Investigacion de Operaciones
sábado, 28 de septiembre de 2013
Definición, Metodología y Aplicaciones
1.3.
Definición.
Investigación de Operaciones o Investigación Operacional. Se puede
definir de la siguiente manera: “La Investigación de Operaciones es la
aplicación por grupos interdisciplinarios del método científico a problemas
relacionados con el control de las organizaciones o sistemas a fin de que se
produzcan soluciones que mejor sirvan a los objetivos de toda la organización”.
1.4. Metodología de la Investigación
de Operaciones.
El proceso de la Investigación de Operaciones comprende las siguientes fases:
1.
Formulación y definición del problema.
2.
Construcción del modelo.
3.
Solución del modelo.
4.
Validación del modelo.
5.
Implementación de resultados.
Demos una explicación de cada una de las fases:
1.
Formulación y definición del problema. En esta fase del proceso se
necesita: una descripción de los objetivos del sistema, es decir, qué se desea
optimizar; identificar las variables implicadas, ya sean controlables o no;
determinar las restricciones del sistema. También hay que tener en cuenta las
alternativas posibles de decisión y las restricciones para producir una
solución adecuada.
2.
Construcción del modelo. En esta fase, el investigador de operaciones
debe decidir el modelo a utilizar para representar el sistema. Debe ser un
modelo tal que relacione a las variables de decisión con los parámetros y
restricciones del sistema. Los parámetros (o cantidades conocidas) se pueden
obtener ya sea a partir de datos pasados o ser estimados por medio de algún
método estadístico. Es recomendable determinar si el modelo es probabilístico o
determinístico. El modelo puede ser matemático, de simulación o heurístico,
dependiendo de la complejidad de los cálculos matemáticos que se requieran.
3.
Solución del modelo. Una vez que se tiene el modelo, se procede a
derivar una solución matemática empleando las diversas técnicas y métodos
matemáticos para resolver problemas y ecuaciones. Debemos tener en cuenta que
las soluciones que se obtienen en este punto del proceso, son matemáticas y
debemos interpretarlas en el mundo real. Además, para la solución del modelo,
se deben realizar análisis de sensibilidad, es decir, ver como se comporta el
modelo a cambios en las especificaciones y parámetros del sistema. Esto se
hace, debido a que los parámetros no necesariamente son precisos y las
restricciones pueden estar equivocadas.
4.
Validación del modelo. La validación de un modelo requiere que se
determine si dicho modelo puede predecir con certeza el comportamiento del
sistema. Un método común para probar la validez del modelo, es someterlo a
datos pasados disponibles del sistema actual y observar si reproduce las
situaciones pasadas del sistema. Pero como no hay seguridad de que el
comportamiento futuro del sistema continúe replicando el comportamiento pasado,
entonces siempre debemos estar atentos de cambios posibles del sistema con el
tiempo, para poder ajustar adecuadamente el modelo.
5.
Implementación de resultados. Una vez que hayamos obtenido la solución o
soluciones del modelo, el siguiente y último paso del proceso es interpretar
esos resultados y dar conclusiones y cursos de acción para la optimización del
sistema. Si el modelo utilizado puede servir a otro problema, es necesario
revisar, documentar y actualizar el modelo para sus nuevas aplicaciones.
Áreas de aplicación de la
Investigación de Operaciones.
Como su nombre lo dice, Investigación de Operaciones significa “hacer
investigación sobre las operaciones”. Esto dice algo del enfoque como del área
de aplicación. Entonces, la Investigación de Operaciones se aplica a problemas
que se refieren a la conducción y coordinación de operaciones o actividades
dentro de una organización. La naturaleza de la organización es esencialmente
inmaterial y, de hecho, la Investigación de Operaciones se ha aplicado en los
negocios, la industria, la milicia, el gobierno, los hospitales, etc. Así, la
gama de aplicaciones es extraordinariamente amplia. Casi todas las
organizaciones más grandes del mundo (alrededor de una docena) y una buena
proporción de las industrias más pequeñas cuentan con grupos bien establecidos
de Investigación de Operaciones. Muchas industrias, incluyendo la aérea y de
proyectiles, la automotriz, la de comunicaciones, computación, energía
eléctrica, electrónica, alimenticia, metalúrgica, minera, del papel, del
petróleo y del transporte, han empleado la Investigación de Operaciones. Las
instituciones financieras, gubernamentales y de salud están incluyendo cada vez
más estas técnicas.
Para ser más específicos, se consideran algunos problemas que se han resuelto
mediante algunas técnicas de Investigación de Operaciones. La programación
lineal se ha usado con éxito en la solución de problemas referentes a la
asignación de personal, la mezcla de materiales, la distribución y el
transporte y las carteras de inversión. La programación dinámica se ha aplicado
con buenos resultados en áreas tales como la planeación de los gastos de
comercialización, la estrategia de ventas y la planeación de la producción. La
teoría de colas ha tenido aplicaciones en la solución de problemas referentes
al congestionamiento del tráfico, al servicio de máquinas sujetas a
descomposturas, a la determinación del nivel de la mano de obra, a la
programación del tráfico aéreo, al diseño de presas, a la programación de la
producción y a la administración de hospitales. Otras técnicas de Investigación
de Operaciones, como la teoría de inventarios, la teoría de juegos y la
simulación, han tenido exitosas aplicaciones en una gran variedad de contextos.
Características de IO
1.2. Características de la
Investigación de Operaciones.
Es muy notable el rápido crecimiento del tamaño y la complejidad de las
organizaciones (empresas) humanas que se ha dado en estos últimos tiempos. Tal
tamaño y complejidad nos hace pensar que una sola decisión equivocada puede
repercutir grandemente en los intereses y objetivos de la organización y en
ocasiones pueden pasar años para rectificar tal error. También el ritmo de la
empresa de hoy implica que las DECISIONES se tomen más rápidamente que nunca,
pues el hecho de posponer la acción puede dar una decisiva ventaja al contrario
en este mundo de la competencia.
La palpable dificultad de tomar decisiones ha hecho que el hombre se aboque en
la búsqueda de una herramienta o método que le permita tomar las mejores
decisiones de acuerdo a los recursos disponibles y a los objetivos que
persigue. Tal herramienta recibió el nombre de Investigación de Operaciones.
De la definición de Investigación de Operaciones, como veremos en el siguiente
apartado, podemos resaltar los siguientes términos: organización, sistema,
grupos interdisciplinarios, objetivo y metodología científica.
Una organización puede entenderse como un sistema, en el cual existen
componentes; canales que comunican tales componentes e información que fluye
por dichos canales. En todo sistema las componentes interactúan unas con otras
y tales interacciones pueden ser controlables e incontrolables. En un sistema
grande, las componentes se relacionan de muchas maneras, pero no todas son
importantes, o mejor dicho, no todas las interacciones tienen efectos
importantes en las componentes del sistema.
Por lo tanto es necesario que exista un procedimiento sistemático que
identifique a quienes toman decisiones y a las interacciones que tengan
importancia para los objetivos de la organización o sistema. Uno de esos
procedimientos es precisamente la Investigación de Operaciones.
Una estructura por la que no fluye información, no es dinámica, es decir, no
podemos considerarla como un sistema. Por lo tanto podemos decir que la
información es lo que da “vida” a las estructuras u organizaciones humanas.
Los objetivos de toda organización serán siempre alcanzar el liderato en su
rama, controlando la eficiencia y efectividad de todas sus componentes por
medio de métodos que permitan encontrar las relaciones óptimas que mejor operen
el sistema, dado un objetivo específico.
Ante el tremendo avance que se ha dado en casi todas las ciencias en las
últimas décadas, ya no es factible querer saber un poco de todo, sino más bien
especializarse en alguna rama de la ciencia. Los problemas que se presentan en
las organizaciones no fácilmente se pueden resolver por un sólo especialista.
Por el contrario son problemas multidisciplinarios, cuyo análisis y solución
requieren de la participación de varios especialistas. Estos grupos
interdisciplinarios necesariamente requieren de un lenguaje común para poder
entenderse y comunicarse, donde la Investigación de Operaciones viene a ser ese
puente de comunicación.
El enfoque de la Investigación de Operaciones es el mismo del método
científico. En particular, el proceso comienza por la observación cuidadosa y
la formulación del problema y sigue con la construcción de un modelo científico
(por lo general matemático) que intenta abstraer la esencia del problema real.
En este punto se propone la hipótesis de que el modelo es una representación lo
suficientemente precisa de las características esenciales de la situación como
para que las conclusiones (soluciones) obtenidas sean válidas también para el
problema real. Esta hipótesis se verifica y modifica mediante las pruebas
adecuadas. Entonces, en cierto modo, la Investigación de Operaciones incluye la
investigación científica creativa de las propiedades fundamentales de las
operaciones. Sin embargo, existe más que esto. En particular, la Investigación
de Operaciones se ocupa también de la administración práctica de la
organización. Así, para tener éxito, deberá también proporcionar conclusiones
positivas y claras que pueda usar el tomador de decisiones cuando las necesite.
La contribución del enfoque de Investigación de Operaciones proviene principalmente
de:
1. La estructuración de una situación de la vida real como
un modelo matemático, logrando una abstracción de los elementos esenciales para
que pueda buscarse una solución que concuerde con los objetivos del tomador de
decisiones. Esto implica tomar en cuenta el problema dentro del contexto del
sistema completo.
2. El análisis de la estructura de tales soluciones y el
desarrollo de procedimientos sistemáticos para obtenerlas.
3. El desarrollo de una solución, incluyendo la teoría
matemática si es necesario, que lleva al valor óptimo de la medida de lo que se
espera del sistema (o quizá que compare los cursos de acción opcionales
evaluando esta medida para cada uno).
Antecedentes y Orígenes de la IO
1.1. Historia de la Investigación de
Operaciones.
La primera actividad de Investigación de Operaciones se dio durante la Segunda
Guerra Mundial en Gran Bretaña, donde la Administración Militar llamó a un
grupo de científicos de distintas áreas del saber para que estudiaran los
problemas tácticos y estratégicos asociados a la defensa del país.
El nombre de Investigación de Operaciones fue dado aparentemente porque el
equipo estaba llevando a cabo la actividad de investigar operaciones
(militares).
Motivados por los resultados alentadores obtenidos por los equipos británicos,
los administradores militares de Estados Unidos comenzaron a realizar
investigaciones similares. Para eso reunieron a un grupo selecto de
especialistas, los cuales empezaron a tener buenos resultados y en sus estudios
incluyeron problemas logísticos complejos, la planeación de minas en el mar y
la utilización efectiva del equipo electrónico.
Al término de la guerra y atraídos por los buenos resultados obtenidos por los
estrategas militares, los administradores industriales empezaron a aplicar las
herramientas de la Investigación de Operaciones a la resolución de sus
problemas que empezaron a originarse debido al crecimiento del tamaño y la complejidad
de las industrias.
Aunque se ha acreditado a Gran Bretaña la iniciación de la Investigación de
Operaciones como una nueva disciplina, los Estados Unidos tomaron pronto el
liderazgo en este campo rápidamente creciente. La primera técnica matemática
ampliamente aceptada en el medio de Investigación de Operaciones fue el Método
Símplex de Programación Lineal, desarrollado en 1947 por el matemático
norteamericano George B. Dantzig. Desde entonces las nuevas técnicas se han
desarrollado gracias al esfuerzo y cooperación de las personas interesadas
tanto en el área académica como en el área industrial.
Un segundo factor en el progreso impresionante de la Investigación de
Operaciones fue el desarrollo de la computadora digital, que con sus tremendas
capacidades de velocidad de cómputo y de almacenamiento y recuperación de
información, permitieron al tomador de decisiones rapidez y precisión.
Si no hubiera sido por la computadora digital, la Investigación de Operaciones
con sus grandes problemas de computación no hubiera crecido al nivel de hoy en
día.
Actualmente la Investigación de Operaciones se está aplicando en muchas
actividades. Estas actividades han ido más allá de las aplicaciones militares e
industriales, para incluir hospitales, instituciones financieras, bibliotecas,
planeación urbana, sistemas de transporte y sistemas de comercialización.
orígenes de la investigación de operaciones
La toma de decisiones es un
proceso que se inicia cuando una persona observa un problema y determina que es
necesario resolverlo procediendo a definirlo, a formular un objetivo, reconocer
las limitaciones o restricciones, a generar alternativas de solución y
evaluarlas hasta seleccionar la que le parece mejor, este proceso puede se
cualitativo o cuantitativo.
El enfoque cualitativo se basa
en la experiencia y el juicio personal, las habilidades necesarias en este
enfoque son inherentes en la persona y aumentan con la práctica. En muchas
ocasiones este proceso basta para tomar buenas decisiones. El enfoque
cuantitativo requiere habilidades que se obtienen del estudio de herramientas
matemáticas que le permitan a la persona mejorar su efectividad en la toma de
decisiones. Este enfoque es útil cuando no se tiene experiencia con problemas
similares o cuando el problema es tan complejo o importante que requiere de un
análisis exhaustivo para tener mayor posibilidad de elegir la mejor solución.
La investigación de
operaciones proporciona a los tomadores de decisiones bases cuantitativas para
seleccionar las mejores decisiones y permite elevar su habilidad para hacer
planes a futuro.
En el ambiente socioeconómico
actual altamente competitivo y complejo, los métodos tradicionales de toma de
decisiones se han vuelto inoperantes e inadmisibles ya que los responsables de
dirigir las actividades de las empresas e instituciones se enfrentan a
situaciones complicadas y cambiantes con rapidez que requieren de soluciones
creativas y prácticas apoyadas en una base cuantitativa sólida.
En organizaciones grandes se
hace necesario que el tomador de decisiones tenga un conocimiento básico de las
herramientas cuantitativas que utilizan los especialistas para poder trabajar
en forma estrecha con ellos y ser receptivos a las soluciones y recomendaciones
que se le presenten.
En organizaciones pequeñas
puede darse que el tomador de decisiones domine las herramientas cuantitativas
y él mismo las aplique para apoyarse en ellas y así tomar sus decisiones.
Desde al advenimiento de la
Revolución Industrial, el mundo ha sido testigo de un crecimiento sin
precedentes en el tamaño y la complejidad de las organizaciones. Los pequeños
talleres artesanales se convirtieron en las corporaciones actuales de miles de
millones de pesos. Una parte integral de este cambio revolucionario fue el gran
aumento en la división del trabajo y en la separación de las responsabilidades
administrativas en estas organizaciones. Los resultados han sido
espectaculares. Sin embargo, junto con los beneficios, el aumento en el grado
de especialización creo nuevos problemas que ocurren hasta la fecha en muchas
empresas. Uno de estos problemas es las tendencia de muchas de las componentes
de una organización a convertirse en imperios relativamente autónomos, con sus
propias metas y sistemas de valores, perdiendo con esto la visión de la forma
en que encajan sus actividades y objetivos con los de toda la organización. Lo
que es mejor para una componente, puede ir en detrimento de otra, de manera que
pueden terminar trabajando con objetivos opuestos. Un problema relacionado con
esto es que, conforme la complejidad y la especialización crecen, se vuelve más
difícil asignar los recursos disponibles a las diferentes actividades de la
manera más eficaz para la organización como un todo. Este tipo de problemas, y
la necesidad de encontrar la mejor forma de resolverlos, proporcionaron el
ambiente adecuado para el surgimiento de la investigación de operaciones (IO).
Las raíces de la investigación
de operaciones se remontan a muchas décadas, cuando se hicieron los primeros
intentos para emplear el método científico en la administración de una empresa.
Sin embargo, el inicio de la actividad llamada investigación de operaciones,
casi siempre se atribuye a los servicios militares prestados a principios de la
segunda guerra mundial. Debido a los esfuerzos bélicos, existía una necesidad
urgente de asignar recursos escasos a las distintas operaciones militares y a
las actividades dentro de cada operación, en la forma más efectiva. Por esto,
las administraciones militares americana e inglesa hicieron un llamado a un
gran número de científicos para que aplicaran el método científico a éste y a
otros problemas estratégicos y tácticos. De hecho, se les pidió que hicieran investigación
sobre operaciones (militares). Estos equipos de científicos fueron los
primeros equipos de IO. Con el desarrollo de métodos efectivos para el uso del
nuevo radar, estos equipos contribuyeron al triunfo del combate aéreo inglés. A
través de sus investigaciones para mejorar el manejo de las operaciones
antisubmarinas y de protección, jugaron también un papel importante en la
victoria de la batalla del Atlántico Norte. Esfuerzos similares fueron de gran
ayuda en a isla de campaña en el pacífico.
Al terminar la guerra, el
éxito de la investigación de operaciones en las actividades bélicas generó un
gran interés en sus aplicaciones fuera del campo militar. Como la explosión
industrial seguía su curso, los problemas causados por el aumento en la complejidad
y especialización dentro de las organizaciones pasaron de nuevo a primer plano.
Comenzó a ser evidente para un gran número de personas, incluyendo a los
consultores industriales que habían trabajado con o para los equipos de IO
durante la guerra, que estos problemas eran básicamente los mismos que los
enfrentados por la milicia, pero en un contexto diferente. Cuando comenzó la
década de 1950, estos individuos habían introducido el uso de la investigación
de operaciones en la industria, los negocios y el gobierno. Desde entonces,
esta disciplina se ha desarrollado con rapidez.
Se pueden identificar por lo
menos otros dos factores que jugaron un papel importante en el desarrollo de la
investigación de operaciones durante este período. Uno es el gran progreso que
ya se había hecho en el mejoramiento de las técnicas disponibles en esta área.
Después de la guerra, muchos científicos que habían participado en los equipos
de IO o que tenían información sobre este trabajo, se encontraban motivados a
buscar resultados sustanciales en este campo; de esto resultaron avances
importantes. Un ejemplo sobresaliente es el método simplex para resolver
problemas de programación lineal, desarrollado en 1947 por George Dantzing.
Muchas de las herramientas características de la investigación de operaciones,
como programación lineal, programación dinámica, líneas de espera y teoría de
inventarios, fueron desarrolladas casi por completo antes del término de la
década de 1950.
Un segundo factor que dio
ímpetu al desarrollo de este campo fue el advenimiento de la computadoras.
Para manejar de una manera efectiva los complejos problemas inherentes a esta
disciplina, por lo general se requiere un gran número de cálculos. Llevarlos a
cabo a mano puede resultar casi imposible. Por lo tanto, el desarrollo de la
computadora electrónica digital, con su capacidad para realizar cálculos
aritméticos, miles o tal vez millones de veces más rápido que los seres
humanos, fue una gran ayuda para la investigación de operaciones. Un avance más
tuvo lugar en la década de 1980 con el desarrollo de las computadoras
personales cada vez más rápidas, acompañado de buenos paquetes de software
para resolver problemas de IO, esto puso las técnicas al alcance de un gran
número de personas. Hoy en día, literalmente millones de individuos tiene
acceso a estos paquetes. En consecuencia, por rutina, se usa toda una gama e
computadoras, desde las grandes hasta las portátiles, para resolver problemas
de investigación de operaciones.
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