چکیده:
تصمیم گیری منطقی و برنامه ریزی، از ارکان اساسی بقاء هر بخش صنعتی و اقتصادی بوده و بدون آنها صحت و سلامت یک سازمان مورد سوال قرار می گیرد. کتاب حاضر جلد چهارم از "تحقیق در عملیات پیشرفته" است که شامل مباحث زیر می باشد: برنامه ریزی با اعداد صحیح(مدلسازی، روش مقطع، روش گروهی، روش شاخه ای، روش شمارش ضمنی)، برنامه ریزی پویا و برنامه ریزی غیرخطی.
تحقیق در عملیات
تحقیق در عملیات یا پژوهش عملیاتی (Operations Research, Operational Research) که به طور مخفف OR نامیده می شود شاخه ای بین رشته ای از ریاضیات است که از گرایش هایی مانند برنامه ریزی ریاضی، آمار و طراحی الگوریتم ها استفاده می کند تا در مسائل بهینه سازی نقطه بهینه را پیدا کند. یافتن نقطه بهینه براساس نوع مسله مفاهیم مختلف دارد و در تصمیم سازیها استفاده می شود. مسائل تحقیق در عملیات بر بیشینه سازی (ماکزیمم سازی) -مانند سود، سرعت خط تولید، تولید زراعی بیشتر، پهنای باند بیشتر و غیره- یا کمینه سازی (می نیمم سازی) -مانند هزینه کمتر و کاهش ریسک و غیره) با استفاده از یک یا چند قید تمرکز دارند. ایده اصلی تحقیق در عملیات یافتن بهترین پاسخ برای مسائل پیچیده ای است که با زبان ریاضی مدل سازی شده اند که باعث بهبود یا بهینه سازی عملکرد یک سیستم می شوند.
خلاصه
عبارت تحقیق در عملیات (که گاهی علم مدیریت یا management science نیز نامیده می شود) معمولاً مخفف به صورت OR به کار می رود. معمولاً علم مدیریت ارتباط نزدیکی به مسائل مدیریت تجارت دارد. تحقیق در عملیات یکی از زیرشاخه های ریاضیات کاربردی است و جنبه های کاربردی آن در مهندسی صنایع نیز مورد توجه قرار می گیرد. ریاضیات کاربردی به متخصصان امکان می دهد تا جنبه های نظری تحقیق در عملیات را بررسی کرده و آن را گسترش دهند و توانایی ایجاد و توسعه تحقیق در عملیات را فراهم کنند. مهندسی صنایع با استفاده از جنبه های کاربردی تحقیق در عملیات سعی می کند تا آن را در صنعت و تجارت به کار گیرد. ابزارهای اصلی استفاده شده توسط تحقیق در عملیات مدل سازی ریاضی، بهینه سازی، آمار، نظریه گراف، نظریه بازی ها، نظریه صف، آنالیز تصمیم گیری و شبیه سازی است. به دلیل ماهیت محاسباتی این شاخه، OR با علوم کامپیوتر پیوند دارد و تحلیل گر تحقیق در عملیات معمولاً از نرم افزارها یا کدهای اختصاصی استفاده می کنند که توسط خودشان یا همکارانشان ایجاد شده اند. نرم افزارهای تجاری تحقیق در عملیات معمولاً با عنوان ابزارهای حل مساله شناخته می شوند و قابلیت استفاده در نرم افزارها و کد های خودنوشته را دارا هستند. ویژگی بارز تحقیق در عملیات نگاه کلی آن به سیستمها و بهبود آن است و به جای آنکه بر یک یا چند جزء سیستم تمرکز کند تمام سیستم را مد نظر قرار می دهد. تحلیل گران تحقیق در عملیات معمولاً با مسائل جدیدی مواجه می شوند و باید تشخیص دهند که کدام یک از روش ها بیشتر با ساختار سیستم، اهداف بهبود و قیدهای زمانی و توان محاسباتی منطبق است. به همین دلیل (و دلایل دیگر) نقش نیروی انسانی در تحقیق در عملیات حیاتی است. همانند ابزارهای دیگر، تکنیک های OR به تنهایی قادر به حل مسائل نیستند.
قلمرو تحقیق در عملیات
برخی از نمونه های کاربرد تحقیق در عملیات به شرح زیر است:
مدیریت بهینه حمل و نقل کالا و مواد در شبکه های ارتباطی جاده ای، دریایی، هوایی و لوله های انتقال
ارزیابی بهره وری، کارایی و اثربخشی
برنامه ریزی زمانی جلسات مختلف در مدارس، دانشگاه ها و کنفرانس ها با هدف کاستن از زمان های تلف شده و افزایش اثربخشی آموزش
تخصیص بهینه نیروهای کاری به مشاغل
بودجه ریزی بهینه با هدف استفاده موثر از هزینه ها
طراحی ساختار کارخانهها با هدف جریان بهینه مواد و کالاها
ایجاد شبکه های ارتباطی با کمترین هزینه و اطمینان از کیفیت خدمات
مدیریت ترافیک خیابانی و جاده ای
طراحی ساختار چیپ های کامپیوتری با هدف کاهش زمان تولید (و بنابراین کاهش هزینه ی تولید)
مدیریت جریان مواد و کالا در زنجیره تامین
زمان بندی:
کارکنان
مراحل تولید
مدیریت پروژه
انتقال داده ها در شبکه ها
رویدادهای ورزشی و پوشش تلویزیونی
تحقیق در عملیات به طور گسترده در سازمان ها و موسسات دولتی و خصوصی مورد استفاده قرار می گیرد و به دلیل ماهیت آن، تحلیل گران تحقیق در عملیات می توانند با استفاده از دانش خود در حوزه های تخصصی دیگر وارد شوند.
تاریخچه
از اواسط دهه پنجاه به بعد ، همراه با گسترش کاربرد پژوهش در عملیات در نتیجه جنگ جهانی دوم تعاریف متعددی از پژوهش در عملیات توسط انجمن های تخصصی پژوهش در عملیات و نویسندگان ارائه شده است اما هنوز تعریف واحدی از آن وجود ندارد 1- تعریف انجمن پژوهش در عملیات بریتانیای کبیر (ویلکس ،1980) : پژوهش در عملیات عبارتست از کاربرد روشهای علمی در مسائل پیچیده پدید آمده برای هدایت و مدیریت سیستم های بزرگ شامل انسان ، ماشین ، مواد و پول ، در صنعت ، تجارت ، دولت و دفاع . رویکرد متمایز پژوهش در عملیات ، توسعه مدلی علمی از سیستم به همراه اندازه گیری عواملی مانند شانس و خطر برای پیشگویی و مقایسه پیامدهای تصمیمات ، استراتژیها یا کنترلهای جانشین می باشد . هدف ، کمک به مدیریت در تعیین سیاست ها و اقدامات به صورت علمی است
تحقیق در عملیات
پژوهش در عملیات عبارتست از کاربرد روشهای علمی در مسائل پیچیده پدید آمده برای هدایت و مدیریت سیستمهای بزرگ شامل انسان ، ماشین ، مواد و پول ، در صنعت ، تجارت ، دولت و دفاع .
●پژوهش در عملیات چیست ؟
از اواسط دهه پنجاه به بعد ، همراه با گسترش کاربرد پژوهش در عملیات در نتیجه جنگ جهانی دوم (که در گامهای پیشین از آن گفتهایم) ، تعاریف متعددی از پژوهش در عملیات توسط انجمنهای تخصصی پژوهش در عملیات و نویسندگان ارائه شدهاست اما هنوز تعریف واحدی از آن وجود ندارد . در اینجا به بیان برخی تعاریف موجود میپردازیم :
۱- تعریف انجمن پژوهش در عملیات بریتانیای کبیر (ویلکس ،۱۹۸۰)
پژوهش در عملیات عبارتست از کاربرد روشهای علمی در مسائل پیچیده پدید آمده برای هدایت و مدیریت سیستمهای بزرگ شامل انسان ، ماشین ، مواد و پول ، در صنعت ، تجارت ، دولت و دفاع . رویکرد متمایز پژوهش در عملیات ، توسعه مدلی علمی از سیستم به همراه اندازهگیری عواملی مانند شانس و خطر برای پیشگویی و مقایسه پیامدهای تصمیمات ، استراتژیها یا کنترلهای جانشین میباشد . هدف ، کمک به مدیریت در تعیین سیاستها و اقدامات به صورت علمی است .
۲- تعریف انجمن پژوهش در عملیات آمریکا (پولاک، راسکوپف و بارنت ،۱۹۹۴)
۲-۱- پژوهش در عملیات رویکردی علمی برای تصمیمگیری است .
۲-۲-پژوهش در عملیات عبارتست از تصمیمگیری علمی برای دستیابی به بهترین طراحی و عملیات سیستمها ، معمولا در شرایطی که تخصیص منابع محدود نیز مورد نیاز باشد .
۳- تعریف دالنباخ و جرج ،۱۹۷۸
پژوهش در عملیات عبارتست از کاربرد سیستماتیک روشها ، تکنیکها و ابزار مقداری برای تحلیل مسائل عملیات سیستمها .
۴- تعریف دالنباخ و جرج ،۱۹۷۸
پژوهش در عملیات اساسا عبارتست از مجموعهای از تکنیکها و ابزارهای ریاضی به همراه نگرشی سیستمی که برای حل مسائل تصمیم عملی دارای ماهیت اقتصادی یا مهندسی بکار میرود .
۵- تعریف ثیراف و ککلمپ ،۱۹۷۵
پژوهش در عملیات عبارتست از بکارگیری نگرش برنامهریزی شده (روش علمی روزآمد شده) و تیمی چند تخصصی برای بیان ارتباطات عملکردی پیچیده ، در قالب مدلهای ریاضی با هدف ارائه مبنایی مقداری برای تصمیمگیری و کشف مسائل جدید برای تحلیل مقداری .
۶- تعریف حمدی طه ،۱۹۷۶
این حوزه جدید تصمیمگیری با استفاده دانش علمی از طریق تلاش تیمی چند تخصصی برای تعیین بهترین نحوه بهرهبرداری از منابع محدود تعریف میشود .
۷- تعریف چرچمن ، اکاف و آرنوف ،۱۹۵۷
پژوهش در عملیات در کلیترین معنی عبارتست از کاربرد روشها ، تکنیکها و ابزار علمی در مسائل شامل عملیات سیستمها ، بهگونهایکه عملیات چنین سیستمهایی در قالب جوابهای بهینه مسائل کنترل شوند .
۸- تعریف لاس و روزنوین ،۱۹۷۷
پژوهش در عملیات میتواند بعنوان رویکردی علمی برای تصمیمگیری تعریف شود . رسالت پژوهش در عملیات پشتیبانی در حل مسائل واقعی در حوزههای کاربردی متنوع با استفاده از مدلسازی ریاضی و کامپیوتری میباشد .
۹- تعریف سوپر ، اوسبورن و زوزیگ ،۱۹۹۰
پژوهش در عملیات ، نوع خاصی از پژوهش کاربردی است و در بیشتر موارد به عنوان ابزار مدیریت بکار گرفته میشود . پژوهش در عملیات به عنوان کاربرد روش علمی در حل مسائل مدیریت آغاز شد . پژوهش در عملیات با رویکردی مقداری به تحلیل مسائل مدیریت دارد .
۱۰- تعریف کیوود ،۱۹۷۱
پژوهش در عملیات ، علمی تجربی و کاربردی است که به مشاهده ، درک و پیشگویی رفتار سیستمهای هدفمند متشکل از انسان و ماشین میپردازد .
۱۱- تعریف وارنر ،۱۹۹۶
پژوهش در عملیات تلاش خود را مختص به درک رفتار سیستمهای عملیاتی متشکل از طبیعت ، انسان و ماشینها میکند . ماشینها چیزهایی علاوه بر ساختههای بشری ، مانند قوانین ، عادات معمول ، رفتار بشری و ساختارها و رسوم اجتماعی را شامل میشوند . چنین سیستمهایی در تجارت ، مدیریت و دولت معمول هستند . نوع پژوهش در پژوهش در عملیات هم توسعه تئوریها (که در پژوهش در عملیات مدل نامیده میشود) و هم کاربرد این دانش در بهبود عملیات سیستمها را شامل میشود .
۱۲- تعریف ساعتی ،۱۹۸۸
پژوهش در عملیات عبارت است از کمک به مدیران در تصمیمگیری از طریق ارائه اطلاعات عددی مورد نیاز به آنها بر اساس روش علمی تحلیل .
●هدف پژوهش در عملیات چیست ؟
۱- حل مسائل عملیاتی
۲- حل مسائل عملیات سیستمهای شامل انسان ، ماشین ، مواد ، انرژی ، اطلاعات و پول .
۳- حل مسائل تصمیمگیری
عملیات عبارتست از مجموعهای از چند یا تعداد زیادی عمل یا وظیفه مستقل مربوط به مواد خام ، انسان و ماشینها که وقتی در کنار هم قرار میگیرند ساختار منسجمی را تشکیل میدهند که از آن عملی در راستای اهداف بزرگتر و وسیعتر حاصل میشود (ساعتی ،۱۹۸۸) . موردیک و مانسون (۱۹۸۶) عملیات را چنین تعریف مینمایند : عملیات عبارتست از مجموعهای از عناصر کاری که منجر به تغییر ارادی خصوصیات فیزیکی یا شیمیایی یک شیء ، مونتاژ یا دمونتاژ اجزاء ، تنظیم و آمادهسازی عملیات دیگر ، حمل ونقل ، بازرسی ، بایگانی یک شیء یا ثبت دادهها میگردند ؛ همچنین عملیات زمانی اتفاق میافتد که تلاش فکری در خصوص اجزاء یک مساله پیچیده یا برای یک مساله ساده بکار رود .
موردیک و مانسون (۱۹۸۶) سیستم را چنین تعریف مینمایند : سیستم عبارتست از مجموعهای از عناصر سازمان یافته دارای اثر متقابل که از طریق انجام عملیات روی دادهها ، اطلاعات ، انرژی ، ماده یا ارگانیسمها در یک فاصله زمانی برای تولید اطلاعات ، انرژی ، ماده یا ارگانیسمها به عنوان خروجی ، هدف یا اهداف مشترکی را دنبال میکند .
مسائل عملیاتی و عملیات سیستمها مسائلی هستند که در اجرا ، کنترل ، هدایت ، هماهنگی ، تنظیم ، برنامهریزی ، زمانبندی ، بهینهسازی و بهبود عملیات پیش میآیند . خیلی از نویسندگان بین پاسخهای مساله و تصمیمها و همچنین حل مساله و تصمیمگیری تفاوتی قایل نمیشوند . موردیک و مانسون (۱۹۸۶) مساله و تصمیم را یکی نمیدانند ؛ مسائل هنگامی بروز مینمایند که ما ناراضی هستیم ، هنگامی که چیزی ما را تا آن حد آزار میدهد که احساس میکنیم باید اقدامی صورت دهیم . فعالیت حل مساله عبارتست از جستجوی راهحلها یا خطمشیهایی که نارضایتی ما را کاهش دهد . معمولا تعداد زیادی راهحل برای یک مساله وجود دارد که بعضی از آنها بهتر از بقیه هستند ؛ انتخاب از میان این راهحلها یا خطمشیها ، تصمیمگیری است .
●انواع پژوهش در پژوهش در عملیات کدامند ؟
در یک دستهبندی عمومی ، اگر پژوهش برای حل مسائل مشخص و موجود انجام شود نوع پژوهش از جهت خروجی ، کاربردی خواهد بود و اگر توسعه تئوریها و روشهای عمومی برای تولید دانش هدف باشد نوع پژوهش ، محض خواهد بود .
با هدف تدوین روش پژوهش برای پژوهش در عملیات ، در اینجا دستهبندی عملیتری از انواع پژوهش در پژوهش در عملیات ارائه میکنیم . در این دستهبندی سه نوع پژوهش قابل تشخیص است
۱- حل مسائل واقعی .
۲- توسعه مدل یا روش حل برای مسائل کلاسیک .
۳- توسعه تئوریها یا فنون عمومی .
در حل مسائل واقعی ، متخصص پژوهش در عملیات با مسالهای مربوط به یک عملیات در حال اجرا روبروست . صرفنظر از اینکه مشکل چه باشد و چگونه توسط سفارشدهنده مطرح شده باشد ممکن است از دیدگاه پژوهش در عملیات ناشناخته بوده و به درستی تعریف نشده باشد یا چیزی به غیر از آنچه باشد که مدنظر سفارشدهنده است ؛ بنابراین تعریف مساله در این نوع پژوهش از اهمیت بالایی برخوردار است . واقعی بودن مساله ضرورت دقت در تعیین مفروضات ، جمعآوری دادهها ، تعیین پارامترها و روابط و تدوین اهداف عملیات و شاخصهای اثربخشی را دوچندان مینماید . عوامل اشاره شده نقش تعیینکنندهای در تعریف مساله و دستیابی به راهحل دارند . راهحل پیشنهادی در حل مسائل واقعی زمانی ارزشمند است که بتواند در عمل پیاده شود . یعنی تطبیق و تعدیل راهحل پژوهش به شکلی که به راهحل عملیاتی و واقعی منجر شود بسیار مهم است .
مسائل کلاسیک ، مسائلی هستند که به دلیل تشابه در بسیاری از عملیات مختلف ، پژوهشهای متعدد برای ارائه راهحل و دارا شدن سابقه علمی در کتابها و مقالههای مربوط به پژوهش در عملیات ، به شکل کلاسیک درآمدهاند . مساله فروشنده دورهگرد ، مساله مسیریابی وسایل ترابری ، مسائل برش و چیدمان ، تعادل خط مونتاژ ، مساله زمانبندی خدمه پرواز ، مساله تخصیص مضاعف و زمانبندی کارگاهی از مسائل کلاسیک به شمار میآیند ؛ این مسائل کاملا شناختهشده هستند . اهداف ، شاخصهای اثربخشی ، محدودیتها و قیود ، پارامترها و مفروضات هر یک از مسائل کلاسیک مشخص و روشن هستند . خصوصیات راهحل ، مشخص و به صورت مستقیم قابل کاربرد در موارد واقعی هستند . نیازی به جمعآوری دادههای واقعی نیست و دادههای فرضی که به شرایط واقعی این نوع مسائل شبیه باشد کفایت میکند ؛ در حل این نوع مسائل ، پژوهشگر با توسعه مدلی از مساله ، روش حل مساله یا هر دو روبروست .
در توسعه تئوریها یا فنون عمومی ، حل مساله واقعی یا کلاسیک مدنظر نیست بلکه پژوهشگر قصد دارد تئوریهای جدیدی را در قالب قضایا و روابط برای مفاهیم ، اصول و فنون موجود بیان دارد یا فن جدیدی را برای استفاده در حل مدلها ابداع نماید . در اینجا هدف کاربرد نتایج پژوهش در حل مسائل نیست (اگر چه ممکن است از آنها استفاده شود) بلکه تولید دانش در حوزه پژوهش در عملیات است . در این نوع پژوهش ، پژوهشگر با تعریف مساله ، جمعآوری دادهها ، مدلسازی و کاربرد نتایج حل مدل روبرو نیست و بنابراین روش پژوهش متفاوت و کمتر قابل مستندسازی خواهد بود .
همانطور که مشاهده میشود روش پژوهش در هر دسته متفاوت از دیگر دستهها خواهد بود . دسته اول و دوم براساس تعاریف ، پژوهش کاربردی هستند اما ممکن است پژوهشهای دسته اول منجر به انجام پژوهشهای دسته دوم و سوم و پژوهش دسته دوم منجر به پژوهش دسته سوم گردد ؛ پژوهش در دسته سوم ، پژوهش از نوع محض است .
●پژوهش در عملیات و مهندسی صنایع ؛ شباهتها و تفاوتها
تا اواخر سالهای ۱۹۴۰ توسعه مهندسی صنایع مبتنی بر روشهای سنتی تیلور ، گانت و گیلبرت بود . بعد از جنگ جهانی دوم و در اواخر سالهای ۱۹۴۰ و اوایل ۱۹۵۰ ، پژوهش در عملیات به واسطه موفقیتهای بدست آمده در جنگ ، جای خود را در فعالیتهای صنعتی ، بخشهای خدماتی و سازمانهای دولتی و خصوصی باز کرد . مفاهیمی که توسط تیلور ، گانت ، گیلبرت و دیگران توسعه دادهشدهبودند نیازمند تحلیل مقداری دقیقتر و روشهای سیستمگرا بودند که تا آن زمان بصورت سنتی به کار گرفته میشدند . ظهور پژوهش در عملیات ، نقطه عطفی در تحول روشهای مهندسی صنایع بود که نتیجه آن توسعه روشهای مقداری ، الگوریتمهای ریاضی و … بود که در بکارگیری موثر مفاهیم توسعهیافته توسط تیلور و دیگران استفاده شد . ممکن است این پرسش مطرح شود که آیا مهندسی صنایع و پژوهش در عملیات یک نظام واحد هستند یا دو نظام جدا از هم ؟ تاریخ مهندسی صنایع و پژوهش در عملیات جدای از هم است اما فلسفه وجودی هر دو یکی است ؛ یعنی ارائه راهحلهای موثر و کارا برای مسائل مربوط به طراحی ، تحلیل و ارزیابی .
تفاوت اصلی مهندسی صنایع و پژوهش در عملیات حوزه تحلیل ، نوع مدلها و متدولوژیای است که هر یک استفاده میکنند . توسعههای اولیه مهندسی صنایع در ارتباط با کارگاههای ساخت بوده و به شدت مبتنی بر استفاده از روشهای سیستماتیک ذهنی به جای استفاده از روشهای ریاضی میباشد . بعضی از این روشها شامل برنامهریزی فرایند ، بهبود روشها ، استانداردسازی زمان انجام کار و استفاده از آنها و ارزیابی کار میباشند که از جمله روشهای سنتی مهندسی صنایع به شمار میآیند . اما در سی سال اخیر بخش اعظم مهندسی صنایع از طریق فنون تحلیل مبتنی بر مفاهیم ریاضی کاربردی صورت گرفته است (میلر و شمید ،۱۹۸۴) .