Driftsundersøgelser - Operations research

Operations research ( britisk engelsk : operationel forskning ), ofte forkortet til initialismen OR , er en disciplin, der beskæftiger sig med udvikling og anvendelse af avancerede analytiske metoder til forbedring af beslutningstagning. Det betragtes undertiden som et underfelt i matematiske videnskaber . Begrebet ledelsesvidenskab bruges undertiden som et synonym.

Ved at anvende teknikker fra andre matematiske videnskaber, såsom modellering , statistik og optimering , kommer operationsforskning frem til optimale eller næsten optimale løsninger på komplekse beslutningsproblemer. På grund af sin vægt på praktiske anvendelser har driftsforskning overlappet med mange andre discipliner, især industriteknik . Driftsforskning er ofte optaget af at bestemme de ekstreme værdier af nogle virkelige mål: maksimum (overskud, ydelse eller udbytte) eller minimum (tab, risiko eller omkostninger). Med udgangspunkt i militær indsats før Anden Verdenskrig er dens teknikker vokset til at vedrøre problemer i en række forskellige industrier.

Oversigt

Operationel forskning (OR) omfatter udvikling og anvendelse af en lang række problemløsningsteknikker og -metoder, der anvendes i jagten på forbedret beslutningstagning og effektivitet, såsom simulering , matematisk optimering , køteori og andre stokastiske procesmodeller , Markov beslutningsprocesser , økonometriske metoder , analyse af dataomslutning , neurale netværk , ekspertsystemer , beslutningsanalyse og den analytiske hierarkiproces . Næsten alle disse teknikker involverer konstruktion af matematiske modeller, der forsøger at beskrive systemet. På grund af de fleste af disse felters beregningsmæssige og statistiske karakter har OR også stærke bånd til datalogi og analyse . Operationelle forskere, der står over for et nyt problem, skal afgøre, hvilken af ​​disse teknikker der er mest hensigtsmæssige i betragtning af systemets art, målene for forbedring og begrænsninger i tid og computerkraft eller udvikle en ny teknik, der er specifik for det aktuelle problem (og, bagefter til den type problem).

De store underdiscipliner inden for moderne operationel forskning, som identificeret af tidsskriftet Operations Research , er:

Historie

I årtierne efter de to verdenskrige blev værktøjerne til operationsforskning mere bredt anvendt på problemer i erhvervslivet, industrien og samfundet. Siden dengang har operationel forskning udvidet sig til et område, der er meget udbredt i brancher lige fra petrokemikalier til flyselskaber, finans, logistik og regering, og har fokuseret på udviklingen af ​​matematiske modeller, der kan bruges til at analysere og optimere komplekse systemer, og er blevet et område med aktiv akademisk og industriel forskning.

Historisk oprindelse

I 1600-tallet løste matematikerne Blaise Pascal og Christiaan Huygens problemer, der involverede komplekse beslutninger ( pointproblem ) ved at bruge spilteoretiske ideer og forventede værdier ; andre, såsom Pierre de Fermat og Jacob Bernoulli , løste disse typer problemer ved hjælp af kombinatorisk ræsonnement i stedet. Charles Babbages forskning i omkostninger ved transport og sortering af post førte til Englands universelle "Penny Post" i 1840 og til undersøgelser af jernbanekøretøjers dynamiske adfærd til forsvar for GWR 's breddevidde. Begyndende i det 20. århundrede kunne undersøgelse af lagerstyring betragtes som oprindelsen til moderne operationsforskning med økonomisk ordremængde udviklet af Ford W. Harris i 1913. Operationel forskning kan have stammet fra militære planlæggers indsats under første verdenskrig (konvojsteori og Lanchesters love ). Percy Bridgman bragte operationel forskning om problemerne i fysik i 1920'erne og ville senere forsøge at udvide disse til samfundsvidenskaberne.

Moderne operationel forskning stammer fra Bawdsey Research Station i Storbritannien i 1937 som et resultat af et initiativ fra stationens forstander, AP Rowe og Robert Watson-Watt . Rowe opfattede ideen som et middel til at analysere og forbedre arbejdet i Storbritanniens tidlige advarselsradarsystem , kodenavnet " Chain Home " (CH). Oprindeligt analyserede Rowe betjeningen af ​​radarudstyret og dets kommunikationsnetværk og udvidede senere til at omfatte driftspersonalets adfærd. Dette afslørede uvurderede begrænsninger for CH -netværket og tillod afhjælpende foranstaltninger.

Forskere i Det Forenede Kongerige (herunder Patrick Blackett (senere Lord Blackett OM PRS), Cecil Gordon , Solly Zuckerman , (senere Baron Zuckerman OM, KCB, FRS), CH Waddington , Owen Wansbrough-Jones , Frank Yates , Jacob Bronowski og Freeman Dyson ), og i USA ( George Dantzig ) ledte efter måder at træffe bedre beslutninger inden for områder som logistik og træningsplaner.

Anden Verdenskrig

Det moderne felt inden for operationel forskning opstod under Anden Verdenskrig. I anden verdenskrigs æra blev operationel forskning defineret som "en videnskabelig metode til at give udøvende afdelinger et kvantitativt grundlag for beslutninger om de operationer, der er under deres kontrol". Andre navne til det omfattede operationel analyse (britisk forsvarsministerium fra 1962) og kvantitativ styring.

Under Anden Verdenskrig var næsten 1.000 mænd og kvinder i Storbritannien engageret i operationel forskning. Omkring 200 operationelle forskere arbejdede for den britiske hær .

Patrick Blackett arbejdede for flere forskellige organisationer under krigen. Tidligt i krigen, mens han arbejdede for Royal Aircraft Establishment (RAE), oprettede han et hold kendt som "Cirkus", som hjalp med at reducere antallet af luftværnsartillerirunder , der var nødvendige for at skyde et fjendtligt fly ned fra et gennemsnit på over 20.000 ved starten af slaget ved Storbritannien til 4.000 i 1941.

En Liberator i standard RAF grøn/mørk jord/sort natbomberfinish som oprindeligt brugt af Coastal Command

I 1941 flyttede Blackett fra RAE til Navy, efter først at have arbejdet med RAF Coastal Command , i 1941 og derefter tidligt i 1942 til Admiralitetet . Blacketts team ved Coastal Command's Operational Research Section (CC-ORS) omfattede to fremtidige nobelprisvindere og mange andre mennesker, der fortsat var fremtrædende inden for deres områder. De foretog en række afgørende analyser, der hjalp krigsindsatsen. Storbritannien indførte konvoysystemet for at reducere skibstab, men selvom princippet om at bruge krigsskibe til at ledsage handelsskibe generelt blev accepteret, var det uklart, om det var bedre for konvojer at være små eller store. Konvojer kører med det langsomste medlems hastighed, så små konvojer kan rejse hurtigere. Det blev også argumenteret for, at små konvojer ville være sværere for tyske U-både at opdage. På den anden side kunne store konvojer implementere flere krigsskibe mod en angriber. Blacketts personale viste, at tabene under konvojer stort set afhang af antallet af ledsagerskibe, der var til stede, frem for konvojens størrelse. Deres konklusion var, at et par store konvojer er mere forsvarbare end mange små.

Mens han udførte en analyse af de metoder, der blev brugt af RAF Coastal Command til at jage og ødelægge ubåde, spurgte en af ​​analytikerne, hvilken farve flyet havde. Da de fleste af dem var fra Bomber Command, blev de malet sort til operationer om natten. Efter forslag fra CC-ORS blev der kørt en test for at se, om det var den bedste farve til at camouflere flyet til dagtimerne i den grå nordatlantiske himmel. Test viste, at fly, der var malet hvidt, i gennemsnit ikke blev set, før de var 20% tættere end dem, der var malet sorte. Denne ændring indikerede, at 30% flere ubåde ville blive angrebet og sænket for det samme antal observationer. Som et resultat af disse fund ændrede Coastal Command deres fly til at bruge hvide underoverflader.

Andet arbejde fra CC-ORS indikerede, at drabforholdene ville stige i gennemsnit, hvis udløserdybden af ​​luftleverede dybdeladninger (DC'er) blev ændret fra 100 til 25 fod. Årsagen var, at hvis en U-båd så et fly kun kort før det ankom over målet, ville ladningerne ved 100 fod ikke gøre nogen skade (fordi U-båden ikke ville have haft tid til at falde så langt som 100 fod) , og hvis det så flyet langt fra målet, havde det tid til at ændre kurs under vand, så chancerne for at det befandt sig inden for 20 fods dræbningszonen på anklagerne var små. Det var mere effektivt at angribe disse ubåde tæt på overfladen, når målets placeringer var bedre kendt end at forsøge deres ødelæggelse på større dybder, når deres positioner kun kunne gisnes. Inden ændringen af ​​indstillingerne fra 100 til 25 fod blev 1% af de nedsænkede U-både sænket og 14% beskadiget. Efter ændringen blev 7% sænket og 11% blev beskadiget; hvis ubåde blev fanget på overfladen, men havde tid til at nedsænke lige før de blev angrebet, steg tallene til 11% sunket og 15% beskadiget. Blackett bemærkede "der kan være få tilfælde, hvor en så stor operationel gevinst var opnået ved en så lille og simpel ændring af taktik".

Kort over Kammhuber Line

Bomber Command's Operational Research Section (BC-ORS) analyserede en rapport fra en undersøgelse foretaget af RAF Bomber Command . Til undersøgelsen inspicerede Bomber Command alle bombefly, der vendte tilbage fra bombeangreb over Tyskland i en bestemt periode. Alle skader forårsaget af tysk luftforsvar blev noteret, og anbefalingen blev givet, at der blev tilføjet rustning i de mest beskadigede områder. Denne anbefaling blev ikke vedtaget, fordi det faktum, at flyet var i stand til at vende tilbage med disse beskadigede områder, indikerede, at områderne ikke var vitale, og tilføjelse af rustning til ikke-vitale områder, hvor skader er acceptabel, reducerer flyets ydeevne. Deres forslag om at fjerne nogle af besætningen, så et flytab ville resultere i færre personaletab, blev også afvist af RAF -kommando. Blacketts team fremsatte den logiske anbefaling, at rustningen blev placeret i de områder, der var fuldstændig uberørte af skader på bombeflyene, der vendte tilbage. De begrundede, at undersøgelsen var forudindtaget, da den kun omfattede fly, der vendte tilbage til Storbritannien. Områderne uberørte i returfly var sandsynligvis vitale områder, som hvis de blev ramt, ville resultere i tabet af flyet. Denne historie er blevet bestridt, med en lignende skadevurderingsundersøgelse afsluttet i USA af Statistical Research Group ved Columbia University, resultatet af arbejde udført af Abraham Wald .

Da Tyskland organiserede sit luftværn i Kammhuber -linjen , blev det indset af briterne, at hvis RAF -bombeflyene skulle flyve i en bombeflystrøm, kunne de overvælde natkæmperne, der fløj i individuelle celler rettet mod deres mål af jordkontrollører. Det var derefter et spørgsmål om at beregne det statistiske tab fra kollisioner mod det statistiske tab fra natkæmpere for at beregne, hvor tæt bombeflyene skulle flyve for at minimere RAF -tab.

"Valutakurs" -forholdet mellem output og input var et karakteristisk træk ved operationel forskning. Ved at sammenligne antallet af flyvetimer indsat af allierede fly til antallet af U-bådobservationer i et givet område, var det muligt at omfordele fly til mere produktive patruljearealer. Sammenligning af valutakurser etablerede "effektivitetsforhold", der er nyttige i planlægningen. Forholdet mellem 60 miner lagt pr. Skib sænket var fælles for flere kampagner: tyske miner i britiske havne, britiske miner på tyske ruter og amerikanske miner på japanske ruter.

Operationel forskning fordoblede bombemængden på mål for B-29'er, der bombede Japan fra Marianasøerne ved at øge træningsforholdet fra 4 til 10 procent af flyvetimerne; afslørede, at ulvepakker med tre amerikanske ubåde var det mest effektive antal, der gjorde det muligt for alle medlemmer af flokken at engagere mål, der blev opdaget på deres individuelle patruljestationer; afslørede, at blank emaljemaling var mere effektiv camouflage for natkæmpere end traditionel kedelig camouflagemaling, og en glat lakfinish øgede lufthastigheden ved at reducere hudfriktion.

På land blev de operationelle forskningsafsnit af Army Operational Research Group (AORG) i Forsyningsministeriet (MoS) landet i Normandiet i 1944 , og de fulgte britiske styrker i fremrykket i hele Europa. De analyserede blandt andre emner effektiviteten af ​​artilleri, luftbombning og antitankskydning.

Efter Anden Verdenskrig

I 1947 blev der i regi af British Association organiseret et symposium i Dundee . I sin åbningstale tilbød Watson-Watts en definition af målene med OR:

"for kvantitativt at undersøge, om brugerorganisationen får det bedst mulige bidrag til dets overordnede mål fra driften af ​​sit udstyr."

Med udvidede teknikker og stigende bevidsthed om feltet ved krigens afslutning var operationel forskning ikke længere begrænset til kun operationel, men blev udvidet til at omfatte indkøb af udstyr, uddannelse, logistik og infrastruktur. Operations Research voksede også på mange andre områder end militæret, når forskere lærte at anvende dets principper på den civile sektor. Med udviklingen af simplex -algoritmen til lineær programmering i 1947 og udviklingen af ​​computere i løbet af de næste tre årtier kan Operations Research nu løse problemer med hundredtusinder af variabler og begrænsninger. Desuden kan de store datamængder, der kræves til sådanne problemer, gemmes og manipuleres meget effektivt. "Meget af operationsforskningen (moderne kendt som 'analytics') er afhængig af stokastiske variabler og derfor adgang til virkelig tilfældige tal. Heldigvis er cybernetics -feltet også krævede det samme niveau af tilfældighed.Udviklingen af ​​stadig bedre tilfældige talgeneratorer har været en velsignelse for begge discipliner.Moderne anvendelser af operationsforskning omfatter byplanlægning, fodboldstrategier, nødplanlægning, optimering af alle aspekter af industri og økonomi og uden tvivl med sandsynligheden for at medtage planlægning af terrorangreb og bestemt planlægning af terrorangreb. For nylig er forskningsstrategien for operationsforskning, der går tilbage til 1950'erne, blevet kritiseret for at være samlinger af matematiske modeller, men mangler et empirisk grundlag for dataindsamling til applikationer. Hvordan man indsamler data, findes ikke i lærebøgerne årsag til mangel på data, er der heller ingen computerprogrammer i lærebøgerne.

Problemer løst

Operationel forskning bruges også i vid udstrækning i regeringen, hvor der bruges bevisbaseret politik .

Ledelsesvidenskab

I 1967 karakteriserede Stafford Beer managementvidenskabsområdet som "forretningsbrug af driftsforskning". Ligesom operationel forskning er ledelsesvidenskab (MS) en tværfaglig gren af ​​anvendt matematik dedikeret til optimal beslutningsplanlægning med stærke forbindelser til økonomi, forretning, teknik og andre videnskaber . Den bruger forskellige videnskabeligt forskningsbaserede principper, strategier og analytiske metoder, herunder matematisk modellering , statistik og numeriske algoritmer til at forbedre organisationens evne til at vedtage rationelle og meningsfulde ledelsesbeslutninger ved at nå til optimale eller nær optimale løsninger på komplekse beslutningsproblemer. Managementforskere hjælper virksomheder med at nå deres mål ved hjælp af de videnskabelige metoder til operationel forskning.

Ledelsesforskerens mandat er at bruge rationelle, systematiske, videnskabsbaserede teknikker til at informere og forbedre beslutninger af enhver art. Selvfølgelig er forvaltningsteknikkerne ikke begrænset til forretningsapplikationer, men kan anvendes på militær, medicinsk, offentlig administration, velgørende grupper, politiske grupper eller samfundsgrupper.

Ledelsesvidenskab beskæftiger sig med at udvikle og anvende modeller og koncepter, der kan vise sig nyttige til at belyse ledelsesspørgsmål og løse ledelsesmæssige problemer, samt at designe og udvikle nye og bedre modeller for organisatorisk ekspertise.

Anvendelsen af ​​disse modeller inden for erhvervslivet blev kendt som ledelsesvidenskab.

Relaterede felter

Nogle af de felter, der har et betydeligt overlap med Operations Research and Management Science, omfatter:

Ansøgninger

Ansøgninger er rigelige, f.eks. I flyselskaber, fremstillingsvirksomheder, serviceorganisationer , militære filialer og regering. Rækken af ​​problemer og spørgsmål, som den har bidraget med indsigt og løsninger til, er stor. Det omfatter:

  • Planlægning (af flyselskaber, tog, busser osv.)
  • Opgave (tildeling af besætning til flyvninger, tog eller busser; medarbejdere til projekter; engagement og udsendelse af elproduktionsfaciliteter)
  • Facilitetens placering (afgør den mest passende placering for nye faciliteter såsom lager, fabrik eller brandstation)
  • Hydraulik og rørteknik (styring af vandstrøm fra reservoirer)
  • Health Services (information og supply chain management)
  • Spelteori (identificering, forståelse, udvikling af strategier vedtaget af virksomheder)
  • Urban Design
  • Computernetværksteknik (pakkerouting; timing; analyse)
  • Telekom- og datakommunikationsteknik (pakkerouting; timing; analyse)

Ledelsen beskæftiger sig også med såkaldt 'soft-operationel analyse', der vedrører metoder til strategisk planlægning , strategisk beslutningsstøtte , problemstruktureringsmetoder . Ved håndtering af denne slags udfordringer er matematisk modellering og simulering muligvis ikke passende eller ikke nok. Derfor er der i løbet af de sidste 30 år blevet udviklet en række ikke-kvantificerede modelleringsmetoder. Disse omfatter:

Samfund og tidsskrifter

Samfund

Den internationale sammenslutning af Operational Research Societies (IFORS) er en paraplyorganisation for operationelle forskning samfund i hele verden, der repræsenterer cirka 50 nationale selskaber, herunder dem i USA, Storbritannien , Frankrig, Tyskland, Italien , Canada, Australien, New Zealand, Filippinerne, Indien, Japan og Sydafrika. De konstituerende medlemmer af IFORS danner regionale grupper, f.eks. I Europa, Association of European Operational Research Societies (EURO). Andre vigtige operationelle forskningsorganisationer er Simulation Interoperability Standards Organization (SISO) og Interservice/Industry Training, Simulation and Education Conference (I/ITSEC)

I 2004 begyndte den amerikansk-baserede organisation INFORMS et initiativ til at markedsføre OR-erhvervet bedre, herunder et websted med titlen The Science of Better, der giver en introduktion til OR og eksempler på vellykkede anvendelser af OR til industrielle problemer. Dette initiativ er blevet vedtaget af Operational Research Society i Storbritannien, herunder et websted med titlen Lær om OR .

Tidsskrifter for INFORMS

Den Institut for Operations Research og Management Sciences (informerer) udgiver tretten videnskabelige tidsskrifter om operationer forskning, herunder de øverste to tidsskrifter i deres klasse, i henhold til 2005 Journal Citation Reports . De er:

Andre tidsskrifter

Disse er angivet i alfabetisk rækkefølge af deres titler.

  • 4OR -A Quarterly Journal of Operations Research : offentliggjorde i fællesskab de belgiske, franske og italienske Operations Research Societies (Springer);
  • Decision Sciences udgivet af Wiley-Blackwell på vegne af Decision Sciences Institute
  • European Journal of Operational Research (EJOR) : Grundlagt i 1975 og er i øjeblikket langt det største operationelle forskningstidsskrift i verden med sine omkring 9.000 sider publicerede artikler om året. I 2004 var dets samlede antal citater den næststørste blandt tidsskrifter for operationel forskning og ledelse.
  • INFOR Journal : udgivet og sponsoreret af Canadian Operational Research Society;
  • International Journal of Operations Research and Information Systems (IJORIS): en officiel publikation af Information Resources Management Association, udgivet kvartalsvis af IGI Global;
  • Journal of Defense Modeling and Simulation (JDMS): Applications, Methodology, Technology : et kvartalsvis tidsskrift dedikeret til at fremme videnskaben om modellering og simulering, hvad angår militæret og forsvaret.
  • Journal of the Operational Research Society (JORS) : et officielt tidsskrift for The OR Society ; dette er det ældste løbende publicerede tidsskrift for OR i verden, udgivet af Taylor & Francis ;
  • Military Operations Research (MOR) : udgivet af Military Operations Research Society ;
  • Omega - The International Journal of Management Science ;
  • Operations Research Letters ;
  • Opsearch : officielt tidsskrift for Operational Research Society of India;
  • OR Insight : et kvartalsblad for The OR Society, udgivet af Palgrave;
  • Pesquisa Operacional , det brasilianske operationsforskningssamfunds officielle tidsskrift
  • Production and Operations Management , det officielle tidsskrift for Production and Operations Management Society
  • TOP : det spanske statistik- og driftsforskningssamfunds officielle tidsskrift .

Se også

Referencer

Yderligere læsning

Klassiske bøger og artikler

  • RE Bellman, Dynamic Programming , Princeton University Press, Princeton, 1957
  • Abraham Charnes, William W. Cooper, Management Models and Industrial Applications of Linear Programming , bind I og II, New York, John Wiley & Sons, 1961
  • Abraham Charnes, William W. Cooper, A. Henderson, An Introduction to Linear Programming , New York, John Wiley & Sons, 1953
  • C. West Churchman, Russell L. Ackoff & EL Arnoff, Introduction to Operations Research , New York: J. Wiley and Sons, 1957
  • George B. Dantzig, Lineær programmering og udvidelser , Princeton, Princeton University Press, 1963
  • Lester K. Ford, Jr., D. Ray Fulkerson, Flows in Networks , Princeton, Princeton University Press, 1962
  • Jay W. Forrester, Industrial Dynamics , Cambridge, MIT Press, 1961
  • LV Kantorovich, "Matematiske metoder til organisering og planlægning af produktion" Management Science , 4, 1960, 266–422
  • Ralph Keeney, Howard Raiffa, beslutninger med flere mål: præferencer og værdibevægelser , New York, John Wiley & Sons, 1976
  • HW Kuhn, "Den ungarske metode til opgaveproblemet ," Naval Research Logistics Quarterly , 1–2, 1955, 83–97
  • HW Kuhn, AW Tucker, "Ikke -lineær programmering", s. 481–492 i Proceedings of the Second Berkeley Symposium on Mathematical Statistics and Probability
  • BO Koopman, Search and Screening: General Principles and Historical Applications , New York, Pergamon Press, 1980
  • Tjalling C. Koopmans, redaktør, Aktivitetsanalyse af produktion og tildeling , New York, John Wiley & Sons, 1951
  • Charles C. Holt, Franco Modigliani, John F. Muth, Herbert A. Simon, Planlægning af produktion, beholdninger og arbejdsstyrke , Englewood Cliffs, NJ, Prentice-Hall, 1960
  • Philip M. Morse, George E. Kimball, Methods of Operations Research , New York, MIT Press og John Wiley & Sons, 1951
  • Robert O. Schlaifer, Howard Raiffa, Applied Statistical Decision Theory , Cambridge, Division of Research, Harvard Business School, 1961

Klassiske lærebøger

  • Taha, Hamdy A., "Operations Research: An Introduction", Pearson, 10. udgave, 2016
  • Frederick S. Hillier & Gerald J. Lieberman, Introduction to Operations Research , McGraw-Hill: Boston MA; 10. udgave, 2014
  • Robert J. Thierauf & Richard A. Grosse, "Decision Making Through Operations Research", John Wiley & Sons, INC, 1970
  • Harvey M. Wagner, Principles of Operations Research , Englewood Cliffs, Prentice-Hall, 1969
  • Wentzel (Venttsel), ES Introduction to Operations Research , Moskva: Soviet Radio Publishing House, 1964.

Historie

  • Saul I. Gass, Arjang A. Assad, En kommenteret tidslinje for operationsforskning: En uformel historie . New York, Kluwer Academic Publishers, 2005.
  • Saul I. Gass (redaktør), Arjang A. Assad (redaktør), Profiles in Operations Research: Pioneers and Innovators . Springer, 2011
  • Maurice W. Kirby (Operational Research Society (Storbritannien)). Operational Research in War and Peace: The British Experience fra 1930'erne til 1970, Imperial College Press, 2003. ISBN  1-86094-366-7 , ISBN  978-1-86094-366-9
  • JK Lenstra, AHG Rinnooy Kan, A. Schrijver (redaktører) History of Mathematical Programming: A Collection of Personal Reminiscences , North-Holland, 1991
  • Charles W. McArthur, operationsanalyse i den amerikanske hærs ottende luftvåben i anden verdenskrig , History of Mathematics, bind. 4, Providence, American Mathematical Society, 1990
  • CH Waddington, OR i 2. verdenskrig: Operationel forskning mod U-båden , London, Elek Science, 1973.

eksterne links