OPERAČNÝ VÝSKUM: NA ČO SLÚŽI, MODELY, APLIKÁCIE - TECHNOLÓGIE - 2025

Výskumná činnosť je metóda, ktorá sa zameriava na použitie pokročilých analytických disciplín na pomoc pri riešení problémov a rozhodovanie, sú užitočné pri riadení organizácie. To znamená, že sa venuje stanoveniu najvyšších hodnôt určitého cieľa v reálnom svete: maximálneho zisku, výkonnosti alebo návratnosti alebo minimálnej straty, nákladov alebo rizika.

V tejto disciplíne sú problémy rozdelené na ich základné komponenty a potom sú riešené pomocou definovaných krokov, pomocou matematickej analýzy. Medzi použité analytické metódy patrí matematická logika, simulácia, sieťová analýza, teória front a teória hier.

Zdroj: pixabay.com

Pomocou týchto techník z matematických vied operačný výskum dosahuje optimálne alebo realizovateľné riešenia komplikovaných problémov pri rozhodovaní. Jeho techniky vyriešili problémy záujmu v rôznych priemyselných odvetviach.

Matematické metódy

Vzhľadom na štatistickú a výpočtovú povahu väčšiny týchto metód má operačný výskum tiež silné väzby na analýzu a informatiku.

Vedci operácií čeliaci problému musia určiť, ktorá z týchto metód je najvhodnejšia na základe cieľov zlepšenia, povahy systému, výpočtovej sily a časových obmedzení.

Matematické programovanie je jednou z najúčinnejších techník používaných v operačnom výskume, a to do tej miery, že niekedy sa tieto dva termíny používajú vzájomne zameniteľné.

Toto programovanie nemá nič spoločné s počítačovým programovaním, to znamená optimalizácia. Diskrétne programovanie alebo optimalizácia rieši problémy, kde premenné môžu predpokladať iba diskrétne hodnoty, napríklad celočíselné hodnoty.

Vďaka svojmu dôrazu na interakciu človek-technológia a jeho zameranie na praktické aplikácie sa výskum operácií interpoloval s inými disciplínami, najmä priemyselným inžinierstvom a riadením operácií, pričom sa spoliehal aj na psychológiu a organizačnú vedu.

histórie

Historický pôvod

V sedemnástom storočí sa matematici ako Pascal a Huygens pokúšali vyriešiť problémy, ktoré si vyžadovali zložité rozhodnutia. Tieto typy problémov boli vyriešené v 18. a 19. storočí pomocou kombinatoriky.

V 20. storočí mohla byť štúdia riadenia zásob považovaná za začiatok moderného prevádzkového výskumu, pričom lacné množstvo šarže sa vyvinulo v roku 1913.

V roku 1937 sa operačný výskum pôvodne uplatňoval vo Veľkej Británii, pri výskume zameranom na integráciu radarovej technológie do leteckých bojových operácií, čím sa odlišoval od výskumu vykonávaného v laboratóriách.

Druhá svetová vojna

Termín operačný výskum bol vytvorený začiatkom roku 1941 počas druhej svetovej vojny, keď britské vojenské vedenie zvolalo skupinu vedcov, aby použili vedecký prístup k štúdiu vojenských operácií.

Hlavným cieľom bolo efektívne prideliť obmedzené zdroje na rôzne vojenské operácie a činnosti v rámci každej operácie.

Podobne ako vo Veľkej Británii, radar stimuloval vývoj na letectve USA av októbri 1942 boli všetky velenia vyzvané, aby do svojich zamestnancov zaradili skupiny operačného výskumu.

Dekády 50. a 60. rokov

Výskum operácií rástol v mnohých oblastiach okrem armády, keď sa vedci naučili aplikovať svoje princípy na civilný sektor. Jeho účinnosť vo vojenskej oblasti rozšírila svoj záujem aj na ďalšie priemyselné a vládne oblasti.

Partnerstvá boli organizované, počnúc rokom 1948, s Operačným výskumným klubom Veľkej Británie, ktorý sa v roku 1954 stal Spoločnosťou pre operačný výskum.

V roku 1952 bola v USA založená spoločnosť Operations Research Society. Objavilo sa aj mnoho ďalších národných spoločností.

V roku 1957 sa na Oxfordskej univerzite uskutočnila prvá medzinárodná konferencia o operačnom výskume. V roku 1959 bola založená Medzinárodná federácia spoločností pre výskum operačného výskumu.

V roku 1967 Stafford Beer opísal oblasť manažérskej vedy ako obchodné využitie operačného výskumu.

S vývojom počítačov v nasledujúcich troch desaťročiach môže výskum operácií vyriešiť problémy so stovkami tisíc premenných a obmedzení.

Na čo slúži vyšetrovanie operácií?

Odborníci na operačný výskum každý deň riešia problémy v reálnom živote a šetria tak peniaze a čas. Tieto problémy sú veľmi rôznorodé a takmer vždy sa zdajú nesúvisiace. Jeho podstata je však vždy rovnaká a rozhoduje sa o dosiahnutí cieľa najefektívnejším spôsobom.

Hlavným cieľom operačného výskumu je optimalizácia, to znamená robiť veci najlepším možným spôsobom, v závislosti od daných okolností.

Tento všeobecný koncept má mnoho aplikácií, napríklad pri analýze údajov, alokácii tovaru a zdrojov, riadení výrobných procesov, riadení rizika, riadení dopravy atď.

-Optimálne riešenia

Operačný výskum sa zameriava na vývoj matematických modelov, ktoré je možné použiť na analýzu a optimalizáciu zložitých systémov. Stala sa oblasťou akademického a priemyselného výskumu. Tento proces je rozdelený do troch krokov.

- Vyvíja sa súbor možných riešení problému.

- Získané alternatívy sa analyzujú a redukujú na malý súbor riešení, ktoré budú pravdepodobne životaschopné.

- Vytvorené alternatívne riešenia prechádzajú simulovanou implementáciou. Ak je to možné, testujú sa v skutočných situáciách.

Podľa vzoru optimalizácie pri použití prieskumu operácií vyberá tvorca rozhodnutí kľúčové premenné, ktoré ovplyvnia kvalitu rozhodnutí. Táto kvalita sa vyjadruje prostredníctvom objektívnej funkcie na maximalizáciu (zisk, rýchlosť služby atď.) Alebo na minimalizáciu (náklady, strata atď.).

Okrem objektívnej funkcie sa zvažuje aj súbor obmedzení, či už ide o fyzikálne, technické, ekonomické, environmentálne atď. Potom sa systematickým nastavením hodnôt všetkých rozhodovacích premenných vyberie optimálne alebo uskutočniteľné riešenie.

-Obchodné použitie

Analýza kritickej cesty

Je to algoritmus na programovanie súboru aktivít v projekte. Kritická cesta je určená identifikáciou najdlhšieho úseku závislých aktivít a meraním času potrebného na ich dokončenie od začiatku do konca.

Problém s pridelením

Je to základný problém kombinatorickej optimalizácie. V tomto probléme je viacero agentov a viac úloh. Na vykonanie akejkoľvek úlohy môže byť priradený akýkoľvek agent.

V závislosti od úlohy pridelenej agentovi vzniknú náklady, ktoré sa môžu líšiť. Preto je potrebné vykonať všetky úlohy, správne priradiť agenta ku každej úlohe a úlohu každému agentovi, aby sa minimalizovali celkové náklady na priradenie.

modely

Model je veľmi nápomocný pri uľahčovaní výskumu operácií, pretože problémy sú vyjadrené prostredníctvom modelov, ktoré ukazujú vzťah premenných.

Keďže ide o zjednodušené zobrazenie skutočného sveta, zahŕňajú sa iba tie premenné, ktoré sa týkajú problému. Napríklad model voľne padajúcich telies nepopisuje farbu alebo textúru príslušného tela.

Modely predstavujú vzťah medzi riadenými a nekontrolovanými premennými a výkonnosťou systému. Preto musia byť vysvetľujúce a nie iba opisné.

Mnoho použitých zjednodušení spôsobuje určité chyby v predpovediach odvodených z modelu, ale táto chyba je pomerne malá v porovnaní s veľkosťou operačného zlepšenia, ktoré sa dá získať z modelu.

Druhy modelov

Prvými modelmi boli fyzické reprezentácie, ako napríklad modelové lode alebo lietadlá. Fyzikálne modely sa zvyčajne zostavujú pomerne ľahko, ale iba pre relatívne jednoduché objekty alebo systémy, ktoré sa vo všeobecnosti ťažko menia.

Ďalším krokom po fyzickom modeli je graf, ktorý je ľahšie zostaviteľný a spracovateľný, ale abstraktnejší. Pretože je ťažké znázorniť viac ako tri premenné, používajú sa symbolické modely.

Počet premenných, ktoré môžu byť zahrnuté do symbolického modelu, nie je nijako obmedzený. Tieto modely sa ľahšie zostavujú a ovládajú ako fyzické modely.

Napriek zrejmým výhodám symbolických modelov existuje veľa prípadov, keď sú fyzikálne modely stále užitočné, napríklad pri testovaní fyzikálnych štruktúr a mechanizmov. To isté platí pre grafické modely.

Symbolický model

Väčšina modelov operačného výskumu sú symbolické modely, pretože symboly lepšie reprezentujú vlastnosti systému.

Symbolický model je vo forme matice alebo rovnice. Tieto modely poskytujú riešenia kvantitatívnym spôsobom (náklady, hmotnosť atď.) V závislosti od problému.

Symbolické modely sú úplne abstraktné. Keď sú v modeli definované symboly, je mu daný význam.

Symbolické modely systémov s rôznym obsahom často vykazujú podobné štruktúry. Preto problémy, ktoré sa vyskytujú v systémoch, možno klasifikovať z hľadiska niekoľkých štruktúr.

Pretože metódy na extrahovanie riešení z modelov závisia iba od ich štruktúry, je možné použiť niekoľko metód na riešenie širokého spektra problémov z hľadiska kontextu.

aplikácia

Aplikácie operačného výskumu sú bohaté, napríklad vo výrobných spoločnostiach, servisných organizáciách, vojenských odboroch a vládach. Rozsah problémov, ku ktorým ste prispeli riešeniami, je obrovský:

- Plánovanie leteckých spoločností, vlakov alebo autobusov.

- Priradenie zamestnancov k projektom.

- Vývoj stratégií prijatých spoločnosťami (teória hier).

- Riadenie toku vody zo zásobníkov.

Plánovanie projektu

Identifikujú sa procesy zložitého projektu, ktoré ovplyvňujú celkové trvanie projektu.

Plánovanie podlaží

Navrhnite návrh zariadenia v továrni alebo súčastí počítačového čipu, aby ste skrátili čas výroby, a tým znížili náklady.

Optimalizácia siete

Konfigurovať telekomunikačné alebo energetické sieťové systémy na zabezpečenie kvality služieb počas prerušenia.

Umiestnenie zariadení

Minimalizovať náklady na dopravu pri zvažovaní faktorov, ako je zabránenie umiestňovaniu nebezpečných materiálov do blízkosti domov.

smerovanie

Vykonáva sa na mnohých typoch sietí vrátane sietí s prepínaním okruhov, ako je napríklad verejná telefónna sieť a počítačové siete, ako je napríklad internet.

Prevádzkové činnosti projektu

Riadenie toku prevádzkových činností v projekte v dôsledku univerzálnosti systému prostredníctvom techník operačného výskumu s cieľom znížiť túto variabilitu a alokovať priestory pomocou kombinácie času, inventúry a pridelenia kapacity.

Riadenie dodávateľského reťazca

Je to riadenie toku komponentov a surovín odvodených z nestabilného dopytu po hotových výrobkoch.

doprava

Nákladná správa dodacích a prepravných systémov. Príklady: intermodálna nákladná doprava alebo problém s cestujúcim pri predaji.

Globalizácia

Globalizovať prevádzkové procesy s cieľom využiť ekonomickejšiu prácu, pôdu, materiály alebo iné produktívne vstupy.

Problém s výpadkom zásob

Vzťahuje sa na delenie materiálu na sklade, ako sú kotúče papiera alebo plechu, na kúsky konkrétnych veľkostí, s cieľom minimalizovať odpad materiálu.

Príklady

Púzdro na benzínovú pumpu

Analýza vozidiel zastavujúcich na mestských čerpacích staniciach nachádzajúcich sa na križovatke dvoch ulíc odhalila, že takmer všetky prišli iba zo štyroch zo 16 možných trás na križovatke (štyri spôsoby vstupu, štyri spôsoby výstupu).

Pri skúmaní percentuálneho podielu vozidiel, ktoré zastavili v službe pre každú trasu, sa zistilo, že tento percentuálny podiel súvisel s množstvom času strateného pri zastavení.

Tento vzťah však nebol lineárny. To znamená, že zvýšenie jedného nebolo úmerné zvýšeniu druhého.

Potom sa zistilo, že vnímaný stratený čas prekročil skutočný stratený čas. Vzťah medzi percentom zastavených automobilov a vnímaným strateným časom bol lineárny.

Preto bol postavený model, ktorý súvisel s počtom vozidiel zastavených na čerpacích staniciach s objemom premávky na každej križovatke, čo ovplyvnilo čas potrebný na získanie služby.

Problém s pridelením

Pozostáva z priradenia pracovníkov k úlohám, nákladných vozidiel k dodávkovým trasám alebo tried do tried. Typický problém s prepravou spočíva v prideľovaní prázdnych železničných vozidiel tam, kde sú potrebné.

Používa sa tiež na určenie, ktoré stroje by sa mali použiť na výrobu konkrétneho výrobku alebo ktoré sady výrobkov by sa mali vyrobiť v závode počas konkrétneho obdobia.

Lineárne programovanie

Táto technika sa bežne používa pri problémoch, ako je miešanie ropy a chemikálií v rafinériách, výber dodávateľov pre veľké výrobné spoločnosti, určovanie prepravných trás a plánov a správa a údržba vozových parkov.

Bayesovská teória vyhľadávania

Bayesovská štatistika sa používa na vyhľadávanie stratených položiek. Niekoľkokrát sa použil na nájdenie stratených plavidiel:

Pri havárii spoločnosti Air France Flight 447 v roku 2009 zohral kľúčovú úlohu pri obnove letových záznamov.

Používa sa tiež pri pokusoch nájsť trosky letu Malajzie Airlines 370.

Kontrola zásob

Problémy s inventúrou sa vyskytujú napríklad pri určovaní množstva tovaru, ktoré sa má kúpiť alebo vyrobiť, koľko ľudí má najať alebo trénovať, aké veľké by malo byť nové výrobné zariadenie alebo maloobchod.

Referencie

1. Tech Target (2019). Operačný výskum (OR). Prevzaté z: whatis.techtarget.com.
2. Wikipedia, bezplatná encyklopédia (2019). Operačný výskum. Prevzaté z: en.wikipedia.org.
3. Wolfram Mathworld (2019). Operačný výskum. Prevzaté z: mathworld.wolfram.com.
4. Mohamed Leila (2018). Veľký obraz operačného výskumu. Smerom k vede o údajoch. Prevzaté z adresy: na webdatascience.com.
5. Sindhuja (2019). Operačný výskum: História, metodika a aplikácie. Nápady na riadenie podniku. Prevzaté z: businessmanagementideas.com.
6. Encyklopédia Britannica (2019). Operačný výskum. Prevzaté z: britannica.com.
7. Science of Better (2019). Čo je to operačný výskum. Prevzaté z: scienceofbetter.org.