OPERATIONS RESEARCH: WOFÜR ES IST, MODELLE, ANWENDUNGEN - TECHNOLOGIE - 2025

Die Operations Research ist eine Methode, die sich der Anwendung fortgeschrittener analytischer Disziplinen zur Unterstützung der Problemlösung und Entscheidungsfindung widmet und bei der Verwaltung von Organisationen hilfreich ist. Das heißt, es widmet sich der Festlegung der höchsten Werte eines realen Ziels: maximaler Gewinn, Leistung oder Rendite oder minimaler Verlust, Kosten oder Risiko.

In dieser Disziplin werden Probleme in ihre Grundkomponenten unterteilt und anschließend mit definierten Schritten durch mathematische Analyse gelöst. Die verwendeten Analysemethoden umfassen mathematische Logik, Simulation, Netzwerkanalyse, Warteschlangentheorie und Spieltheorie.

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Mit diesen Techniken aus den mathematischen Wissenschaften erzielt die Operations Research optimale oder praktikable Lösungen für komplizierte Entscheidungsprobleme. Seine Techniken haben interessante Probleme in einer Vielzahl von Branchen gelöst.

Mathematische Methoden

Aufgrund des statistischen und rechnerischen Charakters der meisten dieser Methoden ist die Operations Research auch eng mit Analyse und Informatik verbunden.

Betriebsforscher, die mit einem Problem konfrontiert sind, müssen anhand der Verbesserungsziele, der Art des Systems, der Rechenleistung und der zeitlichen Einschränkungen festlegen, welche dieser Methoden am besten geeignet sind.

Die mathematische Programmierung ist eine der leistungsstärksten Techniken in der Operationsforschung, so dass die beiden Begriffe manchmal synonym verwendet werden.

Diese Programmierung hat nichts mit Computerprogrammierung zu tun, sondern bedeutet Optimierung. Die diskrete Programmierung oder Optimierung behebt Probleme, bei denen Variablen nur diskrete Werte annehmen können, z. B. ganzzahlige Werte.

Aufgrund des Schwerpunkts auf der Interaktion zwischen Mensch und Technologie und des Schwerpunkts auf praktischen Anwendungen wurde die Betriebsforschung mit anderen Disziplinen, insbesondere Wirtschaftsingenieurwesen und Betriebsmanagement, interpoliert, wobei auch Psychologie und Organisationswissenschaften zugrunde gelegt wurden.

Geschichte

Historische Ursprünge

Im 17. Jahrhundert versuchten Mathematiker wie Pascal und Huygens, Probleme zu lösen, die komplexe Entscheidungen beinhalteten. Diese Art von Problemen wurde im 18. und 19. Jahrhundert mithilfe der Kombinatorik gelöst.

Im 20. Jahrhundert konnte das Studium der Bestandsführung als Beginn der modernen Betriebsforschung angesehen werden, wobei die kostengünstige Losmenge 1913 entwickelt wurde.

Im Jahr 1937 wurde die Operationsforschung zunächst in Großbritannien angewendet, um die Radartechnologie in Luftkampfeinsätze zu integrieren und sich damit von der in Laboratorien durchgeführten Forschung zu unterscheiden.

Zweiter Weltkrieg

Der Begriff Operations Research wurde Anfang 1941 während des Zweiten Weltkriegs geprägt, als das britische Militärmanagement eine Gruppe von Wissenschaftlern einberief, um einen wissenschaftlichen Ansatz für das Studium militärischer Operationen anzuwenden.

Das Hauptziel bestand darin, den verschiedenen militärischen Operationen und Aktivitäten innerhalb jeder Operation knappe Ressourcen effektiv zuzuweisen.

Wie in Großbritannien stimulierte Radar die Entwicklungen in der US-Luftwaffe. Im Oktober 1942 wurden alle Kommandos aufgefordert, Operationsforschungsgruppen in ihr Personal aufzunehmen.

Jahrzehnte der 50er und 60er Jahre

Die Operations-Forschung wuchs in vielen Bereichen neben dem Militär, nachdem Wissenschaftler gelernt hatten, ihre Prinzipien auf den zivilen Sektor anzuwenden. Seine Wirksamkeit im militärischen Bereich dehnte sein Interesse auf andere Industrie- und Regierungsbereiche aus.

Ab 1948 wurden Partnerschaften mit dem Operations Research Club von Großbritannien organisiert, der 1954 zur Operations Research Society wurde.

1952 wurde in den USA die Operations Research Society gegründet. Viele andere nationale Gesellschaften erschienen ebenfalls.

1957 fand an der Universität Oxford die erste internationale Konferenz über Operations Research statt. Bis 1959 wurde die International Federation of Operations Research Societies gegründet.

1967 beschrieb Stafford Beer das Gebiet der Managementwissenschaften als die geschäftliche Nutzung der Operations Research.

Mit der Entwicklung von Computern in den nächsten drei Jahrzehnten kann die Betriebsforschung nun Probleme mit Hunderttausenden von Variablen und Einschränkungen lösen.

Wofür ist die Betriebsuntersuchung?

Operations Research-Experten lösen jeden Tag reale Probleme und sparen so Geld und Zeit. Diese Probleme sind sehr vielfältig und scheinen fast immer nichts miteinander zu tun zu haben. Sein Wesen ist jedoch immer dasselbe und es werden Entscheidungen getroffen, um ein Ziel auf die effizienteste Weise zu erreichen.

Das zentrale Ziel der Operations Research ist die Optimierung, dh die bestmögliche Vorgehensweise in Abhängigkeit von den gegebenen Umständen.

Dieses allgemeine Konzept hat viele Anwendungen, beispielsweise bei der Datenanalyse, der Zuordnung von Waren und Ressourcen, der Steuerung von Produktionsprozessen, dem Risikomanagement, der Verkehrssteuerung usw.

-Optimale Lösungen

Die Operations-Forschung konzentriert sich auf die Entwicklung mathematischer Modelle, mit denen komplexe Systeme analysiert und optimiert werden können. Es ist zu einem Bereich der akademischen und industriellen Forschung geworden. Der Prozess ist in drei Schritte unterteilt.

- Eine Reihe möglicher Lösungen für ein Problem wird entwickelt.

- Die erhaltenen Alternativen werden analysiert und auf einen kleinen Satz von Lösungen reduziert, die wahrscheinlich realisierbar sind.

- Die hergestellten alternativen Lösungen werden simuliert implementiert. Wenn möglich, werden sie in realen Situationen getestet.

Nach dem Optimierungsparadigma bei der Anwendung der Betriebsforschung wählt der Entscheidungsträger die Schlüsselvariablen aus, die die Qualität der Entscheidungen beeinflussen. Diese Qualität wird durch eine objektive Funktion zum Maximieren (Gewinn, Servicegeschwindigkeit usw.) oder Minimieren (Kosten, Verlust usw.) ausgedrückt.

Neben der Zielfunktion werden auch eine Reihe von Einschränkungen berücksichtigt, sei es physisch, technisch, wirtschaftlich, ökologisch usw. Durch systematisches Anpassen der Werte aller Entscheidungsvariablen wird dann eine optimale oder praktikable Lösung ausgewählt.

-Gemeinsame Verwendungen

Kritische Pfadanalyse

Es ist ein Algorithmus zum Programmieren einer Reihe von Aktivitäten in einem Projekt. Der kritische Pfad wird bestimmt, indem die längste Strecke abhängiger Aktivitäten identifiziert und die Zeit gemessen wird, die erforderlich ist, um sie von Anfang bis Ende abzuschließen.

Zuordnungsproblem

Dies ist ein grundlegendes kombinatorisches Optimierungsproblem. In diesem Problem gibt es mehrere Agenten und mehrere Aufgaben. Jeder Agent kann zugewiesen werden, um eine beliebige Aufgabe auszuführen.

Abhängig von der dem Agenten zugewiesenen Aufgabe fallen Kosten an, die variieren können. Daher ist es erforderlich, alle Aufgaben auszuführen und jeder Aufgabe einen Agenten und jedem Agenten eine Aufgabe zuzuweisen, um die Gesamtkosten der Zuweisung zu minimieren.

Modelle

Ein Modell ist eine große Hilfe, um die Betriebsforschung zu erleichtern, da die Probleme durch Modelle ausgedrückt werden, die die Beziehung der Variablen zeigen.

Da es sich um eine vereinfachte Darstellung der realen Welt handelt, werden nur die für das Problem relevanten Variablen berücksichtigt. Beispielsweise beschreibt ein Modell frei fallender Körper nicht die Farbe oder Textur des betroffenen Körpers.

Die Modelle repräsentieren die Beziehung zwischen den gesteuerten und unkontrollierten Variablen und der Leistung des Systems. Daher müssen sie erklärend und nicht nur beschreibend sein.

Viele der verwendeten Vereinfachungen verursachen Fehler in den aus dem Modell abgeleiteten Vorhersagen, aber dieser Fehler ist im Vergleich zu der Größe der Betriebsverbesserung, die aus dem Modell erzielt werden kann, recht gering.

Arten von Modellen

Die ersten Modelle waren physische Darstellungen wie Modellschiffe oder Flugzeuge. Physikalische Modelle sind normalerweise recht einfach zu erstellen, jedoch nur für relativ einfache Objekte oder Systeme, da sie im Allgemeinen schwer zu ändern sind.

Der nächste Schritt nach dem physischen Modell ist das Diagramm, das einfacher zu erstellen und zu handhaben ist, aber abstrakter. Da eine grafische Darstellung von mehr als drei Variablen schwierig ist, werden symbolische Modelle verwendet.

Die Anzahl der Variablen, die in ein symbolisches Modell aufgenommen werden können, ist unbegrenzt. Diese Modelle sind einfacher zu bauen und zu bedienen als physische Modelle.

Trotz der offensichtlichen Vorteile symbolischer Modelle gibt es viele Fälle, in denen physikalische Modelle immer noch nützlich sind, beispielsweise beim Testen physikalischer Strukturen und Mechanismen. Gleiches gilt für Grafikmodelle.

Symbolisches Modell

Die meisten Operations Research-Modelle sind symbolische Modelle, da Symbole die Eigenschaften des Systems besser darstellen.

Das symbolische Modell hat die Form einer Matrix oder einer Gleichung. Diese Modelle bieten je nach Problem quantitative Lösungen (Kosten, Gewicht usw.).

Symbolische Modelle sind völlig abstrakt. Wenn Symbole im Modell definiert sind, wird ihm eine Bedeutung gegeben.

Symbolische Modelle von Systemen mit unterschiedlichem Inhalt weisen häufig ähnliche Strukturen auf. Daher können die in den Systemen auftretenden Probleme anhand weniger Strukturen klassifiziert werden.

Da die Methoden zum Extrahieren von Lösungen aus den Modellen nur von ihrer Struktur abhängen, können nur wenige Methoden verwendet werden, um eine Vielzahl von Problemen aus kontextueller Sicht zu lösen.

Anwendungen

Die Anwendungen der Operations Research sind vielfältig, beispielsweise in produzierenden Unternehmen, Dienstleistungsorganisationen, militärischen Zweigen und Regierungen. Das Spektrum der Probleme, zu denen Sie Lösungen beigetragen haben, ist enorm:

- Planung von Fluggesellschaften, Zügen oder Bussen.

- Zuordnung von Mitarbeitern zu Projekten.

- Entwicklung von Strategien für Unternehmen (Spieltheorie).

- Management des Wasserflusses aus den Stauseen.

Projektplanung

Die Prozesse eines komplexen Projekts, die sich auf die Gesamtdauer des Projekts auswirken, werden identifiziert.

Bodenplanung

Entwerfen Sie den Entwurf für Geräte in einer Fabrik oder Komponenten auf einem Computerchip, um die Herstellungszeit und damit die Kosten zu reduzieren.

Ein Netzwerk optimieren

Konfigurieren Sie Telekommunikations- oder Energiesystemnetze, um die Servicequalität bei Unterbrechungen zu gewährleisten.

Lage der Einrichtungen

Minimierung der Transportkosten unter Berücksichtigung von Faktoren wie der Vermeidung der Platzierung gefährlicher Materialien in der Nähe von Häusern.

Routing

Es wird in vielen Arten von Netzwerken durchgeführt, einschließlich leitungsvermittelter Netzwerke wie dem öffentlichen Telefonnetz und Computernetzwerken wie dem Internet.

Projektbetriebliche Aktivitäten

Management des Flusses operativer Aktivitäten in einem Projekt als Folge der Vielseitigkeit des Systems durch Techniken der Betriebsforschung, um diese Variabilität zu verringern und Räume mithilfe einer Kombination aus Zeit-, Inventar- und Kapazitätszuweisungen zuzuweisen.

Leitung der Lieferkette

Es ist das Management des Flusses von Komponenten und Rohstoffen, das aus einer instabilen Nachfrage nach Fertigprodukten resultiert.

Transport

Frachtmanagement von Liefer- und Transportsystemen. Beispiele: intermodale Fracht oder das Problem des Handlungsreisenden.

Globalisierung

Globalisieren Sie betriebliche Prozesse, um wirtschaftlichere Arbeitskräfte, Land, Materialien oder andere produktive Inputs zu nutzen.

Lagerausfallproblem

Es bezieht sich auf das Schneiden eines auf Lager befindlichen Materials wie Papierrollen oder Metallbleche in Stücke bestimmter Größen, um Materialverschwendung zu minimieren.

Beispiele

Tankstellenkoffer

Eine Analyse der Autos, die an städtischen Tankstellen an der Kreuzung zweier Straßen anhalten, ergab, dass fast alle von nur vier der 16 möglichen Routen an der Kreuzung stammten (vier Wege zum Einfahren, vier Wege zum Aussteigen).

Bei der Untersuchung des Prozentsatzes der Autos, die für jede Route beim Service anhielten, wurde festgestellt, dass dieser Prozentsatz mit der beim Anhalten verlorenen Zeit zusammenhängt.

Diese Beziehung war jedoch nicht linear. Das heißt, die Zunahme der einen war nicht proportional zur Zunahme der anderen.

Dann wurde festgestellt, dass die wahrgenommene verlorene Zeit die tatsächlich verlorene Zeit überstieg. Die Beziehung zwischen dem Prozentsatz der angehaltenen Autos und der wahrgenommenen verlorenen Zeit war linear.

Daher wurde ein Modell erstellt, das die Anzahl der an Tankstellen angehaltenen Autos mit dem Verkehrsaufkommen auf jeder Route der Kreuzung in Beziehung setzte, was sich auf die Zeit auswirkte, die für die Inbetriebnahme erforderlich war.

Zuordnungsproblem

Es besteht aus der Zuweisung von Arbeitern zu Aufgaben, Lastwagen zu Lieferwegen oder Klassen zu Klassenzimmern. Ein typisches Transportproblem besteht darin, leere Schienenfahrzeuge dort zuzuweisen, wo sie benötigt werden.

Es wird auch verwendet, um zu bestimmen, welche Maschinen zur Herstellung eines bestimmten Produkts verwendet werden sollen oder welche Produktgruppe während eines bestimmten Zeitraums in einer Anlage hergestellt werden soll.

Lineares Programmieren

Diese Technik wird routinemäßig bei Problemen wie dem Mischen von Öl und Chemikalien in Raffinerien, der Auswahl von Lieferanten für große Fertigungsunternehmen, der Festlegung von Versandrouten und -plänen sowie der Verwaltung und Wartung von LKW-Flotten eingesetzt.

Bayesianische Suchtheorie

Bayesianische Statistiken werden angewendet, um nach verlorenen Gegenständen zu suchen. Es wurde mehrmals verwendet, um verlorene Gefäße zu finden:

Er spielte eine Schlüsselrolle bei der Wiederherstellung von Flugaufzeichnungen bei der Air France Flight 447-Katastrophe 2009.

Es wurde auch bei Versuchen verwendet, das Wrack von Malaysia Airlines Flug 370 zu lokalisieren.

Bestandskontrolle

Inventarprobleme treten beispielsweise bei der Bestimmung der zu kaufenden oder zu produzierenden Warenmengen, der Anzahl der zu mietenden oder auszubildenden Personen, der Größe einer neuen Produktionsstätte oder eines Einzelhandelsgeschäfts auf.

Verweise

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