Investigación de operaciones para niños

La investigación de operaciones (IO), también conocida como investigación operativa o ciencia administrativa, es un campo de estudio que se dedica a resolver problemas complejos en organizaciones. Su objetivo es ayudar a tomar mejores decisiones para alcanzar ciertas metas, usando métodos analíticos avanzados. Es parte de la Administración de Operaciones y de la ingeniería industrial.

La investigación de operaciones moderna surgió durante la Segunda Guerra Mundial en el bando aliado. Los ejércitos de esa época eran muy grandes y tenían desafíos complicados, como coordinar y mover suministros, fabricar y distribuir equipos, y planear estrategias para las tropas. Para resolver estos problemas, los líderes aliados reunieron a científicos de diferentes áreas, como matemáticos, físicos, ingenieros y estadísticos. El nombre "investigación de operaciones" viene de su misión: investigar las "operaciones" militares para mejorarlas.

A menudo, se considera que la investigación de operaciones es una parte de las matemáticas aplicadas. Los términos "ciencia de la gestión" y "teoría de la decisión" a veces se usan con un significado similar.

Usando técnicas de otras ciencias matemáticas, como la creación de modelos matemáticos, el análisis estadístico y la optimización, la investigación de operaciones encuentra las mejores soluciones o soluciones muy buenas para problemas difíciles. Como se enfoca en cómo las personas y la tecnología interactúan, y en aplicaciones prácticas, se relaciona con otras áreas como la ingeniería industrial y la administración de la producción. También se basa en la psicología y la ciencia de la organización.

La investigación de operaciones busca a menudo los valores más altos o más bajos de algo en el mundo real. Por ejemplo, busca maximizar las ganancias, el rendimiento o la rentabilidad, o minimizar las pérdidas, los riesgos o los costos. Aunque nació de los esfuerzos militares antes de la Segunda Guerra Mundial, sus técnicas se usan hoy en muchas industrias diferentes.

¿Qué es la Investigación de Operaciones?

La investigación operativa (IO) incluye muchas técnicas y métodos para resolver problemas. Se usan para mejorar la toma de decisiones y hacer las cosas de manera más eficiente. Algunas de estas técnicas son:

• Simulación: Crear modelos de sistemas para ver cómo funcionan.
• Optimización: Encontrar la mejor manera de hacer algo.
• Teoría de colas: Estudiar las filas de espera.
• Modelos de procesos estocásticos: Analizar situaciones con elementos aleatorios.
• Redes neuronales: Sistemas inspirados en el cerebro humano.
• Sistemas expertos: Programas que imitan el conocimiento de un experto.

Casi todas estas técnicas implican construir modelos matemáticos que intentan describir un sistema. Como muchas de estas áreas usan cálculos y estadísticas, la investigación de operaciones también tiene fuertes lazos con las ciencias de la computación y el análisis de datos. Los expertos en investigación de operaciones deben decidir qué técnica es la mejor para cada problema, considerando cómo es el sistema, qué se quiere mejorar y las limitaciones de tiempo y capacidad de cálculo.

Áreas clave de la Investigación de Operaciones

Las principales áreas de estudio en la investigación de operaciones moderna incluyen:

• Informática y tecnologías de la información.
• Ingeniería financiera: Aplicar métodos de ingeniería a las finanzas.
• Manufactura, ciencia de los servicios y administración de la cadena de suministro: Mejorar la producción y la entrega de productos.
• Modelos de políticas y trabajo en el sector público.
• Gestión de ingresos: Maximizar los ingresos.
• Simulación: Crear modelos para probar ideas.
• Modelos estocásticos: Analizar situaciones con incertidumbre.
• Transporte: Mejorar los sistemas de movimiento de personas y bienes.

Historia de la Investigación de Operaciones

Después de las dos guerras mundiales, las herramientas de la investigación de operaciones se empezaron a usar más en los negocios, la industria y la sociedad. Desde entonces, la investigación operativa se ha extendido a muchos campos, desde la industria química hasta las aerolíneas, las finanzas, la logística y el gobierno. Se enfoca en desarrollar modelos matemáticos para analizar y mejorar sistemas complejos, y se ha convertido en un área importante de investigación en universidades e industrias.

Primeros pasos

En el siglo XVII, matemáticos como Christiaan Huygens y Blaise Pascal usaron el cálculo de probabilidad para intentar resolver preguntas sobre decisiones complejas. Otros matemáticos de los siglos XVIII y XIX resolvieron problemas similares usando la combinatoria.

El trabajo de Charles Babbage sobre el costo del transporte y la clasificación del correo llevó a la creación del sistema de correo "Penny Post" en Inglaterra en 1840. A principios del siglo XX, el estudio de cómo gestionar los inventarios (las existencias de productos) se considera el origen de la investigación de operaciones moderna, con el concepto de la cantidad económica de pedido desarrollado por Ford W. Harris en 1913.

La investigación operativa moderna comenzó en el Reino Unido en 1937. Fue una idea de A. P. Rowe, quien quería analizar y mejorar el sistema de alerta temprana de radar del Reino Unido. Al principio, se analizó cómo funcionaban los equipos de radar y sus redes de comunicación. Luego, se incluyó el comportamiento del personal que los operaba. Esto ayudó a descubrir problemas en la red de radares y a corregirlos.

Científicos en el Reino Unido, como Patrick Maynard Stuart Blackett, y en los Estados Unidos, como George Dantzig, buscaron maneras de tomar mejores decisiones en áreas como la logística y los horarios de entrenamiento.

La Segunda Guerra Mundial y su impacto

El campo moderno de la investigación operativa surgió durante la Segunda Guerra Mundial. En este tiempo, se definió como "un método científico para dar a los departamentos ejecutivos una base numérica para tomar decisiones sobre las operaciones que controlan".

Durante la Segunda Guerra Mundial, cerca de 1000 personas en Gran Bretaña y unos 200 científicos en el Ejército Británico trabajaron en investigación operativa.

Patrick Maynard Stuart Blackett formó un equipo que ayudó a reducir la cantidad de disparos de la defensa antiaérea necesarios para derribar un avión enemigo. Al principio de la batalla de Inglaterra, se necesitaban más de 20.000 disparos, y en 1941, se redujo a 4000.

Un Liberator con el camuflaje estándar de los bombarderos nocturnos de la RAF.

El equipo de Blackett en la Sección de Investigación Operacional del Comando Costero (CC-ORS) incluyó a futuros ganadores del Premio Nobel. Realizaron análisis muy importantes que ayudaron en la guerra. Por ejemplo, Gran Bretaña usaba un sistema de convoyes (grupos de barcos escoltados) para proteger los cargueros. No estaba claro si era mejor que los convoyes fueran pequeños o grandes. Los convoyes viajan a la velocidad del barco más lento, por lo que los pequeños podían ir más rápido. También se pensaba que los U-Boot alemanes (submarinos) tendrían más dificultad para detectar convoyes pequeños. Sin embargo, los convoyes grandes podían tener más barcos de guerra para defenderse. El equipo de Blackett demostró que las pérdidas de los convoyes dependían más de la cantidad de barcos de escolta que del tamaño del convoy. Su conclusión fue que unos pocos convoyes grandes eran más fáciles de defender que muchos pequeños.

Al analizar los métodos del Comando de Costas de la RAF para cazar submarinos, un analista preguntó de qué color eran los aviones. Como la mayoría venían del Comando de Bombarderos, estaban pintados de negro para operaciones nocturnas. A sugerencia del CC-ORS, se hizo una prueba para ver si ese era el mejor color para camuflar el avión en el cielo gris del Atlántico Norte durante el día. Las pruebas mostraron que los aviones pintados de blanco no se veían hasta que estaban un 20% más cerca que los negros. Este cambio significó que se podían atacar y hundir un 30% más de submarinos con el mismo número de avistamientos. Por eso, el Comando Costero cambió sus aviones a superficies inferiores blancas.

Otros estudios del CC-ORS indicaron que, en promedio, si la profundidad de explosión de las cargas de profundidad se cambiaba de 100 pies a 25 pies, la efectividad aumentaría. La razón era que si un submarino veía un avión justo antes de que llegara al objetivo, las cargas no harían daño explotando a 100 pies (porque el submarino no habría tenido tiempo de bajar tanto). Si el submarino veía el avión desde muy lejos, tenía tiempo de cambiar de rumbo bajo el agua, por lo que las posibilidades de que estuviera en la zona de impacto de 20 pies eran pequeñas. Era más eficaz atacar a los submarinos cerca de la superficie, donde su ubicación se conocía mejor, que intentar destruirlos a mayor profundidad, donde sus posiciones solo se podían adivinar. Antes del cambio, el 1% de los submarinos sumergidos se hundían y el 14% se dañaban. Después del cambio, el 7% se hundió y el 11% se dañó. Blackett comentó que "puede haber pocos casos en los que se haya logrado una ganancia operativa tan grande con un cambio de táctica tan pequeño y simple".

Mapa de la Línea Kammhuber

La Sección de Investigación Operativa del Comando de Bombardeo (BC-ORS) analizó un informe del Comando de Bombardeo de la RAF. Se inspeccionaron todos los bombarderos que regresaban de misiones sobre Alemania y se anotaron todos los daños causados por la defensa antiaérea alemana. Se recomendó añadir blindaje en las zonas más dañadas. Esta recomendación no se siguió, porque el hecho de que el avión regresara con esas áreas dañadas indicaba que no eran vitales. Añadir blindaje en zonas no vitales afectaría negativamente el rendimiento del avión. El equipo de Blackett hizo la recomendación lógica de colocar el blindaje en las áreas que estaban completamente intactas en los bombarderos que regresaron. Razonaron que los datos estaban incompletos, ya que solo incluían los aviones que regresaron. Las zonas intactas de los aviones que volvieron eran probablemente los puntos vitales que, si se dañaban, causarían la pérdida del avión. Una historia similar se cuenta sobre un estudio de evaluación de daños realizado en los Estados Unidos por Abraham Wald.

Cuando Alemania organizó sus defensas aéreas en la Línea Kammhuber, los británicos se dieron cuenta de que si los bombarderos de la RAF volaban en una formación lineal cerrada, podrían superar a los cazas nocturnos alemanes que volaban individualmente. Entonces, se calculó estadísticamente las pérdidas por colisiones entre bombarderos frente a las pérdidas causadas por los cazas nocturnos para determinar la separación a la que debían volar los bombarderos para minimizar las pérdidas de la RAF.

La investigación operacional también ayudó a duplicar la precisión de los bombardeos sobre Japón, al aumentar el tiempo de entrenamiento de los pilotos. También mostró que las "manadas de lobos" de tres submarinos de Estados Unidos eran las más efectivas, y que la pintura de esmalte brillante era un camuflaje más eficaz para los cazas nocturnos que la pintura opaca tradicional, además de aumentar la velocidad de los aviones al reducir la fricción con el aire.

En tierra, las secciones de investigación operativa del Grupo de Investigación Operativa del Ejército (AORG) del Ministerio de Suministros (MoS) fueron desplegadas en la Batalla de Normandía en 1944. Analizaron, entre otros temas, la efectividad de la artillería, los bombardeos aéreos y los disparos antitanque.

Después de la guerra

Con las técnicas mejoradas y el mayor conocimiento del campo al final de la guerra, la investigación operativa ya no se limitó solo a las tácticas militares. Se extendió para incluir la compra de equipos, el entrenamiento, la logística y la infraestructura. También creció en muchas otras áreas fuera del ámbito militar, una vez que los científicos aprendieron a aplicar sus principios al sector civil. Esto fue impulsado por el desarrollo del algoritmo símplex para la programación lineal en 1947 y el avance de las computadoras en las décadas siguientes.

Problemas que resuelve la Investigación de Operaciones

La investigación de operaciones ayuda a resolver muchos tipos de problemas, como:

• Método de la ruta crítica o planeamiento de proyectos: Identificar los pasos que afectan la duración total de un proyecto complejo.
• Diseño de fábricas o componentes electrónicos para reducir el tiempo de manufactura y el costo.
• Optimización de redes: Configurar redes de telecomunicaciones o sistemas de energía para mantener la calidad del servicio.
• Localización de instalaciones: Decidir dónde ubicar nuevas fábricas o almacenes.
• Problemas de asignación:
  • Problema de la asignación
  • Problema de la asignación generalizado
  • Problema de la asignación cuadrática
  • Problema de asignación de blancos
• Teoría de búsqueda Bayesiana: Encontrar objetivos.
• Encaminamiento: Determinar las rutas de los autobuses para usar la menor cantidad posible de vehículos.
• Administración de la cadena de suministro: Gestionar el flujo de materiales y productos según la demanda.
• Automatización industrial: Integrar sistemas robóticos en procesos de operaciones.
• Globalización: Aprovechar materiales, mano de obra o terrenos más baratos en otros lugares.
• Transporte: Gestionar sistemas de transporte y entrega de mercancías.
• Planificación:
  • Organización de personal
  • Pasos de fabricación
  • Gestión de proyectos
  • Tráfico de datos de red (conocido como teoría de colas)
  • Eventos deportivos y su cobertura televisiva.
• Mezcla de materias primas en refinerías de petróleo.
• Determinar precios óptimos en tiendas y negocios.
• Problema de corte de valores: Cortar piezas pequeñas de materiales más grandes.

La investigación operativa también se usa mucho en el gobierno para tomar decisiones basadas en datos.

Ciencia de la Gestión

En 1967, Stafford Beer describió la ciencia de la gestión como "el uso comercial de la investigación de operaciones". Hoy en día, la ciencia de la gestión también puede referirse a los campos de los estudios organizacionales o la estrategia de negocios. Es una rama de las matemáticas aplicadas que se dedica a la planificación óptima de decisiones, con fuertes lazos con la economía, los negocios, la ingeniería y otras ciencias.

Usa principios científicos, estrategias y técnicas analíticas, como modelos matemáticos, estadísticas y análisis numérico, para ayudar a las organizaciones a tomar decisiones de gestión lógicas y significativas. Los científicos de la gestión ayudan a las empresas a lograr sus objetivos usando los métodos científicos de la investigación operativa.

El trabajo del científico de la gestión es usar técnicas lógicas, sistemáticas y basadas en la ciencia para informar y mejorar todo tipo de decisiones. Estas técnicas no solo se aplican a los negocios, sino también a organizaciones militares, médicas, públicas, de caridad, políticas o comunitarias.

La ciencia de la gestión se ocupa de desarrollar y aplicar modelos y conceptos que pueden ayudar a entender y resolver problemas de gestión, así como a diseñar y crear nuevos y mejores modelos para la excelencia organizacional.

La aplicación de estos modelos en el sector empresarial se conoce como ciencia de la gestión.

Campos relacionados

Algunos campos que se superponen mucho con la Investigación Operativa y la Ciencia de la Gestión son:

• Analítica de negocios
• Minería de datos / Ciencia de datos / Macrodatos
• Análisis de decisión
• Inteligencia en la decisión
• Ingeniería
• Ingeniería financiera
• Pronósticos
• Teoría de juegos
• Geografía / Ciencia de la información geográfica
• Teoría de grafos
• Ingeniería industrial
• Logística
• Modelo matemático
• Optimización
• Probabilidad y estadística
• Gestión de proyectos
• Análisis político
• Simulación
• Modelos de redes sociales / Modelización de transporte
• Proceso estocástico
• Administración de la cadena de suministro

Aplicaciones prácticas

Las aplicaciones son muchas y se encuentran en aerolíneas, empresas de fabricación, grupos de servicio, ramas militares y el gobierno. La variedad de problemas a los que ha aportado ideas y soluciones es muy amplia. Incluye:

• Programación (de aerolíneas, trenes, autobuses, etc.).
• Asignación (de personal a vuelos, trenes o autobuses; de empleados a proyectos; de uso de instalaciones de energía).
• Ubicación de instalaciones (decidir el mejor lugar para nuevos almacenes, fábricas o estaciones de bomberos).
• Ingeniería hidráulica y de tuberías (gestión del flujo de agua de los embalses).
• Servicios de salud (información y gestión de la cadena de suministro).
• Teoría de juegos (identificar, entender y desarrollar estrategias para empresas).
• Diseño urbano.
• Ingeniería de redes informáticas (enrutamiento de paquetes, tiempos, análisis).
• Ingeniería de telecomunicaciones y comunicación de datos (enrutamiento de paquetes, tiempos, análisis).

La administración también se ocupa del "análisis operacional suave", que se refiere a métodos para la planificación estratégica, los sistemas de soporte a decisiones y los métodos para estructurar problemas.

Cuando se enfrentan a estos desafíos, los modelado y simulación matemáticos pueden no ser suficientes. Por eso, desde los años 90 se han desarrollado varios métodos de modelado no numéricos. Estos incluyen:

• Enfoques basados en las partes interesadas, como el análisis de metajuegos y la teoría de dramas.
• Análisis morfológico y varias formas de diagramas de influencia.
• Correspondencia cognitiva.
• Elección estratégica.
• Análisis de robustez.

Organizaciones y publicaciones

Sociedades

La International Federation of Operational Research Societies (IFORS) es una organización que agrupa a las sociedades de investigación operativa de todo el mundo. Representa a unas 50 sociedades nacionales, incluyendo las de Estados Unidos, Reino Unido (Operational Research Society), Francia, Alemania, Italia (Italian Operations Research Society), Canadá, Australia, Nueva Zelanda, Filipinas, India, Japón y Sudáfrica. Los miembros de IFORS forman grupos regionales, como el de Europa, la Association of European Operational Research Societies (EURO). Otras organizaciones importantes de investigación operativa son la Simulation Interoperability Standards Organization (SISO) y la Interservice/Industry Training, Simulation and Education Conference (I/ITSEC).

En 2004, la organización INFORMS, con sede en Estados Unidos, lanzó una iniciativa para dar a conocer mejor el trabajo de los profesionales de la investigación operativa. Crearon un sitio web llamado "The Science of Better" (La Ciencia de lo Mejor) que explica la investigación operativa y muestra ejemplos de su éxito en la industria. Esta iniciativa ha sido adoptada por la Operational Research Society en el Reino Unido, con un sitio web llamado "Learn about OR" (Aprende sobre la IO).

Revistas de INFORMS

El Institute for Operations Research and the Management Sciences (INFORMS) publica trece revistas académicas sobre investigación de operaciones. Algunas de las más importantes son:

• Análisis de decisión
• Investigación de sistemas de información
• INFORMS Journal on Computing
• INFORMS Transactions on Education
• Interfaces
• Management Science
• Manufacturing & Service Operations Management
• Marketing Science
• Mathematics of Operations Research
• Operations Research
• Ciencia de la Organización
• Service Science
• Transportation Science

Otras revistas importantes

Aquí hay otras revistas destacadas sobre investigación de operaciones:

• 4OR-A Quarterly Journal of Operations Research: Publicación conjunta de las Sociedades de Investigación de Operaciones de Bélgica, Francia e Italia.
• Decision Sciences: Publicada por Wiley-Blackwell.
• European Journal of Operational Research (EJOR): Fundada en 1975, es una de las revistas de investigación operativa más grandes del mundo.
• INFOR Journal: Publicada por la Canadian Operational Research Society.
• International Journal of Operations Research and Information Systems (IJORIS): Publicación oficial de la Information Resources Management Association.
• Journal of Defence Modeling and Simulation (JDMS): Applications, Methodology, Technology: Dedicada al modelado y simulación en temas militares y de defensa.
• Journal of the Operational Research Society: Diario oficial de The OR Society, la publicación más antigua sobre IO que sigue activa.
• Military Operations Research (MOR): Publicada por la Military Operations Research Society.
• Omega - The International Journal of Management Science.
• Operations Research Letters.
• Opsearch: Revista oficial de la Operational Research Society de la India.
• OR Insight: Una revista trimestral de The OR Society.
• Production and Operations Management: Diario oficial de la Sociedad de Gestión de Producción y Operaciones.
• TOP: Diario oficial de la Sociedad Española de IO.

Galería de imágenes

• 

  Diseño de experimentos, según el método de Doehlert.

Véase también

En inglés: Operations research Facts for Kids