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UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE ESMERALDAS, REPÚBLICA DEL ECUADOR. FACULTAD DE INGENIERÍA Y TECNOLOGÍAS INTRODUCCIÓN A LAINVESTIGACIÓN OPERATIVA LIBRO Elaborado por: Lic. Ramón Rodríguez Betancourt, Ph D 2 Lic. Josué Imbert Tamayo Ph D Octubre del 2015

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UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES”

DE ESMERALDAS, REPÚBLICA DEL ECUADOR.

FACULTAD DE INGENIERÍA Y TECNOLOGÍAS

INTRODUCCIÓN A LAINVESTIGACIÓN OPERATIVA

LIBRO

Elaborado por: Lic. Ramón Rodríguez Betancourt, Ph D2

Lic. Josué Imbert Tamayo Ph D

Octubre del 2015

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2

ÍNDICE

Páginas

I. Introducción a la Programación Lineal……………………………..6

II. Planteamientos de Problemas………………………………………..10

III. Métodos de solución……………………………………………………67

IV. Programas Computacionales. Análisis de la Solución Óptima…92

V. Programación Reticular………………………………………………111

VI. Bibliografía………………………………………………………………147

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3

Sobre los autores

Rodríguez Betancourt, Ramón. Graduado de Licenciado en Economía en el año 1966.

Tiene 49 años impartiendo docencia de pregrado y postgrado en materia de Matemática

para economistas, Técnicas de optimización y Técnicas Econométricas. Doctor en

Ciencias Económicas en 1975 en la Universidad de San Petersburgo. Doctor en

Ciencias 1985 en la Universidad Estatal de San Petersburgo. Profesor titular. Tiene

más de 55 publicaciones nacionales e internacionales, entre ellas, cuatro libros de

textos publicados, que incluyen Algebra Lineal, Técnicas Econométricas y Técnicas de

optimización, Ha dirigido once tesis de doctorado y más de treinta trabajos de diplomas.

Ha participado en numerosos eventos científicos nacionales e internacionales. Ha sido

Decano de la Facultad de Ciencias Económicas y Empresariales de la Universidad de

Oriente durante 12 años. Ha impartido numerosos cursos de postgrado en Cuba y en el

extranjero en materia de optimización, incluyendo una maestría en México. Ha sido

nominado tres veces consecutiva al premio nacional de Economía. Actualmente es

miembro del Centro de Estudios de Investigaciones Económicas Aplicadas de la

Facultad de Ciencias Económicas y Empresariales de la Universidad de Oriente.

Miembro del Consejo Científico de la Universidad de Oriente y de la Facultad de

Ciencias Económicas y Empresariales. Actualmente es profesor invitado de la Facultad

de Ingeniería y Tecnología de la Universidad “Luis Vargas Torres” de la provincia de

Esmeraldas, República de Ecuador.

Imbert Tamayo, Josué.Licenciado en Economía graduado en 1968, Tiene 46 años

impartiendo docencia de pregrado y postgrado en materia de matemática para

economistay, Técnicas de optimización. Doctor en Ciencias Económicas en 1988 en la

Universidad de San Petersburgo. Cuenta con numerosas publicaciones de carácter

nacional e internacional. Parte de estas publicaciones son orientadas a la gestión

empresarial, es miembro del Consejo Científico de la Facultad de Ciencias Económicas

de la Universidad de Oriente.Ha sido tutor de una tesis de doctorado, dos tesis de

maestría y más de treinta trabajos de diploma. Ha prestado colaboración internacional

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en México en la Universidad Autónoma de Zacatecas en las Facultades de Economía y

Vinculo Universidad dondedirigió cuatro tesis de maestría. Actualmente presta servicios

en el Departamento de Métodos Matemáticos y Computación Facultad de Ciencias

Económicas y Empresariales de la Universidad de Oriente como profesor titular.

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5

INTRODUCCIÓN

Las técnicas de optimización, conjuntamente con los sistemas informáticos, se han

convertido en una poderosa herramienta para el diagnóstico y solución de múltiples

problemas complejos, presentes en las ciencias de la administración, y las ingenierías

convirtiéndose en elemento decisivo para la toma de decisiones.

Para la utilización de esta herramienta es necesario conocer su metodología científica,

así como poseer conocimientos mínimos de Matemáticas, Estadística Matemática y en

especial de Álgebra Lineal.

El objetivo fundamental de esta publicación es brindar a los estudiantes de pregrado de

las carreras de la Facultad de Ingeniería y Tecnología FIT de la Universidad “Luis

Vargas Torres” de la provincia de Esmeraldas, República del Ecuador un material

práctico que incida en la creación de habilidades para identificar los diferentes enfoques

potenciales donde encuentran campo de aplicación las Técnicas de Optimización, la

utilización de la metodología científica, hasta la introducción de los resultados

obtenidos en la práctica social, los métodos de solución y los sistemas informáticos

profesionales asociados a ellos.

La Programación Lineal es una de las más importantes técnicas cuantitativas, tanto por

los resultados que pueden obtenerse con ella, como por las derivaciones que

posteriormente han surgido, tales como la Programación en Enteros, la Programación

por Objetivos o las soluciones que pueden implementarse en las técnicas PERT y otras.

En este caso el enfoque se ha orientado hacia los estudiantes que reciben esta

disciplina, en las ingenierías, con el objetivo de facilitar su estudio y comprensión y que

además cuenten con un material de estudio, que permita complementar las clases del

profesor y la obtención de buenos resultados finales. Se ha elaborado tomando como

base la experiencia del profesor en la impartición de esta asignatura en el 8vo. ciclo de

la carrera de ingeniería mecánica, pero puede ser generalizada a otras carreras de la

UTL-VT. En la medidasuutilización por los estudiantes se irá perfeccionando hasta

lograr que cumplimente tanto sus expectativas como la delprofesor.

El folleto comienza con la metodología de la investigación de operaciones

posteriormente se enfoca el problema general de la programación lineal, planteamientos

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6

de problemas los métodos utilizados para su solución, sistemas informáticos más

utilizados. Posteriormente se enfoca la Programación Reticular y por último la

bibliografía.

I.INTRODUCCIÓN A LA PROGRAMACIÓN LINEAL

Las Técnicas de Investigación de Operaciones aparecen en los años 50, a partir de

entonces comienza a desarrollarse la metodología para su utilización. Sus

antecedentes se localizan en las investigaciones de Isaac Newton, GeorgeDantzing,

Charnes y Cooper, Ackoff, Churchman y Zimmerman.

Esta metodología se sustenta en los siguientes supuestos:

alternativa en las decisiones;

posibilidades de crear una base informática;

posibilidades mínimas de poder aplicar los resultados.

En este proceso existe una secuencia de pasos para llegar a la obtención de los

objetivos propuestos:

observación e identificación del problema;

formulación general;

construcción del modelo;

generación de una solución;

prueba y evaluación de la solución;

implantación;

perfeccionamiento y desarrollo.

No es conveniente saltar ningún paso.

Observación

Se analiza el fenómeno como tal, las interrelaciones que tiene, las posibles variables, el

sistema organizativo bajo el cual se encuentra el fenómeno, se escuchan los criterios de

expertos, se analiza el cumplimiento de las premisas fundamentales de las técnicas de

optimización, que son:

Alternativa de decisión.

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7

Condiciones de linealidad o no.

Mínimas condiciones organizativas.

Se define conceptualmente cuál es el problema a resolver, se enuncian los objetivos y

se establecen hipótesis, se consulta la bibliografía especializada. Se realizan contactos

inter-especialistas y por último se elabora una ficha con un pequeño historial, resumen

de toda la observación realizada.

Formulación General del Problema

Es un problema secuencial, se empieza con una formulación inicial basado en lo

anterior y se perfecciona en la medida en que se plantea el problema y se obtienen las

primeras soluciones. Muchas veces el análisis del resultado incide en la formulación.

Ésta tiene dos aspectos: general y concreto.

La formulación general se utiliza en publicaciones científicas, en ponencias y eventos.

Un ejemplo de formulación concreta son los estudios de casos y los informes de tesis,

así como los informes ejecutivos que se entregan a los directivos de empresas una vez

culminado el trabajo.

La formulación del problema consta de los siguientes aspectos:

a) Fenómeno que se aborda.

b) Lugar y tiempo.

c) Pequeña descripción de lo que se quiere lograr.

d) Posibilidades de obtener la información y de solucionar el problema.

e) Los objetivos principales y secundarios

Planteamiento Matemático

Es una respuesta a la formulación del problema

I) Planteamiento Matemático General.

El planteamiento matemático general consta de índices, variables, parámetros,

restricciones y función objetiva.

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Este planteamiento se utiliza en publicaciones, eventos o cuando se tiene una idea de

cómo se podrá modelar un fenómeno dado. El aspecto de las variables, restricciones y

función objetivo se trata bajo los mismos lineamientos del planteamiento concreto de

trabajo.

Los parámetros se definen con la misma rigurosidad que las variables (cualitativa y

cuantitativamente y tiempo). Los índices reflejan las diferentes combinaciones que se

pueden dar con las variables.

II) Planteamiento Matemático.

Se utiliza en el proceso de aplicación y al igual que la formulación es secuencial puede

ser corregido o perfeccionado cuándo se tiene la solución del problema.

Consta de tres momentos:

a) Definición de lasvariables. - Puede hacerse una a una o de forma general (si la

cantidad de variables a definir es grande), y a su vez incluye tres aspectos:

- aspecto cualitativo: ¿qué es la variable?

- aspecto cuantitativo: ¿en qué unidad se mide?

- definición temporal: ¿qué período de tiempo abarca?

Las variables representan el elemento incógnito en el problema.

Este momento es esencial en el planteamiento del problema, pues una mala definición

de las variables repercute en la solución y proporciona un disparate.

b) Planteamiento de las restricciones. – Lo fundamental de este paso es cuidar la

homogeneidad que debe existir entre el término de la derecha y la expresión de la

izquierda, la cual está compuesta por varios elementos, los que deben ser

homogéneos, para que al sumarse permita una lógica comparación.

En este sentido el signo de la restricción es un aspecto clave. Si se desea que la suma

de la expresión de la izquierda sea como mínimo el valor de la derecha, el signo será

mayor o igual, también se utiliza el menor o igual si se desea que la expresión de la

izquierda sea cuando más el valor de la derecha. Si se aspira a que sean exactamente

iguales se utilizará el símbolo de igualdad.

c) Planteamiento de la función objetiva. – Debe reflejar de una forma clara el objetivo

del problema. Si es máximo o si es mínimo en muchos casos su planteamiento es

relativamente fácil, en otros se llega a través de una secuencia de expresiones

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algebraicas que finalmente deben hacerse corresponder con el objetivo deseado. En

ocasiones, la función objetiva se plantea en forma ponderada de una variable y

haciendo caso omiso del valor numérico encontrado al final.

Solución, análisis y corrección de resultados

Teniendo en cuenta el desarrollo de los sistemas informáticos, es posible acceder

fácilmente a softwares profesionales para dar solución a los modelos matemáticos

diseñados. De igual manera, diseñar sistemas informáticos especiales es otra práctica

común en estos tiempos. En este sentido, este punto se ha ido por encima de la

formulación y del planteamiento. Una vez obtenida la solución se requiere hacer

determinadas comprobaciones que confirmen los resultados. Estas comprobaciones

repercuten en la formulación y planteamiento del problema y en la verificación de los

parámetros utilizados, los cuales ya han sido determinados previamente mediante una

base informática preestablecida, es decir; mediante la estadística o los criterios de un

experto incluso mediante las técnicas borrosas.

La solución de un problema no debe ser comentada hasta tanto no se haya verificado la

validez y adaptación al campo de aplicación, en caso contrario esto puede ser

perjudicial en la introducción de los resultados.

Validación

En la práctica se lleva a cabo mediante los juegos de implementación definidos en la

Teoría de Lewin - Shein1. Estos juegos se desarrollan simulando algunos de los

componentes del sistema bajo estudio, y utilizando como herramienta de simulación los

resultados obtenidos (Juego; proceso simulador de resultado).

1Teoría expuesta en el libro “Modelos Cuantitativos para la administración” de Roscoe, Davis; Mckeown,

Patric. University of Georgia. Grupo Editorial Iberoamericano. 1991

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Introducción de resultados

La introducción implica la estrategia o acción en el sistema que ha sido modelado y que

va a tener en cuenta los resultados obtenidos. Claro que la dinámica productiva muchas

veces en muy rápida pero para introducir los resultados en la práctica se hacen

necesario su seguimiento de manera que se pueda corregir cualquier alteración que

surja en el proceso.

II. PLANTEAMIENTOS DE PROBLEMAS

Objetivo

Al finalizar el estudio del tema, el estudiante deberá

Como se desprende de los objetivos enunciados anteriormente, inicialmente se dará un

conjunto de definiciones y conceptos que resultarán muy útiles no solo para la

asignatura como tal, sino para otras asignaturas de la carrera.

Construcción de modelos de programación lineal En el presente capitulo, se estudiarán algunos aspectos básicos necesarios para

familiarizarse con la construcción de los modelos y luego se examinarán numerosos

ejemplos representativos de diversas situaciones que pueden darse en diferentes

contextos.

Un paso importante en la formulación de modelos consistirá en la identificación de las

restricciones. Las restricciones pueden considerarse como limitantes del conjunto de

decisiones permisibles. Algunos ejemplos específicos de restricciones en problemas de

administración pueden ser:

*Ser capaz de formular modelos de programación lineal, es decir, de

hacer la traducción del problema del mundo real al modelo cuantitativo,

como paso importante en la utilización de la optimización lineal como

instrumento en la actividad empresarial.

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Un gerente de una empresa industrial tiene sus decisiones limitadas por la

disponibilidad de recursos materiales y humanos, la capacidad de los equipos, la

tecnología disponible, los contratos ya efectuados, etc.

El gerente responsable de las finanzas de una corporación tiene cierta cantidad de

capital para inversiones. Sus decisiones están limitadas por el monto de este capital,

las normativas de la empresa y la legislación vigente.

La asignación de personal y la programación de los vuelos en una empresa aérea

están restringidos por las necesidades de mantenimiento y el número de empleados

disponibles.

La administración de una empresa agropecuaria tiene limitadas sus decisiones por la

cantidad de tierra, el agua disponible para riego, la cantidad de maquinaria, la calidad

de la semilla, así como por las condiciones de suelo, clima, etc. existentes en el

agroecosubsistema dado.

En un ambiente de toma de decisiones, una limitante o restricción sobre las decisiones

posibles, es una cuestión que reviste singular importancia.

En una gran cantidad de casos, las restricciones pueden considerarse que son de dos

tipos: limitaciones o requerimientos. Veamos en que consiste la diferencia entre ellas

valiéndonos de los tipos de restricción enunciadas arriba.

Las decisiones del gerente industrial están restringidas por las limitaciones en la

capacidad de los equipos y la tecnología y por los requerimientos establecidos en los

contratos realizados y que deben ser cubiertos.

En la primera restricción el gerente de finanzas está restringido en su actuación por las

limitaciones de capital y por los requerimientos de la empresa y la legislación.

La dirección de la aerolínea está restringida en sus decisiones por el requerimiento de

que toda tripulación debe permanecer en tierra, por lo menos 24 horas entre vuelos.

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La administración de la empresa agropecuaria está restringida en sus decisiones por las

limitaciones en la cantidad de tierra, el agua disponible y los demás recursos y por los

requerimientos del autoconsumo animal y humano.

Utilizando los ejemplos anteriores se puede decir que el gerente financiero de la

empresa puede querer maximizar los ingresos provenientes de la inversión, el gerente

de producción de la misma empresa puede desear satisfacer la demanda con un

mínimo costo de producción, la dirección de la empresa aérea puede desear encontrar

un plan de asignación de personal que le permita un costo mínimo y el empresario

agrícola desea producir con costos mínimos o con una ganancia máxima.

De lo anterior se infiere que, en estos ejemplos, el responsable (o los responsables) de

tomar las decisiones tienen alguna cantidad que desean maximizar (ingresos,

rendimiento o la eficiencia) o minimizar (costo, tiempo, distancia). A esta cantidad se le

denomina como función objetivoo función criterio.

O sea que la PL proporciona un modelo de toma de decisiones restringidas. Este es el

tipo de modelo que ha resultado más útil en las aplicaciones prácticas, existiendo miles

de problemas de decisión de tipo empresarial, social o militar en los que ha tenido éxito

su aplicación. En lo que sigue, se examinará un conjunto de formulaciones de

problemas en los que están implicados procesos de toma de decisiones empresariales

y el análisis realizado para la construcción del modelo correspondiente. Más adelante

se explicarán los métodos para resolver esos modelos y el análisis de los resultados

obtenidos.

Ejemplo 1. Programación de la producción La empresa constructora de equipos pesados Equipesa tiene programada la producción

de dos líneas de equipos: cargadores frontales destinados fundamentalmente a la

construcción y equipos zanjeadoras que se destinan principalmente a las empresas

Todo problema de Programación Lineal tiene dos partes importantes:

un conjunto de restricciones y una función objetivo que se desea

maximizar o minimizar.

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agropecuarias. Ambos equipos tienen un amplio mercado, tanto dentro del país como

en el exterior y se garantiza la venta de todos los que la empresa pueda producir en el

semestre. A diferencia de otros productos que elabora la Empresa, estos dos utilizan las

capacidades de los Departamentos y brigadas de operarios. La administración desea

conocer cuál es la combinación de productos de cada tipo que debería producir.

En el proceso de toma de decisiones, los principales factores a considerar son los

siguientes:

1. Equipesa tendrá una utilidad de $ 5000 por cada cargador que se venda y de $4000

por cada zanjeadoras.

2. Cada equipo pasa por operaciones mecánicas tanto en el Departamento A como en

el Departamento B.

3.Para la producción del próximo mes, estos dos departamentos tienen disponible 150 y

160 horas, respectivamente. Cada cargador consume 10 horas de operación mecánica

en el Departamento A y 14 horas en el Departamento B, mientras que cada zanjeadoras

consume 15 horas en el Departamento A y 10 horas en el B. Estos datos se resumen

en cuadro siguiente:

Datos de la programación mensual

Departamento

Horas/ cargador

Horas/ zanjeadoras

Total horas disponibles

A 10 15 150

B 14 10 160

4. Como la empresa tiene intenciones de incursionar el comercio exterior, por ello

quiere cumplir con las normas de calidad vigentes en ese contexto. Con el objetivo

de cumplir las disposiciones de control de calidad, el total de horas de trabajo que se

dedicarán a la comprobación del acabado de los productos terminados, no puede ser

menor de 135. Esta comprobación se realiza en un tercer departamento que no tiene

relación con las actividades de los departamentos A y B. Cada cargador requiere 18

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horas de comprobación y cada zanjeadoras, 10. Estos datos se dan en el cuadro

siguiente:

Datos de la comprobación de equipos

Horas/ Cargador

Horas/Zanjeadoras Horas requeridas

Horas de comprobación

18 10 135

5. Con el objetivo de mantener su posición actual en el mercado, la dirección de

Equipesa ha determinado que la política de producción más conveniente, es construir

al menos una zanjeadoraspor cada tres cargadores frontales.

6. Un Complejo Agroindustrial arrocero ha ordenado un total de por lo menos cinco

máquinas (en cualquier combinación de cargadores o zanjeadoras) para el próximo

mes, así que por lo menos debe producirse esa cantidad.

Dado el anterior conjunto de factores, el problema de la administración es decidir

cuantos cargadores y cuantas zanjeadoras debe producir el próximo mes. En otros

términos, busca determinar la combinación óptima de producción, también denominado

plan óptimo de producción. El propósito siguiente será mostrar cómo se puede expresar

este problema como modelo matemático, en particular como un modelo lineal. Para ello,

se deberán identificar las restricciones y la función objetivo.

Conjunto de restricciones El paso inicial para la elaboración de las restricciones consiste en realizar la definición

de cuáles son las incógnitas cuyo valor debemos encontrar. Podemos definir como

X = número de cargadores a producir

Y = número de zanjeadoras a producir

Total, de horas disponibles en el Departamento A = 10 (No. de cargadores) + 15 (No. de

zanjeadoras)

Sustituyendo las variables definidas arriba en la igualdad anterior tendremos:

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Total, de horas disponibles en el Departamento A = 10X + 15Y y como, de acuerdo al cuadro dado en el punto 3 de la formulación del problema, el

número máximo de horas disponible en el departamento A es 150, las incógnitas X y

Y deben satisfacer la condición (o sea, la restricción)

10 X + 15 Y 150 (1)

Esta es la restricción de horas disponibles en el departamento A. El símbolo significa

menor que o igual a y la condición anterior se llama restricción de desigualdad. El

número 150 se llama segundomiembro de la desigualdad. El primer miembro de la

desigualdad depende claramente de las incógnitas X y Yy se llama función de

restricción. Esta desigualdad matemática es una forma simbólica sintética para

establecer la restricción de que el número total de horas empleadas en el departamento

A para producir X cantidad de cargadores y Y cantidad de zanjeadoras no debe exceder

las 150 horas disponibles.

En el cuadro del punto 3 vemos que cada cargador producido empleará 14 horas de

trabajo en el departamento B y que cada zanjeadoras empleará 10. Como no hay más

de 160 horas disponibles en este departamento, los valores de X y Y deben satisfacer

también la desigualdad

14 X + 10 Y 160 (2) Las restricciones (1) y (2) representan dos de las restricciones del problema estudiado. En el conjunto de factores que debían considerarse se indica que se debe utilizar un

número mínimo de horas en la verificación de los productos terminados y que este

número mínimo de horas total del departamento se determinó como 135. De esta

manera tenemos que

18 X + 10 Y 135 (3)

El símbolo significa mayor que o igual a y la condición (3) se llama también

restricción de desigualdad. Nótese que la condición (3) es una desigualdad

matemática del tipo (un requerimiento) que difiere de las condiciones (1) y (2) que

son desigualdades matemáticas del tipo (limitaciones).

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Otra restricción es que se debe producir al menos una zanjeadoras por cada tres

cargadores. Esto se puede escribir como una proporción

1

3

Y

X

Resolviendo por multiplicación cruzada esta expresión quedará como

X 3Y

Pasando el término de la derecha para la izquierda se tendrá la restricción que se busca

X - 3Y 0 (4)

Obsérvese que se han llevado todas las variables para el primer término. Más adelante

se verá que esto es siempre conveniente para poder comenzar el proceso de solución

de un problema de optimización.

El último factor a tener consideración fue dado como que se deben producir por lo

menos 5 unidades en el próximo mes, en cualquier combinación. O sea, se establece

que

X + Y 5 (5) Se tienen así especificadas en forma matemática las cinco restricciones de

desigualdades asociadas al problema de producción de la empresa Equipesa. Y

finalmente, como carece de sentido producir cantidades negativas de X y Y, se deben

incluir las dos condiciones siguientes:

X 0, Y 0 (6) Las condiciones (6) exigenque los valores de X y Y sean no negativos y se denominan

como condiciones de no negatividad. En este punto debe recordarse la diferencia entre

el término no negativo y positivo. Nótese que “no negativo” admite que el valor pueda

ser cero, pero el término “positivo” lo descarta.

Como se deduce de la formulación del problema, la elección de valores para el par X y

Y se llama decisión; por ello a X y Y se les denomina como variables de decisión (son

cantidades que controla la administración). Está claro en este problema que una

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decisión significará elegir una combinación de valores o sea una producción mixta. Por

ejemplo, X = 6 y Y = 5 significa la decisión de producir seis cargadores y 5 zanjeadoras.

El problema es que algunas decisiones no negativas pueden cumplir con el conjunto de

restricciones (1) a (5) pero otras no. Como se observa, la decisión X = 6 yY = 5

satisface las restricciones (1), (2), (3) y (5) pero viola la restricción (4). Esto puede

comprobarse sustituyendo X = 6 y Y = 5 en las restricciones y evaluando los resultados,

como sigue:

Restricción 1

10 X + 15 Y 150

10 (6) + 15 (5) 150

135 150 y la restricción se cumple para este par de valores.

Restricción 2

14 X + 10 Y 160

14 (6) + 10 (5) 160

134 160 y la restricción se cumple para este par de valores. Esto mismo puede hacerse para el resto de las restricciones. Se sugiere al lector que

compruebe que para el par de valores X = 7 y Y = 2 todas las restricciones se

satisfacen.

La decisión X = 6 y Y = 5 no es permisible, puesto que como se vio, no se cumple con

la proporción que debe existir entre las variables de 3 a 1. De los infinitos pares de

valores de X y Y no negativos, algunos de estos pares o decisiones violan por lo menos

una de las restricciones y otros las satisfacen. En un modelo como el que estudiamos

solamente son admisibles las decisiones no negativas que satisfagan todas las

restricciones. Estas decisiones se denominan como decisiones factibles o posibles y

son precisamente estas las que pueden tomarse en cuenta.

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Función objetivo

Ahora la cuestión consiste en decidir, dentro de todas las decisiones factibles o

posibles, cual es la mejor, desde el punto de vista del objetivo específico del problema.

La gerencia general de Equipesa ha planteado dentro de los factores a considerar en la

formulación del problema, que su objetivo específico es maximizar las utilidades totales.

Supóngase que la utilidad total está dada por el símbolo Z.

De esta manera, el objetivo será maximizar la relación siguiente:

Utilidad total = utilidad por producir X cargadores + utilidad por producir Y zanjeadoras

Como sabemos, la utilidad por cada cargador es 5000 pesos y 4000 por cada

zanjeadoras.

Sustituyendo en la igualdad planteada tenemos Z = 5000 X + 4000 Y Y como se quiere maximizar la utilidad total, entonces el objetivo será Maximizar Z = 5000 X + 4000 Y De todas las infinitas decisiones (soluciones posibles) que satisfacen las restricciones,

la que dé el mayor valor de Z o sea la mayor utilidad, será lasolución óptima del

problema planteado. O sea que la decisión buscada será aquella que maximice la

utilidad total relativa al conjunto de todas las decisiones posibles y a tal decisión se le

denomina solución óptima. Y como la utilidad total Z es una función de las variables X y

Y, se denomina a esta función como función objetivo.

Modelo completo del problema Obsérvese como a partir de una descripción verbal de un problema del mundo real se

ha llegado a un

modelo matemático completo con función objetivo y restricciones. El modelo completo

será

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19

Nótese que en este problema tanto las restricciones, como la función objetivo son

funciones lineales de las variables de decisión. Como se recordará, la gráfica de una

función lineal de dos variables es una línea recta.

Guía para la formulación de modelos En lo que sigue se dará un conjunto de recomendaciones útiles para el aprendizaje del

lector en el proceso de desarrollar el planteamiento matemático a partir de la

formulación verbal de los modelos. Estas recomendaciones serán útiles por lo menos

en una etapa inicial pues, cuando se adquiere la habilidad necesaria, es posible

realizarlos de manera más directa. Los primeros pasos serán los siguientes:

Max Z = 5000 X + 4000 Y función objetivo

sujeto a:

10 X + 15 Y 150 Disponibilidad en horas del

departamento A

14 X + 10 Y 160 Disponibilidad en horas del

departamento B

18 X + 10 Y 135 horas de comprobación o chequeo de la

calidad

X - 3Y 0 proporción entre productos

X + Y 5 producción combinada requerida

X , Y 0condición de no negatividad

El éxito de la Programación Lineal y su efectividad en las aplicaciones,

se deriva de la eficacia de las matemáticas lineales y del hecho evidente

de que los modelos matemáticos lineales pueden ser rápidamente

comprendidos y utilizados en situaciones reales por los dirigentes

administrativos con poco o incluso, sin entrenamiento en matemáticas

superiores.

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En el proceso de construcción de un modelo de PL reviste particular importancia la

definición clara y precisa de las variables de decisión. Es frecuente que estas puedan

ser definidas a partir de una lectura cuidadosa del enunciado del problema. Además, en

muchas ocasiones el estudiante tiende a confundir las variables con los parámetros del

problema. Es importante que el alumno lea bien cual es el objetivo que se quiere

alcanzar y a partir de esto, analice que tipo de solución debe lograrse para que ese

objetivo sea cumplido. En el caso del problema cuyo modelo se ejemplificó arriba, el

objetivo consistía en alcanzar el máximo posible de utilidad. Para lograr esto, sería

necesario determinar el plan de producción que daría lugar a esa utilidad máxima. Y

ese plan no es otra cosa que el número de cargadores frontales y zanjeadoras a

producir en el periodo señalado.

Una vez dados los pasos anteriores, es necesario decidir la notación simbólica de las

variables. Habitualmente se utilizan para ello las últimas letras del alfabeto, x, y, z, w,

etc. También se utiliza alguna letra con subíndice como x1, x2, etc.

Posteriormente siga los pasos siguientes:

En esta etapa es muy importante comprobar el trabajo para ver si las unidades son

consistentes, es decir, realizar lo que habitualmente se conoce como análisis

dimensional. Por ejemplo, si los coeficientes de la función objetivo están dados en

1. Describir verbalmente las variables de decisión.

7. Expresar cada restricción en palabras; al hacer esto, ponga atención

cuidadosa en si la restricción es un requerimiento de la forma (al

menos tan grande como), una limitación (no mayor que) , ó =

(exactamente igual a).

3. Expresar el objetivo en palabras.

4. Represente las restricciones mediante símbolos, es decir, en términos de

las variables de decisión y sus correspondientes coeficientes.

5. Represente la función objetivo en símbolos o sea, en términos de las

variables de decisión y sus correspondientes coeficientes.

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pesos por kilogramo, las variables de decisión que aparezcan en la función objetivo

deben estar dadas en kilogramos, no en toneladas o libras.

Análogamente, compruebe que para cada restricción, las unidades del segundo

miembro son las mismas que las del primero. Por ejemplo, si una de las restricciones

es una limitante de la forma y el segundo miembro significa horas de trabajo de los

operarios, el primer miembro en su conjunto, debe significar también horas de trabajo

de los operarios. Si las variables de decisión son kilogramos, los coeficientes numéricos

de cada variable de decisión del primer miembro de la restricción deberán ser horas de

trabajo por kilogramo de producto. Dicho de otra forma, no se puede tener horas en un

lado de la restricción y minutos o segundos, o libras o toneladas en el otro lado.

De lo anterior se desprende que debe ser posible sumar todos los términos que

aparecen en el miembro izquierdo de la restricción, o sea que deben ser aditivos. Por

otra parte, cuando se vaya a proceder a la solución de un problema de PL, no deben

aparecer variables en la parte derecha de la restricción, ni variables como

denominadores de una fracción.

Hay otro aspecto en la formulación que es conveniente esclarecer. Hemos visto que las

restricciones de desigualdad son de la forma ó . El lector debe tener en cuenta

que los problemas de programación lineal no admiten signos de desigualdad estricta

como < ó >.

Los problemas de PL pueden ser divididos en dos grandes grupos: problemas de un

solo periodo o problemas de varios periodos. Los primeros son aquellos en los que el

modelo se utiliza para describir una situación en un punto o intervalo fijo de tiempo, y en

el cual las condiciones del problema permanecen constantes. La decisión o curso de

acción óptimo para estos problemas se determina sin tener en cuenta el curso de

acción que se siguió o seguirá en periodos anteriores o posteriores. En este caso se

buscará una solución óptima para un periodo fijo.

Sin embargo, en la práctica real surgen numerosas situaciones en las que la gerencia

debe tener en cuenta los cambios que pueden surgir en periodo futuros. Por ejemplo,

Page 22: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

22

tendencias en la demanda, variaciones en los precios, variaciones en los costos

producto de la inflación, variaciones de tipo estacional, etc. que podrían afectar la forma

en que la empresa debe actuar en el presente. Algunos autores plantean que este tipo

de problema puede resolverse como una serie de subproblemas que pueden ser

considerados como problemas de un solo periodo cada uno de ellos. Sin embargo, por

esta vía puede llegarse a una suboptimización, ya que la suma de las soluciones

óptimas de cada período, resultaría inferior a la solución óptima que se alcanzaría

considerando todos los subperíodos como un todo.

Problemas de un solo periodo

Analicemos ahora algunos ejemplos del primer tipo de situación, o sea problemas de

tipo estático.

La aplicación mas corriente de la PL es en los denominados problemas de asignación

de recursos o sea, problemas en los que existen recursos limitados y se busca la mejor

utilización de ellos. A esta categoría pertenece el ejemplo 2.

Nota: En el problema que se expone a continuación se desarrollan restricciones que

son típicas de los problemas de PL. Se recomienda que el alumno analice bien los

principios seguidos para su construcción.

Ejemplo 2. Programación de la producción La empresa fabricante de productos lácteos “La Vaquita” produce un variado surtido de

estos. A los fines de simplificar la explicación del problema, consideraremos dos de

estos productos: leche condensada y leche evaporada. El proceso de producción de

ambos tipos de leche se realiza en cuatro departamentos: A, B, C y D. La dirección de

la empresa desea determinar cual debe ser el surtido de producción diario de estos dos

productos de manera que se maximice el valor de la producción diaria. Las cantidades a

producir de estos dos productos están sujetas a las siguientes consideraciones:

Page 23: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

23

Consideraciones 1. Existen dos departamentos (A y B) en los que se producen ambos productos y las

capacidades están medidas de la siguiente forma: en el A, si solo se produce leche

condensada la capacidad es de 50 toneladas diarias y si solo se produjera leche

evaporada, la capacidad asciende a 75 toneladas diarias.

2. El departamento B tiene las mismas características que el A y las capacidades son

de 60 toneladas de leche condensada o 65 toneladas de leche evaporada.

3. En el departamento C solo se procesa leche condensada y su capacidad es de 40

toneladas diarias, mientras que en el departamento D solo se procesa leche

evaporada y su capacidad asciende a 45 toneladas diarias.

4. La materia prima fundamental para la fabricación de ambos tipos de leche, es la

leche fresca. El consumo de leche fresca en la producción de leche condensada y

evaporada es de 0.7 y 1.3 toneladas respectivamente por tonelada de producto

terminado. La cantidad de leche disponible en la fábrica diariamente es de 65

toneladas.

5. A ambos tipos de leche se le adiciona vitamina D. Esta vitamina se les adiciona

mediante un granulado que la contiene en una proporción de 5.5 y 7.5 kilogramos de

granulado por tonelada de producto terminado, siendo su disponibilidad de 2.475

toneladas diarias.

6. El producto terminado se vende al precio de $ 200 y $ 300 la tonelada. Construcción del modelo

Definición de las variables y construcción del sistema de restricciones

De acuerdo a los pasos dados en la guía en primer lugar será necesario identificar las

variables cuyos valores constituirán la decisión a tomar por la gerencia de la empresa.

En este caso esas variables estarándadas por:

x1: toneladas de leche condensada a producir diariamente

x2: toneladas de leche evaporada a producir diariamente

Page 24: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

24

a partir de esta definición pueden construirse las restricciones del problema. 1. Capacidad del departamento A En este punto vemos que esta capacidad esta dada por limites en la producción de uno

u otro artículo en este departamento. En este tipo de restricción es necesario considerar

que la capacidad total del departamento, en cualquier tipo de producto equivale al 100

%. Una tonelada de leche condensada utilizará 150 de la capacidad total del

departamento y una tonelada de leche evaporada utilizará 175 de la capacidad total

del departamento. Esto podría escribirse literalmente así:

(Parte de la capacidad total utilizada por una tonelada de leche condensada)(Número

de toneladas de leche condensada a producir) + (Parte de la capacidad total utilizada

por una tonelada de leche evaporada)( Número de toneladas de leche condensada a

producir) Capacidad total disponible

En términos matemáticos se tendrá la restricción

1 75

2x

50

1x

2) Capacidad del departamento B La formulación de la situación de este departamento está expresada en forma similar a

la del departamento A. Siguiendo el mismo razonamiento aplicado allí, tenemos que la

restricción correspondiente será

1 652x

601x

3) Capacidad del departamento C En este departamento solo se trabaja sobre la leche condensada, teniendo una

capacidad límite de 400 toneladas. Literalmente esto se escribiría así

Número de toneladas de leche condensada a producir Capacidad total

disponible

Page 25: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

25

En términos matemáticos tenemos:

x1 40

4. Capacidad del departamento D Este departamento tiene las mismas características del C, y por el mismo procedimiento

se llega a la restricción

x2 45 5.Disponibilidad de leche fresca. En este caso se plantea la siguiente desigualdad verbal (Toneladas de leche fresca necesarias para elaborar una tonelada de leche

condensada) (No. de toneladas a elaborar de leche condensada) + (Toneladas de leche

fresca necesarias para elaborar una tonelada de leche evaporada) (No. de toneladas a

elaborar de leche evaporada) Total de leche fresca disponible.

Escribiendo en forma simbólica la desigualdad anterior se tiene:

0.7 x1 + 1.3 x2 65

6. Disponibilidad de vitamina D Esta restricción tiene la misma forma que la anterior y puede escribirse como:

5.5 x1 + 7.5 x2 2 4 75

7. No negatividad:

x1, x2 0 Construcción de la función objetivo El objetivo planteado por la gerencia es maximizar el valor de las ventas de la

producción conjunta de los dos productos. En este caso podemos plantear que:

Valor de las ventas = (Precio de venta de una tonelada de leche condensada)(número

de toneladas de leche condensada a elaborar) + (precio de venta de una tonelada de

leche evaporada) (número de toneladas de leche evaporada a elaborar).

En términos matemáticos se escribirá:

Page 26: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

26

Z = 200 x1 + 300 x2

y como lo que se quiere alcanzar es el valor máximo posible de Z , entonces se

escribirá:

max Z = 200 x1 + 300 x2 El modelo económico matemático planteado de manera completa quedaría

maximizar Z = 200 x1 + 300 x2

sujeto a

1 752x

501x

1 652x

601x

x1 40

x2 45

0.7 x1 + 1.3 x2 65

5.5 x1 + 7.5 x2 2 4 75

x1, x2 0

Ejemplo 3. Consideración de los costos fijos y los costos variables. En muchos casos de la práctica se dan dos tipos de costos: costos fijos y costos

variables. En los problemas de PL, son los costos variables los que tienen importancia.

Los costos fijos ya han sido pagados o lo serán independientemente de la alternativa

escogida para el programa productivo, lo que significa que ninguna decisión puede

afectarlos. Por ejemplo, supóngase una fábrica de puertas y ventanas de aluminio.

Supóngase además que la Administración ha comprado 800 y 500 kilogramos de dos

clases de aluminio (tipo 1 y tipo 2) han sido comprados para una entrega futura a los

precios convenidos de $ 5 y $ 10 el kilogramo, respectivamente, y que se ha firmado un

contrato. El problema del administrador, en este caso es decidir el uso óptimo de esos

1300 kilogramos de aluminio, quizá para maximizar el beneficio obtenido de la

producción de puertas y ventanas de aluminio.

Page 27: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

27

Asociados con estos dos productos se esperan ingresos y costos variables producidos

durante su elaboración (costos de maquinaria, troquelado, etc.). En la formulación de

este tipo de modelos los costos fijos de $9 000 asociados con la compra de aluminio

contratada carecen de importancia. Esta cantidad ya ha sido gastada y por lo tanto las

cantidades para gastos ya no son variables. Las variables serán, si acaso, cuantos

productos se elaborarán y el costo relevante en esta determinación es sólo el costo

variable. La construcción del modelo correspondiente a la descripción anterior será de

la forma siguiente:

Sea x = número de puertas que serán producidas (variable de decisión)

y = número de ventanas que se producirán (variable de decisión)

10 = ingreso por cada puerta

30 = ingreso por ventana

4 = costo de producción por puerta (costo variable)

12 = costo de producción por ventana (costo variable) Por cada producto se debe calcular lo que los contadores llaman contribución marginal

por unidad, o sea, la diferencia entre el ingreso por unidad y el costo variable por

unidad. Las contribuciones marginales por unidad son:

para las puertas: 10 4 = 6

para las ventanas: 30 12 = 18 Supongamos que cada puerta utiliza un kilogramo de aluminio de tipo 1 y cuatro

kilogramos de aluminio de tipo 2 y que cada ventana utiliza dos kilogramos de aluminio

de tipo 1 y dos kilogramos de aluminio de tipo 2. Entonces, el modelo será

Maximizar Z = 6 x + 18 y

sujeto a:

x + 2 y 800 limitación del aluminio de tipo 1

4 x + 2 y 500 limitación del aluminio de tipo 2

x, y 0

Page 28: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

28

Otra manera de advertir la irrelevancia de los costos fijos es observar que la función

objetivo del problema es el margen de aportación total. El ingreso neto o utilidad, será:

utilidad neta = utilidad variable costo fijo

= 6 x + 18 y 9 000 Sin embargo, si se encuentra un conjunto de valores para las variables, tal que

maximice a la función 6x + 18 9 000, esos mismos valores maximizarán 6x + 18 y.

El término constante 9000 puede no ser tomado en cuenta.

Otros ejemplos de formulación de problemas y su correspondiente modelo económico matemático de optimización lineal. En lo que sigue se dará un conjunto de ejemplos de problemas diversos que le servirán

para consolidar la habilidad en construir los modelos económicos matemáticos a partir

de su formulación verbal y por tanto, la habilidad de llevar problemas del mundo real a

su formulación matemática. La creación de esta habilidad es de primordial importancia

para el administrador o el gerente, pues será él quien en última instancia tendrá que

juzgar acerca de la validez del modelo y adoptar la decisión correspondiente en la

empresa.

Ejemplo 4. Búsqueda de una dieta óptima Una empresa productora de piensos debe producir una cierta cantidad de alimento

animal. Se conoce que una libra de este alimento debe contener proteínas,

carbohidratos y grasas en las siguientes cantidades mínimas: proteínas, 3 onzas;

carbohidratos, 5 onzas; grasas, 4 onzas. Se van a mezclar cuatro tipos de alimentos en

diversas proporciones para lograr que cada libra del pienso satisfaga los requerimientos

planteados. Los contenidos y precios de cada libra (16 onzas) de cada alimento se dan

en el cuadro siguiente:

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29

Contenidos y precios por libra de alimento

Alimento Contenido de

proteína (onzas)

Contenido de carbohidratos

(onzas)

Contenido de grasa (onzas)

Precio

$

1 3 7 5 4

2 5 4 6 6

3 2 2 6 3

4 3 8 2 2

Construcción del modelo matemático:

En este problema designaremos por conveniencia, como xi, la proporción del alimento

i que habrá en una libra de pienso animal (i = 1, 2, 3, 4). El planteamiento del modelo

sería así

min Z = 4 x1 + 6 x2 + 3 x3 + 2 x4

sujeto a:

3 x1 + 5 x2 + 2 x3 + 3 x4 3

7 x1 + 4 x2 + 2 x3 + 8 x4 5

5 x1 + 6 x2 + 6 x3 + 2 x4 4

x1 + x2 + x3 + x4 = 1

x1, x2, x3,x4 0 La solución del modelo proporcionará el conjunto de valores de las variables x1, x2, x3,

x4 tales que al sustituirlos en la función objetivo dan el precio de compra mínimo (Z),

para el conjunto de alimentos necesarios para la elaboración de una libra de pienso

animal, de manera que cumpla con los requerimientos necesarios en proteína,

carbohidratos y grasa.

Ejemplo 6. Planeación financiera El grupo financiero Banfin está tratando de determinar su plan de inversiones para los

próximos dos años. En estos momentos, el Banfin tiene disponibles $ 2 400000 de

pesos para invertir. El Banfin espera recibir en lo próximos 6,12 y 18 meses un flujo de

ingresos procedentes de inversiones previas. Estos ingresos se dan en la siguiente

tabla:

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30

Ingresos del Banfin procedentes de inversiones anteriores (USD)

6 meses 12 meses 18 meses

IngresoS 500 000 400 000 180 000

La compañía tiene dos proyectos en los que está considerando participar.

Uno de esos proyectos es una empresa de inversiones turísticas. En el cuadro

siguiente se muestra el flujo de caja que se tendría si el Banfin participara a un nivel del

100 % en el proyecto turístico (los números negativos representan inversiones y los

positivos ingresos). De esta manera, para participar en este proyecto al nivel del 100 %

el Banfin tendría que desembolsar $1 000000 de pesos de inmediato. A los seis meses

invertiría otros $ 700 000, etc.

Flujo de caja del proyecto turístico (USD)

Inicial 6 meses 12 meses 18 meses 24 meses

Ingresos 1 000000 700 000 1 800 000 400 000 600 000

El otro proyecto consiste en hacerse cargo de la operación de una instalación

industrial que produce productos que tienen un amplio consumo en las instalaciones

turísticas. Esta instalación requiere realizar un grupo de reparaciones iniciales y

modernización de algún equipamiento. En el cuadro siguiente se muestra el flujo de

caja del proyecto a un 100 % de participación:

Flujo de caja del proyecto industrial (USD)

Inicial 6 meses 12 meses 18 meses 24 meses

Ingresos 800 000 500 000 200 000 700 000 2 000000

Debido a las regulaciones vigentes, al Banfin no se le permite pedir dinero prestado. Sin

embargo, al comienzo de cada periodo de seis meses todos los fondos excedentes que

no hayan sido colocados ni en el proyecto turístico ni en el proyecto industrial, se

invierten con un interés del 7 % para ese periodo de seis meses. El Banfin puede

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participar en cualquiera de los proyectos a un nivel menor del 100 %, pero en este caso

todos los flujos en efectivo de ese proyecto se reducirán en forma proporcional. Esto

quiere decir, que si el Banfin elige participar en el proyecto turístico a un nivel del 20 %,

el flujo de caja asociado con esta decisión sería igual a 0.2 veces los datos de la tabla

correspondiente dada arriba.

El Banfin debe decidir que parte de los $ 2 400 000 en efectivo debe invertir en cada

proyecto y cuánto debe colocarse simplemente por el interés del 7% anual. El objetivo

de la gerencia consiste en maximizar el efectivo disponible al final de los 24 meses.

Construcción del modelo Las restricciones del modelo deben expresar que al inicio de cada uno de los cuatro

periodos considerados

dinero invertido = dinero en efectivo Definición de las variables de decisión x : participación fraccionaria en el proyecto turístico

y : participación fraccionaria en el proyecto industrial

w1 : fondo inicial excedente, no invertido en el proyecto turístico ni en el industrial

y que se invertirá al 7 % de interés.

w2 : fondo excedente a los 6 meses, a invertir al 7 %.

w3 : fondo excedente a los 12 meses, a invertir al 7 %

w4 : fondo excedente a los 18 meses a invertir al 7 % Obsérvese que las dos primeras variables esenciales representan porcentajes de

participación en los dos proyectos explicados, mientras que las demás representan

cantidades de dinero.

La primera restricción tendrá en cuenta que inversión inicial = fondo inicial disponible lo que en términos matemáticos se escribiría como 1 000 000 x + 800 000 y + w1 = 2 000 000

Page 32: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

32

Tomando en cuenta que, debido a los intereses que se percibirán, w1 se convertirá en

1.07 w1 después de 6 meses y que lo mismo ocurre con w2, w3,w4, las tres restricciones

restantes serán

700 000 x + w2 = 500 000 y + 1.07 w1 + 500 000

200 000 y + w3 = 1 800 000 x + 1.07 w2 + 400 000

700 000 y + w4 = 400 000 x + 1.07 w3 + 380 000 y la función objetivo consistirá en maximizar el efectivo disponible al final de los 24

meses, el cual estaría dado por

max Z = 600 000 x + 2 000 000 y + w4 El modelo económico matemático quedaría como se muestra debajo

Ejemplo 7. Un caso de análisis restringido del punto de equilibrio La compañía Astilleros del Caribe S.A. produce pequeñas embarcaciones para el

turismo nacional y para la venta en el exterior, así como embarcaciones de pesca.

Estas embarcaciones son de tres tipos, a los cuales se les denomina genéricamente

como Pegaso, Sirena y Tritón.

En el cuadro siguiente se dan los datos referidos a las ganancias y costos programados

para el periodo considerado:

max Z = 600 000 x + 2 000 000 y + w4

sujeto a

1 000 000 x + 800 000 y + w1 = 2 000 000

700 000 x + 500 000y 1.07 w1 + w2 = 500 000

1 800 000 x + 200 000 y 1.07 w2 + w3= 400 000

400 000 x + 700 000 y 1.07 w3 + w4= 380 000

x 1

y 1

x 0, y 0, wi 0, i = 1,2,3,4

Page 33: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

33

Embarcación

Precio de venta por

unidad ($)

Costo variable por

unidad ($)

Costo fijo ($)

Pegasos $ 10 000 $ 5 000 $ 5 000 000

Sirenas 7 500 3 600 3 000 000

Tritones 15 000 8 000 10 000 000

De los datos se desprende que el monto de los costos fijos es muy grande. Como vimos

anteriormente, esta es una cantidad que se paga, independientemente del número de

embarcaciones que se produzca.

Por esta razón, el mismo costo fijo de $ 3 000 000 de las embarcaciones tipo Sirena se

pagará independientemente de si se producen 5, 10 ó 100 unidades. Este costo incluye

incluso, los gastos por modificaciones de diseño, reconstrucción de molduras y viajes

de prueba.

El gráfico 1 muestra el análisis del punto de equilibrio del tipo Pegaso. Este gráfico

muestra que si la compañía fuera a producir solo Pegasos, tendría que producir por lo

menos 1000 embarcaciones para llegar al punto de equilibrio.

La compañía confronta algunos problemas en la definición del programa de producción.

Para el próximo periodo de planeación, la gerencia ha formalizado contratos para la

producción de 700 Pegasos. Otro cliente ha solicitado 400 Tritones. Además se han

realizado estudios de mercado que indican que la demanda de Sirenas será de por lo

menos 300 unidades. Además, la gerencia de la compañía está altamente interesada

en vender lo suficiente para alcanzar el punto de equilibrio, pero debe hacerlo tomando

en cuenta que hay posibilidades de ventas de los tres productos y que existen

compromisos contraídos de antemano.

Construcción del modelo En primer lugar, será necesario definir las variables de decisión del problema. Consideremos que son x1 : Número de Pegasos a producir en el periodo considerado.

x2 : Número de Sirenas a producir en el periodo considerado.

x3 : Número de Tritones a producir en el periodo considerado.

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En este problema, inicialmente la administración observa que, en el punto de equilibrio

Costo total = Ingreso total

Utilizando las variables definidas y la ecuación de equilibrio dada arriba, se tendrá:

Gráfico 1

10 000 x1 + 7 500 x2 + 15 000 x3 = 5 000 x1 + 3 600 x2 + 8 000 x3 + 18 000 000

o también 5 000 x1 + 3 900 x2 + 7 000 x3 = 18 000 000 Como se observa por el tipo de ecuación, existe un número infinito de conjuntos de

valores para las variables x1, x2, x3 que satisfacen esta restricción. Entonces, en el

caso de productos múltiples, hay muchos puntos de equilibrio, mientras que en el caso

de producto simple hay solo uno, tal como se deduce de la figura que aparece en el

enunciado del problema.

Por eso, en el caso de producto múltiple, la gerencia debe especificar una restricción

adicional para identificar un punto particular de equilibrio que le interese.

En este caso, partiendo del hecho de que esta compañía es relativamente nueva y está

experimentando problemas de flujo de caja asociados con un rápido crecimiento, a la

gerencia le gustaría minimizar la salida de capital. Los costos fijos son inevitables, por

5 000 000

1 000

$

No. de Pegasos

Función in

greso

Función Costo

10 000 000

Cantidad de punto

de equilibrio

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35

lo que la meta consistirá en minimizar los costos totales variables. El monto total de los

costos variables, que en este caso será la función objetivo, es

5 000 x1 + 3 600 x2 + 8 000 x3 El modelo completo que refleja las restricciones de ruptura de equilibrio, así como los

requerimientos preestablecidos y limitaciones de la demanda, es el siguiente:

Ejemplo 8. Un problema de mezcla de ingredientes para elaborar productos terminados La corporación Agrisosten posee una planta dedicada a la elaboración de

fertilizantes para diferentes tipos de cultivos agrícolas. Estos fertilizantes se elaboran

mezclando un conjunto de productos, fundamentalmente nitrógeno, fosfato y potasio,

que deben combinarse en diferentes proporciones según sea el cultivo agrícola al cual

van destinados y según las características de los suelos en los cuales van a ser

utilizados. En este caso, se está planeando la elaboración de tres fertilizantes básicos,

los cuales son: 5105 , 51010, 101010. Estos números representan en cada

caso el porcentaje de cada uno de los componentes (nitrato, fosfato y potasio) en cada

una de las mezclas. Es decir, la empresa esta interesada en mezclar estos ingredientes

activos conjuntamente con determinados ingredientes inertes, de los que se dispone en

cantidades suficientes para producir las cantidades de las tres mezclas que

proporcionen la máxima ganancia. La planta dispondrá en el próximo mes de 1000

toneladas de nitrato, 1800 toneladas de fosfatos y 1200 toneladas de potasa.

Estas cantidades han sido adquiridas u ordenadas y se recibirán a comienzos del

periodo a planificar.

min Z = 5 000 x1 + 3 600 x2 + 8 000 x3

sujeto a

5 000 x1 + 3 900 x2 + 7 000 x3 = 18 000 000

x1 700

x2 400

x3 300

x1, x2, x3 0

Page 36: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

36

Los costos de mezclado, empaquetado y ventas son idénticos para las tres mezclas y

ascienden a $ 15.00 por tonelada. Los costos de cada uno de los ingredientes se

muestran en el cuadro siguiente.

Costos de los ingredientes por Tonelada(USD)

Nitrato 160.00

Fosfato 40.00

Potasio 100.00

Ingredientes inertes

5.00

Los precios de venta de los productos terminados se muestran en el cuadro siguiente.

Todo el fertilizante producido puede ser vendido a esos precios, pero hay un

compromiso de vender 6000 toneladas de 5105 durante el periodo que se planifica.

Precio de los fertilizantes terminados (por

tonelada)(USD)

5105 51010 101010

71.50 68.00 75.00

Se necesita plantear el modelo económico matemático lineal que permita calcular la

cantidad de cada una de las tres mezclas básicas de modo que se obtenga la ganancia

máxima posible.

Construcción del modelo No está claro en la formulación cual es la utilidad que se alcanza por cada tipo de

fertilizante, hay que deducirla de la información que se brinda.

Inicialmente se deberá elaborar un estado de costo por tonelada de cada tipo de

fertilizante:

Page 37: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

37

Tipo 5105 (USD)

Costo del nitrato por tonelada (0.05)(200 ) = 10.00

Costo del fosfato por tonelada (0.10) ( 80) = 8.00

Costo del potasio por tonelada (0.05) ( 160) = 8.00

Costo de los ingredientes inertes ( 0.80) ( 10) = 8.00

Costo total de los ingredientes 34.00

Costo de mezclado 15.00

Costo por tonelada$ 49.00

Conociendo el precio de venta, se puede calcular la utilidad por tonelada de este tipo de

fertilizante:

71.50 49.00 = 22.50

Tipo 51010 (USD)

Costo del nitrato por tonelada (0.05)(200 ) = 10.00

Costo del fosfato por tonelada (0.10) ( 80) = 8.00

Costo del potasio por tonelada (0.10) ( 160) = 16.00

Costo de los ingredientes inertes ( 0.75) ( 10) = 7.50

Costo total de los ingredientes 41.50

Costo de mezclado 15.00

Costo por tonelada 56.50

La utilidad será 68.00 56.50 = 11.50

Efectuando un cálculo similar a los anteriores de llega a que la utilidad del fertilizante

101010 será de 75.00 66.00 = 9.00

Definición de las variables

Xj : Toneladas métricas de fertilizante de tipo j a producir para el mes siguiente (j = 1, 2, 3) Planteamiento de las restricciones 1. Disponibilidad de nitrato

0.05 x1 + 0.05 x2 + 0.10 x3 1100

Page 38: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

38

2. Disponibilidad de fosfatos

0.10 x1 + 0.10 x2 + 0.10 x3 1800

3. Disponibilidad de potasio

0.05 x1 + 0.10 x2 + 0.10 x3 2000 4. No negatividad

x1, x2, x3 0

Función objetivo

Max Z = 22.50 x1 + 11.50 x2 + 9.00 x3

Ejemplo 9. Determinación de estructura de siembra en una empresa agrícola La empresa de cultivos varios “Vega Grande” es de tamaño medio, pues dispone de

130 hectáreas en las que habitualmente se producen tres cultivos fundamentales: frijol,

maíz y maní (cacahuetes). Los productos que se obtienen en la empresas son para

consumo de sus miembros y para vender en el mercado normal. De acuerdo a su

organización, en primer lugar deben satisfacer las necesidades de sus miembros y los

excedentes de producción son los que se llevan a vender en el mercado.

La siguiente tabla resume, para cada producto, el número de quintales (qqs.) que los

miembros solicitan, la demanda máxima del mercado (en qqs.) y la utilidad estimada

por qq.

Cultivo

Rendimiento

(Kgs. por há)

Demanda de los miembros (

kgs.)

Demanda del mercado (en

kgs)

Utilidad (USD por

kg.)

Frijol 420 2000 10 000 .90

Maíz 200 5000 8 000 .70

Maní 70 1000 3 000 2.50

En este problema es evidente la necesidad de que la empresa maneje su contabilidad

de costos de una manera confiable, pues un dato de suma importancia para la

optimización es el costo por hectárea de cada uno de los cultivos o sea el costo por

unidad de área (caballerías, caroes, hectárea, cordeles, rozas, etc. según se

acostumbre).

Page 39: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

39

Otro aspecto en el que debe existir suficiente claridad es en los estimados de

rendimiento por unidad de superficie (quintales por caballería, quintales por caró,

toneladas por hectárea, etc.)

La empresa ha trabajado en la determinación de las fichas de costo de los cultivos y ha

llegado a la conclusión de que una hectárea de frijol, maíz y maní le cuesta 900, 700y

550USD respectivamente. De acuerdo a las gestiones realizadas, se cuenta con un

crédito del Banco para el desarrollo de los cultivos que asciende a 90 000 USD.

Se le pide plantear el modelo de optimización lineal cuya solución permita determinar el

área a dedicar a cada uno de los cultivos de modo tal que se maximicen las utilidades.

Construcción del modelo Se trata de un modelo de análisis de actividad en la agricultura. Las variables pueden

definirse como: xj, que representa el número de hectáreas que se deben sembrar del

cultivo j. El sistema de restricciones en este caso sería

a) Disponibilidad de tierra:

x1 + x2 + x3 130

Esta restricción indica que las tierras a cultivar de los tres cultivos no pueden

sobrepasar el total de tierra disponible.

b) Demanda de consumo interno

420 x1 2000

200 x25000

70 x3 1000

c) Demanda del mercado

420 x1 10 000

200 x2 8000

70 x1 3000

d) Restricción de presupuesto

900 x1 + 700 x2 + 550 x3 90 000

Page 40: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

40

e) no negatividad

xj 0, j = 1,2,3

Función Objetivo:

max Z = 0.9 (420 x1) + 0.70 (200 x2) + 2.5 (70 x3) Haciendo las operaciones indicadas en las restricciones (c) y en la función objetivo se

tendrá el siguiente modelo

Ejemplo 10. Corte de materiales Una fábrica de muebles desea establecer el programa de corte óptimo de planchas de

madera prensada para la producción de tres tipos de mesas que por su diseño permiten

utilizar esta clase de madera en su fabricación.

El ancho de las mesas a construir es de 60, 40 y 30 cms. para cada tipo, mientras que

el largo coincide con el ancho de las planchas de madera prensada que se reciben de

los almacenes, ya que la fábrica recibe suministros de dos tipos de planchas de madera

prensada que se diferencian por su largo y grosor.

max Z = 378 x1 +140 x2 + 175 x3

sujeto a:

x1 + x2 + x3 130

x1 4.7619

x2 25

x3 14.2857

x1 23.8095

x2 40

x3 42.8571

900 x1 + 700 x2 + 550 x3 90 000

xj 0, j = 1,2,3

Page 41: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

41

Las disponibilidades de estas planchas se muestran en la siguiente tabla:

Largo Ancho Grosor Disponibilidad (unidades)

Tipo 1 170 cms. 20 cms. 10 mm 6 00

Tipo 2 150 cms. 20 cms. 8 mm. 5 00

De acuerdo a las especificaciones técnicas para la construcción de las mesas, se

conoce que las de 30 cms. solo pueden fabricarse utilizando planchas de 8 mm.de

grosor.

La gerencia de la empresa está interesada en minimizar los desperdicios de

materiales. Se conoce que el desperdicio máximo admisible por plancha es de 15 cms.

y que en el periodo deben ser garantizadas las demandas mínimas para cada uno de

los tipos de mesas, las cuales se indican en el siguiente cuadro:

Tipo de mesas Demanda mínima

Mesa de tipo 1 80 unidades

Mesa de tipo 2 95 unidades

Mesa de tipo 3 105 unidades

Se le pide construir el modelo económico matemático que permita encontrar el número

de planchas a cortar de cada tipo y al mismo tiempo, cumplir con el objetivo planteado.

Solución

En primer lugar es necesario establecer cuales son las combinaciones de corte posibles

con los distintos tipos de planchas para los tres tipos de mesas que se desea fabricar.

Estas combinaciones, para las planchas de madera de 170 cms. de largo serán

Combinaciones de corte posibles Planchas de 170 cm es de largo

Número de piezas de: 60 cms- 40 cms. Desperdicio

Variante 1 2 1 10

Variante 2 4 10

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42

Combinaciones de corte posibles Planchas de 150 cms. de largo

Número de piezas de:60 cms. 40 cms. 30 cms Desperdicio

Variante 1 2 1 0

Variante 2 1 2 10

Variante 3 1 3 0

Variante 4 3 1 0

Variante 5 2 2 10

Variante 6 5 0

Definición de las variables de decisión

Las variables de decisión serán:

x1 : cantidad de planchas a cortar de 170 cms según la variante de corte 1.

x2 : cantidad de planchas a cortar de 170 cms según la variante de corte 2.

x3 : cantidad de planchas a cortar de 150 cms según la variante de corte 1.

x4 : cantidad de planchas a cortar de 150 cms según la variante de corte 2

x5 : cantidad de planchas a cortar de 150 cms según la variante de corte 3

x6 : cantidad de planchas a cortar de 150 cms según la variante de corte 4.

x7 : cantidad de planchas a cortar de 150 cms según la variante de corte 5.

x8 : cantidad de planchas a cortar de 150 cms según la variante de corte 6 Construcción de sistema de restricciones

x1 + x2 600 planchas de 170 cms.

x3 + x4 + x5 + x6 + x7 + x8 500 planchas de 150 cms.

2x1 + 2x3 + x4 + x5 800 mesas de 60 cms.

x1 + 4x2 + 2x4 + 3x6 + 2x7 950 mesas de 40 cms.

x3 + 3x5 + x6 + 2x7 + 5x8 105 mesas de 30 cms. La función objetivo será:

Min Z = 10x1 + 10x2 + 0x3 + 10x4 + 0x5 + 0x6 + 10x7 + 0x8 desperdicio

Page 43: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

43

Ejemplo 11. Distribución de inversiones o asignación de capital El grupo corporativo Electrodom dedicado a la producción de artículos

electrodomésticos enfrenta el problema de determinar cuáles proyectos de crecimiento

debe emprender en los próximos cuatro años. La gerencia está consciente de que

tiene una cantidad limitada de fondos para inversiones de capital y por tanto no puede

financiar todos los proyectos que necesita acometer.

A cada uno de estos proyectos se le ha caracterizado determinando su valor presente y

el requerimiento (costo) asociado de capital. Cada proyecto tiene diferentes

requerimientos de capital par los próximos cuatro años. En la tabla siguiente se

muestran el valor presente estimado, los requerimientos de capital y el capital

disponible proyectado para cada uno de ellos.

Valor actual, requerimientos de capital y capital disponible ($)

Tipo de proyecto Valor presente Estimado(USD)

Requerimientos de capital Año 1 Año 2 Año 3 Año 4

(USD)

Expansión de la

planta

180 000 30000 40000 40000 30000

Nueva maquinaria 20 000 12000 8000 0 4000

Investigación sobre nuevos mercados

72 000

30000

20000

20000

20000

Ampliación del

almacén

80 000 20000 30000 40000 10000

Fondos disponibles de

capital

65000 80000 80000 50000

La dirección de la empresa necesita preparar programar las asignaciones de capital que

debe hacer para cada uno de los próximos cuatro años y cuales proyectos se deben

financiar bajo este plan.

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44

Construcción del modelo En este problema se necesita seleccionar cuales proyectos deben financiarse

completos, es decir, no pueden financiarse fracciones de proyecto. Además si se

financia un proyecto el primer año, deberá continuarse su financiamiento todos los años

en que está previsto su desarrollo. La solución consistirá por tanto, en aceptar o

rechazar un proyecto dado.

Utilizando el enfoque de la Programación Lineal existe la posibilidad de que aparezcan

en la solución valores fraccionarios. Estos valores pueden interpretarse como que no

existen suficientes fondos para financiar el proyecto completo, y en este caso el

proyecto se rechazaría. Obviamente, una solución de esta índole puede dar como

resultado una solución no factible o que no pueda ser puesta en práctica. Si un valor

fraccionario en la solución fuera cercano a 1 y otro fuera cercano a cero, pudiera

realizarse el análisis para determinar si es posible pasar los recursos del segundo

proyecto al primero y si esto generaría una solución posible, aunque no

necesariamente óptima.

A pesar de esto, la solución de este problema mediante Programación Lineal puede

proporcionar información suficiente para analizar la situación existente. Este problema

será analizado más adelante en el capítulo dedicado a la Programación en Enteros.

Teniendo en cuenta las características especiales de este problema, es importante

tener en cuenta las siguientes consideraciones al iniciar la construcción del modelo:

1. Los requerimientos (costos) totales de capital en un año dado, no pueden exceder

los fondos de capital disponibles en ese año.

2. Un proyecto que se financie en alguno de los años, debe ser financiado en todos los

años.

3. En principio, un valor fraccionario de financiamiento para un proyecto es una solución

aceptable pero se interpreta como que el proyecto no se emprende.

Definición de las variables

La variable podría definirse como

Page 45: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

45

xj: proporción que indica el porcentaje en que se financia el proyecto j. Si xj = 1, el

proyecto se financia completo, si xj< 1, no se financia ( j = 1, 2, 3, 4).

Construcción del sistema de restricciones 1. Requerimientos de capital en el primer año

30 000 x1 + 12 000 x2 + 30 000 x3 + 20 000 x4 65 000 2. Requerimientos de capital en el segundo año

40 000 x1 + 8 000 x2 + 20 000 x3 + 30 000 x4 80 000 3. Requerimientos de capital en el tercer año

40 000 x1 + 0 x2 + 20 000 x3 + 40 000 x4 80 000 4. Requerimientos de capital en el cuarto año

30 000 x1 + 4 000 x2 + 20 000 x3 + 10 000 x4 50 000 5. Restricción sobre el valor de la variable para obligar al financiamiento fraccionario del

proyecto.

x1 1, x2 1, x3 1, x4 1

6- Condición de no negatividad

x1 0, x2 0, x3 0, x4 0

7.Una condición indispensable es que el proyecto que se financia un año deba ser

financiado en todos los años. Esto se garantiza por la propia definición de la variable al

ser ella una proporción que se mantiene en todos los años.

Construcción de la función objetivo maximizar Z = 180 000 x1 + 20 000 x2 + 72 000 x3 + 80 000 x4 Si este problema es resuelto mediante alguno de los métodos conocidos y que se

estudiarán más adelante se tendrá que x1 = 1, x2 = 1, x3 =0.15 y x4 = 0.92. De acuerdo

a la condición existente de que solo se aceptarán los valores enteros de la variable,

solo se financiarán los proyectos 1 (expansión de la planta) y 2 (nueva maquinaria).

Podría analizarse la posibilidad de pasar los fondos (0.15) asignados en la solución al

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46

proyecto 3 al proyecto 4 y determinar si es la solución así obtenida es factible y/o

aceptable aunque no sea óptima.

Ejemplo 14. El problema de asignación El grupo hotelero Cubamar tiene tres proyectos turísticos para cuyo desarrollo

necesita entrar en asociación con algunas empresas extranjeras. Con este objetivo, ha

sacado a licitación los proyectos y ha recibido un conjunto de propuestas y ahora

confronta el problema de determinar con cuales empresas entrará en asociación.

Los posibles socios han realizado propuestas contentivas de las diferentes sumas con

que están dispuestos a participar. En la siguiente tabla se denotan por c1, c2 y c3 y por

p1, p2 y p3 a los proyectos. Las cantidades ofrecidas se expresan en cientos de miles

de dólares.

Proyectos(100 000USD)

Contratistas p1 p2 p3

c1 28 32 36

C2 36 28 30

c3 38 34 40

El problema consiste en determinar cómo asignar los proyectos para maximizar el

aporte total de capital que se tendrá. Se asume que a cada inversionista se le asignará

un solo proyecto.

Construcción del modelo

Si se toma consideración la magnitud del problema presentado, la determinación de las

asignaciones se podrá realizar muy fácilmente, pues aquí solo existen 3( 321) o

sea 6 maneras posibles de realizar las asignaciones. Esto puede verse en la tabla

siguiente:

Page 47: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

47

Asignaciones

Aportes totales (en cientos de miles de dólares)

c1 c2 c3 96

C1 c3 c2 92

c2 c3 c1 106

C2 c1 c3 108

c3 c1 c2 100

c3 c2 c1 102

En esta tabla se observa, que la mejor manera de realizar la asignación es aquella que

proporciona

10 800 000 (USD) asignando el proyecto 1 al contratista 2, el proyecto 2 al contratista 1

y el proyecto 3 al contratista 3. La cuestión cambia cuando el número de asignaciones

posibles aumenta. Si se tuvieran 8 proyectos y ocho posibles asociados, entonces

habría 8 = 40320 posibles formas de realizar las asignaciones. Esto es posible

resolverlo mediante un problema de Programación Lineal como el siguiente:

Definición de las variables

Las variables en este caso serán de dos subíndices.

xij : variables que representan la relación entre el contratista i y el proyecto j, en donde

xij = 0 indica que el proyecto no se asignó; xij = 1 indica que el proyecto si se asignó,

(i= 1, 2, 3 ; j = 1, 2, 3).

Sistema de restricciones 1) Restricción referida al posible asociado 1.

x11 + x12 + x13 = 1

2. Restricción referida al posible asociado 2:

x21 + x22 + x23 = 1

3. Restricción referida al posible asociado 3:

x31 + x32 + x33 = 1

Estas restricciones indican que a cada contratista solo se le podrá asignar un proyecto. 4. Restricción del proyecto 1:

x11 + x21 + x31 = 1

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48

5. Restricción del proyecto 2

x12 + x22 + x32 = 1

6. Restricción del proyecto 3

x13 + x23 + x33 = 1

Las restricciones 4, 5 y 6 garantizan que cada proyecto deberá ser asignado solo una

vez. Nótese que no existe ninguna unidad de medida asociada con las restricciones.

Las variables xij solo pueden tomar los valores 1 ó 0, por tanto solo juegan el papel de

vínculo entre los proyectos con los contratistas.

Construcción de la función objetivo Los coeficientes de la función objetivo serán las contribuciones que hará cada posible

socio al serle asignado alguno de los proyectos. O sea

c11 = 2 800 000, c12 = 3 200 000, . . . , c33 = 4 000 000

Por tanto, la función objetivo se podrá escribir de la manera siguiente: Max Z = 28 x11 + 32 x12 + 36 x13 + 36 x21 + 28 x22 + 30 x23 + 38 x31 + 34 x32 + 40 x33

Si la función objetivo de este problema tuviera como coeficientes los costos de los

proyectos, la forma del modelo sería la misma que la del problema de transporte el cual

se estudia en otro capítulo del libro. La diferencia esencial con el problema de

transporte es que en este caso, cada recurso o asignación (es decir, un obrero, una

máquina o un espacio de tiempo) debe asignarse en forma total o única a una actividad

o asignación específica (por ejemplo, un trabajo, un lugar o un evento). Algunos

problemas de asignación incluyen la asignación de n personas o máquinas a m

trabajos diferentes, la asignación de tripulaciones a vuelos, la asignación de personas a

puestos de trabajo, etc. El objetivo de un problema de asignación bien puede ser

maximizar utilidades, aunque puede ocurrir que se presenten otros objetivos. Por

ejemplo, el objetivo de una asignación de trabajos de producción podría ser maximizar

esta; el objetivo de una asignación de tripulaciones de vuelos podría ser minimizar los

costos, etc.

El problema de asignación no es sólo un tipo especial de problema de Programación

Lineal sino también un tipo especial de problema de transporte. Específicamente,

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49

pueden interpretarse los recursos o lo que se asigna como los orígenes con una oferta

igual a 1 y las unidades a donde se asigna pueden interpretarse como destinos de un

problema de transporte, cada uno de estos con una demanda 1.

De manera similar a un problema de transporte, el problema de asignación tiene una

estructura única, y debido a esto se han desarrollado métodos simplificados de solución

(de hecho, el método húngaro para la solución del problema de transporte surgió como

un método para la solución del problema de asignación) que tienen un alto grado de

eficiencia computacional. Este problema puede ser resuelto por los métodos de

solución normales de la PL, sin embargo, mediante los métodos específicos la solución

se alcanza mucho más rápidamente.

Problemas con periodos múltiples A continuación se analizan algunos ejemplos de este tipo que no abarcan todas las

posibilidades sino que dan una idea acerca de la índole de las situaciones en que

puede surgir la necesidad de considerar más de un periodo para resolver un problema

dado.

Caso 1. Modelo de produccióninventario

Un Complejo Agroindustrial Azucarero fabrica un producto derivado de la caña de

azúcar que se exporta y tiene una demanda variable. Por ejemplo, la demanda que se

ha pronosticado para los próximos cuatro meses es 1800, 2200, 3400 y 2800

kilogramos, respectivamente.

Debido a las variaciones en la demanda, la dirección del complejo han encontrado que

en algunos meses existe producción en exceso, lo cual ocasiona grandes costos de

manejo y almacenamiento; en tanto que en otros meses la empresa no está en

posibilidades de cubrir la demanda. La empresa puede fabricar 2400 kilogramos por

mes en sus turnos normales.

Utilizando tiempo extra puede elaborar 800 kilogramos adicionales por mes. Debido a

los mayores costos de mano de obra en tiempo extra, se produce un aumento de $

7.00 por cada kilogramo que no se fabrique en el turno normal. La Gerencia

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50

Económica del complejo ha estimado que se incurre en un costo de almacenamiento

de $ 3.00 por cada kilogramo que se fabrique en un mes determinado y que no se

venda durante el mismo. A la dirección de la empresa le interesa determinar un

programa óptimo de producción que minimice los costos totales de producción y

almacenamiento. El programa debe satisfacer todas las demandas de ventas.

Construcción del modelo. Este problema busca determinar la cantidad de kilogramos del producto que deben

fabricarse durante el turno normal y durante el turno extra para los siguientes cuatro

meses, con el objetivo de minimizar los costos totales. La dirección del complejo

agroindustrial debe tomar en consideración el costo unitario de producción durante los

dos turnos, la demanda existente del producto en kilogramos durante un mes

determinado, así como también la demanda en los meses subsiguientes y finalmente, el

costo de almacenamiento de los kilogramos de producto que no se consumen durante

el mes en que se fabrican.

Definición de las variables En el problema será necesario considerar varios tipos de variables de decisión. En

primer lugar, variables que representan los kilogramos de producto a fabricar en tiempo

extra, en segundo lugar las que representan los kilogramos a fabricar en tiempo normal

y finalmente, las variables de decisión que representan los inventarios en los meses 1, 2

y 3. En el cuarto mes no se considerará inventario porque el problema, tal como se ha

formulado, termina después de cuatro meses. Este periodo bien puede ser el periodo de

duración de la zafra azucarera. Por tanto se tendrá

xj: número de kilogramos a fabricar en tiempo normal en el mes j.

yj: número de kilogramos a fabricar en tiempo extra en el mes j.

wj: número de kilogramos a almacenar al final del mes j. Aquí j = 1, 2, 3, 4 (z4 no existe porque no se permiten inventarios en el cuarto mes) Construcción del sistema de restricciones Las restricciones en el problema serán las siguientes:

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51

1. Restricción de la demanda en el mes 1: (x1 kilogramos fabricados en el tiempo normal en el mes 1) + (y1 unidades fabricadas

en el tiempo extra en el mes 1) = (1800 kilogramos que se demandan en el mes 1) + (w1

kilogramos que se almacenarán al final del mes 1)

La restricción quedaría así

x1 + y1 w1 = 1800

De la misma forma se razonaría para los siguientes periodos (en este caso meses). 2.Restricción en la demanda en el mes 2

x2 + y2 + w1 w2 = 2200

3.Restricción en la demanda en el mes 3

x3 + y3 + w2 w3 = 3400

4. Restricción en la demanda en el mes 4

x4 + y4 + w3 = 2800

5. 8. Restricciones de la capacidad de producción normal

xj 2 400 j = 1,2,3,4

9.12. Restricciones de la capacidad de producción en tiempo extra

yj 800 j = 1, 2, 3, 4

13. No negatividad

xj 0, yj 0; j = 1,2,3,4; wj 0; j = 1,2,3 Construcción de la función objetivo

Al elaborar la función objetivo no es necesario considerar los costos de fabricación en

tiempo normal ya que se trata del mismo producto en todos los meses.

Los costos a considerar en este problema serían los costos de elaboración en tiempo

extra y los costos de almacenamiento. La función objetivo quedará así

minimizar Z = 7 y1 + 7 y2 + 7 y3 + 7 y4 + 3 w1 + 3 w2 + 3 w3

Consideraciones adicionales en el problema

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52

En una situación real pueden surgir cuestiones relacionadas con la existencia de

limitaciones en el almacenamiento. Para considerar la existencia de limitaciones en el

máximo de almacenamiento en este problema, serían necesarias restricciones

adicionales. Otra cuestión que pudo ser considerada es que definir las variables de

inventario solamente con un subíndice, no permite identificar el periodo en que se

utilizarán los inventarios. Se hubieran podido dividir aún más estas variables (al

definirlas) de manera que la solución obtenida reflejara no solo el inventario en un

periodo dado, sino también que mostrara el periodo futuro en que se espera que se

consuma el producto.

Por último, es necesario tener en cuenta que la solución del problema considera solo

los costos de almacenamiento y de producir en tiempo extra. Por ello, al final será

necesario añadir los costos de producir en tiempo normal para obtener los costos

reales.

Caso 2. Distribución de inversiones en el tiempo. El Banintur se encuentra elaborando un programa tentativo de desarrollo para los

próximos seis años. De acuerdo a los análisis realizados en ese periodo dispondrá de

100 millones para colocarlos en un conjunto de alternativas de inversión sobre las

cuales ha realizado cuidadosos estudios y ha determinado los posibles rendimientos de

cada una.

La inversión tipo I está disponible en cada uno de los próximos seis años y se espera

que produzca un rendimiento de 28 % por cada dólar invertido, al momento de su

vencimiento al final de tres años. La inversión tipo II también está disponible en cada

uno de los próximos seis años. Se prevé que esta inversión rinda 1.16 por cada dólar

invertido y vence al final de dos años. La inversión tipo III está disponible sólo al

principio del segundo año y rinde 1.50 al final del cuarto año por cada dólar invertido.

La inversión tipo IV está disponible en cualquier momento después del tercer año y

produce un rendimiento del 40 % al final de dos años. La otra oportunidad de inversión,

la de tipo V, está disponible solo una vez, al principio del año 1 y se espera un

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53

rendimiento de 1.45 por cada dólar invertido, pero no vence sino a principios del año 5.

Cuando las inversiones vencen están disponibles para reinversión.

A la presidencia del Banintur le gustaría determinar la cartera de inversiones que

maximice el rendimiento de la inversión total para un periodo de seis años, es decir, al

final del sexto año.

Construcción del modelo.

La diferencia fundamental entre este problema y el problema del ejemplo 6 sobre

planeación financiera es que en este caso el objetivo es que el paquete completo de

inversiones se termine al final de seis años.

Para plantear el problema es necesario elaborar un gráfico como el que aparece

debajo, que muestra las inversiones disponibles en cada uno de los diferentes años, el

año en que vencen las inversiones y el rendimiento asociado con la inversión.

El sexto tipo de inversión que se ha añadido al número de inversiones disponibles

cumple la función de recoger la parte de los fondos totales que no será utilizada, o sea

fondos que no se invirtieron durante el año. La necesidad de esta categoría esta dada

porque puede ser más ventajoso en uno o más periodos reservar dinero para su

inversión en periodos posteriores en vez de comprometer en este momento los fondos

en inversiones a largo plazo. Otra cuestión que se observa en el cuadro es que en los

años 4 y 5 no se considera la inversión tipo II, aún cuando es una alternativa disponible.

Esto se explica porque este tipo de inversión tiene la misma cantidad de años que la

inversión tipo IV y que la tipo II produce el 16 % para un periodo de dos años,

mientras que la tipo IV produce un 40 %. Esto implica que se preferirá en forma

automática la inversión tipo IV. El mismo razonamiento se utiliza para eliminar la

inversión tipo I en el periodo 2, en el cual la inversión tipo III es preferible, pues tiene

un rendimiento del 50 %.

No se considera ninguna oportunidad de inversión más allá de comienzos del año 5, ya

que ninguna de las inversiones vence en un año.

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54

Patrón de inversiones del Banintur:

Inversión

DisponibleAño

1

Año

2

Año

3Año

4

Año

5Año

6

Año

1

Tipo 1

Tipo 2

Tipo 5

Tipo 6

Año

2

Tipo 1

Tipo 2

Tipo 3

Tipo 6

Año

3

Tipo 1

Tipo 2

Tipo 6

Año

4

Tipo 1

Tipo 2

Tipo 4

Tipo 6

Año

5

Tipo 4

Tipo 2

Tipo 6

Año

6Tipo 6

28 %

16 % 45 %

0 %

28 %

16 %50 %

0 %

28 %16 %

0 %

28 %

16 %

40 %

0 %

40 %

16 %0 %

0 %

Definición de las variables

Si todos los tipos (categorías) de inversión estuvieran disponibles en cada uno de los

seis años considerados, entonces se requerirían 36 variables. Sin embargo, de acuerdo

a la estructura del problema solo se necesitan 16 variables, ya que muchas de las

inversiones no están disponibles en más de un año. Las variables tendrán dos

subíndices donde i denota el tipo de inversión y j denota el año en el que se invierte.

Así

xij: dinero invertido en el tipo de inversión i en el año j.

Construcción de las restricciones del modelo 1. Restricción sobre las inversiones posibles en el año 1

x11 + x21 + x31 + x61 = 60 000 000

2. Restricción sobre las inversiones posibles en el año 2

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55

x22 + x32 + x62 = 1.0 x61

3. Restricción sobre las inversiones posibles en el año 3

x13 + x23 + x63 = x62 + 1.16 x21

4. Restricción sobre las inversiones posibles en el año 4

x14 + x44 + x64 = 1.0x63 + 1.28x11 + 1.16x22

5. Restricción sobre las inversiones posibles en el año 5

x45 + x65 = 1.0 x64 + 1.45x51 + 1.5x32 + 1.16x23

6. Restricción sobre las inversiones posibles en el año 6

x66 = 1.0x65 + 1.28x13 + 1.40x44

En todas las restricciones se ha tenido en cuenta que en el término de la izquierda se

encuentran las alternativas de inversión que están disponibles al principio de cada

periodo y las variables que están en el miembro de la derecha son los fondos

disponibles para la inversión, todas medidas en dólares.

Construcción de la función objetivo El objetivo general del problema es maximizar el total de dinero que se tendrá al final

del sexto año. Cada dólar que se coloca en la inversión tipo I en el año 4 rinde 28 % al

final del año 6; la inversión neta es la inversión original más 0.28, es decir, 1.28. Cada

dólar que se coloca en la inversión tipo IV en el año 5 produce 40 % al final del año 6;

por ello, la inversión neta resultante es 1.4. El tipo VI de inversión produce 0 % al

final de cada año por cada dólar invertido; por ello, el resultado neto es 1.00. Puesto

que estas tres inversiones son las únicas que vencen en el año 6, la función objetivo

incluye solo estas variables.

La función objetivo quedaría de la siguiente manera:

Maximizar Z = 1.28 x14 + 1.40 x45 + 1.0 x66

El modelo en su conjunto quedaría en la siguiente forma: Maximizar Z = 1.28 x14 + 1.40 x45 + 1.0 x66

sujeto a:

x11 + x21 + x31 + x61 = 60 000 000

Page 56: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

56

x22 + x32 + x62 1.0 x61 = 0

x13 + x23 + x63 x62 1.16 x21 = 0

x14 + x44 + x64 1.0x63 1.28x11 1.16x22 = 0

x45 + x65 1.0 x64 1.45x51 1.5x32 1.16x23 = 0

x66 1.0x65 1.28x13 1.40x44 = 0

xij 0 i, j

Ejercicios con formulaciones de problemas destinados a su construcción por el

estudiante.

1. La empresa Latinmotor vende automóviles de bajo cilindraje y de tamaño mediano.

En la venta de cada automóvil pequeño obtiene 300 y 400 USD por cada automóvil

mediano. Debido a limitaciones con la transportación, la empresa no puede suministrar

más de 300 automóviles pequeños ni más de 200 de los medianos al mes. El tiempo

de preparación de los automóviles pequeños es de 2 horas para cada uno y de 1 hora

para los medianos.

El taller cuenta con 900 horas de tiempo disponible mensuales para la preparación de

los automóviles nuevos que venda. Plantee un modelo de PL para determinar cuantos

automóviles de cada tipo deben ordenarse de manera que se maximicen las utilidades

de la empresa.

Observe que se trata de automóviles pequeños y medianos que serían nuestras

variables

2 Una empresa fabricante de cosméticos elabora tres productos de reciente

lanzamiento al mercado. Estos productos se denominan Levisol, Lindosol y Solar. En la

elaboración de estos productos se emplean tres ingredientes los cuales, por razones de

secreto comercial, se han designado por los nombres de Alfa, Beta y Gamma. Para

fabricar un kilogramo de producto se utilizan los kilogramos de cada ingrediente que se

señalan en el siguiente cuadro

Page 57: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

57

:

Ingrediente

Producto Alfa Beta Gamma

Levisol 4 7 8

Lindosol 3 9 7

Solar 2 2 12

La industria cuenta con 400, 800 y 1000 kilogramos de los ingredientes Alfa, Beta y

Gamma respectivamente. De acuerdo a estudios de mercado realizados, las

contribuciones a las utilidades para los productos son : 15 USD para el Levisol, 10

para el Lindosol y 12 para el Solar. Se le pide plantear un modelo de PL con el

objetivo de determinar la cantidad de cada uno de los productos que debenfabricarse

Revisr los problemas de dieta este problema es una generalización.

3. La empresa electrónica Pinar S.A. es una sociedad mixta que se dedica a la

fabricación de productos para el mercado de las computadoras. Esta empresa fabrica 3

artículos: disquetes, casetes de cinta y cartuchos para limpiar unidades de disco. La

contribución unitaria a las utilidades de cada uno de estos productos se muestra en el

siguiente cuadro:

Producto

Contribución a las

utilidades(USD)

Disquete 2,00

Cassette 1,00

Paquete de limpieza

3.50

Cada uno de esos productos pasa a través de tres centros de manufactura y prueba

como parte del proceso de producción. Los tiempos que se requieren en cada uno de

los centros para fabricar una unidad de cada uno de los tres productos se muestran en

el cuadro siguiente:

Page 58: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

58

Horas por unidad

Producto Centro 1 Centro 2 Centro 3

Disquete 3 2 1

Cassette 4 1 3

Paquete de Limpieza

2 2 2

Y finalmente, en el cuadro siguiente se muestran el tiempo disponible para la próxima

semana y los costos fijos para cada uno de los centros:

Tiempo Gastos fijos

(USD)

Centro 1 60 horas 1000

Centro 2 40 horas 2000

Centro 3 80 horas 1500

Plantee el correspondiente modelo de PL que permita programar la producción de

manera que se maximice la contribución total a las utilidades.

Las variables son los productos que producen la empresa, recordar la condición de

homogeneidad de las restricciones.

4. En la refinería de petróleo Malpaso, la subdirección de producción desarrolla la tarea

de programar dos procesos de mezclado. Las características de los dos procesos son

las siguientes:

Cuando se efectúa el proceso 1 durante una hora se consumen 100 barriles de petróleo

nacional y 300 barriles de petróleo importado. Cuando se efectúa el proceso 2 durante

una hora, se consumen 100 barriles de petróleo nacional y 200 barriles de petróleo

importado. Los resultados de estas operaciones son los siguientes: en el proceso 1 se

obtienen 4000 galones de gasolina y 1750 galones de combustible doméstico

(kerosene) por cada hora de operación; en el proceso 2 se obtienen 3500 galones de

gasolina y 2 250 galones de combustible doméstico por hora.

Para la siguiente corrida de producción, existen disponibles 1200 barriles de petróleo

nacional y 1800 barriles de petróleo importado. Los contratos de venta exigen que se

Page 59: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

59

fabriquen 28 000 galones de gasolina y 12 000 galones de combustible doméstico.

Las contribuciones a las utilidades por hora de operación son $ 1000 y $ 1100 para los

proceso 1 y 2, respectivamente.

a) Plantee un modelo de PL para determinar el programa de producción que maximice

la contribución total a la ganancia. Asegúrese de indicar las unidades de medición para

sus variables de decisión y las unidades en que se mide cada restricción.

b) El Ministerio correspondiente puede emitir un dictamen que limite la producción total

de gasolina a no más de la mitad del combustible doméstico que se fabrique. ¿Cual

restricción añadiría Ud. para tomar en cuenta esta condición?

Fijarse que las variables tienen dos subíndices, proceso y producto final

5 La dirección de una empresa fabricante de televisores situada en la localidad de

Raspadura, está considerando la posibilidad de comenzar a fabricar una nueva línea de

equipos. Esta nueva línea incluirá 4 nuevos modelos. Esta empresa cuenta con dos

fábricas en las que pueden elaborarse estos equipos. La línea de producción en la

fábrica No. 1 tiene una estructura diferente a la de la fábrica No. 2. En la fábrica 1 se

requieren tres procesos de manufactura mientras que en la fábrica 2 solo se requieren

dos procesos. Debido a que las operaciones de manufactura de las dos plantas

difieren, sus costos variables también son diferentes. Por tanto, tal vez sea más

conveniente elaborar un artículo de la nueva línea en una de las plantas y uno o más de

los restantes en la otra. El precio de venta y los costos variables, así como también la

demanda máxima para los nuevos productos se muestran en la tabla siguiente:

Productos

Precio de venta y demanda

No. 1 No. 2 No. 3 No. 4

Precio de venta(USD) 200 300 250 280

Costos variable : planta 1

160 270 240 270

Costos variables: planta 2

220 300 200 220

Demanda ( unidades) 1000 3000 4000 6000

Page 60: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

60

En la tabla siguiente se describen las operaciones de elaboración para las dos plantas

(los números de la tabla expresan horas de tiempo de fabricación).

Producto

Número 1

Número 2

Número 3

Número 4

Planta 1

Operación A 6.0 7.2 4.0 7.0

Operación B 18.0 20.0 16.0 18.0

Operación C 2.0 2.0 1.0 1.0

Planta 2

Operación X 8.0 8.0 4.0 8.0

Operación Y 10.0 16.0 8.0 6.0

El gerente de la planta 1 ha señalado que pueden dedicarse las siguientes horas de

capacidad mensual de producción para la nueva línea de productos: operación A, 30

000 horas; operación B, 100 000 horas; operación C, 16 000 horas. En cada una de las

dos operaciones de la planta 2 existen disponibles 20 000 horas de tiempo de

producción. A la dirección de la empresa le gustaría determinar la cantidad de cada

uno de los 4 tipos de productos que deben fabricarse cada mes en las dos plantas, de

manera que se maximice la contribución de las utilidades de la empresa.

a) Plantee el correspondiente modelo de PL

b) Suponga que la gerencia de la compañía a la cual pertenece esta empresa ha

decidido que cada planta fabrique el 50 % de la demanda para cada producto. Plantee

dos modelos que pudieran representar esta política. ¿Que podría Ud. hacer para

convencer a la gerencia de que esa no es una política óptima para la compañía?

Fijarse que existen cuatro modelos de televisores que pueden fabricarse en dos

plantas, por tanto los subíndices de las variables deben reflejar esta situación. Tener en

cuenta que el aspecto b) implica una restricción de proporcionalidad,

6. La Cooperativa de Producción Agropecuaria (CPA) “ElMaizal” cuenta con 300

hectáreas de tierra en las que produce fundamentalmente tres productos: frijol, plátano

y maíz. Los productos de la cooperativa son para consumo de sus miembros y para

venderlos. Esta CPA está organizada de tal manera que deben satisfacerse primero las

Page 61: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

61

demandas de sus miembros antes de vender en el exterior cualquiera de los artículos

que producen.

Todos los excedentes de producción se venden al precio de mercado. La tabla

siguiente resume para cada producto, durante la temporada de cultivo, el rendimiento

proyectado por hectárea, el número de quintales previsto para el autoconsumo de los

miembros, la demanda máxima del mercado y la utilidad estimada por quintal.

Cultivo Rendimientos (qq. por há)

Demanda de los miembros (qq)

Demanda del mercado( qq)

Utilidad ( USD / qq)

Frijol 420 2000 10 000 1.50

Plátano 200 5000 8000 1.80

Maíz 70 1000 3000 2.5

Plantee un modelo de PL para el problema que permita a la cooperativa determinar el

número de hectáreas que deben sembrarse de cada producto para que se maximicen

las utilidades.

Darse cuenta que existen tres productos, luego habrá tres variables, definir las variables

teniendo en cuenta los aspectos esenciales que implican la definición de las variables.

7. El gerente de una empresa de contratación de personal para hoteles debe asignar

personal para cinco puestos. Existen cinco personas disponibles para ser asignados a

estas tareas. El gerente mencionado tiene a su disposición datos de prueba que

reflejan una calificación numérica de idoneidad para cada uno de los cinco trabajadores

en cada uno de los trabajos. Estos datos aparecen en la tabla siguiente y se obtuvieron

a través de un examen de operación y prueba realizado por el Grupo de Sicología del

trabajo. Suponiendo que una persona puede ser asignada a un solo puesto de trabajo,

plantee un modelo que conduzca a la asignación óptima de los candidatos a los

puestos de trabajo.

Page 62: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

62

Número del puesto de trabajo

No. del candidato al puesto

1 2 3 4 5

1 12 16 24 8 2

2 6 8 20 14 6

3 10 6 16 18 12

4 2 4 2 24 20

5 7 10 6 6 18

8. Un problema de producción. Una empresa fabricante de condimentos tiene una

línea de producción dedicada a dos condimentos: Salsa Zunzún y Salsa Picante. Existe

una oferta limitada de algunos de los ingredientes de estas salsas. El ingrediente A1

se pueden obtener 8000 onzas y 7000 del ingrediente A2. Cada botella de Salsas

Zunzún requiere una onza de A1 y 2 onzas de A2. El departamento de Ventas afirma

que si bien pueden venderse todos los frascos de Salsa Zunzún que se produzcan,

solo se venderá un máximo de 6000 botellas de Salsa Picante. Si la empresa obtiene

una ganancia de $ 0.05 por botella de Salsa Picante y de 0.02 por botella de Salsa

Zunzún ¿Que combinación de esos dos productos maximizará las utilidades de su

empresa?

Existen trabajadores y puestos de trabajos, luego las variables tendrán dos subíndices.

9. La empresa del ejemplo anterior ha decidido realizar cambios en la forma de elaborar

sus salsas. De hecho serán dos nuevos productos con los nombres de los antiguos. Los

ingredientes serán los mismos, pero cambiarán las proporciones obedeciendo a las

siguientes recomendaciones: La salsa Zunzún debe contener un máximo de 75% del

ingrediente A1; la salsa Picante debe contener por lo menos el 25% de A1 y por lo

menos 50% de A2. Se pueden vender más de 4000 botellas de Zunzún y más de

3000 botellas de Picante. La empresa puede vender toda la salsa que produzca al

precio de $ 3.35 por botella de Zunzún y 2.85 USD por botella de Picante. Los

ingredientes A1 y A2 le cuestan a 1.60 la botella y 2.95 por cuarto respectivamente. La

empresa desea maximizar el ingreso neto por venta de las salsas. Formule el modelo

de PL correspondiente.

Solo se debe añadir las restricciones adicionales correspondientes

Page 63: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

63

10. Un problema de mezcla. El ingeniero Pedro Pérez, jefe de producción de Unidad

Básica de Producción Cooperativa dedicada a la producción de leche está planeando

poner fertilizante en algunas áreas de pasto artificial. El pasto necesita nitrógeno,

fósforo y potasa al menos en las cantidades dadas en la tabla que sigue:

Requerimientos totales del pasto

Elemento Peso mínimo kg por ha.

Nitrógeno 10

Fósforo 7

Potasio 5

Existe la posibilidad de comprar tres clases de fertilizantes comerciales y en el cuadro

que sigue se dan las características de cada uno de ellos.

Características de los fertilizantes

Fertilizante

Contenido de

nitrógeno (libras)

Contenido de fósforo

(libras)

Contenido de potasio

(libras)

Precio

($)

I 25 10 5 10

II 10 5 10 8

III 5 10 5 7

El ingeniero Pérez puede comprar de los tres tipos en las cantidades que quiera y luego

mezclarlos en la forma más conveniente y aplicar la mezcla al pasto. Si el área a

fertilizar de pasto son tres hectáreas, formule el correspondiente modelo de PL que le

permita realizar la fertilización al mínimo costo.

Ver el planteamiento matemático en los ejemplos desarrollados en los ejercicios de la

página 37.

11. Punto de equilibrio. La dirección de la empresa productora de equipos de

refrigeración Electrónica del Oriente S.A. está preparando el programa de producción

para el próximo periodo. Esta empresa fabrica dos tipos de equipos de aire

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64

acondicionado: el R1500 y el R2500. En el cuadro siguiente se dan los datos

relativos a precios de venta y costos. La Electrónica del Oriente ya tiene contratados

500 equipos R-1500 y desearía calcular el punto de equilibrio para ambos modelos.

Precios de venta y costos

Producto Precio de Venta por unidad ($)

Costo variable por unidad ($)

Costo fijo

($)

R-1500 450 240 150 000

R-2500 700 360 240 000

Se le pide a Ud. que formule el modelo de PL que permita minimizar los costos. Ver ejemplo página 34 12.Presupuesto de capital. Una compañía de inversiones debe escoger entre cuatro

proyectos que están compitiendo por una bolsa fija de inversiones de $ 1 200 000. La

inversión neta y los réditos estimados de cada proyecto se dan en la tabla siguiente:

Proyectos de inversión

Proyecto Inversión

USD

Réditos estimados

USD

Centros comerciales

400 000 575 000

Aceite de esquistos

500 000 750 000

Casas de bajos ingresos

350 000 425 000

Low-incomeHousing

450 000 510 000

Cada uno de los proyectos se puede consolidar a cualquier nivel fraccionario menor del

100 %. Formule un modelo de PL que diga que fracción de cada proyecto contratar

para maximizar los réditos esperados.

Page 65: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

65

Los proyectos conforman las variables Ver ejemplo similar en los ejercicios

desarrollados en las páginas 30

13. El restaurante El Ajiaco opera 7 días a la semana. Las meseras son contratadas

para trabajar 8 horas diarias efectivas. El contrato colectivo especifica que cada

mesera debe trabajar 5 días consecutivos y descansar 2. Todas las meseras reciben el

mismo salario semanal. El restaurante requiere como mínimo los siguientes números de

horas de servicio: lunes, 150; martes, 200; miércoles, 400; jueves, 300; viernes, 700;

sábado, 800 y domingo 300. Suponga que ese ciclo de exigencias se repite siempre y

pasa por alto el hecho de que el número de meseras contratadas debe ser un número

entero. El administrador desea encontrar un plan de programación de empleos que

satisfaga estos requerimientos a un costo mínimo.

Este ejemplo ha sido desarrollado en los ejercicios de la página 30

Page 66: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

66

III. MÉTODOS DE SOLUCIÓN

En el capítulo anterior se ha realizado una exposición acerca de diferentes

formulaciones de problemas de PL y los correspondientes modelos económicos

matemáticos aplicados en diferentes situaciones económicas corrientes en el ámbito

empresarial. Para resolver estos problemas y otros que pueden ser más sencillos o

mucho más complejos se emplean diferentes procedimientos de solución:

Procedimiento gráfico

Procedimiento algorítmico manual.

Procedimiento por computadoras electrónicas. En este capítulo se dará una visión acerca de estos tres procedimientos de solución,

algunos de los cuales implican la posibilidad de emplear diferentes métodos.

En la actualidad los problemas de PL se resuelven fundamentalmente por medio de

programas de computadoras, varios de los cuales tienen la posibilidad de resolver

modelos con una gran cantidad de variables y restricciones. Sin embargo, el estudio de

algunos de los métodos comprendidos en los procedimientos gráfico y algorítmico

Objetivo:

Preparar al estudiante para que pueda resolver los problemas de

Programación Lineal, incluyendo la aplicación de los métodos gráfico,

algorítmico manual y por computadora, así como realizar el análisis de la

solución encontrada en el contexto del problema resuelto.

Recomendaciones previas al inicio del estudio de este capítulo:

Es necesario haber estudiado el capítulo dedicado a planteamientos

de problemas.

Debe tener conocimientos sobre las operaciones con matrices,

inversión de matrices, operaciones elementales con las filas y

columnas de las matrices y procedimiento de cambio de base.

Page 67: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

67

manual, es imprescindible para poder comprender los aspectos básicos de la PL, su

fundamentación matemática e incluso para poder realizar la interpretación económica

de los resultados que brindan los programas de computadoras.

Antes de comenzar el estudio de los procedimientos de solución del problema de PL es

conveniente explicar varios conceptos y definiciones que serán útiles para

comprenderlos.

Tal como se observó en los planteamientos de problemas expuestos en el capítulo

anterior, un problema de PL consta de tres partes importantes:

1. Un conjunto de variables de decisión

2. Un conjunto de restricciones

3. Una función objetivo o función criterio. En forma algebraica desarrollada este problema se puede describir como: Encontrar el

conjunto de valores de las variables x1, x2, x3,... ,xn, que maximiza o minimiza la función

nn xc . . . xc xcxc Z 332211 (1)

sujeto a:

(2)

b , ,xa . . . xa xa xa

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

b , ,xa . . . xa xa xa

b , ,xa . . . xa xa xa

mnmn3132m21m1

2n2n323222121

1n1n313212111

x1, x2, x3, . . . , xn 0 (3)

Obsérvese que (1) es la función objetivo y puede ser de maximizar o minimizar. Cada

una de las restricciones que compone el conjunto (2) puede ser de mayor o igual, de

igual a o de menor o igual, pudiendo tener solo uno de tales signos.

Los coeficientes de las variables en la función objetivo se denominan como coeficientes

económicos. Los coeficientes de las variables en las restricciones se denominan como

coeficientes tecnológicos y son las normas de insumo (consumo productivo) unitarias

de cada uno de los recursos, en otras palabras, cuanto se consume de un recurso

Page 68: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

68

dado, para la elaboración de una unidad de producto. Los términos de la derecha se

conocen como términos independientes y constituyen en general, la disponibilidad de

recursos o las limitaciones existentes en capacidad de producción, de demanda, de

almacenamiento, etc. tal como se vio en los problemas cuya formulación se estudió en

el capitulo anterior.

Las variables que componen el problema se denominan como variables de decisióno

variables esenciales y de acuerdo con (3) están sujetas a ser no negativas. La

expresión (3) se denomina habitualmente como condición de no negatividad.

El problema general de la PL puede ser escrito también de manera más sintética de la

siguiente forma:

Maxó min Z = j

xn

1j jc

sujeto a:

m:1i ;i

)b,,(j

xn

1j ija

xj 0; j 1: n También se puede expresar en forma matricial como sigue:

Maxó min Z = CX/ AX (,=,) b; X 0 Ahora es necesario tener en cuenta un conjunto de definiciones importantes.

Solución: Se denomina solución a cualquier conjunto de valores de las

variables de decisión X que satisfaga el conjunto de restricciones (2).

Solución posible: Es cualquier solución que satisfaga

simultáneamente los conjuntos de restricciones (2) y (3).

Solución posible óptima: Es una solución posible que maximiza o

minimiza a (1), o sea que al ser sustituida en (1) proporciona el valor

máximo o mínimo de Z.

Page 69: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

69

Solución básica no degenerada: Es una solución que tiene exactamente m

componentes positivos.

Solución degenerada: Es una solución básica que tiene menos de m componentes

positivos.

En un problema de PL, el conjunto de soluciones posibles conforma un conjunto

convexo. Se denomina como punto extremo o vértices del conjunto convexo a los

puntos en que se interceptan los lados del conjunto.

Procedimiento gráfico de solución Resolver por métodos gráficos un problema de PL es relativamente fácil. El

inconveniente que tiene este método es que solo es aplicable en problemas de dos

variables esenciales. Sólo si se es un buen dibujante, podría aplicarse a la solución de

un problema de tres variables, pues ya con este número de variables el método es

extremadamente complejo y por supuesto, no es posible aplicarlo en el caso de más de

tres variables esenciales. La importancia de este método es más bien metodológica, ya

que permite comprender el mecanismo de solución que desarrollan los algoritmos que

se emplean en el proceso de solución de problemas mayores, dando una idea además,

de las posibles situaciones de tipo especial que pueden ocurrir y que se verán más

adelante, tales como la existencia de soluciones alternas, soluciones no acotadas, etc.

Veamos el método a través de un ejemplo.

La solución óptima de un problema de PL se encuentra siempre en al

menos uno, de los puntos extremos del conjunto convexo formado

por las soluciones posibles del problema.

Page 70: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

70

Ejemplo 1 Sea el siguiente problema de PL:

Max Z = 4x1 + 5x2 sujeto a:

1) 8x1 + 3x2 24

2) 2x1 + 6x2 12

3) x1 + x2 6

4) x1 0, x2 0 Obsérvese que todas las soluciones posibles de este problema deberán estar en el

primer cuadrante debido a que las dos variables están sujetas a ser no negativas.

El primer paso para resolver un problema de PL mediante este método es considerar

las inecuaciones como ecuaciones. Esto se debe a que cada una de las inecuaciones

que componen el conjunto de restricciones de este problema tiene un conjunto de

soluciones posibles situado entre los ejes de coordenadas x1 y x2 y la recta que resulta

al considerar la inecuación como ecuación.

1) 8x1 + 3x2 = 24

2) 2x1 + 6x2 = 12

3) x1 + x2 = 6 El segundo paso será hallar el gráfico de estas rectas y determinar la región de

soluciones posibles para todas las inecuaciones que componen el sistema de

restricciones del problema. Es decir, se establece un sistema de coordenadas donde las

abscisas están dadas en el eje x1 y las ordenadas en el eje x2. Para hallar el gráfico de

estas rectas simplemente es necesario hallar sus intersecciones con los ejes

coordenados. Por ejemplo, en la ecuación 1) si se supone a x1= 0, entonces x2 = 8; si

se supone a x2 = 0, entonces x1 = 3. Luego la recta corta a los ejes coordenados en los

puntos (0,8) y (3,0). A partir de estos dos puntos se traza el segmento de recta que

los une y se obtiene la recta 1) del gráfico. De la misma forma se procede con las rectas

2) y 3).

Para buscar la región de soluciones simultáneas para todas las restricciones, será

necesario buscar cual es la región de solución de cada una de ellas. En el caso de la

Page 71: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

71

primera restricción se toma un punto situado a uno de los lados de la recta 1) y se

sustituye en la inecuación 1). Si el resultado satisface la inecuación entonces la región

de solución estará constituida por todos los puntos que se encuentren al mismo lado

que el punto seleccionado. Si el resultado de la sustitución no satisface la inecuación

entonces, la región de solución será el conjunto de todos los puntos que se encuentran

en el lado contrario de la recta. Por comodidad generalmente se escoge el punto (0,0).

Sustituyendo (0,0) en 1):

1) 8x1 + 3x2 24

8(0) + 3(0) 24

0 24

lo cual no es cierto, o sea que el punto (0,0) no satisface la inecuación. Eso indica que

la región de solución está en el lado contrario de la recta. Esto se indica mediante una

flecha como aparece en el gráfico 1. Un procedimiento similar se realiza con las demás

inecuaciones. Por ejemplo, con la inecuación 3), si se sustituye en ella el punto (0,0),

se llega a

3) x1 + x2 6

(0)+ (0) 6,

lo cual es cierto. En este caso la región de solución está al mismo lado que el punto

(0,0), como lo indica la flecha en el gráfico 1. Recordando que todos los puntos de la

región de solución deberán estar en el primer cuadrante por la condición de no

(1)

(2)

(3)

A

B

C

X2

X1

R

Page 72: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

72

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73

negatividad, entonces la región de solución R del sistema de restricciones de este

problema estará constituido por los puntos dentro del triángulo ABC.

Gráfico 1

Para buscar la solución del problema será necesario graficar la función objetivo. Para

ello, se le adjudica aZ un valor arbitrario conveniente. Generalmente se busca un valor

que sea mínimo común múltiplo de los coeficientes de las variables. Podemos trazar

entonces dos rectas: una para Z1 = 20 y Z2 = 40.

O sea graficando las rectas

Z = 4x1 + 5x2

Z1= 4x1 + 5x2 = 20

y Z2 = 4x1 + 5x2 = 40 Buscando las intersecciones con los ejes de estas dos rectas, se llega al gráfico 2.

Recordando que se trata de un problema de maximizar, se observa que el valor de Z

aumenta a medida que la recta se desplaza en la dirección indicada por las flechas

perpendiculares a las rectas Z1 y Z2. Ahora bien, desplazando Z1 paralela a si misma,

el último punto de la región de solución que toca es el punto B.

(1)

(2)

(3)

A

B

C

X2

X1

Z1 = 20

Z2 = 40

Page 74: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

74

Si la recta se continua desplazando, dejará de tener contacto con el conjunto de

soluciones posibles. Y es precisamente en ese punto donde se encuentran las

coordenadas del valor máximo de Z. Para encontrar las coordenadas de este punto, se

resuelve el sistema de ecuaciones formado por las dos rectas que se cortan en él. La

solución será por tanto (x1, x2) = ( 1.2, 4.8).

Sustituyendo en Z, se llega a max Z = 4x1 + 5x2

max Z = 4(1.2) + 5(4.8) = 28.8

max Z = Z* = 28.8

Ejemplo 2

Resuelva el siguiente problema de PL por el método gráfico

Max Z = 3x1 + 2x2

Sujeto a:

4x1 + 5x2 20

6x1 + 3x2 24

-3x1 + x2 0

x1, x2 0 El proceso de solución de este ejemplo es similar al anterior. L única diferencia es con

la restricción 3, debido a que la misma pasa por el origen de coordenadas y para

trazarla es necesario despejar una de las variables en términos de la otra

x2 = 3x1

Evaluando la variable x1 = 1, se tendrá x2 = 3. Se obtiene así el punto (1, 3) y se puede

trazar la recta que pasa por este punto y por el origen.

Una vez que se han trazado las rectas, para conocer cuál es el conjunto de soluciones

posibles de la tercera restricción, no es posible utilizar, como en las demás, el punto (0,

0). En este caso, se toman las coordenadas de un punto cualquiera y se sustituyen en

dicha restricción. Si la desigualdad o igualdad se satisface, entonces la región de

solución de inecuación estará formada por todos los puntos que se encuentran en el

mismo lado en que se encuentra el punto tomado como referencia. Si no se satisface,

entonces la región de solución será la del lado contrario.

Page 75: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

75

Por ejemplo, si se sustituye el punto (2, 1) en la tercera restricción, se tendrá

-3(2) + (1) 0

-5 < 0

entonces, la región de solución de esta inecuación estará formada por todos los puntos

Gráfico 2

que se encuentran en la región de la derecha. La situación se representa por el gráfico

(3).

El resto de los pasos para la determinación del óptimo es similar a la del ejemplo 1. Procedimientos algorítmicos de solución Debido a que el procedimiento de solución gráfico solo es fácilmente aplicable en caso

de que el problema contenga hasta dos variables esenciales, se necesita un

procedimiento eficaz mediante el cual se

pueda dar solución a problemas de mayores dimensiones. Aunque en 1938, Kantorovich resolvió un modelo utilizando una variante del método de

los multiplicadores de Lagrange, en realidad el primer algoritmo que resolvió con éxito el

problema de PL fue el denominado Método Simplex elaborado por Dantzig (1947/48) y

a partir del cual se han elaborado diferentes algoritmos con más o menos complejidad

R

X1Z1 = 6

Z1 = 24

X* = (1.6, 4,8)

Page 76: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

76

tales como: método Simplex Revisado, Simplex modificado, Simplex-Dual, método de

entrada y salida de la base de dos vectores simultáneamente, etc.

Estos métodos de solución están fuera del objetivo de este libro, no dedicado a

especialistas en Investigación de Operaciones, sino a estudiantes de las carreras

económicas y empresarios interesados en los métodos cuantitativos. Dado que en la

actualidad los modelos de PL se resuelven fácilmente mediante paquetes de programas

para computadoras electrónicas, tanto el procedimiento gráfico, como el procedimiento

algorítmico manual, se explican para poder realizar el análisis del problema y de su

solución, de manera que se puedan hacer las correcciones necesarias, tanto en el

primero como en la segunda.

Teniendo en cuenta los fines declarados arriba, en este capitulo se estudiará solamente

el llamado método Simplex estándar o clásico. El método Simplex es un procedimiento

iterativo que en un número finito de pasos, permite llegar a la solución óptima del

problema de PL. Comienza el proceso a partir de una solución básica, o sea a partir de

una solución de punto extremo y va moviéndose de solución básica en solución básica,

aumentando (disminuyendo) el valor de la función objetivo en cada paso, hasta llegar a

la solución que proporciona el máximo (mínimo) valor de Z.

Desde el punto de vista del procedimiento de cálculo, este método se basa en la

construcción y modificación, paso a paso, de los componentes de una tabla que tiene la

siguiente forma:

Page 77: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

77

Cj C1 C2 . . . Ck . . . Cn

CB i XBi XB* P1 P2 . . . Pk . . . Pn

CB1 XB2 XB1* p11 p12 . . . P1 k . . . p1n

CB2 XB2 XB2* p21 p22 . . . p2k . . . p2n

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

. . .

. . .

CBm XBm XBm* pm1 pm2 . . . pmk . . . pmn

Zj Z0 Z1 Z2 . . . Zk . . . Zn

ZjCj ZjCj ZjCj ZjCj ZjCj

La composición de los elementos de la tabla es la siguiente: En la primera fila se encuentran los coeficientes económicos (cj) de las variables, tal

como aparecen en la función objetivo.

La primera columna está encabezada por CBi, es decir, los elementos que la componen

son los coeficientes económicos de las variables básicas. Recuérdese que se tiene una

variable básica por cada restricción del problema. En la segunda columna se escriben

las variables que son básicas en el problema concreto que se va a resolver, y en la

tercera columna se escriben los valores de esas variables básicas.

Las columnas encabezadas por P1, P2, . . . ,Pn están compuestas por los coeficientes de

las variables que componen la matriz A del conjunto de restricciones del problema. La

tercera columna en ocasiones se denomina como P0.

La penúltima fila de la tabla esta formada por los Zj. Estos valores se obtienen

multiplicando los elementos de la columna de los CBi por los elementos de la columna Pj

y sumando los resultados de estos productos.

Una vez calculados los elementos de la fila de los Zj, se les resta a cada uno de ellos el

elemento Cj correspondiente que se encuentra en la primera fila de la tabla y se

obtendrán los elementos de la última fila.

Page 78: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

78

Antes de aplicar el método simplex se necesita que el conjunto de inecuaciones que

componen las restricciones se escriban como ecuaciones. Para explicar los diferentes

aspectos del algoritmo Simplex estándar, tomaremos como ejemplo el problema

planteado en el ejemplo 1.

Ejemplo 2 Convertir en igualdades las inecuaciones presentes en el siguiente

problema:

max Z = 4x1 + 5x2

sujeto a:

8x1 + 3x2 24

2x1 + 6x2 12

x1 + x2 6

x1 0, x2 0

Para convertir el conjunto de restricciones en igualdades, nótese que en la primera

restricción el miembro izquierdo es mayor o igual que el miembro derecho. Para lograr

que sean iguales es posible restar del miembro izquierdo una variable no negativa,

denominada como variable de holgura cuyo valor será igual a la posible diferencia entre

el miembro izquierdo y el derecho de la restricción. Esa misma operación se podrá

realizar con la segunda restricción.

En el caso de la tercera restricción, el miembro de la izquierda es menor que el de la

derecha, en ese caso será necesario sumar una variable de holgura cuyo valor será la

diferencia entre los dos miembros originales de la restricción. De ese modo el conjunto

de restricciones quedaría como sigue:

8x1 + 3x2 x324

2x1 + 6x2x412

x1 + x2+ x5 6

x1 0, x2 0, x3 0, x4 0, x5 0

Las variables de holgura deberán formar parte de la función objetivo y pueden aparecer

con un valor positivo en la solución óptima. Por ello para que su valor no afecte el valor

de Z óptimo, se le impondrá un coeficiente cero. De este modo la función objetivo

quedaría como:

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79

max Z = 4x1 + 5x2 + 0x3 + 0x4 + 0x5 Ejemplo 3: Convertir en igualdades las restricciones del siguiente problema

Min Z = 6x1 + 12x2

sujeto a:

2x1 + 4x2 12

4x1 + 3x2 24

x1, x2 0 Si se añaden las variables de holgura se tendrá que el problema quedaría como sigue: min Z = 6x1 + 12x2 + 0x3 + 0x4

sujeto a:

2x1 + 4x2 + x3 = 12

4x1 + 3x2 + x4 = 24

x1, x2, x3, x4 0 Entre los problemas de los ejemplos 2 y 3 existe una diferencia cuando se convierten

los sistemas de restricciones en igualdades. En el segundo, cuando se realiza esta

operación, las variables de holgura que se añaden, aparecen sumando y los

coeficientes de estas variables forman una matriz identidad , es decir forman una base.

Esto se puede observar en la matriz del sistema A cuyas dos últimas filas y columnas

forman una matriz unitaria.

A=2 4 1 0

4 3 0 1

En este caso, si se supone a las variables esenciales con valor cero, entonces los

valores de las variables de holgura están determinados, son los términos

independientes. El sistema de restricciones quedaría como sigue:

2(0) + 4(0) + x3 = 12

4(0) + 3(0) + x4 = 24

En este caso se dice que estas variables constituyen una solución básica.

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80

En el primer caso, cuando se añaden las variables de holgura, los coeficientes de estas

variables no conforman una matriz identidad, pues algunos de ellos son iguales a 1.

Por tanto las variables de holgura no conforman una solución básica.

Al aplicar el método Simplex para resolver estos dos problemas, se observan algunas

diferencias derivadas del hecho de que exista o no una solución básica al añadir las

variables de holgura.

Por consiguiente, para aplicar el procedimiento Simplex estándar a la solución de un

problema de PL, hay que distinguir dos situaciones:

Caso I: El problema contiene una base al añadir las variables de holgura Este caso se verá a través del siguiente:

Ejemplo 4: Resolver el siguiente problema de Programación Lineal mediante el método Simplex max Z = 3x1 + 2x2

sujeto a

3x1 3x2 9

4x1 + 5x2 20

3x1 + 7x2 21

x1 0, x2 0 Se tiene la tarea de resolverlo utilizando el método Simplex. Solución

El primer paso para resolver este problema será convertir el conjunto de restricciones

de inecuaciones a ecuaciones. Para ello se agregarán variables de holgura a cada una

de ellas quedando el problema en la siguiente forma:

Caso I: el problema contiene una base al añadir las variables

de holgura

Caso II: el problema no contiene una base al añadir las

variables de holgura.

Page 81: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

81

max Z = 3x1 + 2x2 + 0x3 + 0x4 + 0x5

sujeto a

3x1 3x2 + x3 = 9 4x1 + 5x2 + x4 = 20 3x1 + 7x2 + x5 = 21

x1 0, x2 0, x3 0, x4 0, x5 0 Como se observa en el conjunto de restricciones, al añadir las variables de holgura,

estas variables configuran una matriz identidad o unitaria. Por ello, si se considera que

las demás variables del problema son iguales a cero, el valor de cada una de las

variables de holgura queda determinado y es igual al término independiente de cada

restricción. Como existe una de tales variables en cada una de las restricciones, se dice

que ellas forman una base o sea, serán las variables básicas del problema y se estará

en condiciones de llevar el mismo a la tabla Simplex. Vaciando los coeficientes del

problema en la tabla Simplex explicada arriba se tendrá

Iteración 0

Cj 3 2 0 0 0

CBi XBi XB* P1 P2 P3 P4 P5

0 x3 9 3 3 1 0 0

0 x4 20 4 5 0 1 0

0 x5 21 3 7 0 0 1

Zj 0 0 0 0 0 0

ZjCj 3 2 0 0 0

Como se explicó arriba, los valores de Zj se calculan multiplicando la columna de los CBi

por las columnas de los Pj: 0(9) + 0(20) + 0(21) = 0 = Z0 ; 0 (3) + 0(4) + 0(3) = 0 = Z1 y

así sucesivamente. Luego se resta cada elemento de la fila Zj de los elementos

correspondientes que están en la primera fila de la tabla o sea de la fila de los Cj y de

esta manera se obtendrán los ZjCj. Se tendrá así Z1 C1 = 0 3 = 3, Z2 C2 = 0 2

= 2 y así sucesivamente.

Nótese como un aspecto importante que todos los ZjCj correspondientes a los

vectores que están en la base, son exactamente iguales a cero. Aunque si los ZjCj

son iguales a cero, esto no quiere decir que el j-ésimo vector sea básico.

Page 82: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

82

Una vez que se ha elaborado esta primera tabla entonces habrá que comprobar si la

solución encontrada compuesta por (x3, x4, x5) es la solución óptima del problema, es

decir habrá que aplicar un criterio de optimalidad de la solución. Si esta solución no es

la óptima, entonces habrá que transformar la tabla, buscando otra. Para ello habrá que

tener un criterio que permita seleccionar e introducir en la solución básica una nueva

variable. Sin embargo, como la solución no puede tener más de m componentes, será

necesario disponer de un criterio que permita seleccionar cual variable deberá salir de

la solución.

Es decir, habrá que disponer de tres criterios:

El proceso de obtención de estos criterios requiere de una fundamentación algebraica

de regular complejidad. En el caso de este libro no se deducirán, sino que se darán

directamente y son los que aparecen en la siguiente tabla resumen:

Criterio de salida, que permitirá seleccionar dentro de las

variables que están en la base, cual será la mejor para ser

sustituida.

Criterio de entrada a la base, que permitirá seleccionar cual

de las variables que no están en la base será la mejor para

introducirla en lugar de otra.

Criterio de optimalidad que permitirá conocer, después de

hacer las correspondientes sustituciones, si se ha llegado o

no a la solución óptima.

Page 83: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

83

Caso de un problema de maximizar

Caso de un problema de minimizar

Criterio de entrada en

la base: Seleccionar

aquel vector ak tal que:

ZkCk = min (ZjCj) para

todo aj cuyo ZjCj< 0

ZkCk = max (ZjCj) para

todo aj cuyo ZjCj> 0

Criterio de salida de la

base: Seleccionar aquel

vector al cual

corresponda , siendo

0p ;p

x

ip

x

ijij

*Bi

rj

*Bi

min

Criterio de optimalidad: Cuando se cumple que

ZjCj 0 para todo aj de A

ZjCj 0 para todo aj de A

Si en la tabla correspondiente a la iteración 0 se aplica el criterio de optimalidad, se verá

que los valores de los ZjCj no son todos mayores o iguales que cero, que sería la

condición para el problema estudiado que es de maximizar. Luego no se ha llegado a la

solución óptima. Habrá que cambiar esta solución introduciendo un nuevo vector en la

base.

Según el criterio de entrada que aparece en la tabla, se introducirá el vector al cual corresponda

ZkCk = min (ZjCj) para todo aj cuyo ZjCj< 0 o lo que es igual

ZkCk = min ZjCj / ZjCj< 0

= min 3, 2 = 3 = Z1 C1

Esto indica que entrará en la base el vector P1 o sea que la variable x1 se convertirá en

básica.

Ahora bien, para introducir este vector en la base, es necesario sacar alguno de los que

ya está en ella. Recuérdese que por cada restricción existirá solo una variable básica y

en el problema se tienen 3 restricciones. Para seleccionar la variable básica que dejará

de serlo se aplica el criterio dado arriba:

Page 84: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

84

0 ;

*i

*i

ijp

ijp

xmin

rjp

xBB

i

= min 9/3, 20/4, 21/3 = min 3, 5, 7 = 3

El valor de = 3 indica que saldrá de la base el vector al cual corresponde el cociente

calculado, o sea el P3.

La cuestión ahora es realizar las operaciones necesarias para realizar el proceso de

cambio de base, introduciendo P1 y sacando a P3. Esencialmente, el problema consiste

en transformar el vector columna P1 en un vector unitario igual al vector columna

P3.Para realizar esa transformación, el elemento de la tabla que se encuentra en la

intersección de la fila que corresponde a la variable x3 con la columna P1 se transforma

en un uno y los demás elementos de esa columna se deberán transformar en cero.

Para ello se divide toda la fila entre este elemento y se tendrá toda la fila transformada y

se obtendrá el elemento uno. En el problema que se está resolviendo los elementos

transformados de esa fila serían

XB1* P1 P2 P3 P4 P5

3 1 1 1/3 0 0

Para lograr la transformación de los demás elementos de la columna P1 en ceros se

aplicarán las demás operaciones elementales conocidas del Algebra Lineal. Para lograr

esto, se multiplica la fila transformada por el inverso aditivo del elemento que deberá

transformarse en cero y se suma a la fila que deberá transformarse. Esto sería

4 (3, 1, 1, 1/3, 0, 0) + (20, 4, 5, 0, 1, 0) = (8, 0, 4, 1/3, 1, 0) y el resultado es la fila transformada correspondiente a la variable x4. Para transformar la fila correspondiente a x5 se realiza la misma operación

3(3, 1, 1, 1/3, 0, 0) + (21, 3, 7, 0, 0, 1) = (12, 0, 10, 1, 0, 1) Escribiendo estos dos resultados en la nueva tabla se tendrá:

Page 85: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

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Iteración 1

Cj 3 2 0 0 0

CBi XBi XB* P1 P2 P3 P4 P5

3 x1 3 1 1 1/3 0 0

0 x4 8 0 9 4/3 1 0

0 x5 12 0 10 1 0 1

Zj

ZjCj

A partir de estos resultados se tendrá que aplicar el criterio de optimalidad. Es decir,

verificar si todos los ZjCj son mayores o iguales que cero. Calculando los ZjCj en la

misma forma que se explicó arriba, se tiene

Z0 = 3(3) + 0(8) + 0(12) = 9

Z1 = 3(1) + 0(0) + 0(0) = 3

Z2 = 3(1) + 0(9) + 0(10) = 3 y así sucesivamente. Una vez escritos estos resultados en la fila correspondiente de la

tabla, se le restan los valores de la primera fila correspondiente a los Cj, obteniéndose

los ZjCj. La tabla completa quedaría así

Iteración 1

Cj 3 2 0 0 0

CBi XBi XB* P1 P2 P3 P4 P5

3 x1 3 1 1 1/3 0 0

0 x4 8 0 9 4/3 1 0

0 x5 12 0 10 1 0 1

Zj 9 3 3 1 0 0

ZjCj 0 5 1 0 0

Como se observa, aún no se ha llegado al óptimo ya que no todos los ZjCj 0. Aplicando los criterios de entrada y salida y realizando las operaciones necesarias para

el cambio de base, se llega a la tabla correspondiente a la iteración 2.

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86

Iteración 2

Cj 3 2 0 0 0

CBi XBi XB* P1 P2 P3 P4 P5

3 X1 35/9 1 0 5/27 1/9 0

2 X2 8/9 0 1 4/27 1/9 0

0 x5 28/9 0 0 13/27 10/9

1

Zj 121/9 3 2 7/27 5/9 0

ZjCj 0 0 7/27 5/9 0

En esta iteración el criterio de optimalidad se cumple. La solución óptima encontrada será:

X*= (x1*, x2*, x3*, x4*, x5*) = (35/9, 8/9, 0, 0, 28/9)

y el valor máximo de la función objetivo es Z* = 121/9 = 13.44 Caso II: El problema no contiene una base al añadir las variables de holgura. Se tomará para ejemplificar el proceso de solución el siguiente problema: Ejemplo 5 Sea el siguiente problema de PL: maximizar Z = 3x1 + 2x2

sujeto a 2x1 + 4x2 = 8

4x1 + 3x2 12

4x1 + x2 4

x1 0, x2 0

Igual que en el ejemplo anterior se añadirán las variables de holgura para transformar

las inecuaciones en ecuaciones y el problema quedará en la siguiente forma:

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87

maximizar Z = 3x1 + 2x2 + 0x3 + 0x4

sujeto a: 2x1 + 4x2 = 8

4x1 + 3x2 + x3 12

4x1 + x2 x44

x1 0, x2 0, x3 0, x4 0

Al convertir las inecuaciones en ecuaciones no se logra que en el sistema exista el

número necesario de vectores unitarios (3) para formar una base. Obsérvese que en la

primera ecuación no existe ninguna variable para formar un vector unitario (1, 0, 0). La

segunda si contiene una variable (x3) con la cual se forma el vector (0, 1, 0) pero en la

tercera la variable de holgura da lugar a la existencia de un vector

(0, 0, 1) el cual no es unitario. Para lograr que aparezca la base unitaria necesaria se utiliza un tipo de variable

denominada variable artificial. Estas variables no tienen ningún significado económico y

por tanto solo cumplen la función de servir de base inicial para comenzar el proceso de

solución del problema de PL. No deberán aparecer nunca en la solución óptima.

En el problema considerado será necesario añadir una variable artificial en la primera

restricción y una en la tercera. En ese caso el problema quedaría en la siguiente forma:

maximizar Z = 3x1 + 2x2 + 0x3 + 0x4 Mx5 Mx6

sujeto a

2x1 + 4x2 + x5 = 8

4x1 + 3x2 + x3 12

4x1 + x2 x4 + x6 4

x1 0, x2 0, x3 0, x4 0, x5 0, x6 0 Aquí se observan dos cuestiones. En la función objetivo se han añadido las variables

artificiales x5 y x6 asociadas a coeficientes M. La letra M se utiliza para designar un

número cuyo valor absoluto es muy grande. Como el problema es de maximizar, se le

impone el signo menos para garantizar que el algoritmo de solución saque de la base a

la variable asociada a este coeficiente. Si en este problema la M tuviera signo positivo,

al ser este coeficiente un valor muy grande, siempre se mantendría en la base y no será

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88

posible determinar la solución en términos de las variables esenciales y de holgura.

Llevando el problema así planteado a la tabla Simplex se tendrá

Iteración 0

Cj 3 2 0 0 M M

CBi XBi XBi* P1 P2 P3 P4 P5 P6

M X5 8 2 4 0 0 1 0

0 X3 12 4 3 1 0 0 0

M x6 4 4 1 0 1 0 1

Zj 12M

6 M 5M 0 M M M

ZjCj 6

M3

5M2 0 M 0 0

Aplicando el criterio de optimalidad se observa que aún no todos los ZjCj son mayores

o iguales a cero. Esto indica que la solución básica no es óptima. Aplicando el criterio

de entrada se determina que el min ZjCj / ZjCj< 0 = min 6M 6, 5M 5 =

6M 6 el cual corresponde a la columna P1. Luego la variable que deberá convertirse

en básica es la variable x1. Aplicando el criterio de salida

= min 8/2, 12/4, 4/4 = min 4, 3, 1 = 1 y se determina que la variable que deberá dejar de ser básica es la variable x6 a la cual

corresponde el cociente más pequeño.

Siguiendo el mismo procedimiento aplicado en el ejemplo anterior, el elemento que está

en la intersección de la fila donde está x6 y la columna P1 , que es un 4 deberá

convertirse en un 1, para comenzar el proceso de transformación de P1 en P6, o sea

para transformar P1 en un vector unitario igual P6. Para ello, se divide toda la fila entre

4 y el resultado se coloca en la quinta fila donde ahora en lugar de x6, estará x1.

Posteriormente será necesario transformar los demás elementos de la columna P1 en ceros. Comenzando por la fila que corresponde a x3, el elemento que deberá transformarse

en cero es pij= p13 = 4. Entonces multiplicando la fila 5 por 4 y sumándola a la cuarta

fila se tendrá:

4 (1,1,1/4, 0,1/4,0, 1/4) + (12, 4, 3, 1, 0, 0, 0) = (8, 0, 2, 1, 1, 0, 1)

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89

y el resultado se escribe en la cuarta fila de la tabla, o sea la fila correspondiente a x3.

La otra fila (tercera) transformada que deberá contener un cero en su segundo

elemento se consigue multiplicando la quinta fila por 2 y sumándola a la tercera fila de

la tabla anterior, del siguiente modo:

2 ( 1, 1, ¼, 0, 1/4, 0, ¼) + (8, 2, 4, 0, 0, 1, 0) = (6, 0, 7/2, 0, ½, 1, 1/2)

y los valores resultantes se colocan en la tercera fila de la nueva tabla, que ahora se

denomina como la tabla correspondiente a la iteración 1 y aparece a continuación:

Iteración 1

Cj 3 2 0 0 M M

CBi XBi XBi* P1 P2 P3 P4 P5 P6

M X5 6 0 7/2 0 1/2 1 1/2

0 X3 8 0 2 1 1 0 1

3 x1 1 1 1/4 0 1/4 0 ¼

Zj 6M + 3

6 (7/2)M + 3/4

0 (1/2)M 1/4 M (1/2)M + 3/4

ZjCj 0 (7/2)M

5/4

0 (1/2)M ¾ 0 ½ M + ¾

Nótese que ahora la columna P1 es igual a la columna P6 de la tabla anterior.

Finalmente se calculan las filas correspondientes a las Zj y a las ZjCj tal como se

indicó arriba. Para terminar la iteración 1 se aplica el criterio de optimalidad. Para que la

solución encontrada sea óptima todos los ZjCj deberán ser no negativos. Como esto

no es así, entonces se aplica de nuevo el criterio de entrada para seleccionar el vector

que entrará en la base, o sea seleccionar el vector al cual corresponda el mínimo de

ZjCj< 0.

Se elige el min Z2 C2, Z3C3 = min (7/2)M 5/4, (1/2)M 3/4 = (7/2)M 5/4.

Este valor corresponde a Z2 C2, lo cual indica que a la base entrará el vector P2 y la

variable x2 será básica.

Se aplica nuevamente el criterio de salida, para determinar cual de los vectores que

están en la base será sustituido por P2. Aplicando el criterio de salida se tiene

Page 90: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

90

= min

1/4

1 ,

2

8 ,

7/2

6 = min 12/7, 4, 4 = 12/7

lo cual indica que saldrá de la base el vector P5. Se procede ahora a construir la tabla

correspondiente a la iteración 2 siguiendo los mismos pasos que para la iteración 1. El

primer paso es dividir toda la fila por el elemento que se encuentra en la intersección de

la columna P2 y la fila correspondiente a x5. Este elemento es 7/2. Se escribe una nueva

tabla donde en lugar de x5 estará x2 que es la nueva variable básica y mediante

transformaciones elementales se calculan los demás elementos de la tabla

transformada en la misma forma que en los casos anteriores, llegando a

Iteración 2

Cj 3 2 0 0 M M

CBi XBi XB* P1 P2 P3 P4 P5 P6

2 x2 12/7 0 1 0 1/7 2/7 1/7

0 x3 32/7 0 0 1 5/7 4/7 5/7

3 x1 4/7 1 0 0 2/7 1/4 2/7

Zj 36/7 3 2 0 4/7 1/7 4/7

ZjCj 0 0 0 4/7 M+1/7 M+4/7

Nótese que no todos los ZjCj 0. Aplicando los criterios de entrada y salida a la base

se deberá seleccionar el vector P4 para entrar en la base y sustituirá al vector P3. La

base ahora contendrá a las variables x2, x4 y x1. Realizando las operaciones conocidas

se llega a siguiente tabla que contendrá la solución óptima:

Iteración 3

Cj 3 2 0 0 M M

CBi XBi XB* P1 P2 P3 P4 P5 P6

2 x2 28/35 0 1 1/5 0 6/35 0

0 x4 32/5 0 0 7/5 1 4/5 1

3 x1 84/35 1 0 2/5 0 9/5 0

Zj 308/35

3 2 4/5 0 159/70 0

ZjCj 0 0 4/5 0 M 159/70

M

De acuerdo a este resultado la solución óptima será X* = (x1*, x2*, x3*, x4*, x5*) = (84/35, 28/35, 0, 32/35, 0)

Page 91: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

91

y el valor máximo de la función objetivo es Z* = 308/35 = 8.8 Ejemplo 6

Resolver el siguiente problema de PL:

min Z = 4x1+ 7x2

sujeto a:

8x1 + 12x2 60

2x1 + 6x2 30

3x1 2x2 15

x1 0, x2 0 Transformando el conjunto de restricciones en igualdades mediante la adición de

variables de holgura y tomando en consideración las variables artificiales necesarias

para completar la base de partida para comenzar los cálculos el problema quedaría en

la siguiente forma:

min Z = 4x1 + 7x2 + 0x3 + 0x4 + 0x5 + Mx6 + Mx7 + Mx8

sujeto a

8x1 + 12x2 x3 + x6 60

2x1 + 6x2 x4 + x7 30

3x1 2x2 x5+ x8 15

Xj 0, j = 1, 2, ... , 8 Nótese que como todas las restricciones son de mayor o igual, será necesario

considerar tres variables artificiales para poder formar la base. Como el problema es de

minimizar entonces el signo del coeficiente M en la función objetivo deberá ser positivo

para que el algoritmo Simplex las elimine de la solución básica. Las iteraciones cero y

uno se dan a continuación:

Page 92: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

92

Iteración 0

Cj 4 7 0 0 0 M M M

CBi XBi XB* P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8

M x6 60 8 12 1 0 0 1 0 0

M x7 30 2 6 0 1 0 0 1 0

M x8 15 3 2 0 0 1 0 0 1

Zj 13M 16M M M M M M M

ZjCj 13M4 16M

7 M M M 0 0 0

Iteración 1

7 x2 5 2/3 1 1/12 0 0 0 0

M x7 0 2 0 ½ 1 0 1 0

M x8 25 13/3 0 1/6 0 1 0 1

Zj 7/3M+14/3

7 1/3M7/12

M M M M

ZjCj 7/3M+2/3 0 1/3M1/1

2

M M 0 0

Y finalmente se llega a la tabla contentiva de la iteración óptima. Nótese que las

columnas correspondientes a las variables artificiales se han eliminado de la tabla. En

realidad, en el proceso de cálculo, a medida que los vectores artificiales salen de la

base, las columnas correspondientes se pueden eliminar, pues las variables

correspondientes no deben aparecer en la misma.

Cj 4 7 0 0 0

CBi XBi XB* P1 P2 P3 P4 P5

7 X2 4680/1716 0 1 0 3/22 9/143

0 X3 300/11 0 0 1 12/11 12/11

4 X1 975/143 1 0 0 3/11 3/11

ZjCj 79560/1716 0 0 0 29/22 219/143

Page 93: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

93

La solución óptima será X* = (x1, x2, x3, x4, x5) = ( 975/1716, 4680/1716, 300/143, 0, 0)

X* = (6.8181, 2.7272, 27.2727, 0, 0) y el valor mínimo de la función objetivo es Z* = 79560/1716 = 46.3636

Page 94: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

94

IV. PROGRAMAS COMPUTACIONALES. ANÁLISIS DE LA SOLUCIÓN ÓPTIMA

En este apartado se realizará un primer análisis económico de la solución óptima,

aunque para un análisis más amplio son necesarias algunas cuestiones que se verán

en capítulos posteriores como son el análisis de las variables duales y el análisis de

sensibilidad.

Para realizar el análisis económico de la solución se retomará el ejemplo 1 sobre

programación de la producción, visto en el capítulo 1.

Ejemplo 7 En ese problema se deseaba hallar un programa de producción de cargadores y

zanjeadoras que proporcionará el máximo valor de las utilidades totales. El modelo

matemático correspondiente es el siguiente:

Objetivo:

Preparar al estudiante para que pueda resolver los problemas de

Programación Lineal, mediante programas informáticos profesionales y que

sea capaz de interpretar desde el punto de vista físico y económico la

solución óptima.

Page 95: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

95

Las variables del problema son: X = x1 = número de cargadores a producir

Y = x2 = número de zanjeadoras a producir Si el problema se resuelve por el método Simplex la solución que se obtiene es la siguiente: X* = (x1

*, x2*, x3

*, x4*,x5

*, x6*, x7) = ( 4.5, 7.0, 0, 70, 2.5, 6.5)

Z* = $ 50 500.00

Para realizar el análisis de la solución es importante distinguir entre las variables

esenciales y las de holgura. Las esenciales proporcionan el programa de producción

mientras que las variables de holgura dan una idea de la utilización que se requiere de

los recursos en caso de producir de acuerdo a la solución hallada, es decir, se

interpretan como recursos que quedan sin utilizar de los disponibles (en caso de

corresponder a restricciones de menor o igual) y recursos que se emplean por encima

de los mínimos establecidos.

Los valores de las variables esenciales X y Y indican que se deben fabricar 4.5

cargadores y 7 zanjeadoras. Con este programa de producción se alcanzará una

ganancia total ascendente a $ 50 500.00 pesos. Con esta solución se utilizará todo el

tiempo disponible de los departamentos A y B. Se utilizarán 70 horas por encima del

mínimo obligatorio para comprobación o chequeo. Las restricciones de requerimiento

Max Z = 5000 X + 4000 Y función objetivo

sujeto a

10 X + 15 Y 150 horas en el departamento A

20 X + 10 Y 160 horas en el departamento B

30 X + 10 Y 135 horas de comprobación o

chequeo

X - 3Y 0 requerimiento mixto

X + Y 5 producción combinada

requerida

X , Y 0condición de no negatividad

Page 96: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

96

mixto y de producción combinada se cumplirán exactamente. Esta información puede

comprobarse sustituyendo los valores de las variables esenciales en las restricciones.

Ejemplo 8 Considérese el problema del ejercicio 2 del capítulo 1 que trata sobre un programa

productivo para una planta elaboradora de productos lácteos. Las variables de decisión

en este problema son: x1 y x2 = TM de leche condensada y TM de leche evaporada

respectivamente a elaborar por día. El modelo matemático completo es el siguiente:

Si se resuelve este modelo a través de cualquier método conocido, se llega a la

siguiente solución óptima:

X *= (x1

*, x2*, x3

*, x4*, x5

*, x6*, x7

*, x8*) = (121,66; 450, 0, 0,11; 278,3; 0, 28,5; 8

608,33)

Z* = 159 333.30 Esta solución indica que se deberán elaborar 121.66 t de leche condensada, 450 t de

leche evaporada para conseguir una posible ganancia óptima ascendente a 159 333.3

USD.

En cuanto a las variables de holgura, se tiene que con un programa de producción

como el anterior, se aprovechará toda la capacidad existente en el Departamento A, se

maximizar Z = 200 x1 + 300 x2 sujeto a

1 75

x

50

x 21

1 65

x

x 21

60

X1 400

x2 450

0.3 x1 + 1.3 x2 650

55 x1 + 21 x2 24 750

x1, x2≥ 0

Page 97: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

97

dejará de aprovechar un 11 % de la capacidad del Departamento B. Esto en lo referente

a los departamentos en que se elabora conjuntamente ambos productos. En el caso del

Departamento C que solo elabora leche condensada, se dejará de aprovechar

capacidad como para producir 278,3 t de leche condensada, o lo que es lo mismo, este

departamento se utilizará solo a un 69,58 % de sus posibilidades. El Departamento D se

aprovechara al 100 % de su capacidad. En cuanto a la materia prima fundamental o sea

la leche fresca disponible diariamente, se dejarán de utilizar 28.5 t diariamente, las

cuales se podrían utilizar en otro tipo de producto. Además, en cuanto a la Vitamina que

se le agrega a la leche, se utilizarían 8 608,33 kilogramos menos de los disponibles.

Observación El análisis de la iteración óptima en realidad es mucho más amplio que el que se ha

realizado en estos ejemplos anteriores, pero se requieren algunos conocimientos

acerca de la teoría de la dualidad y del análisis de sensibilidad que se verán en

capítulos posteriores. El análisis completo de la iteración óptima se realizará después

de haber estudiado estos temas en estudios de casos.

Tipos especiales de solución Una cuestión importante para el lector, es conocer que durante el proceso de solución

o al terminar de resolver un problema de PL, pueden aparecer soluciones que difieren

de lo estudiado hasta aquí y que deben conocerse para poder llegar a una conclusión

acertada acerca de la naturaleza del problema cuya solución se desea encontrar. Estas

soluciones pueden ser las siguientes:

Solución alterna: Es una solución alternativa que en ocasiones se presenta una vez resuelto el problema

de PL.

Este tipo de solución se identifica en la tabla que contiene a la solución óptima, cuando

uno o más de los ZjCj correspondientes a un vector no básico, tienen valor cero.

Recuérdese que en la solución óptima, los ZjCj correspondientes a los vectores

Page 98: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

98

básicos están obligados a ser iguales a cero, pero los demás pueden ser iguales a cero

o diferentes.

Cuando el ZjCj de un vector no básico es igual a cero en la tabla final, entonces este

vector puede introducirse en la base y luego de realizar las operaciones necesarias, se

encontrará una nueva solución que también será óptima. Gráficamente esto ocurre

cuando la función objetivo es paralela a alguna de las restricciones y al desplazarse en

el sentido del objetivo (maximizar o minimizar) en vez de tocar un último punto extremo

del conjunto convexo de soluciones posibles, toca a una recta y por tanto a dos puntos

extremos. En ese caso, todos los puntos situados encima de la recta que une a esos

dos puntos extremos proporcionan el mismo valor de la función objetivo que los puntos

correspondientes a las soluciones óptimas.

Ejemplo 9

Un ejemplo sería el siguiente problema min Z = 3x1 + 4x2

sujeto a;

(1) 6x1 + 8x2 24

(2) 6x1 + 3x2 18

x1, x2 0 Si se resuelve gráficamente este problema, se verá que cuando la función objetivo

alcanza su valor mínimo, se superpone a la restricción (1). Esto indica que existirán dos

puntos extremos que son óptimos: X’ = (0, 3) y X’’ = (2.4, 1.2) que en este caso

coinciden con los puntos A y B. Si se sustituyen las coordenadas de estos dos puntos

dará el mismo valor de la función objetivo Z* = 12. Pero además cualquier punto que se

encuentre sobre el segmento de recta que une a los puntos A y B, también

proporcionará el mismo valor de Z. Por ejemplo, el punto (1,2, 2,1) está sobre ese

segmento de recta. Si se sustituyen las coordenadas de este punto en la función

objetivo se comprueba que también proporciona el valor Z* = 12.

Page 99: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

99

2

1

x1

x2

z1=12

A

BZ2 =20

C

Grafico 3

La importancia de que aparezcan soluciones alternas en el proceso de solución de un

problema de PL es evidente. En este caso, la dirección de la empresa tiene en sus

manos un conjunto mayor de alternativas para utilizar sus recursos y cualquiera de ellas

le proporciona un cumplimiento óptimo del objetivo trazado.

Solución degenerada: Tal como se definió al principio de este capítulo, una solución degenerada es una

solución que tiene

menos de m componentes positivos, donde m es el número de restricciones. En el transcurso del proceso de solución mediante el Simplex, este tipo de solución

aparece cuando al aplicar el criterio de salida, el valor de es el mismo para más de un

vector. En este caso, al realizar las operaciones necesarias para el cambio de base,

una o más variables básicas serán iguales a cero en la siguiente iteración y se llegará a

la situación definida arriba. Al mismo tiempo se ve claro, que una solución de este tipo

puede aparecer en una iteración y desaparecer en la siguiente, o mantenerse hasta

llegar a ser la solución óptima.

Una solución de este tipo no tiene la mayor importancia, excepto en el sentido teórico,

ya que desde el punto de vista del modelo, la degeneración en la solución óptima refleja

que hay al menos una restricción redundante.

Page 100: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

100

Ejemplo 10

Sea el siguiente problema de PL maximizar Z = 3x1 + 9x2

sujeto a::

x1 + 4x2 8

x1 + 2x2 4

x1, x2 0 Resolviendo el problema a través del método Simplex, se llega a una solución

degenerada, tal como aparece al final de la tabla siguiente:

Cj 3 9 0 0

CBI XBi Po P1 P2 P3 P4

0 X3 8 1 4 1 0

0 X4 4 1 2 0 1

ZjCj 3 9 0 0

9 X2 2 ¼ 1 ¼ 0

0 X4 0 ½ 0 1/2 1

ZjCj 18 ¾ 0 9/4 0

9 X2 2 0 1 ½ 1/2

3 x1 0 1 0 1 2

ZjCj 18 0 0 3/2 3/2

La solución óptima es degenerada pues tiene una variable básica a nivel cero (x1). Si se

resuelve el problema gráficamente se observa que la restricción (1) es redundante.

Gráfico 4

Z 1

2

x2

x1

Page 101: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

101

Solución no acotada: Ocurre cuando el valor de la función objetivo puede crecer (en un problema de máximo)

o disminuir (en un problema de mínimo) sin límites. Es decir, resulta imposible hallar un

valor finito para la función objetivo.

Gráficamente esto se puede ver cuando el conjunto de soluciones posibles no está

acotado en la dirección en que la función objetivo tiende hacia su cumplimiento.

Z1

Z2

x2

x1 Gráfico 5

En el gráfico (5) se observa una situación en que la función objetivo Z crece en una

dirección en la cual el conjunto convexo de soluciones posibles del problema no está

limitado.

Es posible reconocer cuando en el proceso de solución se llega a una situación de este

tipo, en la tabla final del Simplex, cuando en la columna Pk correspondiente al vector

entrante ak, todas las pik 0. Esto indica que no puede determinarse el vector que debe

salir de la base.

En la práctica, la solución no acotada se presenta solo cuando se han cometido errores

en la elaboración del modelo matemático. Se recomienda entonces, revisar el modelo

en su totalidad para verificar si está correctamente construido.

Page 102: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

102

Ejemplo 11

Sea el siguiente problema de PL

maximizar Z = 2x1 + x2

sujeto a:

x1 x2 10

2x1 40

x1, x2 0

Aplicando el procedimiento del simplex a la solución de este problema, se tiene la

siguiente tabla inicial

Cj 2 1 0 0

CBi XBi P0 P1 P2 P3 P4

0 X3 10 1 1 1 0

0 X4 40 2 0 0 1

ZjCj 0 2 1 0 0

De acuerdo a la tabla anterior, al aplicar el criterio de entrada, el vector P2 entraría en

la base. Sin embargo, al aplicar el criterio de salida, no se puede seleccionar ningún

vector, pues todos los pij 0. Esto quiere decir que x2 se puede hacer crecer en forma

indefinida sin que se infrinja ninguna de las restricciones. Como cada incremento

unitario en x2 aumentará a Z en uno, un incremento infinito de x2 provocará un

incremento infinito en Z. Por esta razón se dice que el problema tiene solución no

acotada.

Se deja al lector como ejercicio resolver el problema gráficamente y demostrar que el

conjunto convexo de soluciones posibles es no acotado.

Restricción redundante: Este caso se presenta, como su nombre lo indica, cuando se incluyen en el sistema de

restricciones una o más de estas, que son innecesarias por no acotar realmente al

conjunto convexo de soluciones posibles. Esto se produce porque otras restricciones

Page 103: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

103

son más limitantes que la considerada como redundante. Las restricciones que tienen

esta característica se pueden eliminar del problema sin afectar la solución óptima.

De manera esquemática se puede graficar la situación en la siguiente forma:

A

B

Cx1

x2

Gráfico 6

Obsérvese que la región de solución está limitada por las restricciones A, C y los ejes

coordenados. La región de soluciones de la restricción B abarca puntos que están

dentro de la región general de soluciones posibles y puntos que están fuera. La

restricción C es más restrictiva que la B. Por tanto, la B puede ser eliminada sin causar

ningún perjuicio.

Cuando las restricciones redundantes son del tipo resulta muy difícil identificarlas.

Sin embargo, cuando son de otro tipo ( = ó ) entonces es posible identificarlas en el

proceso de solución mediante el método Simplex.

En esta última situación, cuando el problema se resuelve utilizando el método Simplex,

es posible detectar si el problema tiene restricciones redundantes cuando en la columna

relativa a la base, en la iteración óptima aparecen una o más variables artificiales con

valor cero, teniendo esta fila todos los pij =0. La variable artificial que tiene esta

característica identifica la restricción redundante y que puede ser eliminada.

Page 104: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

104

Ejemplo 12

Sea el siguiente problema de PL min Z = x1 + 3x2 + 3x3

sujeto a: x1 + 2x2 + 3x3 + x4 = 1800 x1+ 2x2 =1000 3x3 + x4 = 800

x1, x2, x3, x4 0 Resolviendo el problema a través del método Simplex se llega a la siguiente iteración

óptima:

Cj 1 3 3 4 M

CBi XBi Po P1 P2 P3 P4 P5

M x5 0 0 0 0 0 1

1 x1 1000 1 2 0 0 0

3 x3 800/3 0 0 1 1/3 0

ZjCj Z0 = 1800 0 1 0 3 0

En la tabla anterior la variable artificial x5 aparece en la solución óptima a nivel cero y el

resto de los elementos de la fila (excepto claro está, el 1 correspondiente al vector

columna P5) son ceros. Esto indica

que la restricción en la cual se encuentra la variable artificial x5 es redundante, en este

caso la primera.

Solución no posible. Este tipo de situación aparece cuando el conjunto de restricciones del problema de PL

no tiene un conjunto de soluciones posibles que sea común a todas. Una situación así

no puede ocurrir cuando todas las restricciones son del tipo , ya que la variable de

holgura produce siempre una solución factible. Sin embargo, cuando se emplean otros

tipos de restricciones, se deberán usar variables artificiales, y esto puede dar lugar a la

aparición de la solución no posible. Esto se refleja en la tabla cuando una variable

artificial aparece en la solución óptima con valor positivo.

Page 105: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

105

Cuando en la práctica aparece una situación de este tipo, esto indica que el modelo no

fue formulado correctamente y por ello, aparecen restricciones que están en conflicto.

También puede ser que la naturaleza de las variables no fue tomada correctamente.

Ejemplo 12

Sea el siguiente problema de PL

maximizar Z = 3x1 + 2x2

sujeto a

2x1 + x2 2

3x1 + 4x2 12

x1, x2 0 Aplicando las técnicas del método Simplex a la solución del problema anterior se tiene:

Cj 3 2 0 0 M

CBi XBi P0 P1 P2 P3 P4 P5

0 X3 2 2 1 1 0 0

M X5 12 3 4 0 1 1

ZjCj 12M 5M3 4M2 0 M 0

2 X1 1 1 1/2 1/2 0 0

M X5 9 0 5/2 1/2 1 1

ZjCj 9M +2 0 5/2M 1 1/2M+1 M 0

2 X2 2 2 1 1 0 0

M X5 4 5 0 3 1 1

ZjCj 4M +4 5M +1 0 3M+2 M 0

Se ha llegado a la solución óptima y como se observa entre las variables básicas

positivas, se encuentra x5 que es una variable artificial. Esto indica que el problema es

imposible o sea que el espacio de soluciones seainfactable. A esta solución también se

le denomina como seudoóptima.

Si este problema se resuelve de manera gráfica se tiene la siguiente figura en la cual se

nota claramente que las regiones de solución de las restricciones no tienen puntos

comunes y por tanto el problema no tiene solución posible.

Page 106: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

106

Z1

2

x1

x2

Gráfico 8

Solución por computadora Hasta el momento se han estudiado dos procedimientos de solución: el gráfico y a

través del método Simplex estándar. Sin embargo, en la actualidad el procedimiento

más común para resolver un problema de PL en la actualidad, es mediante el uso de

computadoras. La difusión que han alcanzado las computadoras personales, sus

posibilidades de almacenamiento de datos, así como el perfeccionamiento de paquetes

de programas adecuados para diferentes tipos de situaciones enmarcadas dentro de los

métodos cuantitativos aplicados a la esfera económica, hacen que hoy sea cada vez

más fácil su utilización por la dirección de la mayoría de las empresas.

Las computadoras constituyen un formidable instrumento para el trabajo con los

sistemas contables y financieros de las empresas, y con una adecuada preparación

pueden servir también para resolver muchos problemas en los cuales sea necesario

utilizar métodos cuantitativos para disponer de elementos suficientes en problemas de

toma de decisiones en la actividad gerencial.

Este apartado se presentan los resultados obtenidos al aplicar uno de los múltiples

programas de computadora existentes, que pueden ser utilizados para la solución de

problemas de PL. Algunos de los programas más utilizados en nuestro país son: OL,

Micromanager, QM, MS, LINDO, LINGO, LO, etc.

En particular, aquí se verán los resultados de la aplicación del LINDO. Este programa

puede resolver no solo problemas de PL, sino también problemas de Programación en

Enteros y Programación no Lineal.

Page 107: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

107

Ejemplo 13

Supongamos el siguiente problema de PL, donde x: número de cargadores frontales, y:

zanjeadoras. El planteamiento matemático quedaría editado en la siguiente forma en el

programa LINDO.

El planteamiento matemático de trabajo es el siguiente:

Max Z = 5000 x + 4000 y

Sujeto a

10x + 15 y 150

14x + 10y 160

18x + 10y 135

x – 3y 0

x + y 5

x 0, y 0 Este problema escrito en la pantalla de edición del programa quedaría así:

MAX 5000 X + 4000 Y

SUBJECT TO

2) 10 X + 15 Y <= 150

3) 14 X + 10 Y <= 160

4) 18 X + 10 Y >= 135

5) X - 3 Y >= 0

6) X + Y >= 5

END

y la solución correspondiente mediante el comando GO aparecería en la siguiente

forma:

Page 108: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

108

LP OPTIMUM FOUND AT STEP 3 OBJECTIVE FUNCTION VALUE 1) 58461.540 VARIABLE VALUE REDUCED COST X 9.230769 .000000

Y 3.076923 .000000 ROW SLACK OR SURPLUS DUAL PRICES 2) 11.538460 .000000

3) .000000 365.384600

4) 61.923080 .000000

5) .000000 -115.384600

6) 7.307693 .000000 NO. ITERATIONS= 3 La solución se encuentra después de tres iteraciones. Una vez obtenida la solución, o

sea los valores de las variables básicas y de holgura, el programa tiene la opción de

pedir el análisis de sensibilidad lo cual será objeto de estudio en otro capitulo de este

libro.

En la solución anterior aparecen otros datos que constituyen los valores de las variables

esenciales y de holgura del problema dual que también serán estudiados en el capítulo

correspondiente.

La solución obtenida refleja que deberán fabricarse 9.23 cargadores frontales y

aproximadamente 3 zanjeadoras, para obtener un valor máximo de Z ascendente a $

58 461.54 de ganancias. Existe una holgura de 11.54 horas en el departamento A, es

decir, son horas que no serán utilizadas, mientras que en el departamento B, no hay

holgura pues se utilizarán todas las horas disponibles. Se utilizará exactamente el

tiempo mínimo señalado para la comprobación de los equipos y la producción conjunta

mínima de los dos tipos de equipo se excederá en 4.23 unidades. Con la solución

obtenida se satisface la restricción que plantea que al menos deben fabricarse una

zanjeadoras por cada tres cargadores.

Page 109: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

109

Ejemplo 14

En este caso se aplicará el método de solución por computadora al problema 2 del

capítulo 2, en el cual de desea encontrar una combinación óptima de fabricación de

toneladas de leche condensada y de leche evaporada a partir de leche fresca y

cumpliendo un conjunto de condiciones limitantes. El planteamiento matemático editado

en el programa LINDO quedaría como sigue:

1 MAX 200 X1 + 300 X2

2 SUBJECT TO

3 2) 0.0033 X1 + 0.00133 X2 <= 1

4 3) 0.001666 X1 + 0.0015384 X2 <= 1

5 4) X1 <= 400

6 5) X2 <= 450

7 6) 0.3 X1 + 1.3 X2 <= 650

8 7) 55 X1 + 21 X2 <= 24750

9 END

La solución obtenida a partir del programa aparecería en pantalla de la siguiente forma: LP OPTIMUM FOUND AT STEP 2 OBJECTIVE FUNCTION VALUE 1) 171937.90 VARIABLE VALUE REDUCED COST

X1 184.689700 .000000

X2 450.000000 .000000 ROW SLACK OR SURPLUS DUAL PRICES

2) .030771 .000000

3) .000000 120048.000000

4) 215.310300 .000000

5) .000000 115.310900

6) 7.746223 .000000

7) 5142.068000 .000000

Page 110: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

110

NO. ITERATIONS= 2 Esta solución indica que se obtendrá un máximo de $ 171200.00 de ganancia si se

fabrican 184.7 TM de leche condensada y 450 TM de leche evaporada. Con esta

solución se tendrá un 3 % de capacidad ociosa en el departamento A, se utilizará el 100

% de la capacidad del Departamento B, se dejará de aprovechar capacidad suficiente

en el Departamento C para elaborar 215.3 TM de leche condensada y se aprovechará

toda la capacidad disponible en el departamento D. En cuanto a la disponibilidad de

materia prima (leche fresca) solo se dejarán de utilizar 7.75 TM. En este caso, la

dirección de la planta debería de analizar si deja de comprar esta cantidad de leche

fresca pues no sería necesaria. Lo mismo ocurre con los 5142 kilogramos de vitaminas

que no serán necesarios si se toma la decisión de fabricar leche condensada y

elaborada de acuerdo a la solución óptima encontrada en el problema.

Preguntas de comprobación:

1. ¿Cuál es la diferencia entre una solución, solución posible y solución óptima?

2. ¿Puede estar la solución óptima en cualquier parte del conjunto de soluciones

posibles?

1. ¿Cuál es la ventaja para el empresario, cuando llega a una solución alterna?

2. ¿En que se diferencia el criterio de salida de la base para un problema de

maximización y uno de minimización?

3. ¿Puede una variable artificial aparecer en la base cuando se ha llegado a la solución

óptima? ¿ A cuales soluciones especiales se habría llegado?

Page 111: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

111

Ejercicios propuestos

1. Resuelva los siguientes problemas de PL por el método gráfico a) Min Z = 6x1 + 8x2 sujeto a

x1 – 2x2 0

6x1 + 8x2 48

x1 2

3x1 + 4x2 12

x1, x2 0 b) min Z = 4x1 + 2x2 sujeto a

4x1 + 4x2 20

-2x1 + 3x2 6

3x1 + 2x2 6

x1, x2 0

2. Dado el siguiente problema de Programación Lineal y la tabla que contiene la

solución óptima

Se le pide determinar el vector solución utilizando el método Simplex.

.

Max Z = 10x1 + 12x2 + 8x3 ingreso Sujeto a

3x1 + 2x3 15 TM de materia prima principal

x1 + 5x2 12 TM de combustible 2x1 + x3 = 9 Horas en el horno de secado

x1 0, x2 0, x3 0

Respuesta:

La tabla final del Simplex es la siguiente:

Cj 10 12 8 0 0 -M -M

Cj Xj P0 P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7

8 X3 9 2 0 1 0 0 0 1

12 X2 12/5 1/5 1 0 0 1/5 0 0

0 X4 3 1 0 0 1 0 -1 2

Zj - Cj 92/5 0 0 0 12/5 M M+8

Page 112: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

112

El vector solución es: X* = (x1*, x2*, x3*, x4*, x5*) = ( 0, 12/5, 9, 3, 0, 0) 3. Dado el siguiente problema de PL, se le pide:

a) Determine el vector solución del problema mediante el método Simplex.

b) Explique qué tipo de solución especial puede ser detectado en la tabla final

max Z = 30x1 + 10x2 + 48x3 + 12x4 Sujeto a

x1 + x2 + x3 + x4 90 Horas máquina disponibles

x2 1/2x4 70 Kgs. de combustible x1 + 2x3 = 60 Kgs. aditivo especial disponibles Respuesta:

La tabla final del simplex es:

Cj 30 10 48 12 0 0 - M

Cb Xb Po P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7

12 x4 30 0 1 -1 1 1 0 -2

0 x6 70 0 ½ ½ 0 ½ 1 -3/4

30 x1 60 1 0 2 0 0 0 1

Zj – Cj 2160 0 2 0 0 12 0 M+6

Se deja el vector solución para que el alumno lo escriba.

Page 113: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

113

V. PROGRAMACIÓN RETICULAR Objetivo:

Recomendaciones previas al inicio del estudio de este capítulo:

Es necesario que el lector esté familiarizado con el planteamiento del

problema de Programación Lineal.

Debe tener conocimientos sobre el manejo de alguno de los programas

utilizados para resolver el problema de PL.

Debe conocer el concepto de probabilidad.

En primer lugar sería necesario definir a que se denomina proyecto, ya que esta palabra

envuelve asuntos que van desde cuestiones personales hasta obras de gran

envergadura que requieren el concurso de miles de personas.

Las actividades que lo componen están interrelacionadas en una secuencia lógica en el

sentido que algunas de ellas no pueden comenzar hasta que otras se hayan terminado.

Una actividad en un proyecto, usualmente se ve como un trabajo que requiere tiempo y

recursos para su terminación.

Al término del estudio del capítulo, el estudiante conocerá las

particularidades fundamentales de los métodos PERT y CPM y las

herramientas que pueden usarse para planear, programar y controlar

proyectos grandes, pudiendo utilizarlas tanto para la elaboración de redes,

cálculo de la ruta crítica, determinación de holguras, etc. como para

disminuir los costos del proyecto o disminuir el tiempo de realización al

mínimo costo, teniendo en cuenta las posibilidades de utilización de la

computación.

En lo adelante se considerará que un proyecto define una

combinación de actividades interrelacionadas que deben ejecutarse

en un cierto orden antes que el trabajo completo pueda terminarse.

Page 114: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

114

En general, un proyecto es un esfuerzo de un solo periodo; o sea, la misma sucesión de

actividades puede no repetirse en el futuro.

Cuando la realización de un proyecto envuelve un número limitado de acciones a

realizar, en muchas ocasiones basta para dirigir su realización con la experiencia del

dirigente del mismo, sin embargo, con el avance tecnológico contemporáneo han

surgido diversos métodos para dirigir de manera científica la realización de obras de

mediana y gran complejidad.

Décadas atrás, la programación de un proyecto (en el tiempo) se realizaba con poca

planeación. La mejor herramienta conocida de planeación entonces era el llamado

diagrama de barras de Gantt, el cual especifica los tiempos de inicio y terminación de

cada actividad en una escala de tiempo horizontal. Su desventaja es que la

interdependencia entre las diferentes actividades, no puede determinarse a partir del

diagrama de barras, siendo esta la función principal de control para el progreso del

proyecto. La creciente complejidad de los proyectos actuales ha demandado técnicas

de planeación más sistemáticas y efectivas con el objetivo de optimizar la eficiencia en

el proceso de su ejecución. La eficiencia en este caso implica efectuar la mayor

reducción en el tiempo requerido para terminar el proyecto mientras se toma en cuenta

la factibilidad económica de la utilización de los recursos disponibles.

En 1958, en los Estados Unidos de comenzó la realización del proyecto del cohete

Polaris. Este artefacto poseía una gran cantidad de componentes y partes que debían

producirse por diferentes empresas e irse ensamblando hasta finalizar con la

construcción del cohete. La complejidad de este proceso hizo necesario emplear un

método más adecuado que los existentes para controlar el desarrollo del proyecto y de

esta forma surgió el método denominado como PERT (ProgramEvaluation and

ReviewTechnique) o en español Evaluación de Programa y Técnica de Revisión. En lo

fundamenteal, este método fue desarrollado por Booz Allen, Hamilton y otros.

Por la misma época, un equipo de investigación de la transnacional de la química la

DuPont y de la división UNIVAC de la Remington Rand, desarrolló otra técnica

Page 115: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

115

denominada como CPM (CriticalPathMethod) o Método del Camino Crítico. Este

método tenía como objetivo controlar el proceso de mantenimiento de plantas químicas

de la DuPont.

Estos dos métodos se popularizaron muy pronto y actualmente ambos están muy

difundidos, utilizándose por muchas empresas para controlar el desarrollo de obras de

diferente envergadura, desarrollo de proyectos de investigación, control de programas a

corto y mediano plazos, etc.

La diferencia esencial entre estos dos métodos radica, como se verá más adelante en

que el método CPM utiliza tiempos determinísticos para las actividades, mientras que

en el método PERT, los tiempos se consideran aleatorios y se calculan mediante una

distribución de probabilidad que utiliza los tiempos pesimista, optimista y más probable.

Esta diferencia ha provocado diferentes discusiones entre los seguidores de uno u otros

métodos.

En este capítulo se darán las particularidades fundamentales de ambos métodos y las

herramientas que pueden usarse para planear, programar y controlar proyectos

grandes.

La planeación de proyectos requiere desglosar el proyecto en actividades, estimar los

recursos y el tiempo para cada actividad y describir las interrelaciones de las

actividades.

La fase de planeación comienza con la descomposición del proyecto en las distintas

actividades que lo componen. Posteriormente se determinan las estimaciones de

tiempo para estas actividades y se elabora un diagrama de red (o de flechas) donde

cada uno de sus arcos (flechas) representa una actividad. El diagrama de flechas

completo da una representación gráfica de las interdependencias entre las actividades

del proyecto. La construcción del diagrama de flechas como una fase de planeación,

tiene la ventaja de estudiar los diferentes trabajos en detalle, permitiendo que surjan

posibles mejoras antes de que el proyecto se ejecute.

Page 116: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

116

La programación requiere detallar las fechas de inicio y terminación para cada actividad.

El objetivo de la etapa de programación es construir un diagrama de tiempo que

muestre los tiempos de inicio y terminación de cada actividad y su relación con otras

actividades del proyecto. Además, el programa debe señalar las actividades críticas (en

función del tiempo) que demandarán atención especial de la dirección si el proyecto se

debe terminar en la fecha necesaria. Para las actividades no críticas el programa debe

mostrar los tiempos de holgura disponibles para su utilización cuando tales actividades

se demoran o cuando se deben usar eficientemente recursos limitados.

Esta es la fase final en la administración de proyectos. El control incluye el uso del

diagrama de flechas y la gráfica de tiempo para hacer reportes periódicos del progreso

del proyecto. La red puede, por consiguiente, actualizarse y analizarse y si es

necesario, determinar un nuevo programa para la porción restante del proyecto.

Por supuesto, una buena planeación minimiza el número de problemas que pueden

encontrarse más adelante, pero como la vida es mucho más rica que la imaginación

humana y sobre todo porque ninguna obra humana es perfecta, siempre existe la

posibilidad de que existan contratiempos.

Diferencias básicas entre el PERT y el CPM En un párrafo anterior se indicó que la diferencia fundamental entre estos dos métodos

radica en la manera en que se realizan los estimados de tiempo para las actividades. El

PERT supone que el tiempo para realizar cada una de las actividades es una variable

aleatoria descrita por una distribución de probabilidad, mientras que el CPM parte del

supuesto de que los tiempos de las actividades se conocen en forma determinística y se

pueden variar cambiando el nivel de los recursos utilizados.

El control del proyecto requiere disponer de información sobre el

estado actual del proyecto y analizar los posibles cambios cuando

surgen dificultades.

Page 117: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

117

El método PERT supone que el tiempo de las actividades se distribuye de acuerdo a

una distribución Beta. La distribución para cualquier actividad se define por tres

estimados:

(a) estimado de tiempo más optimista

(b) estimado de tiempo más pesimista

(c) estimado de tiempo más probable. Esta distribución tiene la forma que aparece en el gráfico 1.

El tiempo más probable (m) es el tiempo requerido para realizar la actividad bajo

condiciones normales. Los tiempos optimistas (a) y pesimistas (b) proporcionan una

medida de la incertidumbre inherente a la actividad, incluyendo desperfectos en el

equipo, disponibilidad de mano de obra, retardo en la llegada de los materiales y otros

factores.

Gráfico 1. Distribución Beta

A partir de la distribución definida, la media (esperada) y la desviación estándar,

respectivamente del tiempo de la actividad Z pueden estimarse por medio de las

fórmulas de aproximación:

6

a-b(Z)

6

bm4aeT

El tiempo esperado de finalización de un proyecto es la suma de todos los tiempos

esperados de las actividades que componen la ruta crítica. De modo similar,

Page 118: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

118

suponiendo que las distribuciones de los tiempos de las actividades son independientes

(lo cual es una suposición muy discutible), la varianza del proyecto es la suma de las

varianzas de las actividades en la ruta crítica.

En CPM solamente se requiere realizar un estimado de tiempo. Todos los cálculos se

hacen con la suposición de que los tiempos de las actividades se conocen. A medida

que el proyecto avanza, estos estimados se utilizan para controlar y monitorear su

progreso. Si ocurre algún retraso en el proyecto, es necesario realizar esfuerzos por

lograr que el proyecto vuelva de nuevo al programa, variando la asignación de recursos.

De lo anterior se deduce que en la práctica, el método CPM es cómodo de utilizar

cuando se desea controlar un proyecto en el cual se tiene experiencia anterior, y por lo

tanto, cuando los tiempos de duración de las actividades pueden pronosticarse con un

alto grado de aproximación. Por el contrario, el método PERT es más útil cuando se

trata de un proyecto que es acometido por primera vez, es decir, cuando existe un alto

grado de incertidumbre acerca de la duración de las actividades que lo componen.

Desarrollo de un proyecto mediante redes. Como se señaló anteriormente, el diagrama de flechas representa la interdependencia y

las relaciones de precedencia entre las actividades del proyecto.

Para desarrollar este apartado se comenzará mediante un ejemplo basado en un

proyecto de construcción.

Ejemplo 1

La empresa Golondrina S.A. se encuentra en un periodo de expansión y ha encargado

a una empresa constructora un edificio para su oficina regional.

Al comenzar las negociaciones para el contrato de la edificación, la empresa

constructora advierte que la contraparte será muy exigente en cuanto a los plazos de

entrega de la obra. Por ello, llega a la conclusión de que necesita en primer lugar

organizar los pasos del proyecto a fin de ver clara la precedencia entre las distintas

actividades a desarrollar en el proceso constructivo.

Page 119: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

119

En primer lugar se elabora un listado contentivo de las diferentes actividades a

desarrollar, el cual de manera simplificada sería el siguiente:

Actividad Descripción Predecesor Duración

A Elaboración del proyecto constructivo

ninguno 3

B Preparación del terreno ninguno 2

C Cimentación A,B 3

D Levantar paredes y columnas C 3

E Fundir techos D 3

F Red de electricidad y plomería D 4

G Carpintería y cristalería D 2

H Pintura interior E,F 3

I Pintura exterior G 1

Para elaborar la red correspondiente a este proyecto, la dirección de la empresa

constructora tiene dos vías que se utilizan normalmente:

1. Considerar que las flechas (saetas) constituyen las actividades.

2. Considerar que las actividades están dadas por los nodos o vértices de la red. Con el primer método una flecha representa una actividad y la punta indica el sentido de

avance del proyecto. La relación de precedencia entre las actividades se especifica

utilizando eventos. Un evento representa un punto en el tiempo y significa la

terminación de algunas actividades y el comienzo de otras. Los puntos inicial y final de

una actividad, por consiguiente, están descritos por dos eventos usualmente conocidos

como evento de inicio o inicial yevento de terminación o terminal. Las actividades que

originan un cierto evento no pueden comenzar hasta que las actividades que concluyen

en el mismo evento hayan terminado. En la terminología de la teoría de las redes cada

actividad esta representada por un arco orientado y cada evento simbolizado por un

nodo o vértice. La longitud del arco no necesita ser proporcional a la duración de la

actividad ni tiene que dibujarse como una línea recta.

En la figura siguiente se muestran dos casos. La figura (a) muestra un ejemplo de

representación típica de una actividad (i,j) con su evento de inicio i y su evento de

terminación j. La figura (b) muestra otro ejemplo donde las actividades (1,3) y (2,3)

Page 120: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

120

deben terminarse antes de que pueda comenzar la (3,4). La dirección del avance de

cada actividad se especifica asignando un número más pequeño al evento inicial que el

asignado al evento terminal. Esto facilita los cálculos por computadora y para

desarrollar una formulación de programación matemática para estos problemas.

i j

1

2

3 4

Gráfico (a) Gráfico (b) Gráfico 2 Se pueden considerar algunas reglas que sirvan de orientación en el proceso de

construcción de un diagrama de flechas. Estas pueden resumirse como sigue:

1. Cada actividad debe estar representada en la red por una y solo una flecha.

2. Dos actividades diferentes no pueden identificarse por los mismos eventos terminal y

de inicio.

3. Deben responderse las siguientes preguntas para asegurar una relación de

precedencia correcta en el diagrama de flechas en el momento de situar cada

actividad en la red;

a) ¿Cuáles actividades deben terminarse inmediatamente antes de que esta

actividad pueda comenzar?

b) ¿Cuáles actividades deben estar a continuación de esta actividad?

c) ¿Cuáles actividades deben y pueden efectuarse simultáneamente con esta

actividad?

La primera regla indica que ninguna actividad puede estar dos veces en una misma red.

Sin embargo, una actividad puede descomponerse en partes. Pero en este caso, cada

parte debe representarse como una actividad separada. Por ejemplo, al hacer la

instalación eléctrica de una obra, este trabajo puede descomponerse en partes y no

considerarse como una sola actividad.

Page 121: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

121

La segunda se refiere al caso en que dos actividades deben ejecutarse en forma

simultánea. En ese caso no pueden identificarse como en el gráfico 4(c) sino como en

el gráfico 4(d) siguientes:

A

B

A

B

C

1

2

3

Gráfico (c) Gráfico (d)

Gráfico 4

Obsérvese que para evitar que las actividades A y B tengan los mismos eventos inicial y

terminal se ha introducido una nueva actividad C la cual se denomina como actividad

ficticia. Las actividades ficticias no consumen tiempo ni recursos, solo cumplen la

función de separar los eventos a fin de evitar confusiones.

La tercera regla es un medio útil para verificar las relaciones de precedencia cuando se

esta desarrollando

el proceso de construcción de la red. Si se considera que las actividades enunciadas en el listado están simbolizadas por

flechas, el gráfico del proyecto quedaría en la siguiente forma:

1

2

3

4 5

6

8

7

9

A

B

C

D

G

E

F

H

I

Gráfico 5: Representación por flechas Si se considera que las actividades están simbolizadas por los nodos o vértices de la

red, entonces el gráfico quedaría de la siguiente forma:

Page 122: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

122

1

A

B

C D

G

E

F

H

I

N

Gráfico 6: Representación por nodos

Nótese que en la red planteada por nodos aparecen dos vértices (inicial y final) que

cumplen la función de poder organizar la red.

El utilizar uno u otro método para elaborar los gráficos depende del encargado del

proyecto, aunque los partidarios de la elaboración por nodos, plantean que la ventaja

fundamental es que en este método se eliminan las actividades ficticias.

Cálculo de la Ruta Crítica

Una vez desarrollada la red completa, se desea determinar la ruta crítica del proyecto.

La ruta crítica es aquella que limita el tiempo de terminación del mismo. Para el cálculo

de la ruta crítica se utiliza siguiente formulación:

Se parte de una red orientada. En el vértice inicial se supone que f(ti) = f(t1) = 0, es decir

se parte de que

el tiempo en el vértice inicial es cero. En realidad se puede partir de cualquier valor

arbitrario, pero para comodidad en los cálculos se toma el valor cero.

Para calcular la fecha más temprana de ocurrencia de cada uno de los eventos

siguientes se utiliza la fórmula

f(tj) = maxf(ti) + tij ; j 2:n ; ij X(1)

donde X es el subconjunto de los arcos que llegan al vértice j; f(ti) es la fecha de

ocurrencia más temprana del evento i y tijla duración de la actividad i,j. Esta fórmula

indica que se tomará como la fecha más temprana de ocurrencia del evento j, el

Page 123: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

123

máximo de los tiempos resultantes de sumar las fechas de ocurrencia de cada uno de

los eventos iniciales de los arcos que llegan a j más sus correspondientes duraciones.

En el caso del ejemplo 1 los cálculos de los tiempos correspondientes son los siguientes: f(t1) = 0

f(t2) = f(t1) + t12 = 0 + 2 = 2

f (t3) = maxf(t1) + t13; f(t2)+ t23 = max (0 + 3), (2 + 0) = max (3,2) = 3 Obsérvese que la actividad (2,3) es una actividad ficticia por tanto su duración es cero. f(t4) = f(t3) + t34 = 3 + 3 = 6

f(t5) = f(t4) + t45= 6+3= 9

f(t6) = f(t5) + t56 = 9 + 2 = 11

f(t7) = f(t5) + t57 = 9 + 4 = 13

f(t8) = max f(t7)+ t78; f(t5) + t58 = max 13 + 0, 9 + 3 = max (13,12) = 13

f(t9) = max f(t6) + t69; f(t8) + t89 = max 11 + 1; 13 + 2 = max 12, 15 = 15

De acuerdo a lo anterior el tiempo de duración del proyecto es de 15 semanas y las

actividades que componen la ruta crítica o camino más largo, son aquellas que dan

lugar a esta duración total: A, C, D, F y H. Esto puede comprobarse en el gráfico 7 por

simple inspección.

1

2

3

4 5

6

8

7

9

A

B

C

D

G

E

F

H

I

3

2

3

3

2

3

4

2

1

Gráfico 7: Representación de la Ruta Crítica Sin embargo, en proyectos complejos es importante tener un procedimiento general que

además de permitir el cálculo de la ruta crítica proporcione un conjunto de

Page 124: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

124

informaciones adicionales que juegan un rol fundamental en el control del proyecto y en

las tareas relacionadas con su posible optimización.

Para obtener estas informaciones adicionales se darán a continuación algunas

definiciones importantes.

Para el cálculo de las holguras libres y las totales, es conveniente establecer las

siguientes notaciones:

Ei y Ej Eventos i y j.

Las fechas más tardía de inicio y de terminación (f(ti*) y f(tj*)) se obtienen mediante la

siguiente fórmula:

f(ti*) = min f(tj*) tij ; i 2: n1; i,jεX+ (2)

donde X+ representa el subconjunto de los arcos que salen del vértice i. Las holguras libres se calculan mediante la fórmula

Holgura libre se denomina al retraso que puede sufrir el inicio de una

actividad sin peligro de atrasar la puesta en marcha de la actividad que viene

a continuación. Se denotará por HijL.

Holgura total se denomina al tiempo máximo que puede retrasarse una

actividad cualquiera sin afectar la duración total del proyecto. Se denotará

por HijT.

tiy tj fecha más temprana de inicio y más temprana de terminación de

la actividad (i,j).

ti* y tj* fecha más tardía de inicio y más tardía de terminación de la

actividad (i,j).

f(tn*) = f(tn) fecha correspondiente al final del proyecto.

Page 125: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

125

HijL = f(tj) f(ti) tij(3)

Las holguras totales se calculan mediante la fórmula

HijT = f(tj*) f(ti) tij (4)

La disposición de las diferentes fechas en una actividad cualquiera se hará en la forma

que muestra el gráfico 8.

Gráfico 8 Una vez determinado f(tn) = f(t9) = 15, se procede calculando las fechas más tardías de

ocurrencia de los eventos utilizando la fórmula (2), a partir del último evento de la red.

Disponiendo en cada evento de las fechas más tempranas y de las más tardías de

ocurrencia de los mismos, y mediante las fórmulas (3) y (4) se procede al cálculo de las

holguras libres y totales, las cuales se colocan en los cuadros que aparecen debajo de

cada uno de los arcos correspondientes de la red.

A partir de las fórmulas dadas los valores de las holguras libres de cada una de las

actividades, son los

siguientes:

H69L = f(t9) f(t6) t69 = 15 11 1 = 3

H56L = f(t6) f(t5) t56 = 11 9 2 = 0

H57L = f(t7) f(t5) t57 = 13 9 4 = 0

H89L = f(t9) f(t8) t89 = 15 13 2 = 0

H58L = f(t8) f(t5) t58 = 13 9 3 = 1

y así sucesivamente. Nótese que la actividad (6,9) tiene una holgura de 3 semanas.

Esto quiere decir que el comienzo de esta actividad puede ocurrir en lugar de la

semana 11, en la 12, 13 o 14. Esto sin afectar para nada la terminación en fecha del

proyecto en su conjunto. También puede pensarse que la duración de la actividad

if(ti)f(tj) )t(f *

jj

LijH T

ijH)*

it(f

tijti tj

Page 126: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

126

puede alargarse, de ser conveniente, durante 3 semanas más, con el mismo efecto en

la duración del proyecto.

De manera similar, la actividad (5, 8) puede retrasarse en su comienzo en una semana,

es decir, en lugar de la semana 9 podría comenzar en la semana 10 sin retrasar el

comienzo de la actividad que le sigue, la (8, 9). Si ocurriera un retraso mayor y la

actividad (8,9) es una actividad crítica (como efectivamente sucede) entonces se

retrasaría el proyecto en su conjunto. Si la actividad (8, 9) tuviera holgura libre,

entonces el retraso de la actividad (5, 8) por encima de 1 semana, consumiría la

holgura libre disponible por la (8, 9).

En cuanto a las holguras totales se tiene que

H69T= f(t9*) f(t6) t69 = 15 11 1= 3

H56T = f(t6*) f(t5) t59 = 14 9 2 = 3

H57T = f(t7*) f(t5) t57 = 13 9 4 = 0

H89T = f(t9*) f(t8) t89 = 15 14 1 = 0

H58T = f(t8) f(t5) t58 = 13 9 3 = 1

y así sucesivamente. De acuerdo a la definición de holgura total, el efecto que tiene en

las actividades un retraso en su comienzo o terminación superior a la holgura total

disponible, afectará no solo a la actividad que le sigue, sino también a toda la sucesión

de actividades hasta el evento final, retrasando así

la terminación del proyecto en su conjunto. Nótese que en las actividades críticas, tanto

la holgura libre como la holgura total son iguales a cero.

Como se observa, disponer de las holguras libres y totales de cada una de las

actividades que componen un proyecto, es de singular importancia para la dirección del

mismo. Es evidente que la dirección tendrá que mantener una vigilancia estricta sobre

el cumplimiento de todas las actividades que componen la ruta crítica si desea que el

proyecto termine en tiempo, asegurando las condiciones para que las mismas se

realicen en el tiempo que se estipuló al comienzo de la programación. En las demás

Page 127: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

127

actividades tiene la posibilidad de admitir retrasos en la misma medida en que existan

holguras totales, siendo estas últimas las determinantes para el análisis.

Ahora bien, una vez en posesión de toda esta información es posible pasar a otras

etapas en el proyecto, relacionadas con la utilización de los recursos limitados, con el

posible ahorro que puede reportar alargar la duración de algunas actividades o resolver

el gran problema que representa acelerar la ejecución del proyecto cuando esto es

imprescindible por alguna razón.

Indicaciones sobre la construcción de la Red

La información disponible sobre el tiempo de duración de las actividades, la fecha de

ocurrencia de los eventos de inicio y terminación, las holguras libres y totales, debe

disponerse dentro de la red de manera que sea fácilmente visible. Por ello, se

recomienda construir la red de manera que en la misma figuren todos estos datos. Una

manera cómoda de hacer esto se da en el siguiente ejemplo:

Ejemplo 2

Dada la información contenida en la siguiente tabla, determinar las holguras libres y

totales y la ruta crítica.

1 2

( i, j ) tij

1,2 8

1,3 7

1,4 6

2,5 12

3,5 7

3,6 9

4,6 14

6,7 4

5,7 6

Page 128: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

128

Gráfico 9

Solución:

Inicialmente es necesario construir una red similar a la que se elaboró en el primer

ejemplo, utilizando las precedencias dadas en la tabla y colocando en cada una de las

actividades los tiempos correspondientes. Esta red quedaría como se indica en el

gráfico 9.

Ahora bien, para efectuar el cálculo de la Ruta Crítica y las holguras, se construirá una

red ampliada, que tenga el formato necesario para que en ella figure toda la información

obtenida. Esta nueva red aparece en el gráfico 10. Esta nueva red tiene la siguiente

forma:

1

4

2

3

5

6

7

8

12

7

6

9 4

7

14

6

1

8

3

2

4

5

6

3

6

9

7

6

14

12

20

7

Page 129: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

129

Gráfico 10

Realizando los cálculos, tal como se hizo en el ejemplo 1, la red ampliada conteniendo

toda la información sobre las holguras y la Ruta Crítica, aparecen el gráfico 11

Se deja al lector la realización de la red ampliada correspondiente al ejemplo 1.

Gráfico 11: Red completa con las holguras libres y totales

Utilización de la Programación Lineal para el cálculo de la Ruta Crítica

Las redes PERTCPM pueden ser modeladas fácilmente como problemas de PL. Esta

formulación proporciona una gran ayuda para comprender la estructura del proyecto y

las técnicas de modelación en si mismas. Desde un punto de vista práctico el

inconveniente que tiene este enfoque para proyectos grandes es el gran número de

restricciones y variables involucradas.

1

14

8

3

2

16

4

5

6

3

0

0

2

0

00

00

6

6

6

6

9

44

0

0

7

2

22

0

8

8

7 713

20

6

6

6

14

20

12

2020

26

20

24

26 26

20

88

6

2

0 0

8 8

13

2222

22

13

7

Page 130: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

130

Si definimos TC(i) como el tiempo esperado en el cual se alcanza el vértice i, entonces

la función objetivo, que consiste en encontrar la ruta crítica de una red PERTCPM,

será

minimizar Z = TE(n) TE(0)

donde el vértice 0 es el comienzo del proyecto y el vértice n es la terminación del

proyecto. Esta expresión precisamente significa que deseamos minimizar el tiempo

necesario para ir del comienzo al final de la red.

Las restricciones se construyen a partir del hecho de que para cualquier actividad Tij,

que comienza en el vértice i y termina el j, el tiempo necesario para ir del vértice i al

vértice j es al menos el tiempo de la actividad Tij (en realidad, el tiempo necesario es el

tiempo de duración de la actividad más la holgura total). Por tanto, las restricciones

tendrán la forma

TE(j) TE(i) TE(Tij)

TE(j) TE(i) TE(Tij) + HijT

La formulación en la computadora por programación lineal del proyecto para la

construcción del edificio de oficinas de la Empresa Golondrina, sería como sigue:

1 MIN TE9 - TE1

SUBJECT TO

2) TE1 + TE3 3

3) TE1 + TE2 2

4) TE3 TE2 0

5) TE3 + TE4 3

6) TE4 + TE5 3

7) TE5 + TE8 3

8) TE5 + TE7 4

9) TE5 + TE6 2

10) TE9 TE8 2

Page 131: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

131

11) TE8 TE7 0

12) TE9 TE6 1

13) TE1 = 0

END La solución encontrada utilizando el programa Lindo es la siguiente: LP OPTIMUM FOUND AT STEP 9

OBJECTIVE FUNCTION VALUE

1) 15.000000 = Z0

VARIABLE VALUE REDUCED COST

TE9 15.000000 0.000000

TE1 0.000000 0.000000

TE3 3.000000 0.000000

TE2 3.000000 0.000000

TE4 6.000000 0.000000

TE5 9.000000 0.000000

TE8 13.000000 0.000000

TE7 13.000000 0.000000

TE6 14.000000 0.000000

ROW SLACK OR

SURPLUS

DUAL PRICES

2) 0.000000 -1.000000

3) 1.000000 0.000000

4) 0.000000 0.000000

5) 0.000000 -1.000000

6) 0.000000 -1.000000

7) 1.000000 0.000000

8) 0.000000 -1.000000

9) 3.000000 0.000000

10) 0.000000 -1.000000

Page 132: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

132

11) 0.000000 -1.000000

12) 0.000000 0.000000

13) 0.000000 0.000000

NO. ITERATIONS = 9 La ruta crítica puede encontrarse a través de aquellas restricciones que no tienen

holgura; estas corresponderán a las actividades de la ruta crítica. También las variables

duales que no son cero, especificarán las restricciones que denotan las actividades de

la ruta crítica.

En el ejemplo resuelto mediante PL, nótese que la duración total del proyecto coincide

con la anteriormente calculada de forma manual.

Para encontrar la ruta crítica, se necesita encontrar aquellas restricciones que no

tengan variable de holgura positiva, es decir, que sean igualdades estrictas en la

solución. Por el teorema complementario de holgura de la PL, aquellas ecuaciones

cuyas variables duales correspondientes no sean iguales a cero, deben ser igualdades

estrictas; por tanto, las variables de holgura son iguales a cero.

Pendiente de costo Un instrumento utilizado para analizar los posibles cambios en los costos cuando existe

una variación en

los tiempos de ejecución de las actividades que componen un proyecto, es la

denominada pendiente de costos, la cual se denota por ijC .

Este concepto está estrechamente relacionado con el hecho comprobado de que el

acelerar la terminación de una actividad requiere de una cantidad de fuerza de trabajo

y equipo adicional al normalmente utilizado.

Para calcular la pendiente de costo se parte de la estimación de cuatro elementos. En

primer lugar será necesario estimar el tiempo de más larga duración (dentro de los

limites razonables) y el costo de la actividad para este tiempo. Se estima también el

Page 133: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

133

tiempo mínimo (tiempo colisionado) en que puede ser realizada la actividad y el costo

asociado de la misma.

Partiendo de estos datos se podrá calcular

ijd ijD

CC

mínimaDuración -máxima Duración

ocolisionad Costo-máximo CostoijC minmax

Si por ejemplo, se tiene que el tiempo máximo de ejecución de una actividad dada, es

de 40 días y con esta duración el costo de la actividad es de $ 2500 y por otro lado, si

la ejecución de la actividad se acelera, puede llegarse a una duración mínima de 20

días con un costo de $ 3500, entonces la pendiente de costo correspondiente a esta

actividad será de

50$20

1000

2040

25003500ijC

De lo anterior se concluye que

Es decir, si el tiempo de duración de una actividad aumenta en una unidad, su costo de

ejecución

disminuirá en el valor que tiene la pendiente de costo y viceversa. A la pendiente de

costo también se le denomina como costo de colisión y a la red del proyecto elaborada

con los tiempos acelerados, se le denomina como red colisionada.

Disminución de costos utilizando las holguras libres Disponer de las pendientes de costo de las actividades que componen el proyecto

permite realizar ahorros que a veces pueden ser substanciales aprovechando la

posibilidad de disminuir el ritmo de terminación de las actividades que tienen holgura

libre. Como se sabe, cuando una actividad que tiene holgura libre se retrasa, es decir,

se planifica para que dure el tiempo normal más la holgura libre o una parte de ella, esto

La pendiente de costo es el cambio que sufren los costos de una actividad

cuando el tiempo de ejecución varía inversamente en una unidad de tiempo.

Page 134: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

134

significa que se le podrán destinar menos recursos laborales y de equipo, y por ende

costará menos su realización.

El cálculo del tiempo que en puede ser alargada la duración de una actividad, se realiza

mediante la fórmula:

LijH;ijtijD[min ijt

donde ijt representa el incremento posible de la actividad (i, j), es decir, que el tiempo

que podrá aumentarse a la duración normal de una actividad será igual al mínimo entre

la duración máxima posible menos la duración normal y el tiempo de holgura libre

disponible.

Ejemplo 3 Supongamos que se tiene la red correspondiente a un proyecto determinada en el

ejemplo 2. En ella se han calculado las holguras de todas las actividades así como la

ruta crítica del mismo. Además se tiene la información dada en la tabla , la cual

contiene la duración máxima permisible de las actividades, los costos de todas las

actividades y las pendientes de costo. La información disponible inicial es la

comprendida en las columnas de la 1 a la 5.

Utilizando la fórmula dada para calcular los incrementos posibles de cada una de las

actividades y los datos que aparecen en la tabla se calculan los datos que aparecen en

la columna 7. Posteriormente se multiplican estos resultados por las correspondientes

pendientes de costo y se obtiene la columna 8. Por tanto, en la columna 7 están los

tiempos que es posible alargar en las actividades que poseen holgura libre y en la

columna 8, el incremento en el tiempo multiplicado por la pendiente de costo. En el

ejemplo, como resultado de esta operación se obtiene un ahorro total de $ 290, que

representa un 10.58 % del valor total del proyecto, lo cual en muchos casos no es un

porcentaje de ahorro desdeñable.

Page 135: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

135

1 2 3 4 5 6 7 8

(i,j) Dij tij HijL Cij ijC ijt )C(t ijij

1,2 10 8 0 450 0 0 0

1,3 8 7 0 320 80 0 0

1,4 6 6 0 300 20 0 0

2,5 14 12 0 240 35 0 0

3,5 10 7 6 400 40 3 120

3,6 12 9 4 250 40 3 120

4,6 15 14 0 300 15 0 0

6,7 8 4 2 280 2 2 50

5,7 7 6 0 200 20 0 0

$ 2740 $ 290

Compresión de tiempos o Colisión

En algunas ocasiones después de haber realizado la planeación y programación

completa del proyecto y aún incluso después de haber iniciado su ejecución, pueden

surgir razones para finalizar un proyecto antes de lo planeado. Esto puede significar

que se tenga que contratar personal adicional, que se deba trabajar en tiempo extra o

comprar más equipo para ayudar a los trabajadores a terminar más pronto. Al proceso

de reducir el tiempo de terminación del proyecto por estos medios se denomina

compresión de tiemposo colisión.

Ejemplo 3 La tabla siguiente muestra un proyecto con tiempos de actividad normales y los costos

de aceleración o costos de colisión.

La red correspondiente a este proyecto se da en el gráfico 12. Obsérvese que adjunto a

la letra que denota la actividad se da la pendiente de costo de la misma y junto al

tiempo de duración normal se dan los tiempos acelerados.

Page 136: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

136

Tiempos normales, tiempos de actividad y costos colisionados correspondientes al proyecto

Actividad

Predecesores

tij (tiempo normal)

Tiempo colisionado en semanas ( dij)

Costos de colisión

por semana ( ijC )

A ninguno 14 6 100

B ninguno 12 8 200

C B 4 2 100

D A 6 4 200

E A 18 14 200

F C,D 8 6 100

G E,F 12 8 100

Gráfico 12

Para aplicar el método de disminución de tiempos, resulta conveniente construir la red

ampliada explicada arriba. En el caso particular de ejemplo dado, podría resolverse por

simple inspección, sin embargo, cuando la red tiene más actividades y vértices, el

método de la simple inspección no es adecuado. Por ello, a continuación se brinda la

red que aparece en el gráfico 13, que tiene las características mencionadas y en la cual

se brindan los datos que aparecen en la red del gráfico 12.

1

2

3 4

5 6

A($100)

14 (6

)

E ($200)18 (14)D( $200)B($200)12(8) C($100)

4(2)

F($100)

8(6)

G(100)

12(8)

Page 137: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

137

Gráfico 13

Si se aplica el método de cálculo de la Ruta crítica dado en páginas anteriores, se

obtiene que estará formada por el camino AEG. De esta forma se llega al gráfico 14

donde aparecen determinadas las holguras libres y totales. Recuerde que el camino

desde el vértice 1 al vértice 6, con holguras libres iguales a cero, es el que determina la

RC.

Gráfico 14

1

2

3

0 05 6

A ($

100)

14

(6)

E ($200)18 (14)

G ($100)

12 (8)

B ($200)

12 (8)

C ($100)

4(2)

F ($

100)

8 (6

)

D ($

200)

6(4

)

14

14

32

20

12

12

16 420

28

4432 44 443232

14

00

000

0

0

24

24

18

14

2020

0

4

4 8

44

08

1

2

3

5 6

A ($

100)

14

(6)

E ($200)18 (14)

G ($100)

12 (8)

B ($200)

12 (8)

C ($100)

4(2)

F ($

100)

8 (6

)D

($200)

6(4

)

4

Page 138: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

138

La duración del proyecto en tiempo normal es de 44 semanas y se le supone un costo

de $ 6400. Si se consideran los tiempos de colisión la duración total del proyecto es de

28 semanas con un costo de $ 10 000.

Esta información resumida se da en la siguiente tabla:

Ruta crítica Tiempo del proyecto

Costo del proyecto

Tiempos normales

AEG 44 semanas $ 6 400

Tiempos en colisión

AEG 28 semanas $ 10 000

Si todos los tiempos de duración de las actividades se aceleran, es decir, si se

consideran todos los tiempos colisionados la ruta crítica puede variar o pueden surgir

nuevas rutas críticas además de la original, ya que si una actividad no crítica se acelera

más allá de su holgura total, se convierte en crítica.

El análisis de las posibilidades de colisionar actividades, teniendo en cuenta la relación

tiempo-costo, permite al que dirige un proyecto saber cual sería el programa de menor

costo cuando se requiere reducir el tiempo total del proyecto por debajo del que marca

la ruta crítica, en el ejemplo, si se quisiera reducir la duración del proyecto por debajo

de las 44 semanas. Es obvio que la reducción tendrá que ocurrir en las actividades que

componen la ruta crítica ya que ellas son las que determinan la duración total. Si se

quiere que la disminución del tiempo del proyecto ocurra al menor costo posible,

también es obvio que deberán elegirse para disminuir el tiempo, aquellas que tengan

la menor pendiente de costo o costo de colisión.

Utilizando este criterio se observa que en el proyecto de la red del gráfico 12, las

actividades A y G tienen la misma pendiente de costo. En caso de empate, el criterio

será disminuir en la que permita una mayor disminución del costo total. En este caso, se

elegirá la actividad A.

La actividad A se puede disminuir de 14 a 6 semanas si se colisiona completamente. El

costo por semana es de $ 100, luego una disminución de 8 semanas implica un

Page 139: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

139

aumento del costo de la actividad de $ 800. Ahora la ruta crítica ha disminuido de 44 a

36 semanas. Nótese entonces que ahora se tiene una ruta crítica adicional compuesta

por las actividades BCFG con una duración de 36 semanas igual.

Gráfico 15 En estas condiciones, se podría disminuir el tiempo, colisionando la actividad G

llevándola hasta 8 semanas, esto representa una disminución de 4 semanas y un

aumento en el costo del proyecto de $400 (4 semanas a $ 100/semana). La duración

total del proyecto ha disminuido ahora a 32 semanas. El costo total del proyecto será

1

2

3

0 05 6

A

6

E ($200)18 (14)

G ($100)

12 (8)

B ($200)

12 (8)

C ($100)

4(2)

F ($

100)

8 (6

)

D ($

200)

6(4

)

6

6

24

12

12

12

16 416

24

3624 36 362424

6

00

000

0

0

16

16

10

6

1212

0

4

0 0

00

00

0

1

2

3

0 05 6

A

6

E ($200)18 (14)

G

8

B ($200)

12 (8)

C ($100)

4(2)

F ($

100)

8 (6

)D

($200)

6(4

)

6

6

24

12

12

12

16 416

24

3224 32 322424

6

00

000

0

0

16

16

10

6

1212

0

4

0 0

00

00

0

Page 140: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

140

ahora de $ 7 600.

Gráfico 16 Si se quiere disminuir por debajo de las 32 semanas, entonces se tendrán que

considerar las actividades situadas en las dos rutas críticas conjuntamente, pues

obviamente si se disminuye en una sola de ellas, la

duración del proyecto no disminuirá. La actividad F puede disminuir en dos semanas con un costo de colisión total de $ 200

(2 $100). En la otra ruta a considerar queda con posibilidades de disminución la

actividad E. Disminuyendo dos semanas en ella, el costo será de $ 400 (2$200). El

incremento total en el costo por disminuir estas dos semanas será de $ 600 (costo de

disminución en E más costo de disminución en F). El costo total ahora será de $ 8 200.

1

2

3

0 05 6

A

6

E ($200)16 (14)

G

8

B ($200)

12 (8)

C ($100)

4(2)

F

6

D ($

200)

6(4

)

6

6

22

12

12

12

16 416

22

3022 30 302422

6

00

000

0

0

16

16

10

6

1212

4

4

0 0

0

00

0

0

Page 141: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

141

La red quedará como aparece en el gráfico 17.

Gráfico 17

Gráfico 18 En esta situación, si se quiere seguir disminuyendo el tiempo total de duración del

proyecto, se tendrá que disminuir en la actividad E (que aún admite una disminución de

dos semanas) y simultáneamente en alguna de las dos actividades ( Bó C) de la otra

ruta. Lógicamente se elegirá la actividad C por tener la menor pendiente de costo. Así

disminuyendo E en dos semanas y C en dos semanas el aumento en el costo total del

proyecto será de $ 600 ($ 400 por la disminución en E más $ 200 por la disminución en

C). El costo total del proyecto ascenderá ahora a $ 8 800. La red del proyecto quedará

como aparece en el gráfico 18:

Resumiendo, la duración total del proyecto es ahora de 28 semanas con un costo total

de $ 8 800. El costo total alcanzado utilizando el criterio de disminuir el tiempo en las

actividades que tienen la pendiente de costo más pequeña, es $ 1 200 menos que el

costo que se hubiera alcanzado si se hubieran disminuido todas las actividades del

proyecto de manera simultánea a su tiempo mínimo.

1

2

3

0 05 6

A

6

E 14

G

8

B ($200)

12 (8)

C

2

F

6

D ($

200)

6(4

)

6

6

20

12

12

12

14 414

20

2820 28 282420

6

00

000

0

0

14

14

10

6

1212

2

2

0 0

0

00

0

0

Page 142: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

142

28 30 32 34 36 38 40 42 446000

7000

8000

9000

Gráfico 16 (19) El gráfico anterior muestra el comportamiento del costo a medida que se disminuyen los

tiempos de ejecución del proyecto, desde el costo mínimo alcanzado para tiempos de

ejecución normales, hasta el tiempo de ejecución mínimo encontrado mediante la

aceleración de las actividades que componen la ruta crítica.

Aplicación de la PL a la compresión de tiempos o colisión

Además del procedimiento utilizado arriba para la determinación de las actividades que

deben ser comprimidas y en cuanto pueden serlo cuando se tiene que realizar la

disminución del tiempo programado para la ejecución de un proyecto, es posible utilizar

el método de la PL.

Para formular el problema de compresión de tiempo o colisión, mediante la PL se utiliza

la siguiente notación:

T(M): tiempo estimado de duración normal de la actividad M

T’(M): tiempo de duración estimada de la actividad M totalmente acelerada (duración

mínima)

K(M): pendiente de costos de la actividad M

T(i): tiempo estimado para alcanzar el vértice i

C(M): cantidad de tiempo de colisión (aceleración) utilizado en la actividad M

D: fecha límite para completar el proyecto.

A partir de estas notaciones el planteamiento general del problema del cálculo de la

colisión será:

Page 143: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

143

min Z = K(M)C(M) costo total de la aceleración

sujeto a 1. Cumplimiento de la fecha límite de terminación del proyecto

T(n) T(0) D 2. Cumplimiento del tiempo de duración de la actividad menos el que descuente por aceleración

T(j) T(i) T(M) C(M) 3. Limitación en la disminución del tiempo de cada actividad

C(M) T(M) T’(M) Como T(M), T’(M), K(M) y D son conocidos, las variables serían solamente T(i) y C(M). Ejemplo 4

Supongamos el siguiente proyecto cuyos datos se dan a continuación:

Actividad

Duración Máxima (Dij)

Duración normal (tij)

Duración acelerada

(dij)

Pendiente de

costos

A 1,2 6 4 3 3.3

C 1,3 8 5 5 1.33

D 1,4 6 3 2 1.00

B 1,5 6 3 2 0.50

E 2,5 8 2 2 1.33

F 3,5 8 6 5 1.33

G 4,5 10 6 2 1.00

H 3,6 11 9 7 0.75

J 4,6 8 6 6 1.00

I 5,7 6 4 2 0.50

K 6,7 8 4 2 0.33

L 7,8 10 8 6 1.25

La red inicial para este proyecto sería la del gráfico 20.

Page 144: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

144

Gráfico 20 El planteamiento del problema para comprimir los tiempos y llevar la duración del

proyecto desde 26 semanas a 20, sería como sigue:

MIN 3.3 CA + 1.33 CC + CD + 0.5 CB + 1.33 CE + 1.33 CF + CG

+ 0.75 CH + CJ + 0.5 CI + 0.33 CK + 1.25 CL

SUBJECT TO

1) T8 20

2) CA + T2 T1 4

3) CC T1 + T3 5

4) CD T1 + T4 3

5) CB T1 + T5 3

6) CE T2 + T5 2

7) CF T3 + T5 6

8) CG T4 + T5 6

9) CH T3 + T6 9

10) CJ T4 + T6 6

11) CI T5 + T7 4

12) CK T6 + T7 4

13) CL + T8 T7 8

14) CA 1

1

2

3

4

5

6

7

8

4

2

4

3

56

6

9

3

6

4

826

Page 145: UNIVERSIDAD TÉCNICA “LUIS VARGAS TORRES” DE …

145

15) CC 0

16) CD 1

17) CB 1

18) CE 0

19) CF 1

20) CG 4

21) CH 2

22) CJ 0

23) CI 2

24) CK 2

25) CL 2

26) T1 = 0

END

Una vez planteado el problema, si se utiliza el programa LINDO se tendría la siguiente

solución:

LP OPTIMUM FOUND AT STEP 21

OBJECTIVE FUNCTION VALUE

1) 5.1600000

VARIABLE VALUE REDUCED

COST

CA 0.00000 3.300000

CC 0.00000 0.080000

CD 0.00000 1.000000

CB 0.00000 0.500000

CF 0.00000 0.830000

CG 0.00000 1.000000

CH 2.00000 0.000000

CJ 0.00000 1.000000

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146

CI 1.00000 0.000000

CK 2.00000 0.000000

CL 2.00000 0.000000

T8 20.0000 0.000000

T2 9.00000 0.000000

T1 0.00000 1.250000

T3 5.00000 0.000000

T4 5.00000 0.000000

T5 11.0000 0.000000

T6 12.0000 0.000000

T7 14.0000 0.000000

T1 0.00000 0.000000

En este caso, la función objetivo proporciona la cantidad en que se incrementa el costo

total al comprimir el tiempo de duración del proyecto. Al mismo tiempo obsérvese que

los valores de las variables proporcionan también en cuales actividades se realizará la

compresión y cuanto tiempo será el que se disminuirá cada una de ellas. Recuérdese

que este procedimiento se aplicaría después de haber programado el proyecto en

tiempo normal, teniendo su ruta crítica y su costo total ya calculado. Esto es importante,

pues es a partir de esas condiciones que se procede a comprimir el tiempo y esto

permite conocer luego cuales actividades que no eran criticas, pasan a serlo luego de la

compresión de tiempo y si han surgido nuevas rutas críticas en el proyecto.

Teóricamente es posible que todas las actividades del proyecto se vuelvan críticas al

comprimir el proyecto a su mínima duración posible.

La red correspondiente al proyecto colisionado utilizando las pendientes de costo sería

la siguiente:

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147

Gráfico 21

Nótese que en la red, además de la ruta crítica (1,3)(3,6)(6,7)(7,9), se tiene ahora

otra ruta por (1,3) (3,5)(5,7)(7,8) que también es crítica, surgida al consumirse las

holguras totales de algunas actividades no críticas.

Ejercicios propuestos

1. Explique: a) ¿Para cual tipo de proyecto es más apropiado utilizar el PERT y para cual el CPM?

b) Explique porqué si se tienen dos rutas críticas y se disminuye el tiempo de duración

de una de ellas, es imprescindible disminuir también el tiempo de duración de una

actividad de la otra, para que el tiempo de duración de proyecto disminuya también.

2.Construya la red del ejemplo 2 tomando los nodos como actividades.

3. Dada la siguiente red y los datos correspondientes a la duración máxima de las

actividades, la duración mínima, las pendientes de costo y los costos totales, se le

pide:

a) Elabore la red ampliada y calcule las holguras libres y totales.

b) Determine la Ruta crítica.

c) Determine en que porcentaje puede ser disminuido el costo total del proyecto,

utilizando las holguras libres existentes.

d) Disminuya el proyecto en cuatro unidades de tiempo.

1

2

3

4

5

6

7

8

4

2

3

3

56

6

7

3

6

2

62014

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e) Disminuya la duración del proyecto hasta el mínimo posible, teniendo en cuenta

los tiempos de duración de las actividades que componen la o las Rutas Críticas

existentes.

(ij) Dij dij Cij ijC

(1,2) 10 6 400 2

(1,3) 14 8 500 1.5

(1,4) 17 10 750 10

(2,5) 15 9 425 8

(3,5) 16 14 355 5

(3,7) 8 3 845 12

(3,6) 13 7 250 10

(4,6) 8 4 300 8

(5,7) 7 3 425 2

(6,7) 11 5 800 12

8

1

2

3

4

5

6

7

12

4

10

15

5

10 812

6

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149

VI: BIBLIOGRAFÍA

1. Camacho, A.(2009): Principios de Investigación de Operaciones para contaduría y

administración. Madrid. España. Editorial ECFSA.

2.Eppen, G.D; Gould, F. J.: “Investigación de operaciones en la ciencia administrativa”,

Prentice-Hall Hispanoamericana, S.A, México, 2003.

3.Gallagher, W. (2002): Métodos Cuantitativos para la toma de decisiones. México.

Editorial McGraw Hill.

4 Hiller, F,S; Lieberman, G.J. (2010): Introducción a la Investigación de Operaciones. México.

Editorial McGraw Hill. 9na. Edición

5 Kamlesh, M,;Solow D. (2008): Investigación de Operaciones. El arte de la toma de decisiones.

España. Editorial Prentice Hall

6 Mkeow,D (2012): Métodos Cuantitativos para la Administración. México. Grupo editorial

Iberoamericana

7. Moskowitz, Herbert; Wright, Gordon: “Investigación de operaciones”, Prentice-Hall

Hispanoamericana, México, 1992.

8. Roscoe, Davis; Mckeown, Patric. Modelos Cuantitativos para la Administración

. University of Georgia, Grupo Editora Iberoamericano, 1999.