Taken van operationeel onderzoek

Taken van operationeel onderzoek (OO) — dit zijn klassen van typische problemen op het gebied van optimalisatie, planning, beheer en besluitvorming in complexe systemen, waarvoor kwantitatieve methoden en modellen van operationeel onderzoek worden ontwikkeld en toegepast. Deze taken doen zich voor in uiteenlopende gebieden van de praktijk, zoals productie, logistiek, financiën, projectmanagement, gezondheidszorg en defensie.

Het hoofddoel van het oplossen van OO-taken — het vinden van de beste (optimale) of voldoende goede (rationele) handelwijze om de gestelde doelen te bereiken met de beschikbare middelen en beperkingen.

Kenmerkende eigenschappen van OO-taken

Taken die worden opgelost met methoden van operationeel onderzoek worden vaak gekenmerkt door: De aanwezigheid van een duidelijk omschreven doel (of meerdere doelen) dat geoptimaliseerd moet worden (gemaximaliseerd of geminimaliseerd). De noodzaak om beperkte middelen (tijd, geld, materialen, apparatuur, personeel) te verdelen of te benutten. Het bestaan van meerdere alternatieve handelwijzen of strategieën. De aanwezigheid van beperkingen waaraan voldaan moet worden. De mogelijke aanwezigheid van onzekerheids- of risicofactoren. De complexiteit van het systeem, die formele modellering voor analyse vereist.

Classificatie van typische taken van operationeel onderzoek

Er bestaan vele typen taken die traditioneel tot het gebied van operationeel onderzoek worden gerekend. Hieronder worden enkele van de meest voorkomende klassen opgesomd:

• Taken voor de verdeling van middelen: Het bepalen van de beste manier om beperkte middelen te verdelen over verschillende activiteiten of gebruikers, teneinde het totale voordeel te maximaliseren of de kosten te minimaliseren. Vaak geformuleerd als taken van lineaire of niet-lineaire programmering. Een voorbeeld is het dieetprobleem of de taak van productieplanning.
• Transporttaken: Het bepalen van een optimaal transportplan voor een homogeen product van verzendpunten (bronnen) naar bestemmingspunten (afnemers) met minimale totale transportkosten. Dit zijn bijzondere gevallen van lineaire programmeringstaken.
• Toewijzingstaken: Het toewijzen van uitvoerders (bijvoorbeeld werknemers, machines) aan taken (werkzaamheden, bewerkingen) zodanig dat de totale kosten minimaal zijn of de totale efficiëntie maximaal is, onder de voorwaarde dat elke uitvoerder slechts aan één taak wordt toegewezen en elke taak slechts door één uitvoerder wordt uitgevoerd. Eveneens een bijzonder geval van lineaire programmeringstaken.
• Voorraadbeheer-taken: Het bepalen van een optimale strategie voor voorraadbeheer (bijvoorbeeld van grondstoffen of eindproducten): wanneer en in welke hoeveelheid voorraden moeten worden aangevuld, om de totale kosten voor opslag, bestelling en tekort te minimaliseren, terwijl aan de vraag wordt voldaan.
• Taken voor massa-bediening: (Wachtrijtheorie) Het analyseren en optimaliseren van systemen waarbij wachtrijen ontstaan (bijvoorbeeld callcenters, banken, verkeersknooppunten). Het doel is de optimale kenmerken van het systeem te bepalen (bijvoorbeeld het aantal bedieningskanalen, de wachtrijdiscipline) om de wachttijd en de bedieningskosten te minimaliseren.
• Taken voor vervanging van apparatuur: (Betrouwbaarheids- en vervangingstheorie) Het bepalen van het optimale tijdstip voor reparatie of vervanging van apparatuur die in de loop van de tijd slijt of veroudert, met als doel de totale kosten voor exploitatie, reparatie en vervanging te minimaliseren.
• Taken voor netwerkplanning en -beheer: Het plannen, coördineren en bewaken van de uitvoering van complexe gehelen van onderling samenhangende werkzaamheden (projecten). Methoden zoals de Critical Path Method (CPM) en PERT worden gebruikt om de minimale uitvoeringstijd van een project te bepalen, kritieke werkzaamheden te identificeren en het gebruik van middelen te optimaliseren.
• Routeringstaken: Het vinden van optimale routes voor voertuigen of stromen (bijvoorbeeld het handelsreizigersprobleem, het voertuigrouteringsprobleem) met als doel de afstand, tijd of kosten te minimaliseren.
• Taken uit de speltheorie: Het analyseren van conflictsituaties waarbij twee of meer partijen met uiteenlopende belangen betrokken zijn. Het doel is de optimale gedragsstrategieën voor elke deelnemer te bepalen, rekening houdend met de mogelijke acties van de tegenstanders.
• Taken voor meercriteria-optimalisatie: Het zoeken naar oplossingen die vanuit het oogpunt van meerdere, vaak tegenstrijdige, effectiviteitscriteria tegelijkertijd het best zijn. In plaats van één optimale oplossing zoekt men vaak naar compromis- of Pareto-optimale oplossingen.

Formulering en oplossing

Het oplossen van OO-taken omvat doorgaans de volgende stappen:

• Probleemformulering: een duidelijke beschrijving van de situatie, doelen, variabelen en beperkingen.
• Modelopbouw: het creëren van een wiskundig of simulatiemodel dat de essentie van de taak weerspiegelt.
• Dataverzameling: het verkrijgen van numerieke waarden voor de parameters van het model. Oplossing van het model: het toepassen van de betreffende OO-methoden (lineaire programmering, dynamische programmering, wachtrijtheorie, simulatie, enz.) om een optimale of aanvaardbare oplossing te vinden.
• Verificatie en analyse van de oplossing: beoordeling van de adequaatheid van het model en de robuustheid van de oplossing (gevoeligheidsanalyse).
• Implementatie: het toepassen van de gevonden oplossing in de praktijk.

Literatuur

• Ventzel, E. S. Operationeel onderzoek: taken, principes, methodologie. — Moskou: Nauka, 1988.
• Ackoff, R., Sasieni, M. Grondbeginselen van operationeel onderzoek. — Moskou: Mir, 1971.
• Taha, Hamdy A. Operations Research: An Introduction. — Pearson. (10th ed., 2017)
• Hillier, Frederick S.; Lieberman, Gerald J. Introduction to Operations Research. — McGraw-Hill Education. (11th ed., 2021)

Zie ook

• Operationeel onderzoek
• Modellen van operationeel onderzoek
• Optimalisatie
• Wiskundig model
• Lineaire programmering
• Beslissingstheorie