Исследование операций: методология, история развития

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, начало которого только что было кратко охарактеризовано. Таким образом, есть достаточные  основания считать, что появление  методов исследования операций связано  с выделением самостоятельной области  научной деятельности, имеющей продолжительную  историю, начало которой положили работы, проведенные во время второй мировой  войны.

3. НАУЧНАЯ СУЩНОСТЬ ИССЛЕДОВАНИЯ  ОПЕРАЦИЙ 

Очевидно, что многие из первых исследователей в области исследования операций считали свою работу научной деятельностью; так, в памятной записке Блеккета от 1941 г. подчеркивалось, что работа должна состоять в "научном исследовании операций", и особое внимание обращалось на то, что условия должны соответствовать  именно научному характеру работы: "Необходима такая обстановка, которая  существует в первоклассном чисто  научно-исследовательском институте, и квалификация кадров должна удовлетворять  соответствующим требованиям".

Во второй памятной записке ("О  некоторых аспектах методологии  исследования операций"), составленной в 1941 г., но затем переработанной в  мае 1943 г., Блеккет развивает эти  положения и 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 будущее. 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...

Прогнозирование будущих событий, конечно, всегда сопряжено со значительной неопределенностью, но опыт показал, что  вопреки широко распространенному  мнению количественные прогнозы можно  сделать достаточно. Это в значительной степени обусловлено тем обстоятельством, что многие факторы, характеризующие  операцию, в течение достаточно продолжительного периода времени остаются почти  неизменными. Такая стабильность кажется  довольно неожиданной, если иметь в  виду множество случайных событий  и тех индивидуальных особенностей и способностей людей, которые обычно проявляются даже в ходе небольших  операций. Однако все эти различия для большого числа операций сглаживаются, и часто оказывается, что обобщенные результаты сравнительно устойчивы".

В результате своих исследований Морз и Кимбелл также пришли к выводу, что "поведение крупных подразделений (живой силы и техники), осуществляющих сложные операции, характеризуется  удивительной устойчивостью, позволяющей  предсказывать исход таких операций с той степенью точности, которую  не могли предвидеть ученые, работающие в области естественных наук".

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.

3.1. Исследование операций  как наука

В исследовании операций используется научный метод для изучения и  объяснения явлений, связанных с  функциональными системами, так  как в рамках данной дисциплины изучается  определенный круг явлений реальной действительности. Такие системы  нередко включают людей и механизмы, которые действуют в условиях реального мира.

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.

Учитывая этапы реализации научного метода, для любой научной дисциплины можно ожидать систематических  публикаций четырех категорий, в  которых соответственно приводятся результаты, получаемые при наблюдении явлений, и специальные способы  проведения таких наблюдений; даются построения математических моделей; описывается  применение этих моделей для составления  прогноза на основе полученных результатов; проводится проверка прогнозов сравнения  с результатами новых наблюдений.

Совокупность математических моделей  исследования операций можно разбить  на три группы. К первой группе относятся  детерминированные модели, которые  были разработаны после второй мирвой войны: линейное программирование, целочисленное  программирование, теория графов, потоки в сетях, геометрическое программирование, нелинейное программирование, программирование для случая задач большой размерности, теория оптимального управления. Ко второй группе относятся стохастические модели: случайные процессы, теория массового  обслуживания, теория полезности, анализ управляющих решений, теория игр, теория поиска, имитационное моделирование  и динамическое программирование. Третью группы составляют наиболее важные модели, разработанные применительно к  тринадцати группам процессов, являющихся достаточно общими для многих областей применения методов исследования операций:

• прогнозирования;
• учета;
• финансовой деятельности и управления экономикой;
• сбыта и рекламы;
• управления трудовыми ресурсами;
• экономического анализа инвестиций;
• информационных систем для управления;
• вычислительных и информационных систем;
• выбора, планирования и управления разработкой проекта;
• управления запасами;
• составления календарных планов производства и последовательности работ;
• замены, ремонта и анализа надежности оборудования;
• размещения и загрузки производственных мощностей;
• планирования производства.

Наиболее хорошо методы исследования операций по состоянию на 1975 год  для следующих областей:

• военные проблемы,
• работа государственных органов,
• городские системы,
• здравоохранение,
• системы образования,
• транспорт,
• коммунальное обслуживание,
• отрасли промышленного производства
• технологические процессы.

На протяжении всей истории развития методов исследования операций научные  работники следовали рекомендациям  Блеккета (из его памятной записки), согласно которым исследование операций, как и любая другая наука, не базируется на использовании точных копий аналитических  методов какой-либо другой науки, а  требует разработки своего собственного математического аппарата - методов  исследования операций - ориентированного на специфику, присущую этой области  и задачам исследования. Этот аппарат  не должен оставаться неизменным; наоборот, он должен меняться в соответствии с характером исследуемых задач.

Во время второй мировой войны  большинство работ по исследованию операций основывалось на адаптации  методов и подходов, заимствованных из других наук; в частности, построение большинства математических моделей  базировалось на непосредственном использовании  средств математического анализа, аппарата теории вероятностей и статистики, и довольно часто отправным моментом построения моделей служило сходство с моделями, используемыми другими  науками. Заметным исключением из этого  правила стала разработка теории поиска, выполненная группой по исследованию операций при ВМС США. Таким образом, новые теоретические направления  были развиты в основном в послевоенное время. Основы теории ведения боевых действий заложены Ланчестером в 1916 г.; и хотя во время войны математические аспекты этой теории исследовались  достаточно интенсивно, непосредственного  применения при разработке операций военного времени она не нашла. Действительно, вплоть до 1954 г. эта теория не была достаточно проверена.

Однако после второй мировой  войны исследования новых явлений  реального мира и теории для их объяснения развивались очень интенсивно.

4. ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРИМЕНЕНИЯ  МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ ОПЕРАЦИЙ 

Зарождение исследования операций как научной дисциплины было обусловлено  неотложным требованием решения  важных практических проблем. Поэтому  в процессе становления и развития исследования операций научные работники, которые занимались соответствующими исследованиями, не только заложили фундамент  некоторого нового научного направления, но и использовали полученные знания для практического решения проблем. В течение второго и третьего десятилетий своего существования  группы по исследованию операций значительно  выросли и стали достаточно отличаться друг от друга по направлениям. Однако, тесная связь между исследовательскими и практическими аспектами разработок оставалась характерной особенностью данной дисциплины: термин "исследование операций" как раз и подчеркивает их неразрывность. Итак, исследование операци включает как научное  исследование систем, так и соответствующие  виды технической деятельности, направленной на практическую реализацию результатов  таких исследований.

Однако эти прикладные аспекты  исследования операций не только предполагают простое применение знаний, полученных в результате использования теории, но и требуют наличия творческого  начала (ориентации работы в желаемых направлениях), а также профессионального  умения и навыков практического  проектирования (направленных на выполнение поставленных задач или решение  важных проблем). Кроме того, важно  обеспечить внедрение результатов  работ.

Ввиду секретности подробности  исследований военного времени долгое время не находили отражения в  открытой печати; однако теперь многое из того, что было сделано в тот  период, уже опубликовано. Но и в  настоящее время ряд практических аспектов исследования операций не рассматривается  в открытых публикациях из-за ограничений, накладываемых промышленными фирмами  и законодательными органами. Однако имеющаяся литература, хотя и представлена в силу указанных ограничений  преимущественно работами теоретического характера, все же содержит описание многих примеров использования методов  исследования операций. Даже при случайном  поиске публикаций соответствующего характера  можно встретить интересные и  впечатляющие примеры применения метода исследования операций.

Однако литературы, освещающей опыт творческого подхода и конкретного  проектирования на базе методов исследования операций, сравнительно мало. Наибольший опыт в этом отношении накоплен в  военной области, но в настоящее  время заметен существенный прогресс и в невоенных приложениях.

5. РАЗВИТИЕ МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ  ОПЕРАЦИЙ В ПЕРИОД С 1945 по 1975 г.

5.1. Основные тенденции  развития

Хотя большинство специалистов, занимавшихся во время войны исследованиями операций, вернулось после ее окончания  к своей довоенной деятельности, со сферой военных приложений осталось связанным сильное ядро специалистов, желавших продолжить сотрудничество, которое оказалось весьма продуктивным в годы войны. В последующее десятилетие  значительное развитие методов исследования операций имело место не только на этой основе, но и за счет создания новых  подразделений. Так, в США группа по исследованию операций ВМС превратилась в расширенную группу оценки операций (под руководством Джакинто Стейнхарда), работающую по контракту с Массачусетским технологическим институтом. ВВС  США также расширили свои отделы исследования операций (под началом  Ле-Рой А.Бразерса), а в 1948 г. командование сухопутными войсками США по контракту  с университетом Джона Гопкинса сформировало управление по исследованию операций. В 1949 г. объединенный комитет  начальников штабов создал группу оценки систем вооружения, первым техническим  директором которой был назначен Филип М.Морз. В то же время в  ВВС учредили Проект РЭНД при авиационной  корпорации "Дуглас", а в 1949 г. это  подразделение стало уже корпорацией  РЭНД. К началу 50-х годов эти  организации были укомплектованы штатом сотрудников, численность которого превышала численность лиц, занимавшихся в военное время исследованием  операций во всех странах-союзниках, вместе взятых, причем эти организации обеспечивали очень широкий диапазон исследований для организаций-заказчиков. Подобным же образом, хотя и не столь интенсивно, происходило расширение фронта исследований операций в Канаде и Великобритании.

После окончания войны эти организации  обратили свое внимание на широкий  круг проблем, связанных с планированием, и получили много полезных результатов  в таких направлениях, как моделирование  с помощью ЭВМ, анализ по критерию "затраты-выгода" и системный  анализ; были достигнуты значительные успехи в теории поиска, теории игр, программировании, теории полезности и в других областях. Располагая многочисленным персоналом, эти организации  смогли, значительно расширив круг проводимых исследований, приступить к крупномасштабному исследованию военных стратегий. Одновременно фирмы, выполняющие заказы военных ведомств, существенно расширили работы по исследованию операций применительно  к заявкам на проектные разработки и исследования в области планирования, а ряд фирм, занимавшихся исключительно  исследовательскими работами, приступили к проведению большого объема таких  работ военного характера.