专利名称：一种基于多因素约束的茶叶拼配方法
技术领域：
本发明涉及一种材料拼配方法，尤其是一种基于多因素约束的茶叶拼配方法。
背景技术：
在茶叶拼配中，通常由相应专家根据一定的经验知识，综合考虑原茶品质参数、成品茶叶目标品质参数以及投入的成本等条件，最后确定各个投入原茶在成品中所占的比例，并按此比例进行各类原茶的混合，使拼合后的成品质量满足目标品质要求。传统的拼配方法有以下几项缺陷(1)依靠专家人工生成拼配方案，要花费大量的时间。因为原料以及成品茶叶的品质参数通常是非常繁多的，匹配这些参数专家不仅仅要做大量的计算，而且要通过多次的试验、尝试。(2)专家很难处理信息的复杂性。拼配方案不仅仅要满足成品目标品质要求，还要考虑成本最小化，这就涉及到陈年材料的使用、材料库存仓位的占有率等问题，原本简单的参数匹配问题被复杂化了，由于信息的大量和复杂性，专家很难充分考虑所有因素从而做出最优拼配方案。(3)由于拼配专家的经验水平不同，造成了拼配方案的不确定性，使得拼配后的成品品质因人而异，不同的专家可能得出差别很大的最佳拼配方案，并且这些方案是很难进行优劣性比较的。
发明内容
本发明为解决传统的拼配方法存在的缺陷，目的在于提供一种基于多因素约束的茶叶拼配方法，引入运筹学的线性规划方法将材料拼配过程模型化，利用计算机，使用线性规划算法进行计算，得出的拼配规划能在满足成品目标品质要求的情况下成本最小化。
本发明是通过以下技术方案达到上述目的一种基于线性规划的多因素约束的茶叶拼配方法，它通过如下步骤实现1)确定拼配生成的成品茶叶的品质因子Bj，成品茶叶的重量WT，所需参与拼配的原茶的种类N，原茶陈放的年数T；2)确定成品茶叶的成本C与各原茶单价Ci的关系成本C=minΣi=1nCiXiWT,]]>其中Ci为原茶单价，Xi为某种被拼入的原茶在成品茶叶中所占的比例，WT为成品茶叶总重量；3)确定原茶品质因子Aj与成品茶叶品质因子Bj之间的关系先设置品质下限修正因子α，α∈
与品质上限修正因子β，β∈[1，2]；各种拼入原茶的某个品质因子之和应大于或等于成品茶叶品质体系中该品质因子的数值乘以下限修正因子；各种拼入原茶的某个品质因子之和应小于或等于成品目标品质体系中该品质因子的数值乘以上限修正因子，各种原茶的拼入比例之和等于1；即满足下面的联立方程st1
St1Σi=1nXi=1Σi=1nAjiXi≤βBj(j=0,1,...,m)Σi=1nAjiXi≥αBj(j=0,1,...,m)]]>其中Bj为成品茶叶中第j种品质因子，Aj为原茶中第j种品质因子；4)各年陈放原茶的拼配比例的要求各年份材料拼入比例之和等于1；某年份各种拼入材料在成品中所占比例之和等于该年份材料总的拼入比例，即满足下面的联立方程st2St2Σt=0nPW[t]=1Xj+1+K+Xn=PW
Xi+1=K+Xj=PW[1]···X1+K+Xi=PW[n]]]>利用计算机，使用线性规划算法进行计算，当所取的拼配的各种原茶所取的比例同时满足步骤3)中的联立方程st1和步骤4)中的联立方程st2后，取原茶单价Ci的最小值，得到满足成品目标品质要求且成本最低的茶叶拼配方案。
优选地，设置了最小库存量MRW(Minimum Remain Weight)，在经过多次拼配使用后，会产生存储仓位被极少量的材料(极少量的材料在下次拼配中几乎是不可用的)占用的情况。例如，按照计算得出的拼配方案，原料i的拼配比例是Xi，那么Xi*WT就是所需原料i的重量，假设原料的库存量为Ri且大于Xi*WT，那么当Ri和Xi*WT之间的差值太小而不可能再被使用，Ri-Xi*WT的剩余量就造成了不合理的存储。通常专家会根据经验使用掉这部分很小量的材料，从而释放被不合理占用的存储单元。因此在上述技术方案的基础上，设置了最小库存量MRW(Minimum Remain Weight)，设分摊给第i种原料的拼入重量为Pi吨，Pi＝WT*Xi，拼入比例为Xi，库存量Wi，若Wi＞Pi，且Wi-Pi≤MRW，令Pi＝Wi；若Wi＞Pi，且Wi-Pi＞MRW，则按拼配算法生成的方案所规定的比例拼入，即Wi-WT*Xi＝0或Wi-WT*Xi≥MRW。即满足联立方程st3St3W1-WT*X1=0orW1-WT*X1≥MRWW2-WT*X2=0orW2-WT*X2≥MRW···Wn-WT*Xn=0orWn-WT*Xn≥MRW]]>利用计算机，使用线性规划算法进行计算，当Wi＞Pi，且Wi-Pi≤MRW，所取的拼配的各种原茶所取的比例同时满足步骤3)中的联立方程st1和步骤4)中的联立方程st2及Pi＝Wi的条件后，取单价Ci的最小值；
当Wi＞Pi，且Wi-Pi＞MRW，所取的拼配的各种原茶的品质因子之和及所取的比例同时满足步骤3)中的联立方程st1和步骤4)中的联立方程st2、联立方程st3后，取单价Ci的最小值；得到不仅满足成品目标品质要求、成本最低的成品茶叶拼配方案，且实现库存仓位使用的最优化。
约束条件联立方程St3中存在“或”条件的约束，这些“或”条件的约束与其他约束条件进行组合，将大大加倍约束条件集合中的方程数量，并且随着原料种类的增多，方程数量更是成级数倍的增长。假设St3中存在n个相“或”的约束，那么与St1和St2组合将产生2n个可能的条件组合。如果n相当大，那么这2n个方程产生的计算量在时间上是不可忍受的。如果计算简单的线性规划方程要花费1秒钟，那么当n＝10时，2n个方程将花费半个小时才能解出最优解。因此，应该对算法模型进行优化，以减少计算量。本发明通过消除约束条件之间的互斥来达到算法优化的目的。
采用的优化措施如下将St3中的方程进行移项，结果如St3*所示。
St3*X1=W1/WTorX1≤(W1-MRW)/WTX2=W2/WTorX2≤(W2-MRW)/WT···Xn=Wn/WTorXn≤(Wn-MRW)/WT]]>将St3中的方程进行移项的好处不失一般性，设St3中的条件组合中选“＝”项的为p个(即等式个数为p个)，则选择“≤”项的应为n-p个(即不等式个数为n-p个)。下面考虑两种情形(a)若p项中的Xi之和大于1，则此种组合的线性规划无解(同St1中的约束条件X1+X2+…+Xi+…+Xn＝1互斥)；(b)若p项中有Xi之和小于常数L，那么n-p项之和必有一最大值M，若L+M＜1，显然也不满足X1+X2+…+Xi+…+Xn＝1这个条件，此种组合也是无解的。排除(a)和(b)这两种情况，剩余的条件组合数量大大减少了，从而算法的计算量也大大减少。
利用计算机，使用线性规划算法进行计算，当Wi＞Pi，且Wi-Pi≤MRW，所取的拼配的各种原茶所取的比例同时满足步骤3)中的联立方程st1和步骤4)中的联立方程st2及Pi＝Wi的条件后，取单价Ci的最小值；当Wi＞Pi，且Wi-Pi＞MRW，所取的拼配的各种原茶的品质因子之和及所取的比例同时满足步骤3)中的联立方程st1和步骤4)中的联立方程st2、联立方程St3*后，取单价Ci的最小值；得到不仅满足成品目标品质要求、成本最低的成品茶叶拼配方案，且实现库存仓位使用的最优化。
优选地，选取原茶陈放的年数不超过两年的原茶，即T小于等于2。
本发明的另一优选方案1)确定的茶叶品质因子Bj，有14项(j＝14)，包括5个内质因子和9个外质因子，分别为色泽0.90、面张0.90、香气0.90、滋味0.90、汤色0.90、叶底0.90、水份0.70、紧度0.9、身骨0.90、长梗0.90、白梗0.90、细茎0.90、整碎0.90、黄片0.60，各因子的值为
之间实数，表示了质量指标程度，成品茶叶的重量WT为200吨，设定最小库存量MRW为2吨，所需参与拼配的原茶的种类N为36种不同麦头的原茶，原茶陈放的年数2；2)确定成品茶叶的成本C与各原茶单价Ci的关系成本C=minΣi=136CiXi·200;]]>最低的成本C实现依赖于生产厂商的现有资源，也就是现有原料的质量、数量等因素；3)在满足成品目标质量体系的前提下，尽量使用单价低的原材料，从而降低总成本，从而确定原茶品质因子Aj与成品茶叶品质因子Bj之间的关系分别将Bj代入到St1，为简化方程组，将St1中后两个方程合并如Σi=1360.90α≤A1iXi≤0.90β,]]>α＝0.6和β＝1.4，得到方程组如下St1Σi=136Xi=1Σi=1360.90α≤A1iXi≤0.90β···Σi=1360.60α≤A14iXi≥0.60β]]>4)生产厂商在保证质量的前提下会使用陈年的材料，从而进一步降低材料成本。在实际拼配时，经常要考虑尽可能的使用陈原料，各年陈放原茶的拼配比例的要求St2Σt=02PW[t]=1Xj+1+K+X36=PW
Xi+1+K+Xj=PW[1]X1+K+Xi=PW[2]]]>5)拼入重量Pi(Pi＝WT*Xi)与拼入比例为Xi、库存量Wi、最小库存量MRW之间的关系在经过多次拼配使用后，会产生存储仓位被极少量的材料(极少量的材料在下次拼配中几乎是不可用的)占用的情况。例如，按照计算得出的拼配方案，原料i的拼配比例是Xi，那么Xi*WT就是所需原料i的重量，假设原料的库存量为Ri且大于Xi*WT，那么当Ri和Xi*WT之间的差值太小而不可能再被使用，Ri-Xi*WT的剩余量就造成了不合理的存储。通常专家会根据经验使用掉这部分很小量的材料，从而释放被不合理占用的存储单元。即设MRW＝2吨若Wi＞Pi，且Wi-Pi≤MRW，令Pi＝Wi，若Wi＞Pi，且Wi-Pi＞MRW，则令拼入重量Pi(Pi＝WT*Xi)与拼入比例为Xi、库存量Wi、最小库存量MRW之间的关系满足联立方程St3*St3*X1=W1/200orX1≤(W1-2)/200X2=W2/200orX2≤(W2-2)/200···X36=W36/200orX36≤(W36-2)/200]]>利用计算机，使用线性规划算法进行计算，，当Wi＞Pi，且Wi-Pi≤MRW，所取的拼配的各种原茶的品质因子之和及所取的比例同时满足步骤3)中的联立方程st1和步骤4)中的联立方程st2及Pi＝Wi的条件后，取单价Ci的最小值；当Wi＞Pi，且Wi-Pi＞MRW，所取的拼配的各种原茶的品质因子之和及所取的比例同时满足步骤3)中的联立方程st1和步骤4)中的联立方程st2、联立方程St3*后，取单价Ci的最小值；在满足成品目标质量体系的前提下，得到不仅成本最低成品茶叶拼配方案，而且库存仓位的最优化使用。
本发明的有益效果本发明利用线性规划求优，在保障质量的前提下得到成本最低的成品茶叶，不仅仅考虑了品质要求约束，同时考虑了库存材料使用约束，以及原料剩余库存约束条件，使本发明更符合实际要求，同时采取了有效的优化，控制了算法复杂度，产生以下有益效果1)拼配速度快，一次拼配全过程几分钟可实现，相对于原来需要半天或更长时间的拼配过程，效率大大提高；2)拼配质量达到手工拼配水平，质量可信；3)实现了拼配方案的最优化，达到了手工操作不可能实现的优化程度；4)对材料的品质、库存进行了有效的管理，提高了企业的管理水平；5)为批量生产的整个生产过程的计算机化提供了可能。
具体实施例方式实施例1拼配一种成品茶叶，它通过如下步骤实现1)确定所需成品茶叶品质因子Bj，有14项(j＝14)，包括5个内质因子和9个外质因子，分别为色泽0.90、面张0.90、香气0.90、滋味0.90、汤色0.90、叶底0.90、水份0.70、紧度0.9、身骨0.90、长梗0.90、白梗0.90、细茎0.90、整碎0.90、黄片0.60，如表1所示
各因子的值为
之间实数，表示了质量指标程度，成品茶叶的重量WT为200吨，设定最小库存量MRW为2吨，所需参与拼配的原茶的种类N为4个茶区的36种不同麦头的原茶，原茶陈放的年数2；2)确定成品茶叶的成本C与各原茶单价Ci的关系成本C=minΣi=136CiXi·200;]]>3)确定原茶品质因子Ai与成品茶叶品质因子Bj之间的关系分别将Bj代入到St1，为简化方程组，将St1中后两个方程合并如Σi=1360.90α≤A1iXi≤0.90β,]]>α＝0.6和β＝1.4，得到方程组如下
St1Σi=136Xi=1Σi=1360.90α≤A1iXi≤0.90β···Σi=1360.60α≤A14iXi≥0.60β]]>4)各年陈放原茶的拼配比例的要求St2Σt=02PW[t]=1Xj+1+K+X36=PW
Xi+1+K+Xj=PW[1]X1+K+Xi=PW[2]]]>5)拼入重量Pi(Pi＝WT*Xi)与拼入比例为Xi、库存量Wi、最小库存量MRW之间的关系设MRW＝2吨若Wi＞Pi，且Wi-Pi≤MRW，令Pi＝Wi，若Wi＞Pi，且Wi-Pi＞MRW，则令拼入重量Pi(Pi＝WT*Xi)与拼入比例为Xi、库存量Wi、最小库存量MRW之间的关系满足联立方程St3*St3*X1=W1/200orX1≤(W1-2)/200X2=W2/200orX2≤(W2-2)/200···X36=W36/200orX36≤(W36-2)/200]]>利用计算机，使用线性规划算法进行计算，当Wi＞Pi，且Wi-Pi≤MRW，所取的拼配的各种原茶的品质因子之和及所取的比例同时满足步骤3)中的联立方程st1和步骤4)中的联立方程st2及Pi＝Wi的条件后，取单价Ci的最小值；当Wi＞Pi，且Wi-Pi＞MRW，所取的拼配的各种原茶的品质因子之和及所取的比例同时满足步骤3)中的联立方程st1和步骤4)中的联立方程st2、联立方程St3*后，取单价Ci的最小值；得到36种原茶应拼入的比例、重量及原茶单价，各原茶剩余库存量，如表2所示
拼配出来的茶叶的成本C＝5840000元，实验表明，整个拼配时间为3分钟。
在满足成品目标质量体系的前提下，得到不仅成本最低成品茶叶拼配方案，而且库存仓位的最优化使用。
权利要求
1.一种基于多因素约束的茶叶拼配方法，其特征在于，它通过如下步骤实现1)确定拼配生成的成品茶叶的品质因子Bj，成品茶叶的重量WT，所需参与拼配的原茶的种类N，原茶陈放的年数T；2)确定成品茶叶的成本C与各原茶单价Ci的关系成本C=minΣi=1nCiXiWT,]]>其中Ci为原茶单价，Xi为某种被拼入的原茶在成品茶叶中所占的比例，WT为成品茶叶总重量；3)确定原茶品质因子Aj与成品茶叶品质因子Bj之间的关系先设置品质下限修正因子α，α∈
与品质上限修正因子β，β∈[1，2]；各种拼入原茶的某个品质因子之和应大于或等于成品茶叶品质体系中该品质因子的数值乘以下限修正因子；各种拼入原茶的某个品质因子之和应小于或等于成品目标品质体系中该品质因子的数值乘以上限修正因子，各种原茶的拼入比例之和等于1；即满足下面的联立方程st1St1Σi=1nXi=1Σi=1nAjiXi≤βBj(j=0,1,...,m)Σi=1nAjiXi≥αBj(j=0,1,...,m)]]>其中Bj为成品茶叶中第j种品质因子，Aj为原茶中第j种品质因子；4)各年陈放原茶的拼配比例的要求各年份材料拼入比例之和等于1；某年份各种拼入材料在成品中所占比例之和等于该年份材料总的拼入比例，即满足下面的联立方程st2St2Σt=0nPW[t]=1Xj+1+K+Xn=PW
Xi+1+K+Xj=PW[1]...X1+K+Xi=PW[n]]]>利用计算机，使用线性规划算法进行计算，当所取的拼配的各种原茶所取的比例同时满足步骤3)中的联立方程st1和步骤4)中的联立方程st2后，取原茶单价Ci的最小值。
2.根据权利要求1所述的一种基于多因素约束的茶叶拼配方法，其特征在于，设置了最小库存量MRW，设分摊给第i种原料的拼入重量为Pi吨，Pi＝WT*Xi，拼入比例为Xi，库存量Wi，若Wi＞Pi，且Wi-Pi≤MRW，令Pi＝Wi；若Wi＞Pi，且Wi-Pi＞MRW，则按拼配算法生成的方案所规定的比例拼入，即Wi-WT*Xi＝0或Wi-WT*Xi≥MRW，即满足联立方程st3St3W1-WT*X1=0orW1-WT*X1≥MRWW2-WT*X2=0orW2-WT*X2≥MRW...Wn-WT*Xn=0orWn-WT*Xn≥MRW]]>利用计算机，使用线性规划算法进行计算，当Wi＞Pi，且Wi-Pi≤MRW，所取的拼配的各种原茶所取的比例同时满足步骤3)中的联立方程st1和步骤4)中的联立方程st2及Pi＝Wi的条件后，取单价Ci的最小值；当Wi＞Pi，且Wi-Pi＞MRW，所取的拼配的各种原茶的品质因子之和及所取的比例同时满足步骤3)中的联立方程st1和步骤4)中的联立方程st2、联立方程st3后，取单价Ci的最小值。
3.根据权利要求2所述的一种基于多因素约束的茶叶拼配方法，其特征在于，对联立方程St3进行优化，将St3进行移项得到St3*St3*X1=W1/WTorX1≤(W1-MRW)/WTX2=W2/WTorX2≤(W2-MRW)/WT···Xn=Wn/WTorXn≤(Wn-MRW)/WT]]>利用计算机，使用线性规划算法进行计算，当Wi＞Pi，且Wi-Pi≤MRW，所取的拼配的各种原茶所取的比例同时满足步骤3)中的联立方程st1和步骤4)中的联立方程st2及Pi＝Wi的条件后，取单价Ci的最小值；当Wi＞Pi，且Wi-Pi＞MRW，所取的拼配的各种原茶的品质因子之和及所取的比例同时满足步骤3)中的联立方程st1和步骤4)中的联立方程st2、联立方程St3*后，取单价Ci的最小值。
4.根据权利要求1-3任一权利要求所述的一种基于多因素约束的茶叶拼配方法，其特征在于，选取原茶陈放的年数不超过两年的原茶，即T小于等于2。
5.根据权利要求1-3任一权利要求所述的一种基于多因素约束的茶叶拼配方法，其特征在于，品质下限修正因子α＝0.6，品质上限修正因子β＝1.4。
6.根据权利要求3所述的一种基于多因素约束的茶叶拼配方法，其特征在于，它通过如下步骤实现1)确定的茶叶品质因子Bj，有14项(j＝14)，包括5个内质因子和9个外质因子，分别为色泽0.90、面张0.90、香气0.90、滋味0.90、汤色0.90、叶底0.90、水份0.70、紧度0.9、身骨0.90、长梗0.90、白梗0.90、细茎0.90、整碎0.90、黄片0.60，各因子的值为
之间实数，表示了质量指标程度，成品茶叶的重量WT为200吨，设定最小库存量MRW为2吨，所需参与拼配的原茶的种类N为36种不同麦头的原茶，原茶陈放的年数2；2)确定成品茶叶的成本C与各原茶单价Ci的关系成本C=minΣi=136CiXi·200;]]>3)确定原茶品质因子Aj与成品茶叶品质因子Bj之间的关系分别将Bj代入到St1，为简化方程组，将St1中后两个方程合并如Σi=1360.90α≤AliXi≤0.90β,]]>α＝0.6和β＝1.4，得到方程组如下St1Σi=136Xi=1Σi=1360.90α≤A1iXi≤0.90β···Σi=1360.60α≤A14iXi≥0.60β]]>4)各年陈放原茶的拼配比例的要求St2Σt=02PW[t]=1Xj+1+K+X36=PW
Xi+1+K+Xj=PW[1]X1+K+Xi=PW[2]]]>5)拼入重量Pi(Pi＝WT*Xi)与拼入比例为Xi、库存量Wi、最小库存量MRW之间的关系设MRW＝2吨若Wi＞Pi，且Wi-Pi≤MRW，令Pi＝Wi，若Wi＞Pi，且Wi-Pi＞MRW，则令拼入重量Pi(Pi＝WT*Xi)与拼入比例为Xi、库存量Wi、最小库存量MRW之间的关系满足联立方程St3*St3*X1=W1/200orX1≤(W1-2)/200X2=W2/200orX2≤(W2-2)/200···X36=W36/200orX36≤(W36-2)/200]]>利用计算机，使用线性规划算法进行计算，当Wi＞Pi，且Wi-Pi≤MRW，所取的拼配的各种原茶的品质因子之和及所取的比例同时满足步骤3)中的联立方程st1和步骤4)中的联立方程st2及Pi＝Wi的条件后，取单价Ci的最小值；当Wi＞Pi，且Wi-Pi＞MRW，所取的拼配的各种原茶的品质因子之和及所取的比例同时满足步骤3)中的联立方程st1和步骤4)中的联立方程st2、联立方程St3*后，取单价Ci的最小值。
全文摘要
本发明涉及一种基于多因素约束的茶叶拼配方法，它通过如下步骤实现1)确定拼配生成的成品茶叶的品质因子Bj，成品茶叶的重量WT，所需参与拼配的原茶的种类N，原茶陈放的年数T；2)确定成品茶叶的成本C与各原茶单价Ci的关系成本
文档编号A23F3/00GK1742592SQ20051006097
公开日2006年3月8日 申请日期2005年9月30日 优先权日2005年9月30日
发明者琚春华 申请人:浙江工商大学