מחקרי תפעול: לשם מה, מודלים, יישומים - טֶכנוֹלוֹגִיָה - 2025

חקר ביצועים היא שיטה אשר מוקדש החלים דיסציפלינות אנליטיים מתקדמים כדי לסייע בפתרון בעיות וקבלת החלטות, להיות שימושי בניהול ארגונים. כלומר, הוא מוקדש לקביעת הערכים העליונים של יעד כלשהו בעולם האמיתי: רווח מקסימלי, ביצועים או החזרות, או הפסד מינימלי, עלות או סיכון.

בדיסציפלינה זו בעיות מחולקות למרכיביהן הבסיסיים ואז הן נפתרות בצעדים מוגדרים, באמצעות ניתוח מתמטי. השיטות האנליטיות בהן נעשה שימוש כוללות לוגיקה מתמטית, הדמיה, ניתוח רשת, תורת תורים ותורת המשחקים.

מקור: pixabay.com

באמצעות טכניקות אלה ממדעי המתמטיקה, מחקר פעולות משיג פתרונות מיטביים או אפשריים לבעיות קבלת החלטות מורכבות. הטכניקות שלו פתרו בעיות מעניינות במגוון תעשיות.

שיטות מתמטיות

בשל האופי הסטטיסטי והחישובי של מרבית השיטות הללו, למחקר פעולות יש קשרים חזקים עם ניתוח ומידע.

על חוקרי פעולות העומדים בפני בעיה לקבוע אילו מהשיטות הללו הן המתאימות ביותר, על סמך יעדי שיפור, אופי המערכת, כוח חישוב ואילוצי זמן.

תכנות מתמטית היא אחת הטכניקות החזקות ביותר המשמשות במחקר פעולות, עד כדי כך שלפעמים משתמשים בשני המונחים זה בזה.

לתכנות זה אין קשר לתכנות מחשבים, זה אומר אופטימיזציה. תכנות או אופטימיזציה בדידים נותנים מענה לבעיות בהן משתנים יכולים להניח רק ערכים נפרדים, למשל, ערכים שלמים שלמים.

בשל הדגש על אינטראקציה אנושית-טכנולוגית והתמקדותה ביישומים מעשיים, נחקר המחקר בפעולות עם תחומים אחרים, בעיקר הנדסת תעשיה וניהול פעולות, תוך הסתמכות על פסיכולוגיה ומדעי הארגון.

הִיסטוֹרִיָה

מקורות היסטוריים

במאה השבע-עשרה ניסו מתמטיקאים כמו פסקל והויגנס לפתור בעיות הכרוכות בהחלטות מורכבות. בעיות מסוג זה נפתרו במהלך המאות ה -18 וה -19 באמצעות קומבינטוריקה.

במאה ה -20 ניתן היה לראות במחקר ניהול המלאי תחילת מחקר מבצעים מודרני, כאשר כמות המגרשים הזולה שפותחה בשנת 1913.

במהלך 1937 הוחל לראשונה מחקר במבצעים בבריטניה, במחקר שבוצע לשילוב טכנולוגיית מכ"ם בפעולות קרב אוויר, ובכך נבדל המחקר שבוצע במעבדות.

מלחמת העולם השניה

המונח מחקר מבצעים נטבע בתחילת 1941 במהלך מלחמת העולם השנייה, אז כינס ההנהלה הצבאית הבריטית קבוצה של מדענים ליישום גישה מדעית לחקר פעולות צבאיות.

המטרה העיקרית הייתה להקצות באופן יעיל משאבים מועטים למבצעים הצבאיים השונים ולפעילות במסגרת כל פעולה.

כמו בבריטניה, מכ"ם עורר התפתחויות בחיל האוויר האמריקני. באוקטובר 1942 נאלצו כל הפיקודים לכלול צוותי מחקר של פעולות בצוות שלהם.

עשורים של שנות ה -50 וה -60

מחקרי התפעול צמחו בתחומים רבים מלבד הצבא, לאחר שמדענים למדו ליישם את עקרונותיו על המגזר האזרחי. יעילותה בתחום הצבאי הרחיבה את העניין שלה לתחומי תעשייה וממשל אחרים.

השותפות אורגנו החל משנת 1948 עם מועדון חקר המבצעים של בריטניה, שהפך בשנת 1954 לחברה לחקר התפעול.

בשנת 1952 הוקמה החברה לחקר התפעול בארצות הברית. חברות לאומיות רבות אחרות הופיעו גם הן.

בשנת 1957 נערך באוניברסיטת אוקספורד הכנס הבינלאומי הראשון למחקר פעולות. עד שנת 1959 הוקמה הפדרציה הבינלאומית לחברות מחקר למבצעים.

בשנת 1967 תיאר Stafford Beer את תחום מדעי הניהול כשימוש עסקי במחקר פעולות.

עם התפתחות המחשבים בשלושת העשורים הבאים, מחקר פעולות יכול כעת לפתור בעיות עם מאות אלפי משתנים ואילוצים.

מה נועד לחקירת מבצעים?

אנשי מחקר בתחום התפעול פותרים בעיות בחיים האמיתיים מדי יום, וחוסכים כסף וזמן. בעיות אלה מגוונות מאוד ונראות כמעט תמיד אינן קשורות זו לזו. עם זאת, מהותו תמיד זהה, קבלת החלטות להשגת מטרה בדרך היעילה ביותר.

המטרה המרכזית של מחקר פעולות היא אופטימיזציה, כלומר ביצוע דברים בצורה הטובה ביותר, בהתאם לנסיבות הנתונות.

לתפיסה כללית זו יישומים רבים, למשל בניתוח נתונים, הקצאת סחורות ומשאבים, בקרה על תהליכי ייצור, ניהול סיכונים, בקרת תנועה וכו '.

פתרונות אופטימליים

מחקרי תפעול מתמקדים בפיתוח מודלים מתמטיים שניתן להשתמש בהם לניתוח ומיטוב מערכות מורכבות. זה הפך לתחום של מחקר אקדמי ותעשייתי. התהליך מחולק לשלושה שלבים.

- מפותחת מערכת של פתרונות אפשריים לבעיה.

- החלופות שמתקבלות מנותחות ומופחתות למערכת קטנה של פתרונות שעלולים להיות קיימא.

- הפתרונות החלופיים המיוצרים עוברים יישום מדומה. במידת האפשר הם נבחנים במצבים בעולם האמיתי.

בעקבות פרדיגמת האופטימיזציה בעת יישום מחקרי מבצעים, מקבל ההחלטות בוחר את משתני המפתח שישפיעו על איכות ההחלטות. איכות זו באה לידי ביטוי באמצעות פונקציה אובייקטיבית למקסום (רווח, מהירות השירות וכו '), או למזער (עלות, הפסד וכו').

בנוסף לפונקציה האובייקטיבית, מערך אילוצים נחשב גם הם, בין אם הם פיזיים, טכניים, כלכליים, סביבתיים וכו '. לאחר מכן, על ידי התאמה שיטתית של ערכי כל משתני ההחלטה, נבחר פיתרון אופטימלי או בר ביצוע.

שימושים נפוצים

ניתוח נתיב ביקורתי

זהו אלגוריתם לתכנת קבוצת פעילויות בפרויקט. הדרך הקריטית נקבעת על ידי זיהוי הנתח הארוך ביותר של פעילויות תלויות ומדידת הזמן הנדרש להשלמתן מההתחלה ועד הסוף.

בעיית הקצאה

זוהי בעיית אופטימיזציה קומבינטורית בסיסית. בבעיה זו ישנם מספר סוכנים ומשימות מרובות. ניתן להקצות כל סוכן לבצע כל משימה.

בהתאם למשימה שהוקצתה לסוכן, נוצרת עלות שיכולה להשתנות. לכן זה נדרש לבצע את כל המשימות, להקצות נכון סוכן לכל משימה ומשימה לכל סוכן, כדי למזער את העלות הכוללת של המשימה.

דגמים

מודל עוזר מאוד להקל על מחקר פעולות, שכן הבעיות מתבטאות באמצעות מודלים המראים את הקשר בין המשתנים.

מכיוון שמדובר בייצוג פשוט של העולם האמיתי, נכללים רק המשתנים הרלוונטיים לבעיה. לדוגמה, דגם של גופים נופלים באופן חופשי אינו מתאר את צבעו או המרקם של הגוף המעורב.

המודלים מייצגים את הקשר בין המשתנים המבוקרים והבלתי מבוקרים לבין ביצועי המערכת. לכן עליהם להיות מסבירים ולא רק לתיאור.

רבות מהפישוטים ששימשו גורמות שגיאה מסוימת בתחזיות הנגזרות מהמודל, אך שגיאה זו קטנה למדי בהשוואה לעוצמת השיפור התפעולי שניתן להשיג מהמודל.

סוגי דגמים

הדגמים הראשונים היו ייצוגים פיזיים, כמו אוניות או מטוסים. בדרך כלל קל לבנות דגמים פיזיים, אך רק עבור עצמים או מערכות פשוטים יחסית, בדרך כלל קשה לשנותם.

השלב הבא אחרי המודל הפיזי הוא הגרף, שקל יותר לבנות ולטפל בו, אך מופשט יותר. מכיוון שהייצוג הגרפי של יותר משלושה משתנים הוא קשה, משתמשים במודלים סימבוליים.

אין הגבלה למספר המשתנים שניתן לכלול במודל סמלי. מודלים אלה קלים יותר לבנייה ולתפעול מאשר דגמים פיזיים.

למרות היתרונות הברורים של דגמים סמלים, ישנם מקרים רבים בהם מודלים פיזיים עדיין מועילים, למשל בבדיקת מבנים ומנגנונים פיזיים. כך גם בדגמים גרפיים.

מודל סמלי

רוב המודלים לחקר הפעולות הם מודלים סימבוליים, מכיוון שסמלים מייצגים טוב יותר את תכונות המערכת.

המודל הסמלי הוא בצורת מטריצה ​​או משוואה. מודלים אלה מספקים פתרונות בצורה כמותית (עלות, משקל וכו '), תלוי בבעיה.

מודלים סימבוליים מופשטים לחלוטין. כשמוגדרים סמלים במודל, ניתנת לו משמעות.

מודלים סימבוליים של מערכות עם תוכן שונה מראים לרוב מבנים דומים. לכן ניתן לסווג את הבעיות המתעוררות במערכות במונחים של מבנים מעטים.

מכיוון שהשיטות להפקת פתרונות מהדגמים תלויים רק במבנה שלהם, ניתן להשתמש בשיטות מעטות כדי לפתור מגוון רחב של בעיות מבחינה קונטקסטואלית.

יישומים

היישומים של מחקר מבצעים הם בשפע, כמו בחברות ייצור, ארגוני שירותים, סניפים צבאיים וממשלות. מגוון הבעיות שתרמתם לפתרונות עצום:

- תזמון חברות תעופה, רכבות או אוטובוסים.

- הקצאת עובדים לפרויקטים.

- פיתוח אסטרטגיות שאומצו על ידי חברות (תורת המשחקים).

- ניהול זרימת המים מהמאגרים.

תכנון פרוייקט

מזוהים תהליכים של פרויקט מורכב המשפיעים על משך הפרויקט הכולל.

תכנון קומות

תכנן את התוכנית לציוד במפעל או ברכיבים שבב מחשב, כדי להפחית את זמן הייצור ולכן להפחית עלויות.

מיטוב רשת

קבע את התצורה של רשתות טלקומוניקציה או מערכות אנרגיה לשמירה על איכות השירות במהלך ההפרעות.

מיקום המתקנים

כדי למזער את עלויות ההובלה, תוך התחשבות בגורמים כמו הימנעות מהצבת חומרים מסוכנים ליד בתים.

ניתוב

היא מבוצעת בסוגים רבים של רשתות, כולל רשתות מנותקות במעגלים, כגון רשת הטלפון הציבורית, ורשתות מחשבים, כגון האינטרנט.

פעילויות מבצעיות בפרויקט

ניהול הזרימה של פעילויות תפעוליות בפרויקט, כתוצאה מגמישות המערכת, באמצעות טכניקות מחקר של פעולות, להפחתת שונות זו ולהקצאת חללים תוך שילוב של הקצאות זמן, מלאי וקיבולת.

ניהול שרשרת הספקה

זוהי ניהול זרימת הרכיבים וחומרי הגלם שמקורם בביקוש לא יציב למוצרים מוגמרים.

תַחְבּוּרָה

ניהול משא של מערכות משלוחים ותחבורה. דוגמאות: משא בין-מודרני או בעיית מוכר הנוסע.

גלובליזציה

גלובליזציה של תהליכים תפעוליים על מנת לנצל עבודה, אדמה, חומרים או תשומות יצרניות יותר חסכוניות יותר.

בעיית הפסקת מלאי

הכוונה לחיתוך של חומר במלאי, כמו גלילי נייר או יריעות מתכת, לחתיכות בגדלים ספציפיים, במטרה למזער את הפסולת החומרית.

דוגמאות

מארז תחנת דלק

ניתוח המכוניות שעצרו בתחנות דלק עירוניות שנמצאות בצומת שני רחובות העלה כי כמעט כולן הגיעו רק מארבעה מתוך 16 המסלולים האפשריים בצומת (ארבע דרכי כניסה, ארבע דרכים ליציאה).

בבחינת אחוז המכוניות שעצרו בשירות בכל מסלול, נצפתה שאחוז זה קשור לכמות הזמן שאבדה בעת העצירה.

עם זאת, קשר זה לא היה ליניארי. כלומר, הגידול באחד לא היה פרופורציונאלי לגידול אצל האחר.

ואז התגלה כי הזמן האבוד הנתפס עלה על הזמן האבוד בפועל. הקשר בין אחוז המכוניות העצורות לזמן האבוד הנתפס היה ליניארי.

לפיכך נבנה דגם שקושר למספר המכוניות שעצרו בתחנות שירות עם כמות התנועה בכל מסלול הצומת, מה שהשפיע על הזמן הדרוש לקבלת שירות.

בעיית הקצאה

זה מורכב מהקצאת עובדים למשימות, משאיות למסלולי משלוח או שיעורים לכיתות. בעיית תחבורה טיפוסית כרוכה בהקצאת קרונות רכבת ריקים במקום בו הם נדרשים.

הוא משמש גם לקביעת אילו מכונות יש להשתמש בכדי לייצר מוצר מסוים, או איזה סט של מוצרים צריך להיות מיוצר במפעל במהלך תקופה מסוימת.

תכנות לינארי

טכניקה זו משמשת באופן שגרתי לבעיות כמו ערבוב נפט וכימיקלים בבתי הזיקוק, בחירת ספקים עבור תאגידי ייצור גדולים, קביעת מסלולי שילוח ולוחות זמנים, וניהול ותחזוקה של ציי משאיות.

תורת החיפוש הבייסית

נתונים סטטיסטיים של בייס מיושמים כדי לחפש פריטים שאבדו. הוא שימש מספר פעמים למציאת כלי שיט אבודים:

הוא מילא תפקיד מפתח בשחזור רשומות הטיסה באסון טיסה 447 של אייר פרנס 2009.

זה שימש גם לניסיונות לאתר את ההריסות של טיסה 370 של מלזיה איירליינס.

בקרת מלאי

בעיות מלאי מתעוררות, למשל, בקביעת כמויות הטובין שיש לרכוש או לייצר, כמה אנשים יש לשכור או להתאמן, כמה גדול צריך להיות מתקן ייצור חדש או חנות קמעונאית.

הפניות

1. יעד טכני (2019). מחקר תפעול (OR). לקוח מ: whatis.techtarget.com.
2. ויקיפדיה, האינציקלופדיה החופשית (2019). מחקרי תפעול. נלקח מ: en.wikipedia.org.
3. וולפרם Mathworld (2019). מחקר תפעול. נלקח מ: mathworld.wolfram.com.
4. מוחמד לילה (2018). התמונה הגדולה של חקר התפעול. לקראת מדעי נתונים. נלקח מ: directiondatascience.com.
5. סינחוג'ה (2019). מחקר תפעול: היסטוריה, מתודולוגיה ויישומים. רעיונות לניהול עסקים. נלקח מ: businessmanagementideas.com.
6. אנציקלופדיה בריטניקה (2019). מחקרי תפעול. נלקח מ: britannica.com.
7. מדע הטוב יותר (2019). מה נחקר מחקר תפעול מ: scienceofbetter.org.