La investigación de operaciones ( en inglés británico : operating research ) ( código de especialidad de la Fuerza Aérea de los EE. UU .: análisis de operaciones), a menudo abreviada con las siglas OR , es una disciplina que se ocupa del desarrollo y la aplicación de métodos analíticos para mejorar la toma de decisiones. [1] El término ciencia de la gestión se utiliza ocasionalmente como sinónimo. [2]
Al emplear 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 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, rendimiento o rendimiento) o el mínimo (de pérdida, riesgo o costo). Originadas en esfuerzos militares antes de la Segunda Guerra Mundial , sus técnicas han evolucionado para abordar problemas en una variedad de industrias. [3]
La investigación operativa (IO) 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 simulación , optimización matemática , 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 el 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, la IO también tiene fuertes vínculos con la informática y la analítica . Los investigadores operativos que se enfrentan a un nuevo problema deben determinar cuáles de estas técnicas son las más apropiadas 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, posteriormente, para ese tipo de problema).
Las principales subdisciplinas (aunque no se limitan a ellas) de la investigación operativa moderna, identificadas por la revista Operations Research [5] y The Journal of the Operational Research Society [6], son:
En las décadas posteriores a las dos guerras mundiales, las herramientas de la investigación de operaciones se aplicaron más ampliamente a los problemas de los negocios, la industria y la sociedad. Desde entonces, la investigación de operaciones se ha expandido hasta convertirse en un campo ampliamente utilizado en industrias que abarcan desde la petroquímica hasta las aerolíneas, las finanzas, la logística y el gobierno, pasando a centrarse en el desarrollo de modelos matemáticos que se pueden utilizar para analizar y optimizar sistemas a veces complejos, y se ha convertido en un área de investigación académica e industrial activa. [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 razonamiento combinatorio en su lugar. [7] La investigación de Charles Babbage sobre el costo del transporte y la clasificación del correo condujo al "Penny Post" universal de Inglaterra en 1840, y a estudios sobre el comportamiento dinámico de los vehículos ferroviarios en defensa del ancho de vía ancho del GWR . [8] A principios del siglo XX, el estudio de la gestión de inventarios podría considerarse [¿ por quién? ] el origen de la investigación de operaciones moderna con la cantidad económica de pedidos desarrollada por Ford W. Harris en 1913. La investigación operativa puede [¿ investigación original? ] haberse originado en los esfuerzos de los planificadores militares durante la Primera Guerra Mundial (teoría de 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 intentó extenderla a las ciencias sociales. [9]
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 . [10] 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 era " Chain Home " (CH). Inicialmente, Rowe analizó el funcionamiento del equipo de radar y sus redes de comunicación, ampliando más tarde para incluir el comportamiento del personal operativo. Esto reveló limitaciones no apreciadas de la red CH y permitió que se tomaran medidas correctivas. [11]
Los científicos del Reino Unido (incluidos Patrick Blackett (más tarde Lord Blackett OM PRS), Cecil Gordon, Solly Zuckerman (más tarde Barón Zuckerman OM, KCB, FRS), CH Waddington , Owen Wansbrough-Jones , Frank Yates , Jacob Bronowski y Freeman Dyson ) y de los Estados Unidos ( George Dantzig ) buscaron formas de tomar mejores decisiones en áreas como la logística y los programas de entrenamiento.
El campo moderno de la investigación operativa surgió durante la Segunda Guerra Mundial. [ dudoso – discutir ] En la era de la Segunda Guerra Mundial, la investigación operativa se definió como "un método científico para proporcionar a los departamentos ejecutivos una base cuantitativa para las decisiones sobre las operaciones bajo su control". [12] Otros nombres para ella incluían análisis operativo (Ministerio de Defensa del Reino Unido desde 1962) [13] y gestión cuantitativa. [14]
Durante la Segunda Guerra Mundial, cerca de 1.000 hombres y mujeres británicos se dedicaron a la investigación operativa. Unos 200 científicos de investigación operativa trabajaron para el ejército británico . [15]
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 el "Circo", que ayudó a reducir la cantidad 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 Inglaterra a 4.000 en 1941. [16]
En 1941, Blackett pasó de la RAE a la Armada, después de trabajar primero con el Mando Costero de la RAF , en 1941 y luego a principios de 1942 en el Almirantazgo . [17] El equipo de Blackett en la Sección de Investigación Operativa del Mando Costero (CC-ORS) incluía a dos futuros ganadores del premio Nobel y muchas otras personas que llegaron a ser preeminentes en sus campos. [18] [19] Llevaron a cabo una serie de análisis cruciales que ayudaron al esfuerzo bélico. Gran Bretaña introdujo el sistema de convoyes para reducir las pérdidas de transporte marítimo, pero aunque 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 equipo 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. [20]
Mientras se realizaba un análisis de los métodos utilizados por el Mando 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 Mando de Bombardeo, estaban pintados de negro para operaciones nocturnas. Por sugerencia del CC-ORS se realizó una prueba para ver si ese era el mejor color para camuflar los aviones para operaciones diurnas en los cielos grises del Atlántico Norte. Las pruebas mostraron que los aviones pintados de blanco en promedio 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. [21] Como resultado de estos hallazgos, el Mando Costero cambió sus aviones a usar superficies inferiores blancas.
Otro trabajo del CC-ORS indicó que, en promedio, si la profundidad de disparo de las cargas de profundidad lanzadas desde el aire se cambiaba de 100 a 25 pies, las tasas de destrucción aumentarían. La razón era que si un submarino veía una aeronave 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 la aeronave a gran distancia del objetivo, tenía tiempo de alterar el curso 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 eficiente atacar a los submarinos cerca de la superficie cuando se conocía mejor la ubicación de los objetivos que intentar destruirlos a mayores profundidades cuando sus posiciones solo podían adivinarse. Antes del cambio de configuración de 100 a 25 pies, el 1% de los submarinos sumergidos se hundían y el 14% sufrían daños. Después del cambio, el 7% se hundía y el 11% sufría daños; Si los submarinos se encontraban en la superficie pero tenían tiempo de sumergirse justo antes de ser atacados, las cifras se elevaban 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 con un cambio de táctica tan pequeño y simple". [22]
La Sección de Investigación Operativa del Mando de Bombardeo (BC-ORS) analizó un informe de una encuesta realizada por el Mando de Bombardeo de la RAF . [ cita requerida ] Para la encuesta, el Mando de Bombardeo inspeccionó todos los bombarderos que regresaban de los bombardeos sobre Alemania durante un período determinado. Se anotó todo el daño infligido por las defensas aéreas alemanas y se dio la recomendación de que se añadiera blindaje en las zonas más dañadas. Esta recomendación no se adoptó porque el hecho de que los aviones pudieran regresar con estas áreas dañadas indicaba que no eran vitales, y añadir blindaje a las zonas 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 una aeronave resultara en menos pérdidas de personal, también fue rechazada por el mando de la RAF. El equipo de Blackett hizo la recomendación lógica de que se colocara el blindaje en las zonas que no habían sufrido daños en los bombarderos que regresaron. Razonaron que la encuesta estaba sesgada, ya que solo incluía aviones que regresaron a Gran Bretaña. Las zonas intactas de los aviones que regresaban eran probablemente zonas vitales, que, si eran atacadas, darían lugar a la pérdida de la aeronave. [23] Esta historia ha sido cuestionada, [24] con un estudio de evaluación de daños similar completado en los EE. UU. por el Grupo de Investigación Estadística de la Universidad de Columbia , [25] resultado del trabajo realizado por Abraham Wald . [26]
Cuando Alemania organizó sus defensas aéreas en la Línea Kammhuber , los británicos se dieron cuenta de que si los bombarderos de la RAF volaban en una corriente de bombarderos podrían abrumar a los cazas nocturnos que volaban en celdas individuales dirigidas a sus objetivos por los controladores de tierra. Entonces se trató de calcular la pérdida estadística por colisiones en comparación con la pérdida estadística por cazas nocturnos para calcular cuán cerca debían volar los bombarderos para minimizar las pérdidas de la RAF. [27]
La relación entre los resultados y los insumos era un rasgo característico de la investigación operativa. Comparando el número de horas de vuelo de los aviones aliados con el número de avistamientos de submarinos en una zona determinada, era posible redistribuir los aviones a zonas de patrulla más productivas. La comparación de los tipos de cambio establecía "coeficientes de eficacia" útiles para la planificación. La relación de 60 minas colocadas por cada barco hundido era común a varias campañas: minas alemanas en puertos británicos, minas británicas en rutas alemanas y minas estadounidenses en rutas japonesas. [28]
La investigación operativa duplicó la tasa de bombardeo de los B-29 que bombardeaban Japón desde las Islas Marianas al aumentar la tasa de entrenamiento del 4 al 10 por ciento de las horas de vuelo; reveló que las manadas de tres submarinos de los Estados Unidos eran el número más efectivo para permitir que todos los miembros de la manada atacaran los objetivos descubiertos en sus estaciones de patrulla individuales; reveló que la pintura de esmalte brillante era un camuflaje más efectivo para los cazas nocturnos que el acabado de pintura de camuflaje opaco convencional, y un acabado de pintura suave aumentaba la velocidad aérea al reducir la fricción de la piel. [28]
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 el tiro antitanque.
En 1947, bajo los auspicios de la Asociación Británica , se organizó un simposio en Dundee . En su discurso inaugural, Watson-Watt ofreció una definición de los objetivos de la IO:
Con la expansión de las técnicas y el creciente conocimiento del campo al final de la guerra, la investigación operativa ya no se limitaba únicamente a lo operativo, sino que se amplió para abarcar la adquisición de equipos, la formación, la logística y la infraestructura. La investigación operativa también creció en muchas áreas distintas de la militar una vez que los científicos aprendieron a aplicar sus principios al sector civil. El desarrollo del algoritmo símplex para la programación lineal se produjo en 1947. [29]
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 piezas de repuesto, la teoría de colas , la simulación y el control de la producción, que se utilizaban principalmente en la industria civil. En la década de 1950 se fundaron sociedades científicas y revistas sobre el tema de la investigación de operaciones, como la Operation Research Society of America (ORSA) en 1952 y el Institute for Management Science (TIMS) en 1953. [30] Philip Morse, el jefe del Grupo de Evaluación de Sistemas de Armas del Pentágono, se convirtió en el primer presidente de la ORSA y atrajo a las empresas del complejo militar-industrial a la ORSA, que pronto tuvo más de 500 miembros. En la década de 1960, la ORSA alcanzó los 8000 miembros. [ cita requerida ] Las empresas de consultoría también fundaron grupos de IO. En 1953, Abraham Charnes y William Cooper publicaron el primer libro de texto sobre Programación Lineal. [ cita requerida ]
En los años 1950 y 1960, se establecieron cátedras de investigación de operaciones en los EE. UU. y el Reino Unido (a partir de 1964 en Lancaster) en las facultades de administración de las universidades. Aquí se pueden rastrear otras influencias de los EE. UU. en el desarrollo de la investigación de operaciones en Europa occidental. Los libros de texto de investigación de operaciones autorizados de los EE. UU. se publicaron en Alemania en idioma alemán y en Francia en francés (pero no en italiano [ cita requerida ] ), 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 de operaciones en Europa occidental; La sede de la OTAN (SHAPE) organizó cuatro conferencias sobre IO en la década de 1950 (la de 1956 con 120 participantes) y llevó la IO a Europa continental. Dentro de la OTAN, la IO también se conocía como "Asesoramiento Científico" (SA) y se agrupaba en el Grupo Asesor de Investigación y Desarrollo Aeronáutico (AGARD). SHAPE y AGARD organizaron una conferencia sobre IO 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 la IO en Bélgica, donde Jacques Drèze fundó CORE, el Centro de Investigación de Operaciones y Econometría en la Universidad Católica de Lovaina en 1966. [ cita requerida ]
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". [29] Gran parte de la investigación de operaciones (conocida modernamente como "analítica") se basa en variables estocásticas y, por lo tanto, en el acceso a números verdaderamente aleatorios. Afortunadamente, 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 la planificación urbana, las estrategias de fútbol, la planificación de emergencias, la 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 antiterroristas. 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 carecer de una base empírica de recopilación de datos para aplicaciones. Cómo 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. [31]
La investigación operativa también se utiliza ampliamente en el gobierno, donde se aplican 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". [34] 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 la investigación científica , incluidos el modelado matemático , las estadísticas y los algoritmos numéricos para mejorar la capacidad de una organización para promulgar 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 lograr 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 fundamentar y mejorar las decisiones de todo tipo. Por supuesto, las técnicas de la ciencia de la gestión no se limitan a las aplicaciones empresariales, sino que pueden aplicarse en el ámbito militar, médico, de la administración pública, en grupos benéficos, políticos o comunitarios.
La ciencia de la administración se ocupa del desarrollo y la aplicación de modelos y conceptos que puedan resultar útiles para ayudar a esclarecer cuestiones de gestión y resolver problemas gerenciales, así como para diseñar y desarrollar modelos nuevos y mejores de excelencia organizacional. [35]
La aplicación de estos modelos dentro del sector corporativo pasó a conocerse como ciencia de la gestión. [36]
Algunos de los campos que tienen una superposición considerable con la investigación de operaciones y la ciencia de la gestión incluyen: [37]
Las aplicaciones son abundantes, por ejemplo, en aerolíneas, empresas manufactureras, organizaciones de servicios , ramas militares y gobiernos. La gama de problemas y cuestiones a las que ha aportado conocimientos y soluciones es amplia. Incluye: [35]
[38]
La gestión también se ocupa del llamado análisis operativo blando, que se refiere a métodos de planificación estratégica , apoyo a la toma de decisiones estratégicas y métodos de estructuración de problemas . Para hacer frente a este tipo de desafíos, el modelado matemático y la simulación pueden no ser adecuados o no ser suficientes. Por lo tanto, durante los últimos 30 años [ vago ] , se han desarrollado varios métodos de modelado no cuantificados. Entre ellos se incluyen: [ cita requerida ]
La Federación Internacional de Sociedades de Investigación Operativa (IFORS) [39] es una organización paraguas para las sociedades de investigación operativa en todo el mundo, que representa aproximadamente a 50 sociedades nacionales, incluidas las de EE. UU., [ 40] Reino Unido , [41] Francia, [42] Alemania, Italia , [43] Canadá, [44] Australia, [45] Nueva Zelanda, [46] Filipinas, [47] India, [48] Japón y Sudáfrica. [49] Para la institucionalización de la Investigación Operativa, la fundación de la (IFORS) en 1960 fue de importancia decisiva, lo que estimuló la fundación de sociedades nacionales de IO en Austria, Suiza y Alemania. La IFORS celebró importantes conferencias internacionales cada tres años desde 1957. [50] Los miembros constituyentes de la IFORS forman grupos regionales, como el de Europa, la Asociación de Sociedades Europeas de Investigación Operativa (EURO). [51] Otras organizaciones importantes de investigación operativa son la Organización de Estándares de Interoperabilidad de Simulación (SISO) [52] y la Conferencia de Capacitación, Simulación y Educación Interservicios/Industria (I/ITSEC) [53]
En 2004, la organización estadounidense INFORMS inició una iniciativa para promocionar mejor la profesión de la IO, que incluía un sitio web titulado The Science of Better [54], que ofrece 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, que incluye un sitio web titulado Learn About IO [55] .
El Instituto de Investigación de Operaciones y Ciencias de la Gestión (INFORMS) publica trece revistas académicas sobre investigación de operaciones, incluidas las dos mejores revistas de su clase , según Journal Citation Reports de 2005. [56] Son:
Estos se enumeran en orden alfabético de sus títulos.
Un analista de sistemas que contribuye en el área de DSS debe ser experto en áreas como ciencia de la gestión (sinónimo de ciencia de la decisión e investigación de operaciones), modelado, simulación y estadística avanzada.
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