Бесплатный фрагмент - Введение в историю Исследования операций

Введение

Исследование операций (ИО) — это наука, направленная на применение методов математики, статистики и информатики для решения сложных проблем управления и принятия решений. Она охватывает широкий спектр дисциплин: от линейного программирования до теории игр и массового обслуживания. Исследование операций позволяет находить оптимальные решения в условиях ограниченных ресурсов, неопределенности и сложности реальных ситуаций [1,2,3].

Тенденции становления и развития ИО в мире

История развития этой науки начинается еще в древности, однако современная дисциплина сформировалась лишь во второй половине XX века.

Древние корни исследования операций

Первые элементы исследования операций появились задолго до появления самого термина. В античные времена уже существовали методы оптимизации и планирования. Например, древнегреческий философ Платон писал о принципах рациональной организации труда, а Архимед применял геометрические методы для расчетов оптимального распределения ресурсов.

Более заметный вклад в ИО внесли китайские ученые эпохи династии Цинь (III век до н. э.), создавшие первые модели оптимального распределения земельных участков среди крестьян. Эти идеи были развиты позже китайскими математиками, такими как Чжан Хэн и Лю Хуэй, предложившими методы расчета площадей полей и объемов водохранилищ.

Однако систематическое развитие математического подхода началось значительно позднее.

Формирование основ ИО в XIX веке

К концу XIX века зародились основы современной математической экономики и статистики. Наиболее значимыми фигурами ученых здесь стали:

Леонард Эйлер, который разработал методику нахождения экстремумов функций нескольких переменных.

Карл Маркс, предложивший концепцию оптимального распределения производственных ресурсов.

Французский инженер Анри Ле Шателье, сформулировавший принципы эффективного производства и минимизации затрат.

Особенно важным стало появление линейного программирования, хотя оно оформилось окончательно лишь в середине XX века.

Вторая мировая война и рождение современн ИО

Настоящий прорыв произошел накануне и во время Второй мировой войны. В Великобритании и США активно разрабатывались методики оптимального размещения войск, транспортных потоков и распределения боеприпасов. Именно тогда впервые был использован термин «исследование операций».

В 1935 г. в Великобритании с целью подготовки эффективных средств противодействия возрастающей угрозе со стороны военно-воздушных сил Германии ученые начали форсированную подготовку серии экспериментов, направленных на разработку системы обнаружения самолетов.

Принцип действия этой системы состоял в излучении радиоволн передатчиком, находящимся на земле, с последующим приемом излучения, отражаемого от воздушного объекта (например, от самолета). Такой процесс обнаружения различных объектов впоследствии привел к появлению радиолокационных станций. Сегодня без них не обходится ни один аэропорт в мире.

Однако для повышения эффективности операций перехвата британская истребительная авиациянуждалась в системе сопровождения и наведения самолетов-перехватчиков. Поэтому независимо от работ по созданию системы обнаружения (что было продиктовано интересами секретности) в начале 1936 -конце 1937 гг. были начаты работы по осуществлению «эксперимента Биггин Хилл», идею которого предложил Генри Тайзард.

Истребители, взлетающие с аэродрома в Биггин Хилле, расположенном южнее Лондона, использовались в качестве моделей вражеских самолетов, движение которых прослеживалось по сигналам их радиотехнических устройств. Слежение за другой группой истребителей, представляющих самолеты-перехватчики, также осуществлялось с помощью радиотехнических устройств. Эти самолеты направлялись в зону боевых действий. Б. Диккенс провел анализ полученных результатов.

К концу 1937 г. обе системы — система обнаружения и слежения за одиночным атакующим самолетом противника (Бодси) и система сопровождения и наведения взаимодействующих истребителей военно — воздушных сил обороны (Биггин Хилл) — стали разрабатываться совместно. Необходимость обеспечения согласованных действий всех участников таких боевых операций, т.е. людей и технических средств подразделений, действующих в воздухе и на земле, потребовала, чтобы эти работы проводились в условиях теснейшего сотрудничества ученых с офицерами и служащими ВВС.

По мере того, как новые тактические операции отрабатывались в рамках крупномасштабных учебных действий в воздухе, ученые стали уделять все большее внимание оценке их эффективности. Применительно как раз к таким исследованиям А. Раув, который в 1938 г. руководил научной группой в Бодси, использовал термин

«операционное исследование

Массированный ночной налет на Великобританию осенью 1940 г. Поставил командование сил ПВО перед лицом сложных технических и операционных проблем.

Чтобы обеспечить их решение, к научной группе при командовании этими силами присоединился физик П. Блеккет.

Вскоре вокруг него сформировалась активно и продуктивно работающая группа исследователей, ставшая известной как «кружок Блеккета».

В марте 1941 г. Блеккет перешел в распоряжение командования береговой авиации, где организовал новый отдел исследования операций, который внес заметный вклад в повышение эффективности работы этого командования

Впоследствии отдел исследования операций командования береговой авиации стал ядром группы исследования операций британской армии, и при каждом из основных военных командных органов Великобритании (как в самой стране, так и на других территориях) были сформированы соответствующие отделы

Когда в войну вступили Соединенные Штаты, командные органы их военно-морских и военно-воздушных сил стали осознавать целесообразность привлечения ученых к разработке военных операций.

В 1942 г. капитан В. Бейкер, офицер противолодочных сил атлантического флота, предложил организовать группу по исследованию операций при командовании противолодочными силами.

Формулируя содержание работ и принципы комплектации группы, он использовал ряд положений памятной записки Блеккета от 1941г.

В это же время командование военно-воздушных сил США командировало в Англию для изучения опыта организации исследований операций В. Бэртона Лича.

После того как он представил доклад, содержащий выводы о целесообразности организации аналогичных работ в США, ему было предложено сформировать отдел исследования операций в восьмой армии ВВС (бомбардировочной авиации), впоследствии передислоцированной в Великобританию. Первые работники этого отдела прибыли на место службы в октябре 1942 г.

К концу войны группа по исследованию операций при командовании военно-морскими силами США уже насчитывала в своем составе свыше 70 научных работников, а командование военно-воздушных сил США под руководством Лича организовало свыше двух десятков отделов исследования операций, как в тыловых частях, так и в армии, ведущих боевые действия за границей.

Совершенно независимо Эллис А. Джонсон, специализировавшийся в области исследований магнетизма, разработал аналогичные концепции исследования операций и применил их к приемам ведения минной войны; его идеи, использованные при разработке соответствующих наступательных тактических операций, сыграли важную роль в боевых действиях на Тихом океане.

ВАЖНО!

Командования вооруженных сил государств оси Рим -Берлин — Токио методы исследования операций не использовали

Приблизительные оценки свидетельствуют о том, что общее число ученых, занимавшихся во время Второй мировой исследованиями операций превышало 700 человек. Их деятельность охватывала элементы технических решений, оценки результатов тактических операций и новшеств и включала применение соответствующих знаний при планировании тактических операций и выработке стратегии.

Наиболее важным для будущего было то, что многие из специалистов увидели в таких научных разработках военного времени зарождение новой науки о функциональных системах, а также возможности использования соответствующих научных знаний для многих видов деятельности в мирное время.

Самые известные достижения периода войны включают:

— Разработка метода линейного программирования американским математиком Джорджем Данцигом.

— Создание первых моделей массового обслуживания британским ученым Агнером Эрлангом.

— Применение статистических методов для повышения эффективности военных действий.

После окончания войны многие военные специалисты вернулись в гражданские отрасли промышленности и бизнеса, распространяя знания и опыт исследований операций.

Послевоенный период и расцвет ИО

После второй мировой войны специалисты осознали, что работам по исследованию операций в том его понимании, которое сложилось во время войны, предшествовали многие исследования аналогичной направленности,

Например, работа Ланчестера по моделированию боевых операций, выполненная в 1916 г.

Работы по теории массового обслуживания Эрланга, нашедшие практическую реализацию в начале двадцатого столетия в Копенгагене.

Исследования Левинсона в области розничной торговли в начале 20-х годов.

Однако эти исследования оставались разрозненными до тех пор, пока не были подхвачены общим потоком разработок.

Таким образом, появление методов исследования операций связано с их выделением в самостоятельную область научной деятельности, имеющей продолжительную историю, началокоторой положили работы, проведенные во время второй мировой войны.

Во второй памятной записке («О некоторых аспектах методологии исследования операций»), составленной в 1941 г., но затем переработанной в мае 1943 г., Блеккет отмечает:

«Очевидной особенностью исследования операций в том виде, в котором оно проводится в настоящее время, является то, что оно должно иметь строго практический характер. Его цель — содействовать нахождению способов повышения эффективности боевых операций, выполняемых в данный момент или планируемых на буд ущее. Чтобы добиться этого, изучаются предшествующие операции; затем разрабатываются теории, объясняющие наблюдаемые факты, и в конце концов и факты, и теории используются для прогноза относительно предстоящих операций..».

С середины XX века исследование операций получило широкое распространение в различных сферах деятельности:

Экономика и бизнес

Методы линейного программирования позволили эффективно решать задачи максимизации прибыли и минимизации издержек. Они широко использовались крупными корпорациями, такими как General Motors и IBM.

Транспортная логистика

Модели массового обслуживания и теория очередей помогли оптимизировать работу аэропортов, портов и железнодорожных станций.

Здравоохранение

Методы анализа очередей и моделирования процессов улучшили управление потоками пациентов и ресурсами медицинских учреждений.

Военное дело

Продолжалось совершенствование стратегий и тактик ведения боевых действий, включая разработку симуляторов и компьютерных моделей.

Таким образом, первые специалисты по исследованию операций имели ясное представление о том, что новизна их деятельности обусловлена двумя факторами: свойствами функциональных систем, рассматриваемых в качестве объектов научных исследований, и административными структурами, формируемыми с целью своевременной практической реализации решений, принимаемых на основе результатов этих исследований.

1.Современные тенденции и перспективы

Сегодня исследование операций является неотъемлемой частью многих отраслей, особенно информационных технологий, финансов и автоматизированного управления процессами. Современное развитие связано с интеграцией ИО с искусственным интеллектом, машинным обучением и большими данными.

Новые направления включают:

— Использование нейронных сетей и генетических алгоритмов для решения сложных задач оптимизации.

— Интеграция методов ИО в системы поддержки принятия решений.

— Развитие облачных вычислений и распределённых систем обработки больших массивов данных.

Таким образом, история исследования операций показывает непрерывность эволюции идей и методов, направленных на повышение эффективности человеческой деятельности и принятие обоснованных управленческих решений.

1.1.Основные понятия ИО

Научная дисциплина, называемая исследованием операций, наблюдает реальные явления, связанные с функциональными системами, разрабатывает теории (которые многие исследователи называют моделями), предназначенные для объяснения данных явлений, использует эти теории для описания того, что произойдет при изменении условий, и проверяет предсказания новыми наблюдениями.

Таким образом, исследование операций — наука, так как эта дисциплина использует метод для получения соответствующих знаний и отличается от других наук предметом исследований. Она изучает явления связанные с функциональными системами, в том аспекте, который почти не рассматривается другими науками.