OPERAČNÍ VÝZKUM: K ČEMU SLOUŽÍ, MODELY, APLIKACE - TECHNOLOGIE - 2025

Výzkumná činnost je metoda, která se zaměřuje na použití pokročilých analytických disciplín na pomoc při řešení problémů a rozhodování, jsou užitečné při řízení organizace. To znamená, že se věnuje stanovení nejvyšších hodnot některého cíle v reálném světě: maximálního zisku, výkonu nebo návratnosti nebo minimální ztráty, nákladů nebo rizika.

V této disciplíně jsou problémy rozděleny do jejich základních složek a pak jsou řešeny pomocí definovaných kroků, pomocí matematické analýzy. Mezi použité analytické metody patří matematická logika, simulace, síťová analýza, teorie front a teorie her.

Zdroj: pixabay.com

S využitím těchto technik z matematických věd dosahuje operační výzkum optimálních nebo proveditelných řešení složitých rozhodovacích problémů. Jeho techniky vyřešily problémy zájmu v různých průmyslových odvětvích.

Matematické metody

Vzhledem ke statistické a výpočetní povaze většiny těchto metod má operační výzkum také silné vazby na analýzu a informatiku.

Výzkumníci, kteří čelí problému, musí stanovit, které z těchto metod jsou nejvhodnější, na základě cílů zlepšení, povahy systému, výpočetní síly a časových omezení.

Matematické programování je jednou z nejúčinnějších technik používaných ve výzkumu operací, do té míry, že někdy jsou tyto dva termíny zaměnitelně používány.

Toto programování nemá nic společného s počítačovým programováním, to znamená optimalizace. Diskrétní programování nebo optimalizace řeší problémy, kde proměnné mohou předpokládat pouze diskrétní hodnoty, například celočíselné hodnoty.

Díky svému důrazu na interakci člověk-technologie a zaměření na praktické aplikace byl operační výzkum interpolován s dalšími obory, zejména průmyslovým inženýrstvím a řízením provozu, a spoléhal se také na psychologii a organizační vědu.

Dějiny

Historický původ

V sedmnáctém století se matematici jako Pascal a Huygens pokusili vyřešit problémy, které vyžadovaly složitá rozhodnutí. Tyto typy problémů byly vyřešeny v 18. a 19. století pomocí kombinatoriky.

Ve 20. století mohla být studie řízení zásob považována za začátek moderního provozního výzkumu, s levným množstvím šarže vyvinutým v roce 1913.

Během roku 1937 byl operační výzkum původně uplatňován ve Velké Británii, ve výzkumu prováděném za účelem integrace radarové technologie do leteckých bojových operací, čímž se odlišil od výzkumu prováděného v laboratořích.

Druhá světová válka

Termín operační výzkum byl vytvořen na začátku roku 1941 během druhé světové války, když britské vojenské vedení svolalo skupinu vědců, aby aplikovali vědecký přístup ke studiu vojenských operací.

Hlavním cílem bylo účinně alokovat omezené zdroje na různé vojenské operace a činnosti v rámci každé operace.

Stejně jako ve Velké Británii, radar stimuloval vývoj na letectvu Spojených států av říjnu 1942 byla všechna velení vyzvána, aby do svého personálu zahrnula operační výzkumné skupiny.

Desetiletí 50. a 60. let

Operační výzkum rostl v mnoha oblastech kromě armády poté, co se vědci naučili aplikovat své principy na civilní sektor. Její účinnost ve vojenské sféře rozšířila zájem o další průmyslové a vládní oblasti.

Partnerství byla organizována, počínaje rokem 1948, s Operačním výzkumným klubem Velké Británie, který se v roce 1954 stal Operační výzkumnou společností.

V roce 1952 byla v USA založena společnost Operations Research Society. Objevilo se také mnoho dalších národních společností.

V roce 1957 se na Oxfordské univerzitě konala první mezinárodní konference o operačním výzkumu. V roce 1959 byla vytvořena Mezinárodní federace společností pro výzkum operačního výzkumu.

V roce 1967 Stafford Beer popsal oblast manažerské vědy jako obchodní využití operačního výzkumu.

S vývojem počítačů v příštích třech desetiletích může nyní operační výzkum řešit problémy se stovkami tisíc proměnných a omezení.

K čemu je vyšetřování operací?

Odborníci na operační výzkum každý den řeší problémy v reálném životě a šetří tak peníze a čas. Tyto problémy jsou velmi rozmanité a téměř vždy se zdají nesouvisející. Jeho podstata je však vždy stejná a rozhoduje o dosažení cíle co nejefektivnějším způsobem.

Ústředním cílem operačního výzkumu je optimalizace, to znamená dělat věci nejlepším možným způsobem, v závislosti na daných okolnostech.

Tento obecný koncept má mnoho aplikací, například při analýze dat, přidělování zboží a zdrojů, řízení výrobních procesů, řízení rizik, řízení provozu atd.

-Optimální řešení

Operativní výzkum se zaměřuje na vývoj matematických modelů, které lze použít k analýze a optimalizaci složitých systémů. Stala se oblastí akademického a průmyslového výzkumu. Proces je rozdělen do tří kroků.

- Je vyvinuta řada možných řešení problému.

- Získané alternativy jsou analyzovány a redukovány na malý soubor řešení, která budou pravděpodobně životaschopná.

- Vytvořená alternativní řešení procházejí simulovanou implementací. Pokud je to možné, jsou testovány v reálných situacích.

V návaznosti na paradigma optimalizace při použití operačního výzkumu vybere tvůrce rozhodnutí klíčové proměnné, které ovlivní kvalitu rozhodnutí. Tato kvalita je vyjádřena prostřednictvím objektivní funkce k maximalizaci (zisk, rychlost služby atd.) Nebo k minimalizaci (náklady, ztráty atd.).

Kromě objektivní funkce se zvažuje také soubor omezení, ať už jde o fyzický, technický, ekonomický, environmentální atd. Poté se systematickým nastavením hodnot všech rozhodovacích proměnných vybere optimální nebo proveditelné řešení.

-Možnost použití

Analýza kritických cest

Je to algoritmus pro programování souboru aktivit v projektu. Kritická cesta je určena identifikací nejdelšího úseku závislých činností a měřením času potřebného k jejich dokončení od začátku do konce.

Problém přidělení

Je to základní problém kombinatorické optimalizace. V tomto problému existuje více agentů a více úkolů. K provedení libovolné úlohy lze přiřadit libovolného agenta.

V závislosti na úloze přiřazené agentovi vzniknou náklady, které se mohou lišit. Proto je nutné provést všechny úkoly, správně přiřadit agenta ke každé úloze a úkol každému agentovi, aby se minimalizovaly celkové náklady na přiřazení.

Modely

Model je velmi nápomocný při usnadňování výzkumu operací, protože problémy jsou vyjádřeny prostřednictvím modelů, které ukazují vztah proměnných.

Protože se jedná o zjednodušené znázornění reálného světa, jsou zahrnuty pouze proměnné relevantní pro daný problém. Například model volně padajících těl nepopisuje barvu nebo strukturu dotčeného těla.

Modely představují vztah mezi řízenými a nekontrolovanými proměnnými a výkonem systému. Proto musí být vysvětlující, nikoli pouze popisné.

Mnoho použitých zjednodušení způsobuje určitou chybu v předpovědích odvozených z modelu, ale tato chyba je ve srovnání s velikostí operačního zlepšení, které lze z modelu získat, poměrně malá.

Druhy modelů

První modely byly fyzické reprezentace, jako jsou modelové lodě nebo letadla. Fyzikální modely jsou obvykle poměrně snadno sestavitelné, ale pouze pro relativně jednoduché objekty nebo systémy, přičemž je obecně obtížné je změnit.

Dalším krokem po fyzickém modelu je graf, který je jednodušší sestavit a zpracovat, ale abstraktnější. Protože je grafické znázornění více než tří proměnných obtížné, používají se symbolické modely.

Počet proměnných, které mohou být zahrnuty do symbolického modelu, není omezen. Tyto modely se snadněji vytvářejí a provozují než fyzické modely.

Navzdory zřejmým výhodám symbolických modelů existuje mnoho případů, kdy jsou fyzikální modely stále užitečné, například při testování fyzických struktur a mechanismů. Totéž platí pro grafické modely.

Symbolický model

Většina modelů operačního výzkumu jsou symbolické modely, protože symboly lépe reprezentují vlastnosti systému.

Symbolický model je ve formě matice nebo rovnice. Tyto modely poskytují řešení kvantitativním způsobem (náklady, hmotnost atd.) V závislosti na problému.

Symbolické modely jsou zcela abstraktní. Když jsou v modelu definovány symboly, je tomu dán význam.

Symbolické modely systémů s různým obsahem často vykazují podobné struktury. Problémy, které se objevují v systémech, lze proto klasifikovat podle několika struktur.

Protože metody pro extrakci řešení z modelů závisí pouze na jejich struktuře, lze použít jen málo metod k vyřešení celé řady problémů z kontextuového hlediska.

Aplikace

Aplikace operačního výzkumu jsou hojné, například ve výrobních společnostech, servisních organizacích, vojenských pobočkách a vládách. Rozsah problémů, ke kterým jste přispěli řešení, je obrovský:

- Plánování leteckých společností, vlaků nebo autobusů.

- Přiřazení zaměstnanců k projektům.

- Vývoj strategií přijatých společnostmi (teorie her).

- Řízení toku vody ze zásobníků.

Plánování projektu

Jsou identifikovány procesy složitého projektu, které ovlivňují celkovou dobu trvání projektu.

Plánování podlahy

Navrhněte plán zařízení v továrně nebo součástí počítačového čipu, abyste zkrátili dobu výroby, a tím snížili náklady.

Optimalizace sítě

Nakonfigurujte telekomunikační nebo energetické systémy, aby byla zajištěna kvalita služeb během přerušení.

Umístění zařízení

Minimalizovat náklady na dopravu a zároveň zohlednit faktory, jako je zabránění umístění nebezpečných materiálů do blízkosti domů.

Směrování

Provádí se na mnoha typech sítí, včetně sítí s přepínáním na okruhu, jako je veřejná telefonní síť, a počítačových sítí, jako je internet.

Provozní činnosti projektu

Řízení toku provozních činností v projektu v důsledku všestrannosti systému pomocí technik operačního výzkumu, aby se tato variabilita snížila a alokovaly prostory pomocí kombinace času, inventury a přidělování kapacit.

Řízení dodavatelského řetězce

Jedná se o řízení toku složek a surovin odvozených z nestabilní poptávky po hotových výrobcích.

Doprava

Nákladní správa dodávkových a přepravních systémů. Příklady: intermodální nákladní doprava nebo problém s obchodním cestujícím.

Globalizace

Globalizace provozních procesů s cílem využít výhod hospodárnější práce, půdy, materiálů nebo jiných produktivních vstupů.

Problém s výpadkem zásob

Týká se dělení materiálu na skladě, jako jsou role papíru nebo kovových listů, na kousky určitých velikostí, aby se minimalizovalo plýtvání materiálem.

Příklady

Čerpací stanice případ

Analýza vozidel zastavujících na městských čerpacích stanicích umístěných na křižovatce dvou ulic odhalila, že téměř všechny pocházely pouze ze čtyř ze 16 možných tras na křižovatce (čtyři způsoby vstupu, čtyři způsoby výstupu).

Při zkoumání procenta automobilů, které zastavily ve službě pro každou trasu, bylo zjištěno, že toto procento souvisí s množstvím času ztraceného při zastavení.

Tento vztah však nebyl lineární. To znamená, že nárůst jednoho nebyl úměrný nárůstu druhého.

Poté bylo zjištěno, že vnímaný ztracený čas překročil skutečný ztracený čas. Vztah mezi procentem zastavených vozidel a vnímaným ztraceným časem byl lineární.

Proto byl postaven model, který souvisel s počtem aut, která zastavila na čerpacích stanicích, s množstvím provozu na každé trase křižovatky, což ovlivnilo čas potřebný k získání služby.

Problém přidělení

Spočívá v přiřazení pracovníků k úkolům, nákladním automobilům na doručovací trasy nebo třídám do učeben. Typický dopravní problém spočívá v přidělování prázdných železničních vozů tam, kde jsou potřeba.

Používá se také k určení, které stroje by se měly použít k výrobě konkrétního výrobku nebo které sady výrobků by se měly vyrábět v závodě během konkrétního období.

Lineární programování

Tato technika se běžně používá při problémech, jako je míchání oleje a chemikálií v rafinériích, výběr dodavatelů pro velké výrobní korporace, určování přepravních tras a jízdních řádů a správa a údržba vozových parků.

Bayesovská teorie hledání

Bayesovské statistiky se používají při hledání ztracených položek. Několikrát bylo použito k nalezení ztracených plavidel:

Hrál klíčovou roli při obnově letových záznamů při katastrofě Air France Flight 447 v roce 2009.

Bylo také použito při pokusech o nalezení trosky letu Malajsie Airlines Flight 370.

Řízení zásob

Problémy se zásobami se objevují například při určování množství zboží, které má být zakoupeno nebo vyrobeno, kolik lidí si najmout nebo vyškolit, jak velké by mělo být nové výrobní zařízení nebo maloobchodní prodejna.

Reference

1. Tech Target (2019). Operativní výzkum (OR). Převzato z: whatis.techtarget.com.
2. Wikipedia, encyklopedie zdarma (2019). Operační výzkum. Převzato z: en.wikipedia.org.
3. Wolfram Mathworld (2019). Operační výzkum. Převzato z: mathworld.wolfram.com.
4. Mohamed Leila (2018). Velký obrázek Operations Research. Směrem k datové vědě. Převzato z: na adresedatascience.com.
5. Sindhuja (2019). Operační výzkum: Historie, metodika a aplikace. Nápady pro řízení podniku. Převzato z: businessmanagementideas.com.
6. Encyklopedie Britannica (2019). Operační výzkum. Převzato z: britannica.com.
7. Science of Better (2019). Co je to operační výzkum. Převzato z: scienceofbetter.org.