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Optimización de redes, Resúmenes de Investigación de Operaciones

En el presente documento se plasma el uso de la optimización de redes, ya que estos se emplean en diversos sectores industriales y ámbitos administrativos con dicha finalidad de la obtención de soluciones que puedan satisfacer nuestras necesidades, u optimizar las soluciones para lograr nuestro objetivo mediante diferentes caminos.

Tipo: Resúmenes

2019/2020

Subido el 20/10/2020

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TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO
INSTITUTO TECNOLÓGICO DE LA PAZ
TÍTULO DEL PROYECTO
“Optimización de redes”
CARRERA
Ingeniería Industrial
PRESENTAN
17310316 - Talamantes López Brayan Nicolás
17310294 – Mejía Castillo Guillermo.
17310307 - Bravo Flores Braulio.
17310705 - López Sánchez Edson.
17310298 – Ortiz Pérez Luis Fernando.
17310306 – Damián Vázquez Jordy Alexis.
La Paz, Baja California Sur, México, a miércoles 25 de septiembre del 2019
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TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE LA PAZ

TÍTULO DEL PROYECTO

“Optimización de redes” CARRERA Ingeniería Industrial PRESENTAN 17310316 - Talamantes López Brayan Nicolás 17310294 – Mejía Castillo Guillermo. 17310307 - Bravo Flores Braulio. 17310705 - López Sánchez Edson. 17310298 – Ortiz Pérez Luis Fernando. 17310306 – Damián Vázquez Jordy Alexis. La Paz, Baja California Sur, México, a miércoles 25 de septiembre del 2019

Resumen.

En el presente documento se plasma el uso de la optimización de redes, ya que estos se emplean en diversos sectores industriales y ámbitos administrativos con dicha finalidad de la obtención de soluciones que puedan satisfacer nuestras necesidades, u optimizar las soluciones para lograr nuestro objetivo mediante diferentes caminos. Así pues, en la asignatura Investigación de las Operaciones II se llevó a cabo una consulta bibliográfica que nos permite ampliar el panorama respecto a la optimización de redes. La metodología utilizada abarco diferentes fases, ya que a la hora de desarrollar un modelo de redes nos damos cuenta de que no solo existe uno, sino que existe una gran cantidad de estos, el cual hace uso de elementos conocidos como la red, nodos, arcos, etc. que involucran diferentes métodos con su respectiva aplicación. Además, es importante el uso de la metodología en relación con el uso del software, el cual se ve un poco en el presente documento, aunque existan muchos más estilos de software dedicados al mismo.

1.1 Introducción. La mayoría de los problemas de optimización se llevan a cabo con el objetivo de minimizar o maximizar los recursos de una empresa (ya sean utilidades, costos, materia prima, rutas, etc.), estos a su vez, se puede llevar a cabo mediante una representación gráfica o de red la cual facilita el análisis del problema. Algunos ejemplos de estos problemas son de producción, distribución, localización de instalaciones, planificación de proyectos, administración de recursos y planificación financiera, entre otros. Estos métodos se utilizan en la mayoría de los ámbitos sociales, científicos y económicos debido a que son herramientas visuales y conceptuales que muestran las relaciones (dependencias) entre los componentes de los sistemas. Los problemas de redes surgen en una gran variedad de situaciones como por ejemplo las redes de transporte, redes eléctricas en fin una inmensa lista que predominan en la vida diaria. La metodología de los modelos de optimización de redes (OP) se ha convertido en uno de los mayores desarrollos recientes en la Investigación Operaciones (IO). Muchos modelos de Optimización de Redes son en realidad tipos especiales de problemas de Programación Lineal, por ejemplo, tanto el problema de transporte como el de asignación pueden ser representados mediante una red. En resumen, una representación de redes nos proporciona un panorama general poderoso y una ayuda conceptual para visualizar las relaciones entre los componentes del sistema que se utiliza casi en todas las áreas científicas, sociales y económicas.

2.1 Terminología.

La figura 6.6 es un ejemplo de diagrama de red. Cada una de las flechas que aparecen entre dos locales se llama arco o rama de la red. A veces, el arco de (2) a (4) se designa simbólicamente con el par (2, 4). Cada uno de los locales recibe el nombre de nodo de la red. La figura muestra un número +10 asociado con el lugar (1). Esto significa que hay 10 máquinas E-9 disponibles (artículos de oferta) en ese lugar. Los indicadores -3 y -7 asociados a los locales (3) y (4), respectivamente, denotan los requerimientos o demandas de esos dos locales. La figura indica también que las E-9 pueden ser enviadas al lugar (3) a través de cualquiera de las rutas alternativas (1)→(2)→(3), (1)→(2)→(4)→(3), (1)→(2)→(5)→(4)→(3),o (1)→(2)→(5)→(3).

incendio, el jefe de bomberos desea determinar con anticipación la ruta más corta de la estación de bomberos a cada una de las comunidades agrícolas. Este problema (como cualquier otro de la ruta más corta) puede considerarse como un caso especial del problema de flujo a costo mínimo (sección 6.1) donde las millas que se han viajado ahorase interpretan como el costo del flujo a través de la red. Un viaje desde la estación de bomberos a lacomunidad agrícola se interpreta como un flujo de 1 si la ruta es elegida a través de la red, por lo que minimizar el costo de este flujo equivale a minimizar el número de millas recorridas. 2.2.2 Características generales. 2.2.3 Supuestos para un problema de la ruta más corta.

  1. Se debe escoger una ruta a través de la red que se inicie en un nodo determinado, al que se denominaorigen, y que termine en otro nodo, que se llama destino.
  2. Las líneas que conectan algunos pares de nodos comúnmente se conocen como ligaduras (quepermiten viajar en cualquier dirección), aunque los arcos (que sólo permiten viajar en una dirección)también están permitidos.
  3. Asociado a cada ligadura (o arco) está un número no negativo al que se denomina distancia.(Tenga presente que el trazo de cada ligadura en la red no está en función de su verdadera distanciasin embargo sí proporciona el número correcto junto a esta ligadura.)
  4. El objetivo es encontrar la ruta más corta (la ruta con la distancia mínima total) desde el origenhasta el destino. 2.2.4 Aplicaciones. No todas las aplicaciones de los problemas de la ruta más corta implican minimizar la distancia que se recorre desde el origen al destino. De hecho, pueden no involucrar todos los recorridos. Las ligaduras (o arcos) pueden más bien representar actividades de algún otro tipo, de modo que elegir una ruta a través de una red corresponde a seleccionar la mejor secuencia de actividades. Entonces los números que dan las “distancias” de las ligaduras pueden ser, por ejemplo, los costos de las actividades, en cuyo caso el objetivo sería determinar qué secuencia de actividades minimiza el costo total. A continuación, se enumeran tres categorías de aplicaciones.
  5. Minimizar la distancia total recorrida.
  6. Minimizar el costo total de una secuencia de actividades.
  7. Minimizar el tiempo total de una secuencia de actividades.

estos empates son señal de que pueden existir (pero no necesariamente) soluciones optimas optimas múltiples. Todas esas soluciones se pueden identificar si se trabaja con las demás formas de romper los empates hasta el final.La manera más rápida de ejecutar este algoritmo en forma manual es el enfoque grafico que se ilustra enseguida. 2.3.2 Ejemplo. La administración de seervada park necesita determinar los caminos bajo los cuales se deben entender las líneas telefónicas para conectar todas las estaciones con una longitud total mínima de cable. Se describirá paso a paso la solución de este problema con base en los datos que se dan a continuación. Los nodos y distancias para el problema se resumen enseguida, en donde las líneas delgadas ahora representan ligaduras potenciales. Todos los nodos han quedado conectados, por lo que esta es la solución (optima) que se buscaba. La longitud total de las ramas es 14 millas. Aunque con este procedimiento a primera vista puede parecer que la elección del nodo inicial afectaría la solución final (y la longitud total de las

ligaduras), en realidad no es así. Se sugiere que se verifique este hecho para el ejemplo, aplicando de nuevo el algoritmo, pero con un nodo inicial distinto de 0. 2.3.3 Ejemplo 2. Una compañía constructora de conjuntos habitacionales acaba de planear un nuevo conjunto de 6 edificios multifamiliares, se necesita seleccionar una red de tuberías de distribución de agua que conecte tofos los edificios a un mínimo costo. Para desarrollar una nueva red del sistema de suministros de agua se deben unir los seis edificios, la red seleccionada debe permitir la factibilidad que deben ser tendidas a un mínimo costo.

Vamos a definir al flujo de un costo mínimo como el envío de la oferta disponible o flujo, a través de los diferentes arcos o la red, satisfaciendo al mismo tiempo las relaciones del flujo en la red y las cantidades de oferta y demanda en los nodos, su solución es muy eficiente. Una condición necesaria para que el modelo tenga solución factible es que S bi=0, es decir, que el flujo total generado en los nodos origen sea igual al flujo total absorbido por los nodos destino. Cuando esta condición no se cumple se generan nodos ficticios que generen o que absorban flujo. Los costos asociados a los arcos que parten o llegan a estos nodos son cero. A continuación, se describe el problema del flujo de costo mínimo:

  1. La red es una red dirigida conexa.
  2. Al menos uno de los nodos es nodo fuente.
  3. Al menos uno de los nodos es nodo demanda.
  4. El resto de los nodos son nodos de trasbordo.
  1. Se permite el flujo a través de un arco sólo en la dirección indicada por la flecha, donde la cantidad máxima de flujo está dada por la capacidad del arco. (Si el flujo puede ocurrir en ambas direcciones, debe representarse por un par de arcos con direcciones opuestas.)
  2. La red tiene suficientes arcos como suficiente capacidad para permitir que todos los flujos generados por los nodos fuente lleguen a los nodos demanda.
  3. El costo del flujo a través del arco es proporcional a la cantidad de ese flujo, donde se conoce el costo por unidad.
  4. El objetivo es minimizar el costo total de enviar el suministro disponible a través de la red para satisfacer la demanda dada. Para este tipo de problemas podemos ubicar las siguientes clasificaciones o grandes aplicaciones:  Ruta más Corta  Problema de Transporte  Problema de Asignación  Problema de Transbordo  Flujo de Personal Se permite el flujo a través de un arco sólo en la dirección indicada por la flecha, donde la cantidad máxima de flujo está dada por la capacidad del arco. (Si el flujo puede ocurrir en ambas direcciones, debe representarse por un par de arcos con direcciones opuestas) con el objetivo de minimizar el costo total de enviar el suministro disponible a través de la red para satisfacer la demanda dada. 2.6 Programación lineal en teoría de redes. Se plantea de la manera siguiente: xij = número de unidades de flujo en el arco (i, j) cij = costo unitario de transportación en el arco (i, j)

+8x56+8x65+5x45+5x54+11x s.t. x12+x13= -x27-x47-x67=- x27+x24+x23-x32-x42-x12= x32+x35-x23-x53-x13= x42+x47+x45-x24-x54= 2.7 Uso de software. Para trabajar con problemas que involucran redes WINQSB existen 7 modelos fundamentales de redes con el fin de optimizar el uso de algunos recursos, generalmente son problemas de minimización de costos y en ocasiones de tiempo o de maximización del flujo a través de una red. Estos modelos son:

Conclusión Es muy común hallar problemas de flujo de costo mínimo en la mayoría de las industrias, como la agricultura, la industria de los neumáticos, transportación, manufactura, medicina, asignación de materiales y se puede observar que en cada iteración del algoritmo establecido, se resuelve un problema de la ruta más corta, con la restricción de que las longitudes de los arcos son no negativas. Durante cada iteración el algoritmo selecciona un nodo con exceso de oferta un nodo con exceso de demanda y termina cuando la solución satisface todas las restricciones de balance. Y es importante también mencionar que deben satisfacer los requerimientos para la aplicación del algoritmo analizado. 2.8 Conclusión. Es muy común hallar problemas de flujo de costo mínimo en la mayoría de las industrias, como la agricultura, la industria de los neumáticos, transportación, manufactura, medicina, asignación de materiales y se puede observar que, en cada iteración del algoritmo establecido, se resuelve un problema de la ruta más corta, con la restricción de que las longitudes de los arcos son no negativas. Durante cada iteración el algoritmo selecciona un nodo con exceso de oferta un nodo con exceso de demanda y termina cuando la solución satisface todas las restricciones de balance. Y es importante también mencionar que deben satisfacer los requerimientos para la aplicación del algoritmo analizado.

Universidad Nacional Autónoma de México. (s.f.). FLUJO A COSTO MÍNIMO - Redes de optimización. Recuperado 24 septiembre, 2019, de https://sites.google.com/site/optimizaciontarea2/flujo-a-costo-minimo