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Investigación de Operaciones
INTRODUCCIÓN A LA INVESTIGACIÓN DE
OPERACIONES (I de O)
Actualmente la administración está
funcionando en un ambiente de negocios
que está sometido a muchos más cambios,
los ciclos de vida de los productos se
hacen más cortos, además de la nueva
tecnología y la internacionalización
creciente.
INVESTIGACIÓN DE OPERACIONES (I de O)
Las raíces de la investigación de
operaciones se remonta a cuando se
hicieron los primeros intentos para emplear
el método científico en la administración de
una empresa. Sin embargo, el inicio de esta
disciplina se atribuye a los servicios
militares prestados a principios de la
segunda guerra mundial.
NATURALEZA DE LA INVESTIGACIÓN DE OPERACIONES
La investigación de operaciones se aplica a
problemas que se refieren a la conducción y
coordinación de operaciones (o actividades)
dentro de una organización.
La investigación de operaciones intenta
encontrar una mejor solución, (llamada
solución óptima) para el problema bajo
consideración.
EL GRUPO INTERDISCIPLINARIO
Una de las principales razones de la
existencia de grupos de investigación de
operaciones es que la mayor parte de los
problemas de negocios tienen múltiples
aspectos es perfectamente razonable que
las fases individuales de un problema se
comprendan y analicen mejor por los que
tienen el adiestramiento necesario en los
campos apropiados.
La investigación de operaciones es la
aplicación, por grupos
interdisciplinarios, del método científico
a problemas relacionados con el control
de las organizaciones o sistemas, a fin
de que se produzcan soluciones que
mejor sirvan a los objetivos de la
organización.
¿QUÉ ES LA INVESTIGACIÓN DE
OPERACIONES?
Aspectos a rescatar de la definición:
•Una organización es un sistema formado por componentes
que se interaccionan, unas de estas interacciones pueden
ser controladas y otras no.
•La complejidad de los problemas que se presentan en las
organizaciones ya no encajan en una sola disciplina del
conocimiento, se han convertido en multidisciplinario por lo
cual para su análisis y solución se requieren grupos
compuestos por especialistas de diferentes áreas del
conocimiento que logran comunicarse con un lenguaje
común.
•La investigación de operaciones es la aplicación de la
metodología científica a través de modelos matemáticos,
primero para representar al problema y luego para resolverlo.
ENFOQUE DE LA INVESTIGACIÓN DE OPERACIONES
SOLUCIÓNAL
PROBLEMA DEL
SISTEMA REAL
SISTEMA
REAL
SOLUCIÓN
AL MODELO
MODELO
CUANTITATIVO
SISTEMA
ASUMIDO
JUICIOS Y
EXPERIENCIAS
VARIABLES
RELEVANTES
RELACIONES
RELEVANTES
MÉTODO
DESOLUCIÓN
INTERPRETACIÓNDECISIONES
METODOLOGÍA DE LA I de O
1. Definición del problema
Esto incluye determinar los objetivos apropiados, las
restricciones sobre lo que se puede hacer, las
interrelaciones del área bajo estudio con otras áreas de
la organización, los diferentes cursos de acción posibles,
los límites de tiempo para tomar una decisión, etc. Este
proceso de definir el problema es crucial ya que
afectará en forma significativa la relevancia de las
conclusiones del estudio.
2. Formulación de un modelo matemático
La forma convencional en que la investigación de
operaciones realiza esto es construyendo un modelo
matemático que represente la esencia del problema.
Un modelo siempre debe ser menos complejo que el
problema real, es una proximación abstracta de la
realidad con consideraciones y simplificaciones que
hacen más manejable el problema y permiten evaluar
eficientemente las alternativas de solución.
3. Obtención de una solución a partir del
modelo.
Resolver un modelo consiste en encontrar los valores de las
variables dependientes, asociadas a las componentes
controlables del sistema con el propósito de optimizar, si es
posible, o cuando menos mejorar la eficiencia o la efectividad del
sistema dentro del marco de referencia que fijan los objetivos y
las restricciones del problema.
La selección del método de solución depende de las
características del modelo. Los procedimientos de solución
pueden ser clasificados en tres tipos: a) analíticos, que utilizan
procesos de deducción matemática; b) numéricos, que son de
carácter inductivo y funcionan en base a operaciones de prueba
y error; c) simulación, que utiliza métodos que imitan o, emulan al
sistema real, en base a un modelo.
4. Prueba del modelo
Antes de usar el modelo debe probarse exhaustivamente para
intentar identificar y corregir todas las fallas que se puedan
presentar
5. Validación del modelo
Es importante que todas las expresiones matemáticas sean
consistentes en las dimensiones de las unidades que emplean.
Además, puede obtenerse un mejor conocimiento de la validez del
modelo variando los valores de los parámetros de entrada y/o de
las variables de decisión, y comprobando que los resultados de
moelo se comporten de una manera factible.
6. Establecimiento de controles sobre la solución
Esta fase consiste en determinar los rangos de variación de los
parámetros dentro de los cuales no cambia la solución del
problema.
Es necesario generar información adicional sobre el
comportamiento de la solución debido a cambios en los
parámetros del modelo. Usualmente esto se conoce como
ANÁLISIS DE SENSIBILIDAD.
7. Implantación de la solución
El paso final se inicia con el proceso de
"vender" los hallazgos que se hicieron a lo
largo del proceso a los ejecutivos o tomadores
de decisiones.
NORMAS PARA LOGRAR ÉXITO EN LA I de O
1. El éxito del empleo de la I de O es el de un
enfoque de solución de problemas y no una
colección asociada de métodos cuantitativos.
2. La I de O es relativamente costosa, lo que
significa que no debe emplearse en todos los
problemas, sino tan sólo en aquellos en que
las ganancias sea mayores que los costos.
• Para llegar a hacer un uso apropiado
de la I de O, es necesario primero
comprender la metodología para
resolver los problemas, así como los
fundamentos de las técnicas de
solución para de esta forma saber
cuándo utilizarlas o no en las
diferentes circunstancias.
NORMAS..........
LIMITACIONES DE LA I de O
1. Frecuentemente es necesario hacer simplificaciones del
problema original para poder manipularlo y tener una solución.
2. La mayoría de los modelos sólo considera un solo objetivo y
frecuentemente en las organizaciones se tienen objetivos
múltiples.
3. Existe la tendencia a no considerar la totalidad de las
restricciones en un problema práctico, debido a que los
métodos de enseñanza y entrenamiento dan la aplicación de
esta ciencia centralmente se basan en problemas pequeños
para razones de índole práctico, por lo que se desarrolla en los
alumnos una opinión muy simplista e ingenua sobre la
aplicación de estas técnicas a problemas reales.
4. Rara vez se realizan análisis costo-beneficio de la implantación
de soluciones definidas por medio de la I de O, en ocasiones
los beneficios potenciales se ven superados por los costos
ocasionados por el desarrollo e implantación de un modelo.
Organizació
n
Naturaleza de la aplicación Año de
publicación*
Capítulos
Relacionados Ŧ
Ahorros
anuales ŧ
The
Netherlands
Rijkswaterstat
t
Desarrollo de política nacional de
administración del agua, incluyendo
mezcla de nuevas instalaciones,
procedimientos de operación y costeo.
1985 2-8, 13, 21 $ 15 millones
Monsanto
Corp.
Optimización de operaciones de
producción para cumplir metas con un
costo mínimo.
1985 2, 12 $ 2 millones
Weyerhauser
Co.
Optimización del corte de árboles en
productos de madera para maximizar su
producción.
1986 2, 10 $ 15 millones
Electrobras/C
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Asignación óptima de recursos hidráulicos
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generación de energía.
1986 10 $ 43 millones
Aplicaciones de la Investigación de operaciones
United
Airlines
Programación de turnos de trabajo en las
oficinas de reservaciones y en los
aeropuertos para cumplir con las
necesidades del cliente a un costo
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1986 2-9, 12, 15, 16, 18 $ 6 millones
Citgo
Petroleum
Corp.
Optimización de las operaciones de
refinación y de la oferta, distribución y
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1987 2-9, 18 $ 70 millones
SANTOS,
Ltd., Australia
Optimización de inversiones de capital
para producir gas natural durante 25
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1987 2-6, 13, 21 $ 3 millones
San
Francisco
police
Department
Optimización de la programación y
asignación de oficiales de patrulla con un
sistema computarizado.
1989 2-4, 12, 18 $ 11 millones
Electric
Power
Research
Institute
Administración de inventarios de petróleo
y carbón para el servicio eléctrico con el
fin de equilibrar los costos de inventario y
los riesgos de faltantes.
1989 17, 21 $ 59 millones
Texaco, Inc. Optimización de la mezcla de ingredientes
disponibles para que los productos de
gasolina cumplieran con los
requerimientos de ventas y calidad.
1989 2, 13 $ 30 millones
IBM Integración de una red nacional de
inventario de refacciones para mejorar el
apoyo al servicio.
1990 2, 17, 21 $ 20 millones
+ $ 250
millones
ahorrados en
inventario.
Yellow
Freight
System, Inc.
Optimización del diseño de una red
nacional de transporte y la programación
de rutas de envío.
1992 2, 9, 13, 18, 21 $ 17.3
millones
U.S. Military
Airlift
Command
Rapidez en la coordinación de aviones,
tripulaciones, carga y pasajeros para
manejar la evacuación por aire en el
proyecto Tormenta del Desierto en el
Medio Oriente.
1992 10 Victoria
American
Airlines
Diseño de un sistema de estructura de
precios, sobreventa y coordinación de
vuelos para mejorar las utilidades.
1992 2, 10, 12, 17, 18 $ 500
millones más
de ingresos
New Haven
Health Dept.
Diseño de un programa efectivo de
intercambio de agujas para combatir el
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contagios
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artículos completos.
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Introducción a la Programación lineal
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Este problema incluye elegir el nivel de
ciertas actividades que compiten por
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INTRODUCCIÓN A LA PROGRAMACIÓN LINEAL
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matemáticas del modelo deber ser funciones
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no se refiere a programación en computadoras;
en esencia es un sinónimo de planeación. Así, la
programación lineal trata la planeación de las
actividades para obtener un resultado óptimo.
MODELO GENERAL DE PL
Los términos clave son recursos y
actividades, en donde m denota el número
de distintos tipos de recursos que se pueden
usar y n denota el número de actividades
bajo consideración.
Z =valor de la medida global de efectividad
Xj = nivel de la actividad j (para j = 1,2,...,n)
Cj = incremento en Z que resulta al aumentar una unidad en
el nivel de la actividad j
bi =cantidad de recurso i disponible para asignar a las
actividades (para i = 1,2,...,m)
aij =cantidad del recurso i consumido por cada unidad de la
actividad j
Estructura de un modelo de PL
1. Función objetivo. Consiste en optimizar el objetivo
que persigue una situación la cual es una función
lineal de las diferentes actividades del problema, la
función objetivo se maximizar o minimiza.
2. Variables de decisión. Son las incógnitas del
problema. La definición de las variables es el punto
clave y básicamente consiste en los niveles de todas
las actividades que pueden llevarse a cabo en el
problema a formular.
3. Restricciones Estructurales. Diferentes
requisitos que debe cumplir cualquier solución
para que pueda llevarse a cabo, dichas
restricciones pueden ser de capacidad, mercado,
materia prima, calidad, balance de materiales,
etc.
4. Condición técnica. Todas las variables deben
tomar valores positivos, o en algunos casos
puede ser que algunas variables tomen valores
negativos.
Estructura de un Modelo de pl
Modelo general de PL


n
j
ijij mibxa
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,......,2,1
njxj ,.......,2,10 

n
j
jj xc
1
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  • 2. INTRODUCCIÓN A LA INVESTIGACIÓN DE OPERACIONES (I de O) Actualmente la administración está funcionando en un ambiente de negocios que está sometido a muchos más cambios, los ciclos de vida de los productos se hacen más cortos, además de la nueva tecnología y la internacionalización creciente.
  • 3. INVESTIGACIÓN DE OPERACIONES (I de O) Las raíces de la investigación de operaciones se remonta a cuando se hicieron los primeros intentos para emplear el método científico en la administración de una empresa. Sin embargo, el inicio de esta disciplina se atribuye a los servicios militares prestados a principios de la segunda guerra mundial.
  • 4. NATURALEZA DE LA INVESTIGACIÓN DE OPERACIONES La investigación de operaciones se aplica a problemas que se refieren a la conducción y coordinación de operaciones (o actividades) dentro de una organización. La investigación de operaciones intenta encontrar una mejor solución, (llamada solución óptima) para el problema bajo consideración.
  • 5. EL GRUPO INTERDISCIPLINARIO Una de las principales razones de la existencia de grupos de investigación de operaciones es que la mayor parte de los problemas de negocios tienen múltiples aspectos es perfectamente razonable que las fases individuales de un problema se comprendan y analicen mejor por los que tienen el adiestramiento necesario en los campos apropiados.
  • 6. La investigación de operaciones es la aplicación, por grupos interdisciplinarios, del método científico a problemas relacionados con el control de las organizaciones o sistemas, a fin de que se produzcan soluciones que mejor sirvan a los objetivos de la organización. ¿QUÉ ES LA INVESTIGACIÓN DE OPERACIONES?
  • 7. Aspectos a rescatar de la definición: •Una organización es un sistema formado por componentes que se interaccionan, unas de estas interacciones pueden ser controladas y otras no. •La complejidad de los problemas que se presentan en las organizaciones ya no encajan en una sola disciplina del conocimiento, se han convertido en multidisciplinario por lo cual para su análisis y solución se requieren grupos compuestos por especialistas de diferentes áreas del conocimiento que logran comunicarse con un lenguaje común. •La investigación de operaciones es la aplicación de la metodología científica a través de modelos matemáticos, primero para representar al problema y luego para resolverlo.
  • 8. ENFOQUE DE LA INVESTIGACIÓN DE OPERACIONES SOLUCIÓNAL PROBLEMA DEL SISTEMA REAL SISTEMA REAL SOLUCIÓN AL MODELO MODELO CUANTITATIVO SISTEMA ASUMIDO JUICIOS Y EXPERIENCIAS VARIABLES RELEVANTES RELACIONES RELEVANTES MÉTODO DESOLUCIÓN INTERPRETACIÓNDECISIONES
  • 9. METODOLOGÍA DE LA I de O 1. Definición del problema Esto incluye determinar los objetivos apropiados, las restricciones sobre lo que se puede hacer, las interrelaciones del área bajo estudio con otras áreas de la organización, los diferentes cursos de acción posibles, los límites de tiempo para tomar una decisión, etc. Este proceso de definir el problema es crucial ya que afectará en forma significativa la relevancia de las conclusiones del estudio.
  • 10. 2. Formulación de un modelo matemático La forma convencional en que la investigación de operaciones realiza esto es construyendo un modelo matemático que represente la esencia del problema. Un modelo siempre debe ser menos complejo que el problema real, es una proximación abstracta de la realidad con consideraciones y simplificaciones que hacen más manejable el problema y permiten evaluar eficientemente las alternativas de solución.
  • 11. 3. Obtención de una solución a partir del modelo. Resolver un modelo consiste en encontrar los valores de las variables dependientes, asociadas a las componentes controlables del sistema con el propósito de optimizar, si es posible, o cuando menos mejorar la eficiencia o la efectividad del sistema dentro del marco de referencia que fijan los objetivos y las restricciones del problema. La selección del método de solución depende de las características del modelo. Los procedimientos de solución pueden ser clasificados en tres tipos: a) analíticos, que utilizan procesos de deducción matemática; b) numéricos, que son de carácter inductivo y funcionan en base a operaciones de prueba y error; c) simulación, que utiliza métodos que imitan o, emulan al sistema real, en base a un modelo.
  • 12. 4. Prueba del modelo Antes de usar el modelo debe probarse exhaustivamente para intentar identificar y corregir todas las fallas que se puedan presentar 5. Validación del modelo Es importante que todas las expresiones matemáticas sean consistentes en las dimensiones de las unidades que emplean. Además, puede obtenerse un mejor conocimiento de la validez del modelo variando los valores de los parámetros de entrada y/o de las variables de decisión, y comprobando que los resultados de moelo se comporten de una manera factible.
  • 13. 6. Establecimiento de controles sobre la solución Esta fase consiste en determinar los rangos de variación de los parámetros dentro de los cuales no cambia la solución del problema. Es necesario generar información adicional sobre el comportamiento de la solución debido a cambios en los parámetros del modelo. Usualmente esto se conoce como ANÁLISIS DE SENSIBILIDAD.
  • 14. 7. Implantación de la solución El paso final se inicia con el proceso de "vender" los hallazgos que se hicieron a lo largo del proceso a los ejecutivos o tomadores de decisiones.
  • 15. NORMAS PARA LOGRAR ÉXITO EN LA I de O 1. El éxito del empleo de la I de O es el de un enfoque de solución de problemas y no una colección asociada de métodos cuantitativos. 2. La I de O es relativamente costosa, lo que significa que no debe emplearse en todos los problemas, sino tan sólo en aquellos en que las ganancias sea mayores que los costos.
  • 16. • Para llegar a hacer un uso apropiado de la I de O, es necesario primero comprender la metodología para resolver los problemas, así como los fundamentos de las técnicas de solución para de esta forma saber cuándo utilizarlas o no en las diferentes circunstancias. NORMAS..........
  • 17. LIMITACIONES DE LA I de O 1. Frecuentemente es necesario hacer simplificaciones del problema original para poder manipularlo y tener una solución. 2. La mayoría de los modelos sólo considera un solo objetivo y frecuentemente en las organizaciones se tienen objetivos múltiples. 3. Existe la tendencia a no considerar la totalidad de las restricciones en un problema práctico, debido a que los métodos de enseñanza y entrenamiento dan la aplicación de esta ciencia centralmente se basan en problemas pequeños para razones de índole práctico, por lo que se desarrolla en los alumnos una opinión muy simplista e ingenua sobre la aplicación de estas técnicas a problemas reales. 4. Rara vez se realizan análisis costo-beneficio de la implantación de soluciones definidas por medio de la I de O, en ocasiones los beneficios potenciales se ven superados por los costos ocasionados por el desarrollo e implantación de un modelo.
  • 18. Organizació n Naturaleza de la aplicación Año de publicación* Capítulos Relacionados Ŧ Ahorros anuales ŧ The Netherlands Rijkswaterstat t Desarrollo de política nacional de administración del agua, incluyendo mezcla de nuevas instalaciones, procedimientos de operación y costeo. 1985 2-8, 13, 21 $ 15 millones Monsanto Corp. Optimización de operaciones de producción para cumplir metas con un costo mínimo. 1985 2, 12 $ 2 millones Weyerhauser Co. Optimización del corte de árboles en productos de madera para maximizar su producción. 1986 2, 10 $ 15 millones Electrobras/C EPAL, Brasil Asignación óptima de recursos hidráulicos y térmicos en el sistema nacional de generación de energía. 1986 10 $ 43 millones Aplicaciones de la Investigación de operaciones
  • 19. United Airlines Programación de turnos de trabajo en las oficinas de reservaciones y en los aeropuertos para cumplir con las necesidades del cliente a un costo mínimo. 1986 2-9, 12, 15, 16, 18 $ 6 millones Citgo Petroleum Corp. Optimización de las operaciones de refinación y de la oferta, distribución y comercialización de productos. 1987 2-9, 18 $ 70 millones SANTOS, Ltd., Australia Optimización de inversiones de capital para producir gas natural durante 25 años. 1987 2-6, 13, 21 $ 3 millones San Francisco police Department Optimización de la programación y asignación de oficiales de patrulla con un sistema computarizado. 1989 2-4, 12, 18 $ 11 millones Electric Power Research Institute Administración de inventarios de petróleo y carbón para el servicio eléctrico con el fin de equilibrar los costos de inventario y los riesgos de faltantes. 1989 17, 21 $ 59 millones Texaco, Inc. Optimización de la mezcla de ingredientes disponibles para que los productos de gasolina cumplieran con los requerimientos de ventas y calidad. 1989 2, 13 $ 30 millones
  • 20. IBM Integración de una red nacional de inventario de refacciones para mejorar el apoyo al servicio. 1990 2, 17, 21 $ 20 millones + $ 250 millones ahorrados en inventario. Yellow Freight System, Inc. Optimización del diseño de una red nacional de transporte y la programación de rutas de envío. 1992 2, 9, 13, 18, 21 $ 17.3 millones U.S. Military Airlift Command Rapidez en la coordinación de aviones, tripulaciones, carga y pasajeros para manejar la evacuación por aire en el proyecto Tormenta del Desierto en el Medio Oriente. 1992 10 Victoria American Airlines Diseño de un sistema de estructura de precios, sobreventa y coordinación de vuelos para mejorar las utilidades. 1992 2, 10, 12, 17, 18 $ 500 millones más de ingresos New Haven Health Dept. Diseño de un programa efectivo de intercambio de agujas para combatir el contagio del SIDA. 1993 2 33% menos contagios * Pertenecen a los números de enero-febrero de Interfaces en donde se pueden encontrar los artículos completos. Ŧ Se refiere a los capítulos de este libro que describen las técnicas de 10 empleadas en las aplicaciones. ŧ Cifras dadas en dólares. fin
  • 21. Introducción a la Programación lineal El problema general es asignar recursos limitados entre actividades competitivas de la mejor manera posible (óptima). Este problema incluye elegir el nivel de ciertas actividades que compiten por recursos escasos necesarios para realizarlas
  • 22. INTRODUCCIÓN A LA PROGRAMACIÓN LINEAL El adjetivo lineal significa que todas las funciones matemáticas del modelo deber ser funciones lineales. En este caso, las palabra programación no se refiere a programación en computadoras; en esencia es un sinónimo de planeación. Así, la programación lineal trata la planeación de las actividades para obtener un resultado óptimo.
  • 23. MODELO GENERAL DE PL Los términos clave son recursos y actividades, en donde m denota el número de distintos tipos de recursos que se pueden usar y n denota el número de actividades bajo consideración. Z =valor de la medida global de efectividad Xj = nivel de la actividad j (para j = 1,2,...,n) Cj = incremento en Z que resulta al aumentar una unidad en el nivel de la actividad j bi =cantidad de recurso i disponible para asignar a las actividades (para i = 1,2,...,m) aij =cantidad del recurso i consumido por cada unidad de la actividad j
  • 24. Estructura de un modelo de PL 1. Función objetivo. Consiste en optimizar el objetivo que persigue una situación la cual es una función lineal de las diferentes actividades del problema, la función objetivo se maximizar o minimiza. 2. Variables de decisión. Son las incógnitas del problema. La definición de las variables es el punto clave y básicamente consiste en los niveles de todas las actividades que pueden llevarse a cabo en el problema a formular.
  • 25. 3. Restricciones Estructurales. Diferentes requisitos que debe cumplir cualquier solución para que pueda llevarse a cabo, dichas restricciones pueden ser de capacidad, mercado, materia prima, calidad, balance de materiales, etc. 4. Condición técnica. Todas las variables deben tomar valores positivos, o en algunos casos puede ser que algunas variables tomen valores negativos. Estructura de un Modelo de pl
  • 26. Modelo general de PL   n j ijij mibxa 1 ,......,2,1 njxj ,.......,2,10   n j jj xc 1 Optimizar Z = Sujeta a: