การสร้างแบบจำลองของปัญหาโปรแกรมเชิงเส้น

เพื่อจะได้เข้าใจถึงสภาพของการประยุกต์ใช้ โปรแกรมเชิงเส้นตลอดจนการสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของปัญหาจึงขอยกตัวอย่าง

บริษัทผลิตสินค้าแห่งหนึ่งวางแผนการผลิตภัณฑ์ อย่างหนึ่งไว้ด้วยเวลาเป็นสัปดาห์โดยจะผลิตผลิตภัณฑ์สองชนิดแต่ละชนิดใช้เวลาในการทำแต่ละขั้นตอนแตกต่างกันไป และขั้นตอนในการผลิตผลิตภัณฑ์แต่ละชนิดจะประกอบด้วยการเตรียมวัตถุดิบ การขึ้นรูป และการตรวจสอบ เวลาที่ใช้ในแต่ละขั้นตอนแต่ละชนิดของผลิตภัณฑ์กำหนดด้วยตารางดังต่อไปนี้

เวลาที่ใช้ต่อหน่วยคิดเป็นชั่วโมง
การเตรียมวัตถุดิบ การขึ้นรูปการตรวจสอบ
ชนิดที่ 1 6 3 4
ชนิดที่ 2 6 6 2

ในเมื่อจำนวนชั่วโมงที่จะใช้ประโยชน์ได้ตามที่วางแผนในการผลิตไว้ของงานแต่ละขั้นตอนใน หนึ่งสัปดาห์กำหนดได้ดังนี้

  • การเตรียมวัตถุดิบ 420 ชั่วโมง
  • การขึ้นรูป 300 ชั่วโมง
  • การตรวจสอบ 240 ชั่วโมง

ในการดำเนินการหนึ่งหน่วยของผลิตภัณฑ์ชนิดที่ 1 ทำกำไรได้ 300 บาท และหนึ่งหน่วยของผลิตภัณฑ์ชนิดที่ 2 ทำกำรได้ 200 บาท แล้วบริษัทอุตสาหกรรมจะต้องดำเนินการผลิตผลิตภัณฑ์ชนิดที่ 1 และ2 อย่างไร จึงจะได้กำไรทั้งหมดสูงสุด และอยู่ภายใต้ข้อกำหนดของทรัพยากร (เวลา) ที่มีจำกัดดังกล่าว สิ่งที่ต้องการทราบคือ จำนวนของผลิตภัณฑ์ทั้งสองชนิดที่จะผลิตในหนึ่งสัปดาห์ เพื่อจะได้กำไรสูงสุดภายใต้ข้อจำกัดของเวลา ดังนั้น เราสมมติให้ผลิตภัณฑ์ชนิดที่ 1มีจำนวน X1 หน่วยและชนิดที่ 2 มีจำนวน X2 หน่วย ทำให้เราได้ : X1 0 , X2 0 …(1) จากตารางการใช้ทรัพยากรต่อหน่วย เราได้เงื่อนไขบังคับของปัญหาดังนี้

เงื่อนไขบังคับ : 6X1 + 6X2 420 (ข้อจำกัดของการเตรียมวัตถุดิบ)
   3X1 + 6X2 300 (ข้อจำกัดของการขึ้นรูป) …(2)
   4X1 + 2X2 240 (ข้อจำกัดของการตรวจสอบ)

เราสร้างเป้าหมายโดยกำหนดให้แทนกำไรทั้งหมด เราจะได้เป้าหมายของปัญหาในรูป

เป้าหมาย : P = 300 X1 + 200 X2 = Max …(3)

สมการทั้งหมดเป็นแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ ของปัญหาและเป้าหมายต้องการกำไรสูงสุด ดังนั้นปัญหาลักษณะเช่นนี้จึงเรียกว่า การโปรแกรมเชิงเส้นค่าสูงสุด ( Linear programming maximum problem) สำหรับปัญหาการดำเนินโปรแกรมค่าต่ำสุด ( Linear programming minimum problem) ดูได้จากตัวอย่าง

ในภาคใต้ของประเทศมีเหมืองแร่แห่งหนึ่งที่เหมืองแร่ของบริษัทเองอยู่สองแห่งโดยที่แต่ละเหมืองจะผลิตแร่ได้สามชนิด คือ ดีบุก ทองแดง และ สังกะสี จำนวนแร่แต่ละชนิดผลิตได้ดังตารางต่อไปนี้

จำนวนผลิตเป็นตันต่อวัน
ดีบุกทองแดงสังกะสี
A 6 2 4
B 2 2 12

บริษัทมีสัญญาจะต้องส่งแร่ให้ลูกค้าในหนึ่งสัปดาห์ดังนี้

  ดีบุก                     จำนวน 12 ตัน
  ทองแดง             จำนวน    8 ตัน
  สังกะสี                จำนวน 24 ตัน

ถ้าต้นทุนการผลิตแร่ต่อวันของเหมือง A เป็น 40,000 บาท และเหมือง B เป็น 32,000 บาทแล้ว บริษัทจะจัดการผลิตแร่อย่างไรจึงจะมีจำนวนครบตามสัญญา และต้นทุนการผลิตทั้งหมดต่ำสุดด้วย

สมมุติ ให้เหมือง A ทำงาน X1 วัน/สัปดาห์ และเหมือง B ทำงาน X2 วัน/สัปดาห์ ดังนั้น

   ตัวแปร       :   X1,  X2      0       …(1)  

จากตารางแสดงขีดความสามารถของแต่ละเหมืองเราจะได้เงื่อนไขบังคับ

   6X1 + 2X2         12   
   2X1 + 2X2           8         ....(2)
   4X1 + 12X2      24   

และจากต้นทุนการผลิตต่อวันของแต่ละเหมือง เราได้เป้าหมาย

   C   =   40,000X1  +  32,000X2   =   Min      …(3)  

แบบจำลองรูปทั่วไปของปัญหาการโปรแกรมเชิงเส้น การหาคำตอบของปัญหาการโปรแกรมเชิงเส้น


ที่มา : เอกสารคณิตศาสตร์ กข. Brand's Summer Camp ปี 1998