La investigación de operaciones ( inglés británico : operacional research ) ( Código de especialidad de la Fuerza Aérea de EE. UU .: Análisis de operaciones), a menudo abreviada a las siglas OR , es una disciplina que se ocupa del desarrollo y aplicación de métodos analíticos para mejorar la toma de decisiones. [1] El término ciencia de la gestión se utiliza ocasionalmente como sinónimo. [2]
Empleando técnicas de otras ciencias matemáticas, como el modelado , la estadística y la optimización , la investigación de operaciones llega a soluciones óptimas o casi óptimas para los problemas de toma de decisiones . Debido a su énfasis en las aplicaciones prácticas, la investigación de operaciones se ha superpuesto con muchas otras disciplinas, en particular la ingeniería industrial . La investigación de operaciones a menudo se ocupa de determinar los valores extremos de algún objetivo del mundo real: el máximo (de ganancia, desempeño o rendimiento) o el mínimo (de pérdida, riesgo o costo). Sus técnicas , que se originaron en esfuerzos militares antes de la Segunda Guerra Mundial , han llegado a preocupar problemas en una variedad de industrias. [3]
La investigación operativa (OR) abarca el desarrollo y el uso de una amplia gama de técnicas y métodos de resolución de problemas aplicados en la búsqueda de una mejor toma de decisiones y eficiencia, como la simulación , la optimización matemática , la teoría de colas y otros modelos de procesos estocásticos . Procesos de decisión de Markov , métodos econométricos , análisis envolvente de datos , enfoque de prioridad ordinal , redes neuronales , sistemas expertos , análisis de decisiones y proceso de jerarquía analítica . [4] Casi todas estas técnicas implican la construcción de modelos matemáticos que intentan describir el sistema. Debido a la naturaleza computacional y estadística de la mayoría de estos campos, OR también tiene fuertes vínculos con la informática y el análisis . Los investigadores operativos que se enfrentan a un nuevo problema deben determinar cuál de estas técnicas es la más apropiada dada la naturaleza del sistema, los objetivos de mejora y las limitaciones de tiempo y potencia de cálculo, o desarrollar una nueva técnica específica para el problema en cuestión (y, después, a ese tipo de problema).
Las principales subdisciplinas de la investigación operativa moderna, identificadas por la revista Operations Research , [5] son:
En las décadas posteriores a las dos guerras mundiales, las herramientas de la investigación operativa se aplicaron más ampliamente a los problemas de los negocios, la industria y la sociedad. Desde entonces, la investigación operativa se ha expandido a un campo ampliamente utilizado en industrias que van desde la petroquímica hasta las aerolíneas, las finanzas, la logística y el gobierno, centrándose en el desarrollo de modelos matemáticos que pueden usarse para analizar y optimizar sistemas a veces complejos. y se ha convertido en un área de activa investigación académica e industrial. [3]
En el siglo XVII, los matemáticos Blaise Pascal y Christiaan Huygens resolvieron problemas que implicaban decisiones a veces complejas ( problema de puntos ) utilizando ideas de teoría de juegos y valores esperados ; otros, como Pierre de Fermat y Jacob Bernoulli , resolvieron este tipo de problemas utilizando en su lugar el razonamiento combinatorio . [6] La investigación de Charles Babbage sobre el coste del transporte y la clasificación del correo condujo al universal "Penny Post" de Inglaterra en 1840, y a estudios sobre el comportamiento dinámico de los vehículos ferroviarios en defensa del ancho de vía del GWR . [7] A partir del siglo XX, se pudo considerar el estudio de la gestión de inventarios [ ¿por quién? ] el origen de la investigación operativa moderna con cantidad de orden económico desarrollada por Ford W. Harris en 1913. La investigación operativa puede [ ¿ investigación original? ] se originaron en los esfuerzos de los planificadores militares durante la Primera Guerra Mundial (teoría de los convoyes y leyes de Lanchester ). Percy Bridgman aplicó la investigación operativa a los problemas de la física en la década de 1920 y más tarde intentaría extenderla a las ciencias sociales. [8]
La investigación operativa moderna se originó en la Estación de Investigación Bawdsey en el Reino Unido en 1937 como resultado de una iniciativa del superintendente de la estación, AP Rowe y Robert Watson-Watt . [9] Rowe concibió la idea como un medio para analizar y mejorar el funcionamiento del sistema de radar de alerta temprana del Reino Unido , cuyo nombre en código es " Chain Home " (CH). Inicialmente, Rowe analizó el funcionamiento de los equipos de radar y sus redes de comunicación, ampliándose posteriormente al comportamiento del personal operativo. Esto reveló limitaciones no apreciadas de la red CH y permitió que se tomaran medidas correctivas. [10]
Científicos del Reino Unido (incluidos Patrick Blackett (más tarde Lord Blackett OM PRS), Cecil Gordon, Solly Zuckerman , (más tarde Baron Zuckerman OM, KCB, FRS), CH Waddington , Owen Wansbrough-Jones , Frank Yates , Jacob Bronowski y Freeman Dyson. ), y en Estados Unidos ( George Dantzig ) buscó formas de tomar mejores decisiones en áreas como logística y cronogramas de capacitación.
El campo moderno de la investigación operativa surgió durante la Segunda Guerra Mundial. [ dudoso ] En la época de la Segunda Guerra Mundial, la investigación operativa se definía como "un método científico para proporcionar a los departamentos ejecutivos una base cuantitativa para tomar decisiones relativas a las operaciones bajo su control". [11] Otros nombres incluyen análisis operativo (Ministerio de Defensa del Reino Unido desde 1962) [12] y gestión cuantitativa. [13]
Durante la Segunda Guerra Mundial, cerca de 1.000 hombres y mujeres en Gran Bretaña participaron en investigaciones operativas. Alrededor de 200 científicos de investigación operativa trabajaron para el ejército británico . [14]
Patrick Blackett trabajó para varias organizaciones diferentes durante la guerra. Al principio de la guerra, mientras trabajaba para el Royal Aircraft Establishment (RAE), creó un equipo conocido como "Circus" que ayudó a reducir el número de proyectiles de artillería antiaérea necesarios para derribar un avión enemigo de un promedio de más de 20.000. al comienzo de la Batalla de Gran Bretaña a 4.000 en 1941. [15]
En 1941, Blackett pasó de la RAE a la Armada, después de trabajar primero con el Comando Costero de la RAF , en 1941 y luego, a principios de 1942, al Almirantazgo . [16] El equipo de Blackett en la Sección de Investigación Operativa del Comando Costero (CC-ORS) incluía a dos futuros ganadores del Premio Nobel y muchas otras personas que llegaron a ser preeminentes en sus campos. [17] [18] Llevaron a cabo una serie de análisis cruciales que ayudaron al esfuerzo de guerra. Gran Bretaña introdujo el sistema de convoyes para reducir las pérdidas de los envíos, pero si bien el principio de utilizar buques de guerra para acompañar a los buques mercantes era generalmente aceptado, no estaba claro si era mejor que los convoyes fueran pequeños o grandes. Los convoyes viajan a la velocidad del miembro más lento, por lo que los convoyes pequeños pueden viajar más rápido. También se argumentó que los convoyes pequeños serían más difíciles de detectar para los submarinos alemanes. Por otro lado, los convoyes grandes podrían desplegar más buques de guerra contra un atacante. El personal de Blackett demostró que las pérdidas sufridas por los convoyes dependían en gran medida del número de buques de escolta presentes, más que del tamaño del convoy. Su conclusión fue que unos pocos convoyes grandes son más defendibles que muchos pequeños. [19]
Mientras realizaba un análisis de los métodos utilizados por el Comando Costero de la RAF para cazar y destruir submarinos, uno de los analistas preguntó de qué color eran los aviones. Como la mayoría de ellos eran del Bomber Command, fueron pintados de negro para operaciones nocturnas. Por sugerencia de CC-ORS se realizó una prueba para ver si ese era el mejor color para camuflar el avión para operaciones diurnas en los cielos grises del Atlántico Norte. Las pruebas demostraron que, en promedio, los aviones pintados de blanco no eran detectados hasta que estaban un 20% más cerca que los pintados de negro. Este cambio indicó que un 30% más de submarinos serían atacados y hundidos por el mismo número de avistamientos. [20] Como resultado de estos hallazgos, el Comando Costero cambió su avión para usar superficies inferiores blancas.
Otro trabajo realizado por CC-ORS indicó que, en promedio, si la profundidad de disparo de las cargas de profundidad lanzadas desde el aire se cambiara de 100 a 25 pies, las tasas de muerte aumentarían. La razón era que si un submarino veía un avión poco antes de que llegara sobre el objetivo, entonces a 100 pies las cargas no causarían daño (porque el submarino no habría tenido tiempo de descender hasta 100 pies). , y si veía el avión muy lejos del objetivo, tenía tiempo de cambiar de rumbo bajo el agua, por lo que las posibilidades de que estuviera dentro de la zona de destrucción de 20 pies de las cargas eran pequeñas. Era más eficaz atacar esos submarinos cerca de la superficie cuando se conocía mejor la ubicación de los objetivos que intentar destruirlos a mayores profundidades cuando sus posiciones sólo podían adivinarse. Antes del cambio de configuración de 100 a 25 pies, el 1% de los submarinos sumergidos estaban hundidos y el 14% dañados. Tras el cambio, el 7% quedaron hundidos y el 11% dañados; Si los submarinos quedaron atrapados en la superficie pero tuvieron tiempo de sumergirse justo antes de ser atacados, las cifras aumentaron al 11% de hundidos y al 15% de dañados. Blackett observó que "puede haber pocos casos en los que se haya obtenido una ganancia operativa tan grande mediante un cambio de táctica tan pequeño y simple". [21]
La Sección de Investigación Operativa del Bomber Command (BC-ORS), analizó un informe de una encuesta realizada por el RAF Bomber Command . [ cita necesaria ] Para la encuesta, Bomber Command inspeccionó todos los bombarderos que regresaban de los bombardeos sobre Alemania durante un período particular. Se tomaron nota de todos los daños infligidos por las defensas aéreas alemanas y se recomendó que se añadiera blindaje en las zonas más dañadas. Esta recomendación no se adoptó porque el hecho de que la aeronave pudiera regresar con estas áreas dañadas indicaba que las áreas no eran vitales, y agregar blindaje a áreas no vitales donde el daño es aceptable reduce el rendimiento de la aeronave. Su sugerencia de retirar a parte de la tripulación para que la pérdida de un avión resultara en menos pérdidas de personal también fue rechazada por el comando de la RAF. El equipo de Blackett hizo la recomendación lógica de que el blindaje se colocara en las zonas que no habían sido afectadas por ningún daño en los bombarderos que regresaron. Razonaron que la encuesta estaba sesgada, ya que sólo incluía aviones que regresaban a Gran Bretaña. Las zonas que no fueron tocadas por el avión que regresaba eran probablemente zonas vitales que, en caso de ser alcanzadas, provocarían la pérdida del avión. [22] Esta historia ha sido cuestionada, [23] con un estudio de evaluación de daños similar completado en los EE. UU. por el Grupo de Investigación Estadística de la Universidad de Columbia , [24] resultado del trabajo realizado por Abraham Wald . [25]
Cuando Alemania organizó sus defensas aéreas en la Línea Kammhuber , los británicos se dieron cuenta de que si los bombarderos de la RAF volaran en una corriente de bombarderos podrían abrumar a los cazas nocturnos que volaban en células individuales dirigidas a sus objetivos por controladores terrestres. Entonces era cuestión de calcular las pérdidas estadísticas de las colisiones frente a las pérdidas estadísticas de los cazas nocturnos para calcular qué tan cerca debían volar los bombarderos para minimizar las pérdidas de la RAF. [26]
La relación "tipo de cambio" entre la producción y los insumos era un rasgo característico de la investigación operativa. Al comparar el número de horas de vuelo realizadas por los aviones aliados con el número de avistamientos de submarinos en un área determinada, fue posible redistribuir los aviones a áreas de patrullaje más productivas. La comparación de los tipos de cambio estableció "índices de eficacia" útiles en la planificación. La proporción de 60 minas colocadas por barco hundido fue común a varias campañas: minas alemanas en puertos británicos, minas británicas en rutas alemanas y minas estadounidenses en rutas japonesas. [27]
La investigación operativa duplicó la tasa de bombardeos de los B-29 que bombardeaban Japón desde las Islas Marianas al aumentar la proporción de entrenamiento del 4 al 10 por ciento de las horas de vuelo; reveló que las manadas de lobos de tres submarinos estadounidenses eran el número más eficaz para permitir que todos los miembros de la manada atacaran objetivos descubiertos en sus estaciones de patrulla individuales; reveló que la pintura de esmalte brillante era un camuflaje más eficaz para los cazas nocturnos que el acabado de pintura de camuflaje opaco convencional, y un acabado de pintura suave aumentaba la velocidad del aire al reducir la fricción de la piel. [27]
En tierra, las secciones de investigación operativa del Grupo de Investigación Operativa del Ejército (AORG) del Ministerio de Abastecimiento (MoS) desembarcaron en Normandía en 1944 y siguieron a las fuerzas británicas en su avance por Europa. Analizaron, entre otros temas, la eficacia de la artillería, los bombardeos aéreos y los disparos antitanques.
En 1947, bajo los auspicios de la Asociación Británica , se organizó un simposio en Dundee . En su discurso de apertura, Watson-Watt ofreció una definición de los objetivos de la IO:
Con técnicas ampliadas y una mayor conciencia del campo al final de la guerra, la investigación operativa ya no se limitó solo a la operativa, sino que se amplió para abarcar la adquisición de equipos, la capacitación, la logística y la infraestructura. La investigación de operaciones también creció en muchas áreas además del militar una vez que los científicos aprendieron a aplicar sus principios al sector civil. El desarrollo del algoritmo simplex para programación lineal se produjo en 1947. [28]
En la década de 1950, el término Investigación de Operaciones se utilizó para describir métodos matemáticos heterogéneos como la teoría de juegos , la programación dinámica, la programación lineal, el almacenamiento, la teoría de repuestos, la teoría de colas , la simulación y el control de producción, que se utilizaban principalmente en la industria civil. En la década de 1950 se fundaron sociedades y revistas científicas sobre el tema de la investigación operativa, como la Operation Research Society of America (ORSA) en 1952 y el Institute for Management Science (TIMS) en 1953. [29] Philip Morse, director de el Grupo de Evaluación de Sistemas de Armas del Pentágono, se convirtió en el primer presidente de ORSA y atrajo a las empresas del complejo militar-industrial a ORSA, que pronto contó con más de 500 miembros. En la década de 1960, ORSA alcanzó los 8.000 miembros. [ cita necesaria ] Las empresas consultoras también fundaron grupos OR. En 1953, Abraham Charnes y William Cooper publicaron el primer libro de texto sobre programación lineal. [ cita necesaria ]
En las décadas de 1950 y 1960, se crearon cátedras de investigación operativa en Estados Unidos y el Reino Unido (desde 1964 en Lancaster) en las facultades de gestión de las universidades. Aquí se pueden rastrear otras influencias de los EE.UU. en el desarrollo de la investigación operativa en Europa occidental. Los libros de texto autorizados [ cita necesaria ] de los EE. UU. se publicaron en Alemania en alemán y en Francia en francés (pero no en italiano [ cita necesaria ] ), como el libro de George Dantzig "Programación lineal" (1963) y el libro de C. West Churchman et al. “Introducción a la Investigación de Operaciones” (1957). Este último también se publicó en español en 1973, abriendo al mismo tiempo a los lectores latinoamericanos a la Investigación de Operaciones. La OTAN dio importantes impulsos para la difusión de la Investigación Operativa en Europa Occidental; La sede de la OTAN (SHAPE) organizó cuatro conferencias sobre IO en la década de 1950 (la de 1956 contó con 120 participantes) llevando la IO a Europa continental. Dentro de la OTAN, OR también era conocida como "Asesoramiento Científico" (SA) y estaba agrupada en el Grupo Asesor de Investigación y Desarrollo Aeronáutico (AGARD). SHAPE y AGARD organizaron una conferencia de OR en abril de 1957 en París. Cuando Francia se retiró de la estructura de mando militar de la OTAN , el traslado de la sede de la OTAN de Francia a Bélgica condujo a la institucionalización de OR en Bélgica, donde Jacques Drèze fundó CORE, el Centro de Investigación de Operaciones y Econometría de la Universidad Católica de Lovaina en 1966. [ cita necesaria ]
Con el desarrollo de las computadoras durante las próximas tres décadas, la investigación de operaciones ahora puede resolver problemas con cientos de miles de variables y restricciones. Además, los grandes volúmenes de datos necesarios para tales problemas se pueden almacenar y manipular de manera muy eficiente". [28] Gran parte de la investigación de operaciones (modernamente conocida como 'analítica') se basa en variables estocásticas y, por lo tanto, en el acceso a números verdaderamente aleatorios. El campo de la cibernética también requería el mismo nivel de aleatoriedad. El desarrollo de generadores de números aleatorios cada vez mejores ha sido una bendición para ambas disciplinas. Las aplicaciones modernas de la investigación de operaciones incluyen planificación urbana, estrategias de fútbol, planificación de emergencias, optimización de todas las facetas de la industria y la economía, y sin duda con la probabilidad de la inclusión de la planificación de ataques terroristas y definitivamente la planificación de ataques contraterroristas. Más recientemente, el enfoque de investigación de la investigación de operaciones, que se remonta a la década de 1950, ha sido criticado por ser colecciones de modelos matemáticos pero carentes de una base empírica de recopilación de datos para aplicaciones. La forma de recopilar datos no se presenta en los libros de texto. Debido a la falta de datos, tampoco hay aplicaciones informáticas en los libros de texto. [30]
La investigación operativa también se utiliza ampliamente en el gobierno, donde se utilizan políticas basadas en evidencia .
En 1967, Stafford Beer caracterizó el campo de la ciencia de la gestión como "el uso empresarial de la investigación de operaciones". [33] Al igual que la investigación operativa en sí, la ciencia de la gestión (MS) es una rama interdisciplinaria de las matemáticas aplicadas dedicada a la planificación óptima de decisiones, con fuertes vínculos con la economía, los negocios, la ingeniería y otras ciencias . Utiliza varios principios, estrategias y métodos analíticos basados en investigaciones científicas , incluidos modelos matemáticos , estadísticas y algoritmos numéricos, para mejorar la capacidad de una organización para implementar decisiones de gestión racionales y significativas al llegar a soluciones óptimas o casi óptimas para problemas de decisión a veces complejos. Los científicos de la gestión ayudan a las empresas a alcanzar sus objetivos utilizando los métodos científicos de la investigación operativa.
El mandato del científico de la gestión es utilizar técnicas racionales, sistemáticas y basadas en la ciencia para informar y mejorar decisiones de todo tipo. Por supuesto, las técnicas de la ciencia de la gestión no se limitan a aplicaciones empresariales, sino que pueden aplicarse a grupos militares, médicos, de administración pública, de caridad, políticos o comunitarios.
La ciencia de la gestión se preocupa por desarrollar y aplicar modelos y conceptos que puedan resultar útiles para ayudar a iluminar cuestiones de gestión y resolver problemas de gestión, así como diseñar y desarrollar nuevos y mejores modelos de excelencia organizacional. [34]
La aplicación de estos modelos dentro del sector empresarial se conoció como ciencia de la gestión. [35]
Algunos de los campos que se superponen considerablemente con la investigación de operaciones y las ciencias de la gestión incluyen: [36]
Las aplicaciones son abundantes, como en aerolíneas, empresas manufactureras, organizaciones de servicios , ramas militares y gobiernos. La gama de problemas y cuestiones a los que ha aportado conocimientos y soluciones es enorme. Incluye: [34]
[37]
La gestión también se ocupa del llamado análisis operativo blando, que se refiere a métodos de planificación estratégica , apoyo a las decisiones estratégicas y métodos de estructuración de problemas . Al abordar este tipo de desafíos, los modelos matemáticos y la simulación pueden no ser apropiados o no ser suficientes. Por lo tanto, durante los últimos 30 años [ vago ] , se han desarrollado varios métodos de modelización no cuantificados. Estos incluyen: [ cita necesaria ]
La Federación Internacional de Sociedades de Investigación Operativa (IFORS) [38] es una organización coordinadora de sociedades de investigación operativa en todo el mundo, que representa aproximadamente 50 sociedades nacionales, incluidas las de EE. UU., [39] Reino Unido , [40] Francia, [41] Alemania, Italia. , [42] Canadá, [43] Australia, [44] Nueva Zelanda, [45] Filipinas, [46] India, [47] Japón y Sudáfrica. [48] Para la institucionalización de la investigación operativa tuvo una importancia decisiva la fundación del (IFORS) en 1960, que estimuló la fundación de sociedades nacionales de OR en Austria, Suiza y Alemania. IFORS celebró importantes conferencias internacionales cada tres años desde 1957. [49] Los miembros constituyentes de IFORS forman grupos regionales, como el de Europa, la Asociación de Sociedades Europeas de Investigación Operativa (EURO). [50] Otras organizaciones importantes de investigación operativa son la Organización de Estándares de Interoperabilidad de Simulación (SISO) [51] y la Conferencia de Capacitación, Simulación y Educación Interservicios/Industria (I/ITSEC) [52]
En 2004, la organización INFORMS, con sede en EE. UU., inició una iniciativa para comercializar mejor la profesión de IO, incluido un sitio web titulado The Science of Better [53] que proporciona una introducción a la IO y ejemplos de aplicaciones exitosas de la IO a problemas industriales. Esta iniciativa ha sido adoptada por la Sociedad de Investigación Operativa del Reino Unido, incluido un sitio web titulado Learn About OR . [54]
El Instituto de Investigación de Operaciones y Ciencias de la Gestión (INFORMS) publica trece revistas académicas sobre investigación de operaciones, incluidas las dos principales revistas de su clase, según Journal Citation Reports de 2005 . [55] Son:
Estos se enumeran en orden alfabético de sus títulos.
Un analista de sistemas que contribuya en el área de DSS debe tener habilidades en áreas como ciencias de gestión (sinónimo de ciencia de decisiones e investigación operativa), modelado, simulación y estadística avanzada.
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