ALGORITMOS Y PAQUETES DE IO

 Una parte primordial de este libro es la presentación de los algoritmos — procedimientos iterativos de solución— más importantes de la IO para resolver cierto tipo de problemas. Algunos de estos algoritmos son excepcionalmente eficientes y casi siempre son utilizados para solucionar problemas que incluyen cientos o miles de variables. Además, se presenta una introducción acerca de cómo funcionan y qué los hace tan eficientes. Más adelante, estos algoritmos serán utilizados para resolver diversos problemas en una computadora. El CD-ROM llamado OR Courseware que acompaña a este libro es la herramienta para hacerlo.

Una característica especial del OR Courseware es el programa llamado OR Tutor cuyo objetivo es ser una guía personal para ayudar en el aprendizaje de los algoritmos. Este programa contiene muchos ejemplos de demostración en los que despliegan y explican los algoritmos en acción. Estas demostraciones complementan los ejemplos del libro.

Además, el OR Courseware incluye un paquete especial llamado Interactive Operations Research Tutorial, o IOR Tutorial. Este paquete innovador fue implementado en Java y está diseñado para mejorar la experiencia de aprendizaje de los estudiantes que utilicen este libro. El IOR Tutorial incluye muchas rutinas interactivas para ejecutar los algoritmos de manera dinámica y en un formato conveniente. La computadora realiza todos los cálculos de rutina mientras el estudiante centra su atención en aprender y ejecutar la lógica del algoritmo. Estas rutinas interactivas son una manera eficiente e ilustrativa para resolver muchos de los problemas de tarea. El IOR Tutorial también incluye otras herramientas útiles, como algunos procedimientos automáticos para ejecutar algoritmos y varios otros que ofrecen un despliegue gráfico de la forma en que la solución proporcionada por un algoritmo varía a medida que cambian los datos del problema.

En la práctica, los algoritmos son ejecutados en paquetes de software comercial; por ello, es importante familiarizar al estudiante con la naturaleza de los programas que utilizará en la vida profesional. El OR Courseware incluye una gran cantidad de material para introducir los tres paquetes de mayor uso. Juntos, estos paquetes permiten resolver con gran eficiencia casi todos los modelos de IO que se presentan en este libro.

Además, se agregan ciertas rutinas automáticas propias del OR Courseware sólo para algunos casos en los que estos paquetes no son aplicables. En la actualidad, es común el uso del paquete de hojas de cálculo líder, Microsoft Excel, para elaborar pequeños modelos de IO en este formato. Después, se utiliza el Excel Solver para resolver los modelos —en ocasiones, en una versión mejorada, como el Premium Solver for Education incluido en el OR Courseware—. El OR Courseware incluye un archivo de Excel autónomo para casi cada capítulo del libro. Cada vez que se presenta un ejemplo que pueda ser resuelto con Excel, se proporciona la formulación completa en una hoja de cálculo y se da la solución en el archivo de Excel de este capítulo. En el caso de muchos modelos que aparecen en el libro, se dispone de una plantilla de Excel que incluye las ecuaciones necesarias para resolver el modelo.

Algunos complementos de Excel también están incluidos en el CD-ROM. Después de muchos años, LINDO —y su lenguaje de modelado LINGO— aún es uno de los programas de software más populares para resolver modelos de investigación de operaciones. Actualmente, es posible bajar gratis de Internet las versiones para estudiante, pero también fue incluido en el OR Courseware. En cuanto a Excel, cada vez que un ejemplo pueda ser resuelto con este paquete, se darán todos los detalles en un archivo de LINGO/LINDO para ese capítulo en el OR Courseware.

CPLEX es un software muy usado para resolver problemas grandes que son un reto en investigación de operaciones. Cuando se enfrentan tales problemas, también es común usar un sistema de modelado para elaborar el modelo matemático de manera eficiente e introducirlo en la computadora. MPL es un sistema de modelado amigable que utiliza CPLEX para resolver los modelos. También existen versiones de estos paquetes para estudiantes que pueden obtenerse de manera gratuita en Internet. Para conveniencia del lector, éstas han sido incluidas en el OR Courseware. De nuevo, todos los ejemplos que puedan resolverse con estos paquetes son detallados en los archivos MPL/CPLEX para los capítulos correspondientes en el OR Courseware.

Estos tres paquetes y la manera de usarlos son descritos con más detalle en especial cerca del final de los capítulos 3 y 4. El apéndice 1 también proporciona documentación para el OR Courseware y se incluye el OR Tutor y el IOR Tutorial.

Como una indicación acerca del material relevante en el OR Courseware, al final de cada capítulo —a partir del tercero— aparecerá una lista de “ayuda para el aprendizaje de este capítulo en OR Courseware”. Como se explica al principio de la sección de problemas de cada capítulo, fueron colocados algunos símbolos a la izquierda del número del problema o del inciso cuando este material sea útil, incluyendo los ejemplos de demostración y las rutinas interactivas.

Otra ayuda para el aprendizaje es un conjunto de ejemplos desarrollados (Worked examples) para cada capítulo —del 3 en adelante—. Estos ejemplos resueltos sirven de complemento a los del libro para ser utilizados cuando sea inevitable, sin interrumpir el flujo de material en las múltiples ocasiones en las que no es necesario un ejemplo adicional. Estos ejemplos complementarios también pueden ser útiles durante la preparación de un examen. Siempre que un ejemplo complementario para un tema en particular esté incluido en la sección de Worked Examples del CD-ROM, será mencionado en el texto del libro.

El CD-ROM también incluye un glosario para cada capítulo.

EFECTO DE LA INVESTIGACIÓN DE OPERACIONES

 La investigación de operaciones ha tenido un efecto impresionante en el mejoramiento de la eficiencia de numerosas organizaciones de todo el mundo. En el proceso, la IO ha contribuido significativamente al incremento de la productividad de la economía de varios países. Hoy existen más de 30 países miembros de la International Federation of Operations Research Societies (IFORS), cada uno de los cuales cuenta con una sociedad de investigación de operaciones. Tanto en Europa como en Asia, existen federaciones de sociedades de IO que realizan conferencias y publican revistas internacionales en esos continentes. Además, el Institute for Operations Research and the Management Sciences (INFORMS) es una sociedad de IO internacional. Entre sus múltiples revistas existe una, llamada Interfaces, que publica artículos que presentan estudios importantes de IO y el efecto que éstos tuvieron en sus organizaciones.

Para dar una mejor idea de la amplia aplicabilidad de la IO, en la tabla 1.1 se enumeran algunos usos reales que han recibido reconocimiento. Observe la diversidad de organizaciones y aplicaciones incluidas en las primeras dos columnas. El lector interesado puede encontrar un artículo completo que describe cada aplicación en el número de enero-febrero de Interfaces del año citado en la tercera columna de la tabla.

La cuarta columna contiene los capítulos de este libro que describen los tipos de técnicas de IO utilizadas en la aplicación —observe que muchas aplicaciones combinan varias técnicas—. La última columna indica que estas aplicaciones significaron ahorros anuales del orden de millones —incluso decenas de millones— de dólares. Aún más, algunos beneficios adicionales no registrados en la tabla —como un mejor servicio al cliente y mayor control administrativo— fueron considerados más importantes, en ciertos casos, que los beneficios financieros. (El lector tendrá oportunidad de investigar estos beneficios menos tangibles en los problemas 1.3-1 y 1.3-2.)

La referencia seleccionada 1 al final del capítulo proporciona un seguimiento del efecto estratégico a largo plazo que muchas de estas aplicaciones tuvieron en sus compañías.

La referencia seleccionada 3 describe algunas otras aplicaciones y el papel clave que juega la investigación de operaciones en el incremento de la rentabilidad y la productividad de numerosas compañías.

Aunque la mayoría de los estudios rutinarios de IO proporciona beneficios mucho más modestos que estas aplicaciones reconocidas, las cifras en la columna de la derecha de la tabla 1.1 reflejan el gran efecto que pueden tener los estudios grandes y bien diseñados de esta disciplina.

En el capítulo 2 se presenta una descripción breve de estas aplicaciones y dos de ellas son analizadas con mayor detalle en la sección 3.5 como casos de estudio. 

NATURALEZA DE LA INVESTIGACIÓN DE OPERACIONES

 Como su nombre lo indica, el objetivo de esta disciplina implica “investigar sobre las operaciones”. El trabajo es aplicado a la problemática relacionada con la conducción y la coordinación de actividades en una organización. En esencia, la naturaleza de la organización no es material, por lo cual la IO ha sido aplicada de manera extensa en áreas tan diversas como manufactura, transporte, construcción, telecomunicaciones, planeación financiera, cuidado de la salud, fuerzas armadas y servicios públicos, por nombrar sólo unas cuantas. Así, la gama de aplicaciones es inusualmente amplia.

La IO incluye el término investigación en el nombre porque utiliza un enfoque similar al aplicado en las áreas científicas establecidas. El método científico es usado para explorar los diversos problemas que deben ser enfrentados —en ocasiones se usa el término management science o ciencia de la administración como sinónimo de investigación de operaciones—. El proceso comienza por la observación cuidadosa y la formulación del problema, incluyendo 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— obtenidas 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 —este paso se conoce como validación del modelo—. En cierto sentido, la IO involucra la investigación científica creativa de las propiedades fundamentales de las operaciones. Sin embargo, es más que esto. La IO se ocupa también de la administración práctica de la organización. Por lo tanto, para tener éxito, también debe proporcionar conclusiones claras que el tomador de decisiones pueda usar cuando sea necesario.

Otra característica de la investigación de operaciones es su amplio punto de vista. Como quedó implícito en la sección anterior, la IO adopta una visión organizacional. Desde esta perspectiva 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. Ello no significa que el estudio de cada problema deba considerar en forma explícita todos los aspectos de la organización, sino que los objetivos perseguidos deben ser congruentes con los objetivos globales.

Una característica adicional de la investigación de operaciones es que intenta encontrar una mejor solución —llamada solución óptima— para el problema en cuestión. (Se dice una mejor solución y no la mejor solución porque es posible que existan muchas soluciones que puedan considerarse como la mejor.) En lugar de conformarse con mejorar el estado de las cosas, la meta es identificar el mejor curso de acción posible. Aun cuando debe interpretarse con todo cuidado en términos de las necesidades reales de la administración, esta “búsqueda del mejor camino” es un aspecto importante de la IO. 

Estas características conducen de manera casi natural a otra. Es evidente que no puede esperarse que un solo individuo sea experto en los múltiples aspectos del trabajo de investigación de operaciones o de los problemas que se estudian, sino que se requiere un grupo de individuos con diversos antecedentes y aptitudes. Cuando se decide emprender un estudio de IO completo para un problema nuevo, es necesario emplear el enfoque de equipo. Este grupo de expertos debe incluir individuos con antecedentes firmes 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. El equipo también necesita experiencia y aptitudes necesarias para considerar de manera adecuada todas las ramificaciones del problema en la organización.

ORÍGENES DE LA INVESTIGACIÓN DE OPERACIONES

 Desde el advenimiento de la revolución industrial, el mundo ha sido testigo de un crecimiento importante del tamaño y la complejidad de las organizaciones. Los pequeños talleres artesanales de épocas anteriores se convirtieron en las corporaciones actuales de miles de millones de dólares. Una parte integral de este cambio revolucionario fue el gran aumento de la división del trabajo y de la separación de las responsabilidades administrativas en estas organizaciones. Los resultados han sido espectaculares. Sin embargo, junto con los beneficios, el aumento del grado de especialización trajo consigo problemas nuevos que aún existen en numerosas organizaciones. Uno de éstos es la tendencia de algunos componentes de una organización a convertirse en imperios con autonomía relativa, con sus propias metas y sistemas de valores; de esta manera pierden de vista cómo sus actividades y objetivos se acoplan a los de toda la organización. Con frecuencia, lo que es mejor para un componente va en detrimento de otro, de forma que sus acciones pueden caminar hacia objetivos opuestos. Un problema relacionado es que, en la medida que aumentan la complejidad y la especialización, es más difícil asignar los recursos disponibles a las diferentes actividades de la manera más eficaz para la organización como un todo. Este tipo de problemas y la necesidad de encontrar la mejor forma de resolverlos crearon el ambiente propicio para el surgimiento de la investigación de operaciones —a la que también se hace referencia como IO—.

Las raíces de la IO pueden encontrarse muchas décadas atrás, cuando se hicieron los primeros intentos por emplear el método científico en la administración de una empresa.

Sin embargo, el inicio de la actividad llamada investigación de operaciones es atribuible a ciertos servicios militares prestados al inicio de la Segunda Guerra Mundial. 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. Por esto, 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. De hecho, les fue solicitado que hicieran investigación sobre operaciones —militares—. Estos grupos de científicos fueron los primeros equipos de IO. Debido al desarrollo de métodos eficaces para utilizar la nueva herramienta que representaba el radar, los científicos contribuyeron al triunfo en la batalla 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.

Al terminar la guerra, el éxito de la IO en las actividades bélicas generó gran interés por sus aplicaciones en un ámbito distinto al militar. Una vez que la explosión militar posterior a la guerra siguió su curso, los problemas provocados por el aumento de la complejidad y la especialización en las organizaciones pasaron de nuevo al primer plano. Entonces comenzó a ser evidente para un gran número de personas, entre ellas los consultores industriales que habían trabajado con o para los equipos de IO durante la guerra, que estos problemas eran en esencia los mismos que los que debían enfrentar los militares pero en un contexto diferente. Al inicio de la década de los cincuenta, 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.

Es posible identificar por lo menos otros dos factores que tuvieron gran importancia en el desarrollo de la IO durante este periodo. Uno es el progreso sustancial logrado con anterioridad en el mejoramiento de las técnicas disponibles. Después de la guerra, muchos de los científicos que habían participado en equipos de IO o que tenían información sobre este trabajo, estaban motivados para buscar resultados relevantes 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 cincuenta.

Un segundo factor que dio gran impulso al desarrollo de este campo fue 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 la investigación de operaciones.

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. Así, las técnicas más complejas estuvieron al alcance de un gran número de personas. Hoy día, millones de individuos tienen acceso a estos paquetes, y el uso de toda una gama de computadoras, desde las grandes hasta las portátiles, para resolver problemas de investigación de operaciones es cotidiano.