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PROBLEMAS 1.1 Uma indústria quer se expandir, construindo nova fábrica em Los Angeles ou em São Francisco. Também será considerada a construção de um novo depósito na cidade que for selecionada para receber a nova fábrica. Conforme o quadro abaixo. Antes da decisão final, o prefeito de San Diego contatou o presidente da empresa para tentar persuadi-lo a construir uma fabrica e, quem sabe, um armazém em sua cidade. Com os incentivos fiscais oferecidos a empresa, a equipe do presidente estima que o valor presente líquido para se construir uma fabrica em San Diego seria de US$ 7 milhões e o volume de capital necessário seria da ordem de US$ 4 milhões. O valor presente líquido para se construir um armazém seria de US$ 5 milhões e o volume de capital necessário, US$ 3 milhões. Essa opção seria considerada apenas se também fosse construída uma fabrica na cidade. O presidente da empresa agora quer que o estudo de PO anterior seja revisado para incorporar essas novas alternativas no problema geral. O objetivo ainda é encontrar a combinação de investimentos viável que maximize o valor presente liquido total, dado que o volume de capital disponível para esses investimentos é de US$ 10 milhões. (a) Formule um modelo de PIB para esse problema. (b) Exiba esse modelo em uma planilha do Excel. (c) Use o computador para solucionar esse modelo. 1.2 Um jovem casal, Eve e Steven, quer dividir suas principais tarefas domésticas (compras, cozinhar, lavar louca e lavar roupa) entre si, de modo que cada um tenha duas tarefas, porém, o tempo total despendido nessas tarefas seja o mínimo possível. Suas eficiências nessas tarefas diferem, o tempo que cada um precisaria para realizar as tarefas é fornecido na tabela a seguir: Tempo necessário por semana Compras Cozinhar Lavar a louca Lavar a roupa Eve 4,5 horas Steven 4,9 horas 7,8 horas 7,2 horas 3,6 horas 4,3 horas 2,9 horas 3,1 horas (a) Formule um modelo de PIB para este problema. (b) Exiba esse modelo em uma planilha do Excel. (c) Use o computador para solucionar esse modelo. 1.3 Uma empresa de empreendimentos imobiliários, Peterson and Johnson, considera cinco possíveis empreendimentos. A tabela a seguir mostra o lucro estimado a longo prazo (valor presente liquido) que cada projeto geraria, bem como a quantidade de investimento necessária para realizar o empreendimento, em unidades de milhões de dólares. Empreendimento 1 2 3 4 5 Lucro estimado 1 1,8 1,6 0,8 1,4 Capital necessário 6 12 10 4 8 Os donos da empresa, Dave Peterson e Ron Johnson, levantaram US$ 20 milhões de capital para investimento para tais empreendimentos. Dave e Ron agora querem selecionar a combinação de empreendimentos que vai maximizar o lucro total estimado a longo prazo (valor presente liquido) sem investir mais que US$ 20 milhões. (a) Formule um modelo de PIB para este problema. (b) Exiba esse modelo em uma planilha do Excel. (c) (c) Use o computador para solucionar esse modelo. 1.4 A diretoria da General Wheels Co. considera seis grandes investimentos de capital. Cada investimento pode ser feito somente uma vez. Esses investimentos diferem no lucro estimado a longo prazo (valor presente liquido) que eles vão gerar, bem como no volume de capital necessário, conforme ilustrado na seguinte tabela (em unidades de milhões de dólares): Oportunidade de investimento 1 2 3 4 5 6 Lucro estimado 15 12 16 18 9 11 Capital necessário 38 33 39 45 23 27 O volume de capital disponível para esses investimentos é de US$ 100 milhões. As oportunidades de investimentos 1 e 2 são mutuamente exclusivas e, da mesma forma, as oportunidades 3 e 4. Além disco, nem a oportunidade 3 nem a 4 podem ser empreendidas a menos que uma das duas primeiras oportunidades seja realizada. Não ha tais restrições sobre as oportunidades de investimento 5 e 6. O objetivo é selecionar a combinação de investimentos de capital que vai maximizar o lucro total estimado a longo prazo (valor presente liquido). (a) Formule um modelo de PIB para esse problema. (b) Use o computador para solucionar esse modelo. 1-5 Um treinador de uma equipe de revezamento quatro estilos precise designar nadadores aos diferentes estilos de uma competição de 200m. Formule um modelo de PIB para esse problema. Identifique os grupos de alternativas mutuamente exclusivas nessa formulação. 1-6 Vincent Cardoza é o proprietário e gerente de uma ferramentaria que faz trabalhos sob encomenda. Na tarde desta quarta-feira, ele recebeu o telefonema de dois clientes que gostariam de fazer pedidos de urgência. Um deles é uma empresa que fabrica reboques para trailers, que gostaria de encomendar algumas barras de reboque personalizadas extremamente resistentes. A outra é uma empresa transportadora de veículos de pequeno porte que precisa de algumas barras estabilizadoras personalizadas. Os dois clientes gostariam de ter seus pedidos atendidos preferencialmente ate o final da semana (dois dias úteis). Já que ambos as produtos exigiriam o emprego das mesmas duas maquinas, Vincent precisa decidir e informar aos clientes ainda esta tarde sobre quantas unidades de cada produto ele poderá fazer para os próximos dois dias. Cada barra de reboque requer 3,2 horas na maquina 1, e 2 horas as maquina 2. Cada barra estabilizadora requer 2,4 horas na maquina 1, e 3 horas na maquina 2. A maquina 1 estará disponível por 16 horas nos próximos dois dias e a maquina 2 estará disponível por 15 horas. O lucro para cada barra de reboque produzida seria de US$ 130 e o lucro para barra estabilizadora seria de US$ 150. http://cidade.com/ Vincent precisa determinar então o mix de quantidades desses produtos a serem fabricadas que vai maximizar o lucro total. (a) Formule um modelo para este problema. (b) Use uma metodologia gráfica para solucionar esse modelo. (c) Use o computador para solucionar o modelo. 1-7 O empreiteiro Robert Meyer tem de transportar areia grossa para três canteiros de obras. Ele pode adquirir até 18 toneladas em uma saibreira no norte da cidade e 14 toneladas em outra no sul. Ele precisa de 10, 5 e 10 toneladas, respectivamente, nos canteiros 1, 2 e 3. O preço de compra por tonelada em cada saibreira e o custo de manuseio por tonelada é fornecido conforme tabela abaixo: Robert precisa contratar caminhões (e seus motoristas) para fazer o transporte. Cada caminhão pode ser usado apenas para transportar areia de uma única saibreira para um único canteiro de obra. Além dos custos de transporte e da areia especificados na tabela, temos um custo fixo de US$ 150 associados à contratação de cada caminhão. Um caminhão é capaz de transportar 5 toneladas, mas não é exigido que ele saia totalmente carregado. Para cada combinação saibreira- canteiro de obras agora se tem duas decisões a serem tomadas: o número de caminhões a serem usados e o volume de areia a ser transportado. (a) Formule um modelo PLM para este problema. (b) Use o computador para solucionar esse modelo. 3-1. A Divisão de Pesquisa e Desenvolvimento da Progressive Company desenvolveu quatro linhas de possíveis produtos novos. A gerência agora precisa tomar uma decisão sobre quais desses quatro produtos vão, realmente, ser produzidos e em que níveis. Portanto, um estudo de pesquisa operacional foi solicitado para encontrar o mix de produtos rentável. Um custo substancial é associado no início da produção de qualquer produto, conforme fornecido na primeira linha da tabela a seguir. O objetivo da gerencia é encontrar o mix de produtos que maximize o lucro total (receita liquida total menos custos iniciais de implantação). Produto 1 2 3 4 Custos US$ 50.000 US$ 40.000 US$ 70.000 US$ 60.000 Receita US$ 70 US$ 60 US$ 90 001 10 Façamos que as variáveis de decisão contínuas x1, x2, x3 e x4, sejam os níveis de produção, respectivamente,dos produtos 1, 2, 3 e 4. A gerência quer impor as seguintes restrições de politica sobre essas variáveis: 1. Não mais que dois produtos podem ser produzidos. 2. O produto 3 ou então o produto 4 podem ser produzidos somente se o produto 1 ou então o produto 2 for fabricado. 3. Ou 5x1 + 3x2 + 6x3 + 4x4 ≤ 6.000 ou então 4x1 + 6x2 + 3x2 + 5x2 ≤ 6.000. (a) Introduza variáveis binarias auxiliares para formular um modelo PIB misto para esse problema. (b) Use o computador para solucionar esse modelo. 3-2 Suponha que um modelo matemático se adapte à programação linear, exceto pela restrição que | x1 – x2 | = 0 ou 3 ou 6. Mostre como reformular essa restrição para adequar-se ao modelo de PLM. 3-3 Suponha que um modelo matemático se adapte A programação linear, exceto pelas restrições que: 1. Pelo menos uma das duas desigualdades a seguir é valida: 3x1 – x2 – x3 + x4 ≤ 12 x1 + x2 + x3 +x4 ≤ 15 2. Pelo menos duas das três desigualdades seguintes 6 valida: 2x1 + 5x2 – x3 + x4 ≤ 30 – x1 + 3x2 + 5x3 + x4 ≤ 40 3x1 – x2 + 3x3 + x4 ≤ 60 Mostre como reformular essas restrições para adequar-se ao modelo de PIM. 3-4 A Toys-R-4-U Company desenvolveu dois novos brinquedos para possível inclusão em sue linha de produtos para a próxima temporada natalina. A implantação das instalações de produção para começar a fabricar custaria US$ 50.000 para o brinquedo 1 e US$ 80.000 para o brinquedo 2. Assim que esses custos forem cobertos, os brinquedos gerariam um lucro unitário de US$ 10 para o brinquedo 1 e US$ 15 para o brinquedo 2. A empresa tem duas fábricas que são capazes de produzir esses brinquedos. Entretanto, para impedir a duplicação dos custos iniciais de implantação, apenas uma fabrica seria usada, no qual a opção se basearia a maximização do lucro. Por razões administrativas, a mesma fabrica seria usada para ambos os brinquedos novos se ambos fossem produzidos. O brinquedo 1 pode ser fabricado a uma taxa de 50 unidades por hora na fabrica 1 e 40 por hora na fabrica 2.O brinquedo 2 pode ser fabricado a uma taxa de 40 unidades por hora na fábrica 1 e 25 por hora na fábrica 2. As fabricas 1 e 2, possuem, respectivamente, 500 horas e 700 horas de tempo de produção disponíveis antes do Natal que poderia ser usado para fabricar esses brinquedos. Não se sabe se esses dois brinquedos continuariam a ser fabricados após o Natal. Portanto, o problema é determinar quantas unidades (se houver alguma) de cada novo brinquedo deveriam ser produzidas antes do Natal para maximizar o lucro total. (a) Formule um modelo PIM para este problema. (b) Use o computador para solucionar esse modelo. 3-5 A Northeastern Airlines considera a aquisição de novos aviões a jato para passageiros para percursos longos, médios e curtos. O preço de aquisição seria de US$ 67 milhões para cada aeronave de longo percurso, US$ 50 milhões para as aeronave de médio percurso e US$ 35 milhões para cada aeronave de curto percurso. A diretoria autorizou um comprometimento máximo de US$ 1,5 bilhão para essas compras. Independentemente de quantas aeronaves forem adquiridas, espera-se que viagens áreas de todas as distancias sejam suficientemente grande para que essas aeronaves sejam utilizadas basicamente com lotação máxima. Estima-se que o lucro líquido anual (após os custos de recuperação de capital forem subtraídos) seria de US$ 4,2 milhões por avião para trajetos longos, US$ 3 milhões por avião para trajetos médios e US$ 2,3 milhões por avião para trajetos curtos. Prevê-se que pilotos suficientemente treinados estejam disponíveis para a empresa para formar a tripulação de 30 aviões novos. Se forem adquiridos somente aviões para trajetos curtos, as instalações para manutenção seriam capazes de operar com 40 aviões novos. No entanto, cada avião para trajetos médios equivale a 11/3 dos aviões para trajetos curtos e cada avião para trajetos longos equivale a 12/3 aviões para trajetos curtos em termos de emprego das instalações para manutenção. As informações fornecidas aqui foram obtidas por analise preliminar do problema. Uma analise detalhada será conduzida posteriormente. Entretanto, usando os dados anteriores como primeira aproximação, a gerência deseja saber quantos aviões de cada porte deveriam ser comprados de modo a maximizar o lucro. (a) Formule um modelo de PI para este problema. (b) Use o computador para resolver esse problema. 3-6 Considere os exemplos de duas variáveis PI discutidas na Seção 11.5 e ilustrado na Figura 11.3. (a) Use a representação binária de variáveis para reformular esse modelo como um problema de PIB. (b) Use o computador para resolver esse problema de PM. Depois utilize essa solução ótima para identificar uma solução ótima para o modelo de PI original. 3-7 A Fly-Right Airplane Company fabrica jatos pequenos para vender a empresas para use de seus executivos. Atendendo as necessidades desses executivos, os clientes da empresa, algumas vezes precisam encomendar um design personalizado das aeronaves adquiridas. Quando isso acontece, temos um substancial custo de implantação para começar a produção desses aviões. A Fly-Right recebeu recentemente pedidos de compra de três clientes com prazos curtos. Entretanto, pelo fato de as instalações de produção da empresa já estarem quase completamente comprometidas com pedidos anteriores, ela não será capaz de aceitar os três pedidos novos. Portanto, é preciso decidir sobre o número de aviões que a empresa concordará em produzir (se, efetivamente, algum) para cada um desses três clientes. Os dados relevantes são aqueles fornecidos na tabela a seguir. A primeira linha fornece o custo de implantação exigido para começar a produção das aeronaves por cliente. Assim que a produção estiver em andamento, a receita marginal liquida (que é o prego de aquisição menos o custo de produção marginal) de cada aeronave produzida é mostrada na segunda linha. A terceira linha fornece a porcentagem de capacidade produtiva disponível que seria usada para cada avião fabricado. A última linha indica o número máximo de aviões solicitados por cliente (porém, será aceito um número menor). Cliente 1 2 3 Custo inicial de implantação US$ 3 milhões US$ 2 milhões 0 Receita liquida marginal US$ 2 milhões US$ 3 milhões US$ 0,8 milhao 20% 40% 20% Pedido máximo 3 aviões 2 aviões 5 aviões A Fly-Right quer determinar quantos aviões deve produzir para cada cliente (se, efetivamente, algum) de modo a maximizar o lucro total da empresa (receita liquida total menos custo inicial de implantação). (a) Formule um modelo para esse problema usando tanto variáveis inteiras quanto variáveis binárias. (b) Use o computador para solucionar esse modelo. 4-1 Reconsidere o problema da Fly-Right Airplane Co. apresentado no Problema 3-7. Uma análise detalhada dos diversos fatores de receita e de custos agora revela que o lucro potencial de se produzirem aviões para cada cliente não pode ser expresso simplesmente em termos de um custo inicial de implantação e uma receita liquida marginal fixa por avião produzido. Em vez disso, os lucros agora são dados pela seguinte tabela. Aviões Lucro obtido com o cliente Produzidos 1 2 3 0 0 0 0 1 -US$ 1 milhão US$ 1 milhão US$ 1 milhão 2 US$2 milhões US$5 milhões US$ 3 milhões 3 US$4 milhões US$ 5 milhões 4 US$ 6 milhões 5 US$ 7 milhões a) Formule um modelo de PIB para este problema que inclua restrições para alternativas mutuamente exclusivas. (b) Use o computador para solucionar o modelo formulado no item (a). Depois utilize essa solução ótima para identificar o número ótimo de aviões a ser fabricado para cada cliente. (c) Formule outro modelo de PIB para esse modelo que Melon restrições para decisões contingentes. (d) Repita o item (b) para o modelo formulado no item (c).4-2 Reconsidere o problema da Wyndor Glass Co. apresentado no Seção 3.1. A gerência decidiu agora que somente um dos dois produtos novos deve ser produzido e a escolha deve se basear na maximização do lucro. Introduza variáveis binarias auxiliares para formular um modelo de PIM para essa nova versão do problema. 4-3 Reconsidere o Problema 3.1-11, no qual a gerência da Omega Manufacturing Company estuda a possibilidade de dedicar capacidade produtiva em excesso a um no mais dos três produtos. Ver as Respostas Parciais aos Problemas Selecionados na parte final do livro para mais informações sobre este problema. Agora a gerência decidiu acrescentar a restrição de que não mais que dois dos três possíveis produtos devem ser fabricados. (a) Introduza variáveis binárias auxiliares para formular um modelo PIM para esta nova versão do problema. (b) Use o computador para solucionar esse modelo. 4-4 Considere o seguinte problema de programação inteira não linear. MaximizarZ = 4x12 – x13 + 1022 – x24 Sujeito a x1 + x2 ≤3 x1 ≥0 e x2 ≥0 x1 e x2 são inteiros Este problema pode ser reformulado de duas maneiras distintas como um problema de PIB pura equivalente (com uma função objetivo linear) com seis variáveis binarias (y1, e y2) para j = 1, 2, 3), dependendo da interpretação dada pelas variáveis binarias. (a) Formule um modelo de PIB para este problema, no qual as variáveis binárias tem a seguinte interpretação: yij = { 1 se xi = j 0 caso contrário (b) Use o computador para solucionar o modelo formulado no item (a) e, assim, identificar uma solução ótima para (x1, x2) para o problema original. (c) Formule um modelo de PIB para este problema, no qual as variáveis binarias tem a seguinte interpretação: yij = { 1 se xi ≥ j 0 caso contrário (d) Use o computador para solucionar o modelo formulado no item (c) e, assim, identificar uma solução ótima para (x1, x2) para o problema original. 4-5. Considere o seguinte tipo especial do problema do caminho mais curto (ver a Seção 9.3) em que os nós estão nas colunas e os z considerados sempre avancem uma coluna por vez. Os números ao longo das ligações representam as distancias, e o objetivo é encontrar o caminho mais curto da origem ao destino. Este problema também pode ser formulado como um modelo de PIB que envolve tanto as alternativas mutuamente exclusivas quanto as decisões contingentes. (a) Formule esse modelo. Identifique as restrições que se referem as alternativas mutuamente exclusivas e aquelas para decisões contingentes. c (b) Use o computador para resolver este problema. 4-6 A Speedy Delivery oferece serviços de entrega em dois dias de grandes encomendas ao longo dos Estados Unidos. De manhã, em cada um dos centros de coleta, as encomendas que chegaram durante a noite são carregadas em vários caminhões para entrega em determinada área. Já que o diferencial competitivo nesse segmento é a velocidade as entrega, as encomendas são divididas entre os caminhões de acordo com seus destinos geográficos para minimizar o tempo médio necessário para fazer as entregas. Nessa manhã em particular, a despachante para o centro de coleta Blue River Valley, Sharon Lofton, essa sobrecarregada de trabalho. Seus três motoristas chegarão a menos de uma hora para fazer as entregas do dia. Ha nove encomendas a serem entregues, todos em locais distantes muitos quilômetros um dos outros. Como de praxe, Sharon carregou esses locais em seu computador. Ela esta usando o pacote de software especial da empresa, um sistema de apoio decisão chamado Dispatcher. A primeira coisa que o Dispatcher faz é usar esses locais para gerar um considerável número de possíveis rotas vantajosas para cada um dos caminhões de entrega. Essas rotas são mostradas na tabela a seguir (na qual os números em cada coluna indicam a ordem das entregas), junto com o tempo estimado para percorrer a rota. Possíveis rotas vantajosas Local de entrega 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 A 1 1 1 B 2 1 2 2 2 C 3 3 2 2 D 2 1 1 E 2 2 3 F 1 2 G 3 1 2 3 H 1 4 1 I 3 4 2 Tempo (em horas) 6 4 7 5 4 6 5 3 7 6 Dispatcher é um sistema interativo que mostra essas rotas para que Sharon possa aprova-las ou modifica-las. Por exemplo, o computador pode não saber que uma enchente tomou inviável determinada rota. Após Sharon aprovar essas rotas como possi- bilidades vantajosas com estimativas de tempo razoáveis, o Dispatcher formula e soluciona um modelo de PIB para selecionar três rotas que minimizam seu tempo total enquanto inclui cada local de entrega exatamente em uma rota. Essa manhã, Sharon aprova todas as rotas. (a) Formule esse modelo de PIB. (b) Use o computador para solucionar esse modelo. 4-7 Um número crescente de norte-americanos vai para uma região de clima mais quente quando se aposenta. Para tirar proveito dessa tendência, a Sunny Skies Unlimited está realizando um grande empreendimento imobiliário. O projeto é desenvolver uma comunidade para aposentados completamente nova (cujo nome será Pilgrim Haven), que ocupará vários quilômetros quadrados. Uma das decisões a tomar é onde localizar os dois postos de bombeiros que foram alocados para a comunidade. Para fins de planejamento, o Pilgrim Haven foi dividido em cinco regiões, com não mais de um posto de bombeiros a ser localizado em qualquer uma das regiões. Cada pasta deve atender a todas as ocorrências de incêndio que acontecem na região no qual ele se localiza, bem como nas demais regiões que foram alocadas a esse posto. Portanto, as decisões a serem tomadas são: 1) regiões a receberem um posto de bombeiros e 2) alocação de cada uma das demais regiões a um dos postos de bombeiros. O objetivo é minimizar a cobertura geral do tempo de resposta no atendimento a ocorrências de incêndio. A tabela a seguir fornece o tempo de resposta para cada incêndio em cada região (as colunas) se essa região for atendida por um posto em dada região (as linhas). A última linha fornece o número médio de incêndios previstos que ocorrerão diariamente em cada uma das regiões. Tempo de resposta (em minutos) Posto Alocado Incêndio na região Localizado na região 1 2 3 4 5 1 5 12 30 20 15 2 20 4 15 10 25 3 15 20 6 15 12 4 25 15 25 4 10 5 10 25 15 12 5 Frequência média 2 por 1 por 3 por 1 por 3 por de incêndios dia dia dia dia dia Formule um modelo de PIB para este problema. Identifique quaisquer restrições que correspondam a alternativas mutuamente exclusivas ou decisões contingentes. 4-8 Reconsidere o Problema 4-7. A gerência da Sunny Skies Unlimited resolveu agora que a decisão nas localidades dos postos de bombeiros que deve se basear principalmente nos custos. O custo de inserir um posto de bombeiros em uma região é de US$ 300.000 para a região 1, US$ 350.000 para a região 2, US$ 600.000 para a região 3, US$ 450.000 para a região 4 e US$ 700.000 para a região 5.O objetivo da gerencia agora é o seguinte: Determinar quais regiões deveriam receber um posto para minimizar o custo total dos postos e, ao mesmo tempo, garantir que cada região tenha pelo menos um posto suficientemente próximo para atender a uma ocorrência de incêndio em não mais que 12 minutos (em média). Diferentemente do problema original, observe que o número total de postos de bombeiros não é mais fixo. Além disso, se uma região sem um posto tiver mais de um posto em um intervalo de 12 minutos, não é mais necessário designar essa região a apenas um dos postos. (a) Formule um modelo PIB puro completo com cinco variáveis binárias para este problema. (b) Este caso é um problema de cobertura de conjuntos? Explique e identifique os conjuntos relevantes. (c) Use o computador para solucionar o modelo formulado no item (a).
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