x31 = 3000 + 10a1

x12 + x22 + x32 = 2000 + 10a2

x13 + x23 + x33 = 1000 + 10a3

Hammadde Kısıtı

x11 + x12 + x13 £ 5000

x21 + x22 + x23 £ 5000

x31 + x32 + x33 £ 500

Toplam Üretim Kısıtı

x11 + x12 + x13 + x21 + x22 + x23 + x31 + x32 + x33 £ 14000

Oktan Kısıtı

B1 ( 16x11 + 8x21 + 8x31 ) / ( x11 + x21 + x31 ) ³ 10

B2 ( 16x12 + 8x22 + 8x32 ) / ( x12 + x22 + x32 ) ³ 8

B3 ( 16x13 + 8x23 + 8x33 ) / ( x13 + x23 + x33 ) ³ 6

Sülfür Kısıtı

B1 ( 0.005x11 + 0.02x21 + 0.03x31 ) / ( x11 + x21 + x31 ) £ 0.01

B2 ( 0.005x12 + 0.02x22 + 0.03x32 ) / ( x12 + x22 + x32 ) £ 0.02

B3 ( 0.005x13 + 0.02x23 + 0.03x33 ) / ( x13 + x23 + x33 ) £ 0.01

xij ³ 0

BÖLÜM 4 : İKİ DEĞİŞKENLİ LİNEER PROGRAMLAMA PROBLEMLERİNİN GRAFİK ÇÖZÜMÜ

4.1. OLURLU BÖLGE VE OPTİMUM ÇÖZÜM

Olurlu bölge ve optimum çözüm kavramları, bir Lineer Programlama problemi ile ilgili en temel kavramlardan ikisidir. Bu kavramları tanımlamak için, nokta terimi kullanılacaktır. Nokta, buradaki anlamıyla, bir karar değişkeninin aldığı değerdir.

Tanım: Bir Lineer Programlama modeli için olurlu bölge, Lineer Programın tüm kısıtlarının ve işaret sınırının sağlandığı tüm noktalardır.

Örneğin, İnci Oymacılık probleminde, x1= 40, x2=20 noktası olurlu bölgededir. Burada, x1=40 ve x2= 20 tüm kısıtları ve işaret sınırını sağlamaktadır:

Kısıt (2), 2x1 + x2 £ 100, sağlanmaktadır; 2(40) + 20 £ 100.

Kısıt (3), x1 + x2 £ 80, sağlanmaktadır; 40 + 20 £ 80.

Kısıt (4), x1 £ 40, sağlanmaktadır; 40 £ 40.

İşaret Sınırı (5), x1 ³ 0, sağlanmaktadır; 40 ³ 0.

İşaret Sınırı (6), x2 ³ 0, sağlanmaktadır; 20 ³ 0.

Diğer taraftan, x1= 15, x2= 70 noktası olurlu bölgede değildir. Çünkü, her ne kadar bu nokta 2, 4, 5 ve 6 nolu kısıtlar sağlansa da 3 nolu kısıt sağlanamamaktadır ( 15 + 70 işleminin sonucu 80’ e eşit veya ondan az değildir. ).

Tanım: Bir maksimizasyon problemi için, bir Lineer Programın optimum çözümü, olurlu bölgede olupta amaç fonksiyonunu maksimum yapan değerdir. Benzer şekilde, minimizasyon problemi içinse, optimal çözüm, olurlu bölgede olupta amaç fonksiyonunu minimum yapan noktadır.

Lineer Programlama modelleri genellikle birer optimal çözüme sahiptirler. Bunun yanında, bazı modellerin bir optimal çözümü yoktur ve bazıları da sonsuz sayıda çözüme sahip olabilirler. İnci probleminin optimal çözümü x1 = 20, x2 = 60 noktasıdır. Bu çözüm ise amaç fonksiyonunun şu sonucu vermesini sağlar:

z = 3x1 + 2x2 = 3(20) + 2(60) = 180$

x1 = 20, x2 = 60 noktasının optimum çözüm olduğunu söylediğimiz zaman olurlu bölgedeki başka hiçbir noktanın amaç fonksiyonu değerini 180’ nin üzerine çıkaramayacağını iddia etmiş oluruz. İnci, her hafta 20 adet asker ve 60 adet tren üreterek maksimize edecektir. Eğer İnci, bu sayıda üretim yaparsa haftalık karı 180 - ( haftalık sabit maliyetleri ) olacaktır. örneğin, haftalık sabit maliyet 100$ ise, İnci’ nin haftalık karı 180 - 100 = 80$ olacaktır.

4.2. İKİ DEĞİŞKENLİ LİNEER PROGRAMLAMA PROBLEMLERİNİN GRAFİK ÇÖZÜMÜ

Grafik Metot, biraz önce kurdğumuz modellerin çözülmesinde kullanılan bir yöntemdir. Fakat, grafik metotla ancak iki değişkenli Lineer Programlama modelleri çözülebilir. Bu değişkenler genellikle x1 ve x2 diye simgelenmekte ve ayrıca grafiğin eksenleri de aynı şekilde adlandırılmaktadır.

Her ne kadar, gerçek hayatta iki değişkenli modellere nadiren rastlansa da grafik yöntemden çıkan fikirlerin simleks metodun bulunmasında önemli bir rolü olmuştur.

Grafik metot iki temel adım içerir:

  1. Modelin tüm kısıtlarını sağlayan olurlu çözümleri belirten, içeren çözüm alanının belirlenmesi.
  2. Olurlu çözüm alanındaki tüm noktaları arasından optimum çözümün belirlenmesi.

İki değişkenli bir Lineer Programlama modelinin grafik yöntemle nasıl çözülebileceğini yine İnci Oymacılık örneği üzerinden giderek gösterebiliriz. Başlamak için bu problemin grafik üzerindeki olurlu bölgesini belirlememiz gerekir. İnci problemi için olurlu bölge, aşağıdaki kısıtları sağlayan x1, x2 noktalarının hepsidir:

2x1

+

x2

£

100

( Kısıtlar )

(2)

x1

+

x2

£

80

 

(3)

x1

   

£

40

 

(4)

x1

   

³

0

( İşaret Sınırları )

(5)

   

x2

³

0

 

(6)

Herhangi bir x1, x2 noktasının olurlu bölgede olabilmesi için (2) - (4) deki tüm eşitsizlikleri sağlaması gerekmektedir. Görülmesi gereken önemli bir nokta, (5) ve (6) yı sağlayan noktalar sadece x1 - x2 eksenlerinin 4. çeyreğinde olduğudur. Bu, şekilde de görüldüğü gibi, x2 ekseninin sağına, x1 eksenininse soluna tekabül eder. Yani, birinci çeyreğin dışındaki herhangi bir noktanın olurlu bölge içinde olmasına imkan yoktur. Bunun anlamıda, olurlu bölgenin birinci çeyrekteki (2) - (4) ü sağlayan noktalardan oluşacağıdır.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Bu örnekte olurlu bölgenin nerede olduğu şekilde de gösterilmiştir.

Olurlu bölgenin belirlenmesinden sonra sıra optimum sonucun bulunmasına gelmiştir. Optimum sonuç bulunurken izlenecek yollardan biri, amaç fonksiyonunun grafik üzerindeki izdüşümünü veren doğruyu çizmektir. Bu doğrunun çizilebilmesi için olurlu bölgede bir nokta seçilir ve bu noktanın z değeri bulunur. Örneğin, ( 20, 0 ) noktasını seçersek z = 60 olacaktır. ( z = 3x1 + 2x2 = 60 ). Buradan sonra, x2 = 30 - 3/2x1 ifadesi aracılığı ile z fonksiyonunun eğimini -3/2 olarak bulunur. Buradan da yukarıdaki şekildeki z doğrusu bulunur. Bu doğruyu yukarı doğru çekerek olurlu bölgeyi en son terk ettiği nokta belirlenir. İşte bu nokta problemin optimum noktasıdır.

Şekilde kırmızı çizgi ile gösterilen doğru problemin amaç fonksiyonu doğrusunun yukarı çekilmiş halidir ve olurlu bölgeyi en son terkettiği nokta, yani optimum nokta ise G ( 20, 60 ) noktasıdır. Bu nokta da amaç fonksiyonu z’ yi 180 yapar.

Sonuçta problemin çözüm kümesi şu şekildedir:

z =

180

x1

20

x2

60