20. Задача об оптимальной стратегии замены оборудования

Известно, что оборудование со временем изнашивается, физически и морально стареет. В процессе эксплуатации падает производительность, и растут эксплуатационные расходы на текущий ремонт. Со временем возникает необходимость замены оборудования, так как его дальнейшая эксплуатация обходится дороже, чем замена. Отсюда задача о замене оборудования может быть сформулирована следующим образом.

Разработать оптимальную стратегию замены оборудования возраста лет в плановом периоде продолжительностью лет, если известны:

– стоимость продукции, производимой в течение года на оборудовании возраста лет ();

– ежегодные расходы, связанные с эксплуатацией оборудования возраста лет ();

– остаточная стоимость оборудования возраста лет;

– стоимость нового оборудования и расходы, связанные с установкой, наладкой и запуском.

В начале каждого года имеется две возможности: сохранить оборудование и получить прибыль или заменить его и получить прибыль . Прибыль от использования оборудования в последнем -м году планового периода запишется в следующем виде:

(4.5)

А прибыль от использования оборудования в период с -го по-й год –

(4.6)

Где – прибыль от использования оборудования в период с -го по -й год.

В случае, если оба управления («сохранение» и «замена») приводят к одной и той же прибыли, то целесообразно выбрать управление «сохранение».

Пример 10

Найти оптимальную стратегию замены оборудования возраста 3 года на период продолжительностью 10 лет, если для каждого года планового периода известны стоимость продукции, производимой с использованием этого оборудования, и эксплутационные расходы (таблица 24). Известны также остаточная стоимость, не зависящая от возраста оборудования и составляющая 4 ден. ед., и стоимость нового оборудования, равная 18 ден. ед., не меняющаяся в плановом периоде.

Таблица 24

	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
	31	30	28	28	27	26	26	25	24	24	23
	8	9	9	10	10	10	11	12	14	16	18

Решение

I этап. Условная оптимизация

1-й шаг. . Начнем процедуру условной оптимизации с последнего, десятого года планового периода. Для этого шага состояние системы: = 0, 1, 2, …, 9, 10. Функциональное уравнение (4.5) с учетом числовых данных примера принимает вид

Тогда

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

.

Полученные результаты занесем в таблицу (первая строка таблицы 25).

2-й шаг. . Проанализируем девятый год планового периода. Для второго шага возможны состояния системы  = 0, 1, 2, …, 9, 10. Функциональное уравнение (4.6) с учетом числовых данных примера принимает вид

Тогда

;

;

;

;

;

;

;

;

.

Полученные результаты занесем в таблицу (вторая строка таблицы 25).

Продолжая вычисления описанным способом, постепенно заполняем всю таблицу (см. таблица 25).

Таблица 25

0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
	23	21	19	18	17	16	15	13	10	9	9
	44	40	37	35	33	31	30	30	30	30	30
	63	58	54	51	49	49	49	49	49	49	49
	81	75	70	67	67	67	67	67	67	67	67
	98	91	86	85	84	84	84	84	84	84	84
	114	107	104	102	101	100	100	100	100	100	100
	130	125	121	119	117	116	116	116	116	116	116
	148	142	138	135	134	134	134	134	134	134	134
	165	159	154	152	151	151	151	151	151	151	151
	182	175	171	169	168	168	168	168	168	168	168

II этап. Безусловная оптимизация

В начале исследуемого десятилетнего периода возраст оборудования составляет 3 года. Находим в таблице на пересечении строки и столбца  = 3 значение максимальной прибыли -  = 169. Найдем теперь оптимальную политику, обеспечивающую эту прибыль. Значение 169 записано слева от жирной черты в области «политик сохранения». Это означает, что в начале первого года принимается решение о сохранении оборудования. К началу второго года возраст оборудования 3 + 1 = 4 года. Расположенная на пересечении строки и столбца  = 4 клетка находится слева от жирной черты, следовательно, и второй год нужно работать на имеющемся оборудовании. К началу третьего года возраст оборудования 4 + 1 = 5 лет. Расположенная на пересечении строки и столбца  = 5 клетка находится справа от черты, в области «политик замены», следовательно, в начале третьего года следует заменить оборудование. К началу четвертого года возраст оборудования составит один год. Расположенная на пересечении строки и столбца  = 1 клетка находится слева от черты, следовательно, четвертый год следует работать на имеющемся оборудовании. Продолжая рассуждать таким образом, последовательно находим  = 104,  = 85,  = 67,  = 58,  = 37,  = 18.

Цепь решений безусловной оптимизации можно изобразить символически следующим образом:

.

Итак, на оборудовании возраста 3 года следует работать
2 года, затем произвести замену оборудования, на новом оборудовании работать 3-й, 4-й, 5-й и 6-й годы, после чего произвести замену оборудования и на следующем оборудовании работать 7-й, 8-й, 9-й и 10-й годы планового периода. При этом прибыль будет максимальной и составит  = 169 ден. ед.

< Предыдущая		Следующая >