Entwicklung des Operations Research

Entwicklung des Operations Research

Operations Research (OR) ist ein interdisziplinäres Gebiet, das wissenschaftliche Methoden zur Analyse und Optimierung komplexer Systeme zur Entscheidungsfindung anwendet. Seine Entstehung und Entwicklung sind eng mit der Notwendigkeit verbunden, strategische und taktische Aufgaben unter Bedingungen begrenzter Ressourcen zu lösen, und es hat sich von den frühen Anwendungen wissenschaftlicher Methoden im Management zu einer modernen Wissenschaft entwickelt, die mit Computertechnik und Datenanalyse integriert ist.

Voraussetzungen und frühe Arbeiten (vor dem Zweiten Weltkrieg)

Obwohl die formale Etablierung des OR erst später erfolgte, reichen seine Wurzeln bis in die frühen Versuche zurück, wissenschaftliche Analysen auf Organisations- und Managementprobleme anzuwenden.

• Wissenschaftliche Betriebsführung: Ende des 19. und Anfang des 20. Jahrhunderts legte Frederick W. Taylor (ab 1885) die Grundlagen für die wissenschaftliche Analyse von Produktionsmethoden. Henry L. Gantt entwickelte Methoden zur Planung und Steuerung von Arbeitsabläufen (siehe Gantt-Diagramm), die es ermöglichten, Verzögerungen zu minimieren und die Auslastung von Anlagen zu optimieren.
• Warteschlangentheorie: 1917 veröffentlichte der dänische Mathematiker A. K. Erlang eine Arbeit über den Telefonverkehr und Wartezeiten während Spitzenlastzeiten und legte damit den Grundstein für die Warteschlangentheorie. Seine Methoden wurden von der britischen Post übernommen, um Kapazitäten zu berechnen.
• Bestandsmanagement: Das Modell der optimalen Bestellmenge (Economic Order Quantity, EOQ), das zu einem Klassiker im Bestandsmanagement wurde, wird F. W. Harris zugeschrieben, der seine Arbeit 1915 veröffentlichte.
• Marketinganalyse: In den 1930er Jahren wandte der amerikanische Astronom H. C. Levinson wissenschaftliche Analysen auf Handelsprobleme an, indem er Kaufgewohnheiten, Reaktionen auf Werbung und den Einfluss des Umfelds auf den Umsatz untersuchte.
• Industrielle Revolution: Das Wachstum der industriellen Maßstäbe, der Ersatz manueller Arbeit durch Maschinen und die zunehmende Komplexität der Managementfunktionen (Planung, Beschaffung, Produktion, Vertrieb) führten zu einer Arbeitsteilung im Management und schufen den Bedarf an der Optimierung komplexer Systeme.

Entstehung der Disziplin: Der Zweite Weltkrieg

Die formale Geburtsstunde des OR als wissenschaftliche Disziplin schlug in Großbritannien während des Zweiten Weltkriegs. Die Militärführung zog Wissenschaftler hinzu, um strategische und taktische Probleme der Luft- und Bodenverteidigung zu untersuchen.

Eine Schlüsselrolle spielte eine Gruppe unter der Leitung von Professor Patrick Blackett von der Universität Manchester, bekannt als «Blackett's Circus». Dieses interdisziplinäre Team umfasste Physiologen, mathematische Physiker, einen Astrophysiker, einen Armeeoffizier, einen Vermessungsingenieur, einen Physiker und Mathematiker. Ihr Ziel war es, die effizienteste Verteilung der begrenzten militärischen Ressourcen zu finden.

Zu den frühen Anwendungen des OR gehörten:

• Der effiziente Einsatz des neuen Radars.
• Die Zuweisung von Flugzeugen der britischen Royal Air Force zu Kampfeinsätzen.
• Die Bestimmung optimaler Suchmuster für U-Boote.

Der Name «Operations Research» (oder «Operational Research») entstand, weil sich die Teams mit der Untersuchung militärischer Operationen befassten. Der Erfolg dieser Arbeiten führte zur Bildung ähnlicher Gruppen in anderen britischen Streitkräften und zur Verbreitung der Methodik bei den Alliierten — den USA, Kanada und Frankreich. Obwohl das OR in England entstand, übernahmen die USA bald die Führung. Amerikanische OR-Teams trugen zur Entwicklung von Strategien für die Minenkriegsführung, neuen Flugmustern und der Planung des Einsatzes von Seeminen bei.

Nachkriegsentwicklung und Institutionalisierung

Der Erfolg des Operations Research in militärischen Anwendungen erregte die Aufmerksamkeit von Industriemanagern, die nach Lösungen für ihre Probleme suchten. Die Entwicklungswege des OR in Großbritannien und den USA unterschieden sich jedoch.

• In Großbritannien: Die kritische wirtschaftliche Lage erforderte eine drastische Steigerung der Produktionseffizienz. Die Verstaatlichung von Schlüsselindustrien erweiterte das Anwendungsfeld für OR, das sich schnell vom militärischen Bereich auf die staatliche, industrielle und sozioökonomische Planung ausweitete.
• In den USA: Die militärische Anwendung von OR wuchs unter dem Einfluss der Erfolge in Großbritannien weiter. Der Industriesektor führte OR jedoch langsamer ein, da viele OR-Spezialisten im Militärdienst blieben und die Industriellen in Friedenszeiten nicht immer die Notwendigkeit neuer Methoden sahen. OR entwickelte sich in den USA unter verschiedenen Namen: Operational Analysis (Betriebsanalyse), Operations Evaluation (Betriebsbewertung), Systems Analysis (Systemanalyse), System Evaluation (Systembewertung), System Research (Systemforschung) und Management Science (Managementwissenschaft).

Schlüsselfaktoren für den weiteren Fortschritt waren:

• Automatisierung und Computer: Die zweite industrielle Revolution, die um die 1940er Jahre mit dem kommerziellen Aufkommen elektronischer Computer begann, verschaffte dem OR das notwendige Rechenwerkzeug. Ohne Computer wäre die Lösung komplexer OR-Aufgaben unmöglich gewesen.
• Akademische Anerkennung: 1950 wurde OR als Studienfach an amerikanischen Universitäten eingeführt und gewann an Bedeutung für Studierende der Mathematik, Statistik, des Handels, der Wirtschaft, des Managements und der Ingenieurwissenschaften.
• Fachgesellschaften: Zur Koordination der Bemühungen und zur Entwicklung der Disziplin wurden gegründet:
  • Operations Research Society of America (ORSA) im Jahr 1950
  • The Institute of Management Sciences (IMS) im Jahr 1953
• Fachzeitschriften: Es entstanden Publikationen wie Operations Research, Opsearch, Operational Research Quarterly, Management Science, Transportation Science und Mathematics of Operations Research.

Entwicklung von Schlüsselmethoden und -konzepten

In der Nachkriegszeit wurden viele grundlegende Methoden des Operations Research entwickelt und verfeinert:

• Lineare Programmierung: Das Simplex-Verfahren, entwickelt von George Dantzig im Jahr 1947.
• Warteschlangentheorie: Weiterentwicklung der Methoden von Erlang.
• Spieltheorie: Analyse strategischer Interaktionen.
• Bestandsmanagement: Modelle, die die Ideen von Harris weiterentwickelten.
• Simulationsmodellierung: Analyse komplexer Systeme mithilfe von Computern.
• Netzplantechnik: CPM und PERT.

Einen wichtigen Einfluss auf die Methodik des Operations Research hatte der Systemansatz, der von Russell Ackoff und anderen Wissenschaftlern aktiv gefördert wurde.

Siehe auch

• Systemanalyse
• Optimierung
• Mathematische Modellierung
• Entscheidungstheorie
• Lineare Programmierung
• Simulationsmodellierung

Literatur

• Wentzel, E. S. Operations Research: Aufgaben, Prinzipien, Methodologie. Moskau: Nauka, 1988.
• Ackoff, R., Sasieni, M. Grundlagen des Operations Research. Moskau: Mir, 1971.
• Hillier, F. S., Lieberman, G. J. Introduction to Operations Research. 11. Aufl. McGraw-Hill Education, 2021.
• Taha, H. A. Operations Research: An Introduction. 10. Aufl. Pearson, 2017.
• Operations Research. Encyclopedia Britannica. [1]