Investigacion de Operaciones (Elementos, Caracteristicas, Metodologia)

1-   Historia de la investigación de operaciones

La investigación de operaciones es una herramienta básica para la toma de las decisiones en las empresas por su enfoque cuantitativo, apoyada por las matemáticas. Las primeras investigaciones de operaciones fueron puestas en práctica a principios de la segunda guerra mundial, para desarrollar estrategias y tácticas de guerra. Para todo esto, los altos mandos militares americanos e ingleses hicieron un llamado a todos los científicos para que diseñaran este método, desarrollando primero el  “radar”. En 1950 se introdujo a la industria, los negocios y el gobierno, un ejemplo sobresaliente es el método “Simplex” para resolver problemas de programación lineal, desarrollada en 1947 por George Dantzing. El auge mayor para darle la aplicación universal en casi todas las empresas del mundo fue con el inicio de las computadoras en 1980.

La aplicación de los métodos de investigación de operaciones, sirve a los profesionistas para tomar las decisiones más acertadas en el ámbito laboral. Las empresas deben contar con estos métodos, para resolver problemas de optimización de recursos en la entidad. La observación es base fundamental para identificar problemas, desarrollándola mediante la formulación del planteamiento del problema y de esta forma determinar las variables culminando con la aplicación de estos métodos de investigación de operaciones.

Naturaleza de la investigación de operaciones

Como su nombre lo indica significa “hacer investigación sobre las operaciones” su aplicación fundamental va encaminada a las múltiples operaciones o actividades que ejerce una empresa o ente económico no importando su carácter lucrativo o no lucrativo, la toma de decisiones es básica para todas estas, contrario sensu, implica la quiebra. Para todo esto se deben llevar a cabo ciertos requisitos en caminados al método científico de investigación. Es decir, iniciando por la observación del problema, recolección de datos, formulación del método aplicar, la hipótesis para determinar si es correcta la aplicación de la  I.O aplicada o modificar las veces que sean necesarias  para llegar a la mejor conclusión optima razonable y real.

En relación a lo anterior se necesita gente capacitada, en el ámbito de las matemáticas, estadísticas y teoría de probabilidades, al igual que en economía, administración de empresas, ciencias de la computación, ingeniería, ciencias físicas, ciencias de comportamiento y, por supuesto, en las técnicas especiales de investigación de operaciones.

2-   Definición de investigación de operaciones

La investigación de operaciones es la aplicación, por grupos interdisciplinarios, del método científico  a problemas relacionados con el control de las organizaciones o sistemas (hombre – máquina). A fin de que se produzcan soluciones que mejor sirvan a los objetivos de la organización.

La investigación de operaciones es el ataque de la ciencia moderna a los complejos problemas que surgen en la dirección y en la administración de grandes sistemas de hombres, maquinas, materiales y dinero, en la industria, en los negocios, en el gobierno y en la defensa. 

Usa el método científico para investigar el problema en cuestión. En particular, el proceso comienza por la observación cuidadosa y la formulación del problema incluyendo la recolección de datos pertinentes.

3-   Características de la Investigación Operaciones

Adopta un punto de vista organizacional. De esta manera intenta resolver los conflictos de interés entre los componentes de la organización de forma que el resultado sea el mejor para la organización completa.

Intenta encontrar una mejor solución (llamada solución óptima), para el problema bajo consideración. En lugar de contentarse con mejorar el estado de las cosas, la meta es identificar el mejor curso de acción posible.

Es necesario emplear el enfoque de equipo. Este equipo debe incluir personal con antecedentes firmes en matemáticas, estadísticas y teoría de probabilidades, economía, administración de empresas ciencias de la computación, ingeniería, etc. El equipo también necesita tener la experiencia y las habilidades para permitir la consideración adecuada de todas las ramificaciones del problema.

Ha desarrollado una serie de técnicas y modelos muy útiles a la Ingeniería de Sistemas. Entre ellos tenemos: la Programación No Lineal, Teoría de Colas, Programación Entera, Programación Dinámica, entre otras.

Tiende a representar el problema cuantitativamente para poder analizarlo y evaluar un criterio común.

4-   Elementos de un sistema de Investigacion Operaciones

El sistema es un conjunto de elementos organizados que se encuentran en interacción, que buscan alguna meta o metas comunes, operando para ello sobre datos o información sobre energía o materia u organismos en una referencia temporal para producir como salida información o energía u organismos.

Elementos de un sistema.

Son aquellos que hacen el sistema sin alguno de estos elementos simplemente no existiría un sistema.

Los elementos de un sistema son:

Conceptos.- definiciones de cosas o actividades.

Objetos.- pueden ser por ejemplo, una máquina de escribir compuesta de varias partes.

Sujetos.- como puede ser los integrantes de un equipo de fútbol.

5-   Quienes implementan la Investigación de Operaciones

la implementación de sistema siempre estará a cargo del equipo de IO y debe contar con el apoyo que proporcionen tanto la alta administración como la gerencia operativa quienes deben fomentar la guía del mismo para asegurar que el estudio logre lo que pretende.

6-   Cuál es el enfoque de la Investigacion de Operaciones

 Enfoque de la investigación de operaciones

Tiene un enfoque novelístico producto de sus creadores aunado a la presión de supervivencia de la guerra o la sinergia generada al combinarse diferentes disciplinas.

7-   Cuál es la contribución del enfoque en la Investigación de Operaciones

-Dentro de un ente económico, interactúan muchas variables.

-Identificar las variables que norman la conducta o es estado actual del problema.

-Se construye un modelo cuantitativo del sistema asumido (modelo matemático).

-Se obtiene la solución al modelo cuantitativo mediante la aplicación de una o más de las técnicas desarrolladas por la IO.

-Se toma el resultado apegado a la mejor realidad posible para las tomas de decisiones.

-Se implanta la solución en el sistema real. Es decir, llevarlo a cabo.

8-   Fases de la metodología de la Investigacion Operaciones

Metodología de la investigación de operaciones

Definición del problema y recolección de datos

Para que tenga mayor exactitud en la toma de decisiones debe identificarse primero ¿cuál es el problema que afecta a la organización? ¿Cuánto es la perdida que causa este problema? Aterrizando todo esto en un marco teórico, delimitando alcances y objetivos, cuestionando cual sería la mejor solución, y que método debe aplicar. Una vez definido el problema empezar por recabar datos que interfieren en el problema planteado, identificando las variables, creando hipótesis para la solución del problema, concluyendo con la aplicación del modelo matemático aplicar IO.

Obviamente, la definición del problema en este aspecto es cuantitativo, ya que representa dinero, y la su definición se basaría en las variables matemáticas que estos produzcan. Partiendo de las variables aplicaría el razonamiento matemático mediante las técnicas de las IO.

Formulación de un modelo matemático

Una vez definido el problema se debe formular un modelo matemático de acuerdo a las variables localizadas de cada problema, diseñando para esto ecuaciones que permitan ver el panorama general del problema. Un modelo siempre debe ser menos complejo que el problema real, es una aproximación abstracta de la realidad con consideraciones y simplificaciones que hacen más manejable el problema y permiten evaluar eficientemente las alternativas de solución. Existe software que ya tienen diseñados las ecuaciones de acuerdo a los problemas a plantear. Únicamente se necesita saber utilizarlos y sobre todo desarrollarlos manualmente para verificar que estos paquetes son plenamente confiables.

Obtención de una solución a partir del modelo

Mediante la definición del problema se identifican las variables dependientes (que dependen de las variables independientes) y para solucionarlo debe resolverse un modelo que consiste en encontrar los valores de las variables mejorando la eficiencia y la efectividad del sistema dentro del marco de referencias que fijan los objetivos y restricciones del problema.

Los procedimientos de solución pueden ser clasificados de tres tipos:

1.   Analíticos, que utilizan procesos de deducción matemáticas.

2.   Numéricos, que son de carácter inductivo y funcionan en base de a operaciones de prueba y error.

3.   Simulación, que utiliza métodos que imitan o, emulan al sistema real, en base a un modelo.

Se dice que estos modelos son iterativos, ya que, buscan la solución en base a la repetición de la misma regla analítica hasta llegar a ella, si la hay, o cuando menos una aproximación.

Prueba modelo

Es el desarrollo del  modelo matemático en la Investigación de operaciones  ya definido, para la solución de problemas específicos, para computadoras, mediante el uso de paquetes de software actualizándose mediante versiones. Este software no es en un 100% confiable, mantienen margen de error mínimos, que no pueden ser detectables. Pero conforme se van desarrollando nuevas tecnologías computacionales estos errores se van minimizando. Este proceso de prueba y mejoramiento de un modelo para incrementar su validez se conoce como “validación del modelo”.

Considero que los autores de estos software para computadoras mantienen errores por el cumulo de variables que contienen, entradas y de salidas. Y para mejorar estos errores una persona ajena a ellos  debe supervisar los datos incluidos en el software.

Establecimientos de controles de solución

El software ya diseñados dependen de las variables, los parámetros, las relaciones etc., mientras estas no cambien significativamente. Cuando se insertan datos en la base de la computadora, se deben vigilar que respete los paramentaros del sistema. De lo contrario es importante desarrollar un nuevo sistema que abarque todos estos cambios.

Usualmente esto se le conoce como análisis de sensibilidad, que consiste en determinar los rangos de variación de los parámetros dentro de los cuales no cambia la solución del problema.

Implantación de la solución

El equipo que diseña el sistema operativo, para la base de datos en las computadoras, debe informar sobre los nuevos avances en la aplicación del método de investigación de operaciones de una entidad. Ya que estos deben estar diseñados de acuerdo a las necesidades de la organización. Cuando ya se detectó el problema que traen los procedimientos anteriores estos deben modificarse y emplearse en nuevos sistemas. Informando debidamente a los administradores, gerentes de los nuevos hallazgos para su venta y capacitación del personal. Como se puede apreciar estas empresas que crean sus propios software para su venta deben ser especialistas en la materia y deben contar con el total apoyo los socios que invierten en la aplicación de estas nuevas tecnologías, ahorrando tiempo, dinero y esfuerzo. Como es sabido estos problemas llevados de manera manual se perdería demasiado tiempo y se tardaría en tomar las decisiones acertadas. Es por eso que con estos nuevos sistemas da mayor productividad a las empresas desechando gastos innecesarios.

La etapa de implantación incluye varios pasos. Primero, el equipo de investigación de operaciones debe dar una cuidadosa explicación a la gerencia operativa sobre el nuevo sistema que se va adoptar y su relación con la realidad operativa. En seguida estos dos grupos comparten la responsabilidad de desarrollar los procedimientos requeridos para poner el sistema en operación.

9-   Que es un modelo

“Un modelo es una representación de la realidad”

Un modelo es una representación explícita y externa de parte de la realidad como la ven las personas que desean usar el modelo para entender, cambiar, gestionar y controlar dicha parte de la realidad” De esta definición se pueden extraer muchas reflexiones interesantes sobre los modelos y su uso en Investigación de Operaciones (Operación Resecar (OR) en inglés). Quizá la más relevante es que los modelos son representaciones (no son la realidad, que, por cierto, se asume que existe) pero que los hacemos con un objetivo respecto a la realidad modelada.

En atención a lo anterior se pueden definir tres ámbitos de utilidad de los modelos en la Investigación de operaciones: • Aprender / Entender • Implementar en un ordenador • Tomar decisiones.

. Un modelo es una herramienta que nos sirve para lograr una visión bien estructurada de la realidad. Así, el propósito del modelo es proporcionar un medio para analizar el comportamiento de las componentes de un sistema con el fin de optimizar su desempeño. La ventaja que tiene el sacar un modelo que represente una situación real, es que nos permite analizar tal situación sin interferir en la operación que se realiza, ya que el modelo es como si fuera “un espejo” de lo que ocurre.

Para aumentar la abstracción del mundo real, los modelos se clasifican como 1) icónicos, 2) análogos, 3) simbólicos.

Los modelos icónicos son la representación física, a escala reducida o aumentada de un sistema real.

Los modelos análogos esencialmente requieren la sustitución de una propiedad por otra con el fin de permitir la manipulación del modelo. Después de resolver el problema, la solución se reinterpreta de acuerdo al sistema original.

Los modelos más importantes para la investigación de operaciones, son los modelos simbólicos o matemáticos, que emplean un conjunto de símbolos y funciones para representar las variables de decisión y sus relaciones para describir el comportamiento del sistema. El uso de las matemáticas para representar el modelo, el cual es una representación aproximada de la realidad, nos permite aprovechar las computadoras de alta velocidad y técnicas de solución con matemáticas avanzadas.

10-  Cuál es la estructura de los modelos

·         Construcción del modelo: tal modelo deberá especificar expresiones cuantitativas para el objetivo y las restricciones del problema en función de sus variables de decisión.

Tales modelos pueden ser matemático, simulación y heurístico. Algunos casos pueden requerir el uso de una combinación entre estos modelos, esto depende de la naturaleza y complejidad el sistema en investigación.

·         Solución del modelo: si se usa el modelo matemático utiliza técnicas de optimización bien definidas y se dice que la solución es óptima. El los modelos heurísticos y de simulación el concepto de óptimo no está muy claro, la solución se emplea para obtener valores aproximados del sistema.

·         Validación del modelo: un modelo es válido si, independientemente de sus inexactitudes, puede dar una predicción confiable del funcionamiento del sistema. Una forma de saber si el sistema es válido es comparando con algunos datos pasados del sistema. El sistema será válido si bajo condiciones similares de entrada puede reproducirse el funcionamiento pasado del sistema.

11- Clasificación de los modelos

Los modelos utilizados en la IO son eminentemente matemáticos y se pueden clasificar de acuerdo a los valores y características de sus variables, en: deterministas y estocásticos, y cada uno de ellos a su vez, en estáticos y dinámicos.

• Modelos deterministas.
En los modelos deterministas, ni las variables exógenas, ni las endógenas, se obtienen por medio del azar, debido a que se suponen relaciones exactas para las características de operación, en lugar de funciones de densidad de probabilidad. Son variables con valores preestablecidos.

• Modelos estocásticos.
Son aquellos modelos en los que, por lo menos una de las características de operación está dada por una función de probabilidad. Los valores de ésta o éstas variables, se obtienen al azar.

• Modelos estáticos.
Son aquellos modelos que no toman en cuenta, explícitamente, al variable tiempo.

• Modelos dinámicos.
Los modelos matemáticos que tratan de las interacciones que varían con el tiempo, se denominan modelos dinámicos.

Los modelos que se han considerado como propios de la IO, por ser los que en esencia se aplican con mayor frecuencia y por lo mismo se les han dedicado más horas de estudio son:

• Programación lineal
• Programación no lineal
• Programación entera
• Programación binaria
• Programación de metas múltiples
• Redes de optimización
• Modelos de inventarios
• Líneas de espera
• Teoría de juegos
• Análisis de decisiones
• Cadenas de Járkov
• Programación dinámica
• Simulación de sistemas

12-   Que son modelos matemáticos

Se emplea cuando la función objetivo y las restricciones del modelo se pueden expresar en forma cuantitativa o matemática como funciones de las variables de decisión.

Los modelos matemáticos también son representaciones idealizadas, pero están expresados en términos de símbolos y expresiones matemáticas. Las leyes de la física como F 5 mal y E 5 mc2 son ejemplos familiares. En forma parecida, el modelo matemático de un problema industrial está conformado por el sistema de ecuaciones y expresiones matemáticas relacionadas que describen la esencia del problema.

13-   Conjuntos básicos de los elementos para modelos matemáticos

1 Variables y parámetros de decisión. Las variables de decisión son las incógnitas (o decisiones) que deben determinarse resolviendo el modelo. Los parámetros son los valores conocidos que relacionan las variables de decisión con las restricciones y función objetivo. Los parámetros del modelo pueden ser determinísticos o probabilísticos.

2 Restricciones. Para tener en cuenta las limitaciones tecnológicas, económicas y otras del sistema, el modelo debe incluir restricciones (implícitas o explícitas) que restrinjan las variables de decisión a un rango de valores factibles.

3 Función objetivo. La función objetivo define la medida de efectividad del sistema como una función matemática de las variables de decisión.

            La solución óptima será aquella que produzca el mejor valor de la función objetivo, sujeta a las restricciones.

14-   Concepto de optimización

Una característica adicional, que se mencionó como de pasada, es que la Investigación Operativa intenta encontrar la mejor solución, o la solución óptima, al problema objeto de estudio. En lugar de contentarse con sólo mejorar el estado de las cosas, la meta es identificar el mejor curso de acción posible. Aun cuando debe interpretarse con todo cuidado, esta "búsqueda del óptimo" es un aspecto muy importante dentro de la Investigación Operativa.

15-   Áreas de aplicación de la investigación de operaciones

Como su nombre dice, Investigación Operativa significa "hacer investigación sobre las operaciones”. Esto dice algo del enfoque y del área de aplicación. Entonces, la Investigación Operativa 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 Conceptos previos 13 inmaterial y, de hecho, la Investigación Operativa 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 y una buena proporción de las industrias más pequeñas cuentan con grupos 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 sanitarias están incluyendo cada vez más estas técnicas.