Investigació d'operacions

Archiu:Estimated response surface.png

Disseny d'experiments, segons el método de Doehlert.

La investigació d'operacions, també cridada investigació operativa o ciència administrativa, és el camp d'estudi que estudia la resolució de problemes de control d'organisacions per a alcançar certs objectius per mig de l'aplicació de métodos analítics alvançats per a ajudar a prendre millors decisions. Forma part de l'Administració d'Operacions en la disciplina administrativa i de l'ingenieria industrial.

L'orige de la IO moderna se situa en la Segona Guerra Mundial i en el bando aliat. De fet, algun dels descobriments d'eixos anys (el control de calitat seqüencial de Wald) va continuar sent secret militar fins a varis anys despuix de terminada la guerra. Els eixèrcits són organisacions complexes en problemes complexos de coordinació i llogística, de producció i distribució d'armes, de intendencia, d'estratègies d'alvanç i desplegament de tropes. El mando aliat va reunir a científics de diverses àrees (matemàtics, físics, ingeniers, estadístics, economistes, entre uns atres) per a abordar eixos problemes complexos. El nom de IO ve d'eixe objectiu bèlic: investigar les operacions (militars).

A sovint es considera que és un subcampo de les matemàtiques aplicades. Els térmens ciència de la gestió i teoria de la decisió a voltes s'usen com a sinònims.

Amprant tècniques d'atres ciències matemàtiques, com modelació matemàtica, anàlisis estadístic i optimisació, l'investigació d'operacions aplega a solucions òptimes o casi òptimes per a problemes complexos de presa de decisions. Pel seu émfasis en l'interacció humà-tecnologia i pel seu enfocament en aplicacions pràctiques, l'investigació d'operacions se superpon en atres disciplines, en particular l'ingenieria industrial i l'administració de la producció, i es basa en la psicologia i en la ciència de l'organisació. L'investigació d'operacions a sovint s'ocupa de determinar els valors extrems d'algun objectiu del món real: els màxims (de guany, rendiment o rendabilitat) o mínims (de pèrdua, risc o cost). Originada en els esforços militars previs a la Segona Guerra Mundial, les seues tècniques han creixcut per a tractar problemes en distintes indústries.

Visió general

L'investigació operativa (IO) comprén una àmplia gama de tècniques i métodos de resolució de problemes aplicats per a millorar la presa de decisions i l'eficiència, com la simulació, l'optimisació, la teoria de coes i atres models de processos estocàstics, procés de decisió de Markov, métodos econométricos, anàlisis envolvente de senyes, rets neurales, sistemes experts, anàlisis de decisions i processos analítics jeràrquics. Casi totes estes tècniques impliquen la construcció de models matemàtics que intenten descriure el sistema. Per la naturalea computacional i estadística de la majoria d'estos camps, també té forts vínculs en les ciències de la computació i l'analítica. Els investigadors operacionals que s'enfronten a un nou problema deuen determinar quin d'estes tècniques és la més adequada, donada la naturalea del sistema, els objectius de millora i les llimitacions de temps i capacitat de càlcul.^{cita requerida}

Les principals subdisciplinas en l'investigació operativa moderna, identificades per la revista Operations Research (Investigació d'Operacions), són:

• informàtica i tecnologies de l'informació;
• ingenieria financera;
• manufactura, ciència dels servicis i administració de la cadena de suministrament;
• model de polítiques i treball del sector públic;
• gestió d'ingressos;
• simulació;
• models estocàstics;
• transport.

Història

En les décades posteriors a les dos guerres mundials, les ferramentes de l'investigació d'operacions es varen aplicar més àmpliament als problemes en els negocis, l'indústria i la societat. Des de llavors, l'investigació operativa s'ha expandit a un camp àmpliament utilisat en indústries que van des de productes petroquímics a llínees aérees, finances, llogística i govern, enfocant-se en el desenroll de models matemàtics que poden usar-se per a analisar i optimisar sistemes complexos, i s'ha convertit en un àrea d'investigació acadèmica i industrial activa.

Orígens històrics

En el XVII, matemàtics com Christiaan Huygens i Blaise Pascal (abordant el problema de la partida interrompuda) varen intentar resoldre qüestions relacionades en decisions complexes per mig de l'us del càlcul de provabilitat. Atres matemàtics dels sigles XVIII i XIX varen resoldre este tipo de problemes per mig de combinatòria. L'investigació de Charles Babbage sobre el cost del transport i la classificació del correu va conduir a l'universal "Penny Post" d'Anglaterra en 1840, i en els estudis sobre el comportament dinàmic dels vehículs ferroviaris en defensa de l'ample de via del GWR. A partir de el XX, l'estudi de la gestió d'inventaris podria considerar-se l'orige de l'investigació d'operacions modernes en el concepte de cantitat econòmica de demanat desenrollat per Ford W. Harris en 1913. L'investigació operativa pugues haver-se originat en els esforços dels planificadores militars durant la Primera Guerra Mundial (teoria de comboi i Lleis de Lanchester). Percy Williams Bridgman va dur l'investigació operativa als problemes de la física en la década de 1920 i després intentaria estendre'ls a les ciències socials.

L'investigació operativa moderna es va originar en l'Establiment d'Investigació de Bawdsey en el Regne Unit en 1937 i va anar el resultat d'una iniciativa del superintendente de l'establiment, A. P. Rowe, que va concebre l'idea com un mig per a analisar i millorar el funcionament del sistema plantejat d'alerta de radar primerenca del Regne Unit, i de la seua ret d'instalacions (Chain Home (CH)). Inicialment, va analisar el funcionament de l'equip de radar i les seues rets de comunicació, expandint-se més vesprada per a incloure el comportament del personal operatiu. Açò va revelar llimitacions no apreciades de la ret CH i va permetre que es prengueren medides correctivas.

Científics en el Regne Unit, incloent a Patrick Blackett, Cecil Gordon, Solly Zuckerman, C. H. Waddington, Owen Wansbrough-Jones, Frank Yates, Jacob Bronowski i Freeman Dyson, i en els Estats Units en George Dantzig varen buscar maneres per a prendre millors decisions en àrees com la llogística i els horaris d'adestrament.

Segona Guerra Mundial

El camp modern de l'investigació operativa va sorgir durant la Segona Guerra Mundial. En este periodo, l'investigació operativa es va definir com "un método científic per a proporcionar als departaments eixecutius una base quantitativa per a la presa de decisions sobre les operacions baix el seu control". L'activitat també era coneguda com a anàlisis operacional (Ministeri de Defensa del Regne Unit des de 1962) i gestió quantitativa.

Durant la Segona Guerra Mundial, prop de 1000 hòmens i dònes varen participar en investigació operativa en Gran Bretanya, i al voltant de 200 científics varen treballar en este camp per al Eixèrcit Britànic.

Patrick Maynard Stuart Blackett va treballar per a vàries organisacions diferents durant la guerra. Al començ del conflicte, mentres treballava per al Royal Aircraft Establishment (RAE), va crear un equip conegut com el "Circ", que va ajudar a reduir el número de dispars de la defensa antiaèrea necessaris per a derribar un avió enemic des d'un promig de més de 20 000 al començ de la batalla d'Anglaterra a 4000 en 1941.

Archiu:Liberator B Mk.I in RAFservice 23 03 05.jpg

Un Liberator en el camuflage estàndar dels bombarders nocturns de la RAF verda/terra obscura/negre tal com va anar originalment utilisat pel Comando de Costes

En 1941, Blackett es va mudar de la RAE a l'Armada, despuix de treballar primer en el Comando de Costes de la RAF en 1941 i després a principis de 1942 al Almirantazgo britànic. L'equip de Blackett en la Secció d'Investigació Operacional del Comando Coster (CC-ORS) va incloure a dos futurs guanyadors del Premi Nobel i a moltes atres persones que varen passar a ser figures destacades en els seus camps. Varen portar a terme una série d'anàlisis crucials que varen contribuir a l'esforç bèlic. Gran Bretanya va introduir el sistema de comboiés per a reduir les pèrdues de cargueros, pero si be es va acceptar el principi d'usar bucs de guerra per a acompanyar als bucs mercants, no estava clar si era millor que els combois anaren menuts o grans. Els combois viagen a la velocitat del membre més llent, per lo que els combois menuts poden viajar més ràpit. També es va argumentar que els U-Boot alemans serien més difícils de detectar per als menuts combois. Per un atre costat, els combois grans podrien desplegar més bucs de guerra contra un atacant. El personal de Blackett va demostrar que les pèrdues sofrides pels combois depenien en gran mida de la cantitat de bucs d'escolta presents, en lloc del tamany del comboi. La seua conclusió va ser que alguns combois grans són més defendibles que molts menuts.

Plantilla:Anchor En realisar un anàlisis dels métodos utilisats pel Comando de Costes de la RAF per a caçar i destruir submarins, un dels analistes va preguntar de quin color eren els avions. Com la majoria d'ells eren del Comando de Bombarders, estaven pintats de negre per a operacions nocturnes. A sugerència de CC-ORS es va realisar una prova per a vore si eixe era el millor color per a camuflar l'avió per a operacions diürnes en els cels grisos de l'Atlàntic Nort. Les proves varen mostrar que, en promig, els avions pintats de blanc no es varen vore fins que varen estar un 20 % més prop que els pintats de negre. Este canvi va indicar que un 30 % més de submarins serien atacats i afonats en el mateix número d'albiraments. Com a resultat d'estes troballes, el Comando Coster va canviar les seues aeronaus per a usar superfícies inferiors blanques.

Atres treballs realisats per el CC-ORS varen indicar que, en promig, si la profunditat de dispar de les carregues de profunditat es canviara de 100 peus a 25 peus, les taxes d'efectivitat pujarien. La raó era que si un O-boat vera un avió poc ans que aplegara l'objectiu, les càrregues no farien mal explotant a 100 peus (perque l'O-boat no hauria tingut temps de descendir fins a eixa profunditat) i si va vore l'aeronau des de molt llunt de l'objectiu, va tindre temps d'alterar el seu rumbo baix l'aigua, per lo que les possibilitats de que estiguera dins de la zona d'impacte de 20 peus de les càrregues eren menudes. Era més eficient atacar als submarins prop de la superfície quan es coneixia millor l'ubicació dels objectius que intentar destruir-los a major profunditat quan les seues posicions solament podien ser endevinades. Abans del canvi de configuració de 100 peus a 25 peus, el 1 % dels submarins sumergits es varen afonar i el 14 % es varen danyar. Despuix del canvi, el 7 % va ser afonat i el 11 % danyat (si es conten els submarins capturats en la superfície, inclús si varen ser atacats poc despuix de sumergir-se, els números varen aumentar a 11 % afonats i a 15 % danyats). Blackett va observar que "pot haver pocs casos en els que s'haja obtingut un guany operatiu tan gran en un canvi de tàctica tan chicotet i simple".

Archiu:Kammhuber Line Map - Agent Tegal.png

Mapa de la Llínea Kammhuber

Plantilla:Anchor La Secció d'Investigació Operativa del Comando de Bombardeig (BC-ORS) va analisar un informe d'una enquesta realisada pel Comando de Bombardeig de la RAF. Per a l'enquesta, va inspeccionar tots els bombarders que retornaven de missions sobre Alemània durant un periodo en particular. Es va prendre nota de tots els danys causats per la defensa antiaèrea alemana i es va recomanar que s'agregara armadura en les zones més danyades. Esta recomanació no es va adoptar perque el fet de que l'aeronau retornava en estes àrees danyades indicava que estes àrees no eren vitals, i agregar armadura a les àrees no vitals a on el dany és acceptable afecta negativament el rendiment de l'aeronau. També es va rebujar la seua sugerència de suprimir a alguns membres de la tripulació per a que la pèrdua d'una aeronau produïra menors pèrdues de personal. L'equip de Blackett va fer la recomanació llògica de colocar l'armadura en les àrees que estaven completament intactes pel dany en els bombarders que varen retornar. Varen raonar que la pren de senyes estava biaixada, ya que solament incloïa als avions que varen retornar a Gran Bretanya. Les zones intactes de les aeronaus que varen retornar varen ser provablement els punts vitals que, de ser danyades, es traduirien en la pèrdua de l'aeronau. Se cita una història similar sobre un estudi d'evaluació de danys similar completat en els Estats Units pel Grup d'Investigació Estadística de l'Universitat de Columbia. i va anar el resultat del treball realisat per Abraham Wald.

Quan Alemània va organisar les seues defenses aérees en la Llínea Kammhuber, els britànics es varen donar conte de que si els bombarders de la RAF volaven en una formació llineal tancada podrien abrumar als caces nocturns alemans que volaven individualment, dirigits als seus objectius pels controladors de terra. Va ser llavors una qüestió de calcular estadísticament les pèrdues causades per les colisions entre els bombarders front a les pèrdues causades pels caces nocturns per a determinar la separació a la que deurien volar els bombarders per a minimisar les pèrdues de la RAF.

La relació de la taxa de canvi de l'eixida respecte a l'entrada va ser una traça característica de l'investigació operativa. En comparar el número d'hores de vol dels avions aliats en el número d'albiraments de submarins en un àrea determinada, va ser possible redistribuir els avions a àrees de patrulla més productives. La comparació d'estes taxes varen permetre establir "ràtios d'efectivitat" útils en la planificació. La proporció de 60 mines marines colocades per barco afonat era comú a vàries campanyes: mines alemanes en ports britànics, mines britàniques en rutes alemanes i mines d'Estats Units en rutes japoneses.

L'investigació operacional va duplicar la taxa d'encert dels bombardejos sobre els objectius prevists dels Boeing B-29 Superfortress que atacaven Japó des de les Illes Marianes, en aumentar la proporció d'entrenament del 4 al 10 per cent de les hores de vol; va revelar que les manades de llops de tres submarins dels Estats Units eren el número més efectiu; va mostrar que la pintura d'esmalt lluent era un camuflage més efectiu per als caces nocturns que l'acabament de pintura de camuflage opac tradicional, i que l'acabament pla de la pintura aumentava la velocitat dels avions en reduir la fricció dels fuselages en l'aire.

En terra, les seccions d'investigació operativa del Grup d'Investigació Operativa de l'Eixèrcit (AORG) del Ministeri de Suministraments (MoS) varen ser desplegades en la Batalla de Normandia en 1944, i varen seguir a les forces britàniques en l'alvanç cap al centre d'Europa. Varen analisar, entre atres temes, l'efectivitat de l'artilleria, els bombardejos aéreus i els dispars antitanque.

Despuix de la Segona Guerra Mundial

En les tècniques ampliades i la creixent concienciació sobre el terreny al final de la guerra, l'investigació operativa ya no es va llimitar solament a la tàctica, sino que es va estendre per a comprendre l'adquisició d'equips, la capacitació, la llogística i l'infraestructura. L'investigació d'operacions també va créixer en moltes atres àrees ademés de l'àmbit militar una volta que els científics varen deprendre a aplicar els seus principis al sector civil. En el desenroll del algoritme símplex para programació llineal en 1947 i el desenroll de computadores en les tres décades següents".