INVESTIGACIÓN DE OPERACIONES Ing. María Emilia Recinos Primer periodo del 2021 mrecinos@unah.edu.hn OBJETIVOS DEL CURSO • Identificar y formular modelos de investigación operativa a partir de la descripción verbal de una situación real. • Seleccionar y generar la información necesaria para formular y resolver un problema de investigación operativa. • formular, modelar y resolver los distintos problemas de sus actividades profesionales usando técnicas de investigación de operaciones, en la solución de problemas relacionados con optimización de los recursos disponibles. • Interpretar resultados cuantitativos y proponer decisiones a partir de ellos. CONTENIDO DEL CURSO UNIDAD 1 UNIDAD 2 Historia de la investig ación de operaci ones Introducción a la Programación lineal UNIDAD 3 Método grafico método simplex, análisis de sensibili dad UNIDAD 4 UNIDAD 5 Modelo de transpo rte y asignaci ón Model o de redes BIBLIOGRAFÍA OBLIGATORIAS • Taha, H. A. (2012). Investigación de operaciones (9a. ed.). https://recursosbibliovirtual.unah.edu.hn:2072/es/lc/bibliounah/titulos/108502 Pearson Educación. • Hillier, F. S. (2010). Introducción a la investigación de operaciones (9a. ed.). McGraw-Hill Interamericana. https://recursosbibliovirtual.unah.edu.hn:2072/es/lc/bibliounah/titulos/101895 SUPLEMENTARIAS • Chediak Pinzón, F. A. (2013). Investigación de operaciones. Volumen I (3a. ed.). Universidad de Ibagué. https://recursosbibliovirtual.unah.edu.hn:2072/es/lc/bibliounah/titulos/70155 • Martínez Salazar, I. A. y Vértiz Camarón, G. (2015). Investigaciones de operaciones. Grupo Editorial Patria. https://recursosbibliovirtual.unah.edu.hn:2072/es/lc/bibliounah/titulos/39452. • Roberto, V. N. (2018). Investigación Operativa. Ecuador: CONSEJO EDITORIAL UNIVERSITARIO. https://revistas.uta.edu.ec/Books/libros%202019/investoperativadig.pdf INTRODUCCION A LA INVESTIGACION DE OPERACIONES I UNIDAD Esta foto de Autor desconocido está bajo licencia CC BY OBJETIVOS DE LA UNIDAD Comprender el concepto, origen y naturaleza de la IO, así como su importancia en la formación de los estudiantes de la carrera de ingeniería industrial debido a su amplia aplicación en la industria y en los negocios para optimizar recursos y simular procesos. Comprender la importancia de la investigación de operaciones en la toma de decisiones. Conocer las fases de un estudio en la investigación de operaciones CONTENIDO DE LA PRIMERA UNIDAD Historia de la Investigación de Operaciones. Características esenciales de la investigación de operaciones. Definición de Investigación de Operaciones. Metodología de la investigación de operaciones. Estructura de los modelos empleados en la investigación de operaciones. Concepto de Optimización. Áreas de aplicación de la Investigación de Operaciones HISTORIA De DE acuerdo LA INVESTIGACION OPERACIONES a Hillier y DE Libierman El inicio de la actividad llamada investigación de operaciones es atribuible a ciertos servicios militares que se prestaron al inicio de la Segunda Guerra Mundial; misma que tuvo sus inicios en el año de 1939. Debido a los esfuerzos bélicos, existía la urgente necesidad de asignar recursos escasos a las distintas maniobras militares y a las actividades que componían cada operación de la manera más eficaz. Esta foto de Autor desconocido está bajo licencia CC BY-SA-NC HISTORIA DE LA INVESTIGACION DE OPERACIONES Por ello, las administraciones militares estadounidense y británica llamaron a un gran número de científicos para que aplicaran el método científico a éste y a otros problemas estratégicos y tácticos. En realidad, les solicitaron que hicieran investigación sobre operaciones (militares). Los grupos de científicos desarrollaron métodos eficaces para utilizar la nueva herramienta que representaba el radar, los científicos contribuyeron al triunfo en la guerra aérea que libró Gran Bretaña. Sus investigaciones para mejorar el manejo de las operaciones antisubmarinas y de protección también tuvieron un papel importante en la victoria de la campaña del Atlántico Norte. Esfuerzos similares fueron de gran ayuda en la campaña del Pacífico. HISTORIA DE LA INVESTIGACION DE OPERACIONES Una vez terminada la guerra en 1945, las ideas utilizadas con fines bélicos fueron adaptadas para mejorar la eficiencia y la productividad del sector civil. Lo anterior se debió a que una vez que la explosión industrial posterior a la guerra siguió su curso, los problemas provocados por el aumento de la complejidad y la especialización de las organizaciones pasaron de nuevo al primer plano y los científicos que habían trabajo para fines bélicos, se dieron cuenta que eran los mismos que debían de enfrentar los militares pero en un contexto diferente. Al inicio de la década de 1950: Estos visionarios introdujeron el uso de la investigación de operaciones en una serie de organizaciones industriales, de negocios y del gobierno. Desde entonces, se ha desarrollado con rapidez. Otro hecho relevante tuvo gran importancia en el desarrollo de la IO durante la década de los años cincuenta fue: HISTORIA DE LA INVESTIGACION DE OPERACIONES El progreso sustancial que se logró en el mejoramiento de las técnicas disponibles. Después de la guerra, muchos de los científicos que habían participado en equipos de IO y que tenían información sobre este trabajo, estaban motivados para realizar investigación relevante en el campo, de lo cual resultaron avances importantes; Un ejemplo sobresaliente es el método símplex para resolver problemas de programación lineal, desarrollado en 1947 por George Dantzig. Muchas de las herramientas características de la IO, como programación lineal, programación dinámica, teoría de colas y teoría de inventarios habían sido desarrolladas casi por completo antes del término de la década de los años cincuenta. La revolución de las computadoras. El manejo eficaz de los complejos problemas inherentes a la IO casi siempre requiere un gran número de cálculos. Realizarlos de forma manual puede resultar casi imposible, por lo cual el desarrollo de la computadora electrónica digital, con su capacidad para hacer cálculos aritméticos, miles o tal vez millones de veces más rápido que los seres humanos, fue una gran ayuda para esta disciplina. HISTORIA DE LA INVESTIGACION DE OPERACIONES En la década de 1980 e inicios del siglo 21 Otro avance tuvo lugar en la década de los años ochenta, con el desarrollo de computadoras personales cada vez más rápidas y de buenos paquetes de software para resolver problemas de IO. De esta forma, las técnicas más complejas estuvieron al alcance de un gran número de personas, y este progreso se aceleró aún más en la década de 1990 y al inicio del siglo XXI. HISTORIA DE LA INVESTIGACION DE OPERACIONES En la década de 1980: Hoy en día, millones de individuos tienen acceso a estos paquetes y en forma cotidiana se utiliza toda una gama de computadoras, desde las grandes hasta las portátiles, para resolver problemas de investigación de operaciones, algunos de ellos muy complejos. CARACTERISTICAS DE LA INVESTIGACION DE OPERACIONES CARACTERÍSTICAS DE LA INVESTIGACIÓN DE OPERACIONES 1. Utiliza el método científico para explorar los diversos problemas que deben ser enfrentados. El proceso comienza por: La observación cuidadosa y la formulación del problema, lo cual incluye la recolección de los datos pertinentes. El siguiente paso es la construcción de un modelo científico, generalmente matemático con el cual se intenta abstraer la esencia del problema real. En esta etapa se propone la hipótesis de que el modelo será una representación tan precisa de las características esenciales de la situación, que permitirá que las conclusiones, soluciones, que se obtengan sean válidas también para el problema real. Después se llevan a cabo los experimentos adecuados para probar esta hipótesis, para modificarla si es necesario y para verificarla en determinado momento, paso que se conoce como validación del modelo. CARACTERÍSTICAS DE LA INVESTIGACIÓN DE OPERACIONES 2. Adopta una visión organizacional. De esta manera intenta resolver los conflictos de intereses entre los componentes de la organización de forma que el resultado sea el mejor para ésta en su conjunto. 3. Intenta encontrar una mejor solución llamada solución óptima para el problema en cuestión. En lugar de conformarse con mejorar el estado de las cosas, la meta es identificar el mejor curso de acción posible. 4. Emplea el enfoque de equipo, este equipo debe de incluir individuos con antecedentes sólidos en matemáticas, estadística y teoría de probabilidades, al igual que en economía, administración de empresas, ciencias de la computación, ingeniería, ciencias físicas, ciencias del comportamiento y, por supuesto, en las técnicas especiales de IO. También experiencias y habilidades para permitir la consideración adecuada de todas las ramificaciones del problema. DEFINICIÓN DE LA INVESTIGACION DE OPERACIONES DEFINICIÓNES DE LA INVESTIGACIÓN DE OPERACIONES 1. Según Hillier, Frederick S. / Lieberman, Gerarld J. En un sentido general, la Investigación de operaciones puede considerarse como la aplicación de métodos científicos, técnicas e instrumentos, a los problemas relacionados con la operación de los sistemas, a fin de proporcionar a los que controlan las operaciones las soluciones óptimas para los problemas. 2. Según HAMDY A. TAHA Es una herramienta dominante e indispensable para la toma de decisiones, siendo su principal elemento el modelamiento matemático, tomando en cuenta factores intangibles o no cuantificables. Siendo una ciencia por las técnicas matemáticas q se presenta, y es arte porque el éxito de todas las fases que anteceden y siguen a la resolución del modelo matemático depende mucho de la creatividad y la experiencia del equipo de la investigación de operaciones. TOMA DE DECISIONES El proceso de toma de decisiones, dentro de distintos tipos de organizaciones es posible de definir como el “proceso de definición de problemas, recopilación de datos, generación de alternativas y selección de un curso de acción”. (Hellriegel, Slocum, Woodman, 2011). TOMA DE DECISIONES A NIVEL OPERATIVO Desarrolla tareas rutinarias y en donde el tipo de decisiones por lo general son del tipo programada, es decir, poseen cierto tipo de desencadenantes que determinan un cierto tipo de respuesta (por ejemplo, la caída de un inventario por debajo de un determinado número implica la restitución de cierta cantidad de producto o en otro ejemplo, dado encontrarse en un mes en particular y dadas ciertas condiciones de humedad o estado de salud se determina la aplicación de un agroquímico en particular para el desarrollo de un cultivo, etc.).. (Hellriegel, Slocum, Woodman, 2011). 23 Toma de Decisiones a nivel estratégico La toma de decisiones estratégicas para la vida de una empresa, es la principal responsabilidad indelegable de un gerente. El inicio de la toma de una decisión, generalmente empieza cuando se detecta un problema. Para tomar la decisión correcta, se debe: a) Definir el problema en forma clara b) Formular el o los objetivos c) Identificar las restricciones d) Identificar las alternativas de solución e) Evaluar las alternativas y elegir la mejor 24 25 DEFINICIONES El proceso para la toma de decisión correcta. ¿Como se elige la mejor alternativa? Métodos Cualitativos En base a la experiencia y al juicio profesional de la persona que toma la decisión Métodos Cuantitativos En base a la utilización de herramientas matemáticas que permitan maximizar la efectividad en la toma de decisiones. 26 INVESTIGACIÓN DE OPERACIONES Y LA TOMA DE DECISIONES La IO nos ofrece una serie de herramientas cuantitativas para la toma de decisiones. • La 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. • Este conjunto de herramientas o métodos es lo que llamaremos Investigación de Operaciones. Esta foto de Autor desconocido está bajo licencia CC BY-NC-ND 26 27 INVESTIGACIÓN DE OPERACIONES Y LA TOMA DE DECISIONES La Investigación de Operaciones (IO) es una rama de las matemáticas que emplea modelos matemáticos y algoritmos con el objetivo de sustentar el proceso de toma de decisión, cuyas mayores aplicaciones se encuentran dentro de la industria y los negocios a través de la Ingeniería Industrial. ¿Que nos permite? La IO permite de manera sistemática obtener soluciones más eficientes, ya sea para lograr mayores beneficios, ahorros en la utilización del tiempo y/o recursos, u obtener menores costos, que los que se obtendrían si las decisiones se toman por intuición o basados simplemente en consideraciones particulares sin previo análisis. 27 METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN DE OPERACIONES METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN DE OPERACIONES Para la aplicación de la IO se siguen los siguientes pasos: 1. Definición del problema de interés y recolección de datos relevantes. 2. Formulación de un modelo matemático que represente el problema. 3. Desarrollo de un procedimiento basado en computadora para derivar una solución para el problema a partir del modelo. 4. Prueba del modelo y mejoramiento de acuerdo con las necesidades. 5. Preparación para la aplicación del modelo prescrito por la administración. 6. Implementación. 29 FASES DE UN ESTUDIO DE INVESTIGACIÓN DE OPERACIONES Definición del problema y recolección de datos 1. 2. 3. 4. 5. Definir el objetivo del estudio Reconocimiento de las restricciones sobre lo que es posible hacer Interrelaciones del área en estudio con otras áreas de la organización Diferentes cursos de acción posible Limites de tiempo para tomar decisiones Construcción del modelo 1. Modelo matemático • Representa la esencia del problema. Los modelos matemáticos son representaciones idealizadas, pero están expresados en términos de símbolos y expresiones matemáticas. • 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. 30 FASES DE UN ESTUDIO DE INVESTIGACIÓN DE OPERACIONES Obtención de soluciones a partir del modelo 1. Si el modelo es matemático se usará alguna técnica de optimización bien definida, produciendo el modelo una solución óptima. 2. Si el modelo es de simulación se buscarán alternativas para mejorar el desempeño del sistema. Se deberá realizar un análisis de sensibilidad cambiando ciertos parámetros del sistema. 31 FASES DE UN ESTUDIO DE INVESTIGACIÓN DE OPERACIONES Preparación para aplicar o validar el modelo Si el modelo va a usarse varias veces, el siguiente paso es instalar un sistema bien documentado para aplicarlo según lo establecido por la administración. Este sistema debe incorporar el modelo y el procedimiento de solución, que incluye el análisis posóptimo y los procedimientos operativos para su implementación. Para probar la validez de un modelo se comparan los resultados del modelo con datos históricos del sistema real Implantación de resultados finales Lo realiza el equipo de I.O. junto con las personas que operan el sistema real. Es apropiado que el equipo de investigación de operaciones documente su metodología con suficiente claridad y detalle para que el trabajo pueda reproducirse. La posibilidad de obtener una réplica debe ser parte del código ético profesional del investigador de operaciones. 32 ESTRUCTURA DE LOS MODELOS EMPLEADOS EN LA INVESTIGACIÓN DE OPERACIONES. ESTRUCTURA DE LOS MODELOS EMPLEADOS EN LA INVESTIGACIÓN DE OPERACIONES. De acuerdo a Hamdy Taha El enfoque de la Investigación de Operaciones es el modelaje. Un modelo es una representación ideal de un sistema y la forma en que este opera. El objetivo es analizar el comportamiento del sistema o bien predecir su comportamiento futuro. 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. 34 ESTRUCTURA DE LOS MODELOS EMPLEADOS EN LA INVESTIGACIÓN DE OPERACIONES. De acuerdo a Taibo (2002) Los modelos representan, con mayor o menor fidelidad, la relación que existe entre las diferentes variables de un sistema real, y se utilizan para predecir lo que sucede o puede suceder cuando alguna de estas variables cambia de valor. Estas predicciones se logran dando diferentes valores a las variables del modelo y observando lo que acontece en dicho modelo con estos cambios. Posteriormente se relaciona el comportamiento del modelo con lo que le sucedería al sistema real en el caso de que aquellos cambios ocurrieran. 36 ESTRUCTURA DE LOS MODELOS EMPLEADOS EN LA INVESTIGACIÓN DE OPERACIONES. En muchos casos podemos utilizar modelos matemáticos que, mediante letras, números y operaciones, representan variables, magnitudes y sus relaciones. Para aumentar la abstracción del mundo real, los modelos se clasifican como : 1. Icónicos: son la representación física, a escala reducida o aumentada de un sistema real. 2. 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. 37 ESTRUCTURA DE LOS MODELOS EMPLEADOS EN LA INVESTIGACIÓN DE OPERACIONES. 3. Simbólicos o matemáticos: son los mas importantes en la IO, 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. 38 TIPOS DE MODELOS EN LA INVESTIGACIÓN DE OPERACIONES Tipos Características Ejemplos Icónicos Tangible Fácil de comprender Difícil de duplicar y compartir Difícil de manipular baja amplitud de uso Modelos a escala de aeroplanos, casas, ciudades Analógicos Intangible Díficil de comprender Fácil de duplicar y compartir Alta amplitud de uso Mapas de carreteras, Velocímetros, Gráficas Simbólicos o Matemáticos Intangible Difícil de comprender Fácil de duplicar y compartir Fácil de manipular Muy Alta amplitud de uso Modelos de simulación Modelo algebriaco Modelo de programación lineal. 39 ESTRUCTURA DE LOS MODELOS EMPLEADOS EN LA INVESTIGACIÓN DE OPERACIONES. Modelo matemático o simbólicos De acuerdo a Sánchez, C.(2004). Un modelo matemático comprende principalmente tres conjuntos básicos de elementos. Estos son: 1. Variables y parámetros de decisión 2. Restricciones 3. Función Objetivo Puede expresarse como el problema de elegir los valores de las variables de decisión de manera que se optimice la función objetivo, sujeta a las restricciones dadas. 40 ESTRUCTURA DE LOS MODELOS EMPLEADOS EN LA INVESTIGACIÓN DE OPERACIONES. Modelo matemático o simbólicos De acuerdo a Sánchez, C.(2004). Una ventaja obvia es que el modelo matemático describe un problema en forma mucho más concisa. También facilita el manejo del problema en su totalidad y el estudio de todas sus interrelaciones simultáneamente. Un modelo matemático forma un puente para poder emplear técnicas matemáticas poderosas, además de las computadoras, en el análisis del problema. Sin duda, muchos de los componentes de un modelo pueden quedar vinculados al uso de paquetes de computación. CONCEPTO DE OPTIMIZACIÓN Esta foto de Autor desconocido está bajo licencia CC BY-NC 42 CONCEPTO DE OPTIMIZACIÓN La Optimización puede considerarse como la búsqueda de la mejor solución (solución óptima) de un problema. El término mejor aquí depende del contexto en el que se trabaje. Por ejemplo, en un contexto operativo atinente a las utilidades la optimización del sistema constituye la maximización de los resultados, todo lo contrario a los costos o las distancias, casos en los cuales la optimización dependerá de la minimización de los resultados. Una de las áreas principales de la Investigación de Operaciones es la Optimización o Programación Matemática. La Optimización se relaciona con problemas de minimizar o maximizar una función (objetivo) de una o varias variables, cuyos valores usualmente están restringidos por ecuaciones y/o desigualdades. 43 CONCEPTO DE OPTIMIZACIÓN Hoy en día el uso de modelos de optimización es cada vez más frecuente en la toma de decisiones. Este mayor uso se explica, principalmente, por un mejor conocimiento de estas metodología en las diferentes disciplinas, la creciente complejidad de los problemas que se desea resolver, la mayor disponibilidad de software y el desarrollo de nuevos y mejores algoritmos de solución. ÁREAS DE APLICACIÓN DE I.O Esta foto de Autor desconocido está bajo licencia CC BY-ND 45 ÁREAS DE APLICACIÓN DE I.O La Investigación de Operaciones se aplica a problemas que se refieren a la coordinación eficiente de las operaciones o actividades dentro de una organización. Las herramientas de IO se aplican generalmente en los negocios, la industria, la milicia, el gobierno, los hospitales, etc., alrededor del mundo se visualizan muchas organizaciones que establecen grupos de Investigación de Operaciones para mejorar sus desempeños obteniendo muy buenos resultados y/o ahorros sustanciales. This Photo by Unknown Author is licensed under CC BY-NC-ND 46 ÁREAS DE APLICACIÓN DE I.O Las aplicaciones de la IO se encuentran en las industrias, que incluye la aérea, automotriz, de comunicaciones, computación, energía eléctrica, electrónica, alimenticia, metalúrgica, minera, del papel, del petróleo y del transporte. También han encontrado un sin número de aplicaciones en el sector servicio, como las instituciones financieras y hospitales, a través de las evaluaciones del nivel de servicio requerido por medio de las teorías de colas. This Photo by Unknown Author is licensed under CC BY-NC-ND ÁREAS DE APLICACIÓN DE I.O • PERSONAL El reclutamiento de personal, clasificación y Asignación de tareas para estos mismos, son áreas en las que se aplica la investigación de operaciones, sin contar el hecho de que también se aplica a la automatización y disminución de costos de estos mismos. En este campo la IO busca sacar el máximo provecho del personal por medio de métodos que disminuyan costos pero que aumenten la productividad. 47 This Photo by Unknown Author is licensed under CC BY-SA Áreas de aplicación de la IO • PRODUCCIÓN Un fabricante desea elaborar un programa de producción y una política de inventarios que satisfaga la demanda de ventas en periodos futuros. De forma ideal, el programa y la política permitirán a la compañía satisfacer la demanda y al mismo tiempo minimizar los costos totales de producción e inventarios. 48 This Photo by Unknown Author is licensed under CC BY-SA-NC ÁREAS DE APLICACIÓN DE I.O • MANUFACTURA Las mezclas óptimas de manufactura, el tráfico de materiales, el control de calidad y sobre todo la planeación y el control de la producción están dados por modelos matemáticos basados en los principios de la IO 49 This Photo by Unknown Author is licensed under CC BY-SA-NC ÁREAS DE APLICACIÓN DE I.O • FINANZAS Y CONTABILIDAD Tópicos como lo son el capital requerido de largo plazo, inversiones alternas, análisis de flujo de efectivo, entre otros, se encuentran muy estrechamente con la IO, la cual en muchos casos dicta el rumbo de cómo se realizaran ciertas actividades 50 This Photo by Unknown Author is licensed under CC BY Esta foto de Autor desconocido está bajo licencia CC BY-SA-NC ÁREAS DE APLICACIÓN DE I.O • PLANEACIÓN Son los métodos de Pert, los cuales se utilizan para controlar el avance de cualquier proyecto que posea múltiples actividades, ya sea en simultáneo o las cuales tengan que esperar para 51 Esta foto de Autor desconocido está bajo licencia CC BY-SA ÁREAS DE APLICACIÓN DE I.O • COMPRAS Y MATERIALES Las cantidades y fuentes de suministros, costos fijos, sustitución de materiales, reemplazo de equipo, comprar o rentar 52