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作業(yè)研究

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1.作業(yè)研究的起源

作業(yè)研究作為科學(xué)名字是出現(xiàn)于二十世紀(jì)30年代末期。當(dāng)時英、美對付德國的空襲,以雷達(dá)作為防空系統(tǒng)的一部分,從技術(shù)上是可行的,但實際運用上卻并不好用。為此一些科學(xué)家研究如何合理運用雷達(dá)開始進(jìn)行一類新問題的研究。因為它與研究技術(shù)問題不同,就稱之為"作業(yè)研究"(Operational Research, OR)。

作業(yè)研究系起源于第二次世界大戰(zhàn)(1941-1945)的一種科學(xué)計量管理技術(shù)。最早投入作業(yè)研究領(lǐng)域工作的第一個作業(yè)研究小組,于1940年由獲得諾貝爾獎的美國物理學(xué)家勃拉凱特博士(Dr. P. M. S. Blackett)所組成,包括具有各種不同專長的十一名專家,對于英軍的作戰(zhàn)成果貢獻(xiàn)卓著。

1942年美國軍方乃先后成立類似作業(yè)研究小組,其工作成果亦非常輝煌,使世人對于作業(yè)研究有了深刻的認(rèn)識與了解。第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束,百廢待興,英美工商企業(yè)界于是引用作業(yè)研究技術(shù)于各行各業(yè)的復(fù)建工作,并且積極培養(yǎng)作業(yè)研究人才,廣泛應(yīng)用于: ----計劃、生產(chǎn)、存貨、市場、財務(wù)、人力等方面,使有限的資源做最佳的調(diào)配,并提高效率、降低成本、與減少風(fēng)險。

1950年代許多先進(jìn)國家已在大學(xué)講授作業(yè)研究課程,到了1960年代其發(fā)展更臻完善,許多大學(xué)專為它設(shè)立學(xué)系或研究所、Program等并授與學(xué)位,如著名的Harvard, Michigan, Stanford, Berkley, Wisconsin, Purdue等名校。許多理、工、商科系并將作業(yè)研究列為必修、必選或選修課程。目前,現(xiàn)代化的大型企業(yè)大多雇有作業(yè)研究人員,從事各項業(yè)務(wù)之決策分析工作。

數(shù)學(xué)規(guī)劃、線性規(guī)劃、非線性規(guī)劃、整數(shù)規(guī)劃、目標(biāo)規(guī)劃、動態(tài)規(guī)劃、隨機(jī)規(guī)劃等、圖論與網(wǎng)絡(luò)、等候理論(隨機(jī)服務(wù)系統(tǒng)理論,大陸稱排隊理論)、存貨模型、對策論、決策理論、維修更新理論、搜索論、可靠性和質(zhì)量管理等。

等候理論的先驅(qū)者丹麥工程師愛爾朗(Erlang)1917年在哥本哈根電話公司研究電話通訊系統(tǒng)時,提出等候理論的一些著名公式。

存貨模型的經(jīng)濟(jì)訂購量(Economic Order Quantity, EOQ,或稱經(jīng)濟(jì)請購量)公式是在二十紀(jì)20年代初期提出的。

在商業(yè)方面列溫遜在二十紀(jì)30年代已用作業(yè)研究思想原理分析商業(yè)廣告、顧客心理。

線性規(guī)劃是由丹捷格(G. B. Dantzig)在1947年發(fā)表的成果。所解決的問題是美國空軍軍事規(guī)劃時提出的,并提出了求解線性規(guī)劃問題的"簡捷法"(Simplex Method)。而早在1939年蘇聯(lián)的學(xué)者康托洛維奇(JI. B. KAHTOPOBHN)在解決工業(yè)生產(chǎn)組織和計劃問題時,已提出了類似線性規(guī)劃的模型,并寫出了『解乘數(shù)法』的求解方法。由于當(dāng)時并未受到上級領(lǐng)導(dǎo)的重視,直到1960年康托洛維奇再次發(fā)表了《最佳資源利用的經(jīng)濟(jì)計算》一書后,才受到國內(nèi)外的一致重視,為此康托洛維奇得到了諾貝爾獎。值得一提的是丹捷格認(rèn)為線性規(guī)劃模型的提出是受到了列昂節(jié)夫的投入產(chǎn)出模型(1932年)的影響。關(guān)于線性規(guī)劃的理論是受到了馮•紐曼(Von Neumann)的幫助。馮·紐曼和摩根斯坦(O. Morgenstern)合著的《對策論與經(jīng)濟(jì)行為》(1944年)是對策論的奠基之作,同時該書已隱約地指出了對策論與線性規(guī)劃對偶理論的緊密聯(lián)系。線性規(guī)劃提出后很快地受到經(jīng)濟(jì)學(xué)家的重視,如在第二次世界大戰(zhàn)中從事運輸模型研究的美國經(jīng)濟(jì)學(xué)家?guī)炱章?T. C. Koopmans),他很快看到了線性規(guī)劃在經(jīng)濟(jì)中應(yīng)用的意義,并呼吁年輕的經(jīng)濟(jì)學(xué)家要關(guān)注線性規(guī)劃。其中阿羅、薩繆爾森、西蒙、多夫曼和胡爾威次等都獲得了諾貝爾獎的最高榮譽(yù)與成就,并在作業(yè)研究某些領(lǐng)域中發(fā)揮其重要成效。

2.作業(yè)研究的定義

作業(yè)研究(Operations Research, OR)從字面上看,是「對眾多的作業(yè)從事研究」,而一些著名的專家學(xué)者則給予不同的解釋與定義,綜合專家學(xué)者的意見,可簡述作業(yè)研究為:

"應(yīng)用科學(xué)的方法、技巧與工具,對從事研究的系統(tǒng)求出代表之?dāng)?shù)學(xué)模式或他種模式,以研究該系統(tǒng)中之各項活動及評估所擬議之各種行動途徑,求出作決策時應(yīng)采取之最有利答案。"

英國作業(yè)研究學(xué)會(Operational Research Society)把作業(yè)研究(OR)定義如下:

"作業(yè)研究是指應(yīng)用科學(xué)方法,處理工業(yè)、商業(yè)、政府、國防中因指揮和管理一大群人、機(jī)器、原料和資金而產(chǎn)生的復(fù)雜問題。這種獨特的方法要發(fā)展這些系統(tǒng)的科學(xué)模式、衡量機(jī)率和風(fēng)險等因素,用它們來預(yù)測和比較各種不同的決策、策略或控制的結(jié)果。其目的是協(xié)助管理階層以科學(xué)方法來決定政策和行動。"

最早成立作業(yè)研究學(xué)會的國家是英國(1948年),接著是美國(1952年)、法國(1956 年)、日本和印度(1957年)等。到1986年為止,國際上已有38個國家和地區(qū)建立了作業(yè)研究學(xué)會或類似的組織。在1959年英、美、法三國的作業(yè)研究學(xué)會發(fā)起成立了國際作業(yè)研究學(xué)聯(lián)合會(IFORS),以后各國的作業(yè)研究會紛紛加入。此外,還有一些地區(qū)性組織、如歐洲作業(yè)研究協(xié)會(EURO)成立于 1976年,亞太作業(yè)研究協(xié)會(APORS)成立于1985年。

3.作業(yè)研究的方法與技巧

主要的作業(yè)研究的方法與技巧如下所述:

(一)決策理論

就某種意義來說,所有的作業(yè)研究其實多跟決策有關(guān)。它涉及決策規(guī)則、評估各種可能的決策、決策最佳化、預(yù)測決策的結(jié)果、協(xié)助應(yīng)付不明確性和風(fēng)險性,并厘清復(fù)雜的情況(決策往往是在這種情況中進(jìn)行),讓管理階層可以迅速運用個人的判斷,找出在所處環(huán)境中最好的行動方案。

四種基本決策法則:

1.樂觀(最大值極大化法則):

選擇可能會產(chǎn)生最佳結(jié)果的方案。

2.悲觀(最小值極大化法則、收入法則或成本最大值極大化法則):

在各種可能出現(xiàn)的最低結(jié)果中選取最高值的方案。

3.機(jī)會成本(遺憾法則):

選擇某一方案而放棄其它方案時,失去了什么機(jī)會? 如果我們采用了某一種特別的方案,事后卻發(fā)現(xiàn)另一個決策方案才是某一特定環(huán)境中最好的選擇,那么我們會有多大的遺憾?

4.期望值

估計某一特殊狀況發(fā)生的機(jī)率,從而根據(jù)估計值來選擇方案。

(二)決策理論下所分的決策技巧有:

手段-目的分析

庫克(Steve Cooke)和史雷克(Nigel Slack)所述的手段-目的分析,是要澄清一序列的目標(biāo),進(jìn)而找出一連串的決策點。此一觀念是依據(jù)一項事實,亦即對某個決策者的目標(biāo),對另外一個階層較高的決策者來說,卻是達(dá)成較高目標(biāo)的手段。換句話說,某個人的手段是另一個人的目的。

手段-目的分析是以畫出手段-目的鏈來進(jìn)行。

手段-目的鏈

(三)決策矩陣

決策矩陣,如庫克(Steve Cooke)和史雷克(Nigel Slack)所述,是一種在不確定環(huán)境中把相當(dāng)直接的決策模式化的方法。這種決策環(huán)境中,決策者對于各種選擇方案一目了然。與決策者有關(guān)的因素或「自然狀態(tài)」、每一方案與每一因素組合后的可能結(jié)果,要列成矩陣表示。

決策樹的計算方法:

  • 主觀機(jī)率
  • 貝氏分析

貝氏統(tǒng)計分析是要在各種備選方案未知或者以前從來沒有嘗試過,以致沒有正常統(tǒng)計機(jī)率的情況下,把主觀的預(yù)測轉(zhuǎn)化成數(shù)學(xué)機(jī)率曲線。貝氏統(tǒng)計把某一情境的最佳評估值當(dāng)做是信以為真的機(jī)率。一旦有新的數(shù)據(jù)出現(xiàn)之后,機(jī)率可以修正。貝氏分析的最后結(jié)果,取決于指定的事前機(jī)率(prior probabilities)。貝氏統(tǒng)計的準(zhǔn)確性雖值得懷疑,但它的確提供了一個有用的機(jī)率修正邏輯結(jié)構(gòu),把有關(guān)假設(shè)所知的更多事物建入決策中。

決策理論從單一目標(biāo)發(fā)展到多目標(biāo),是在理論與實務(wù)上的一個跳躍。用多目標(biāo)規(guī)劃方法來處理決策問題,更能滿足實務(wù)上的需求。

4.作業(yè)研究的應(yīng)用重點

前面介紹作業(yè)研究的起源時,已提到了作業(yè)研究在早期的應(yīng)用,主要是在軍事領(lǐng)域,第二次世界大戰(zhàn)后作業(yè)研究的應(yīng)用轉(zhuǎn)向民間,以下僅對某些重要領(lǐng)域的應(yīng)用提供同學(xué)們參考:

1.市場銷售:在廣告預(yù)算和媒體的選擇、競爭性定價、新產(chǎn)品開發(fā)、銷售計劃的制定等方面。如美國杜邦公司在五十年代起就非常重視將作業(yè)研究用于研究如合做好廣告工作、產(chǎn)品定價和新產(chǎn)品的引入。通用電力公司對某些市場進(jìn)行模擬研究。

2.生產(chǎn)計劃:在總體計劃方面主要是從總體確定生產(chǎn)、儲存和勞動力的配合等計劃以適應(yīng)變動的需求計劃,主要用線性規(guī)劃和仿真方法等。此外,還可用于生產(chǎn)作業(yè)計劃、日程表的編排等。還有在合理下料、配料問題、物料管理等方面的應(yīng)用。

3.庫存管理:存貨模型將庫存理論與計算器的物料管理信息系統(tǒng)相結(jié)合,主要應(yīng)用于多種物料庫存量的管理,確定某些設(shè)備的能力或容量,如工廠的庫存、停車廠的大小、新增發(fā)電設(shè)備容量大小、計算機(jī)的主存儲器容量、合理的水庫容量等。

4.運輸問題:這里涉及空運、水運、公路運輸鐵路運輸、捷運、管道運輸和廠內(nèi)運輸等。包括班次調(diào)度計劃及人員服務(wù)時間安排等問題。

5.財政會計:這里涉及預(yù)算、貸款、成本分析、定價、投資、證券管理、現(xiàn)金管理等。用得較多的方法是:統(tǒng)計分析、數(shù)學(xué)規(guī)劃、決策分析。此外,還有盈虧點分析法、價值分析法等。

6.人事管理:這里涉及六方面。(1)人員的獲得和需求估計;(2)人才的開發(fā),即進(jìn)行教育和訓(xùn)練;(3)人員的分配,主要是各種指派問題;(4)各類人員的合理利用問題;(5)人才的評價,其中有如何測定一個人對組織、社會的貢獻(xiàn);(6)薪資和津貼的確定等。

7.設(shè)備維修、更新和可靠度、項目選擇和評價:如電力系統(tǒng)的可靠度分析、核能電廠的可靠度以及風(fēng)險評估等。

8.工程的最佳化設(shè)計:在土木、建筑、水利、信息、電子、電機(jī)、光學(xué)、機(jī)械、環(huán)境和化工等領(lǐng)域皆有作業(yè)研究的應(yīng)用。

9.計算器和訊息系統(tǒng):可將作業(yè)研究應(yīng)用于計算機(jī)的主存儲器配置,研究等候理論在不同排隊規(guī)則對磁盤、磁鼓和光盤工作性能的影響。有人利用整數(shù)規(guī)劃尋找滿足一組需求檔案的尋找次序,利用圖論、數(shù)學(xué)規(guī)劃等方法研究計算器訊息系統(tǒng)的自動設(shè)計。

10.城市管理:包括各種緊急服務(wù)救難系統(tǒng)的設(shè)計和運用。如消防隊救火站、救護(hù)車、警車等分布點的設(shè)立。美國曾用等候理論方法來確定紐約市緊急電話站的值班人數(shù)。加拿大亦曾研究一城市警車的配置和負(fù)則范圍,事故發(fā)生后警車應(yīng)走的路線等。此外,諸如城市垃圾的清掃、搬運和處理;城市供水和污水處理系統(tǒng)的規(guī)劃......等等。

5.作業(yè)研究的應(yīng)用效益

1.有能力以定量方法處理不確定的狀況,遵守羅素(Bertrand Russell)的金言:

"我們沒辦法百分之百肯定地預(yù)測未來,但同樣的,我們對未來也并非完全不能肯定。"

2.在復(fù)雜的情境中使用客觀的方法,厘清什么信息具有相關(guān)性、那些由過去經(jīng)驗所得的信息與目前探討的情境有因果關(guān)系。

3.能夠根據(jù)所分析的信息,說明各種行動方案的可能結(jié)果。亦即回答: "如果......怎么樣?(What if......)"的問題。

4.協(xié)助經(jīng)理人了解影響決策的許多相關(guān)因素。

5.有各種邏輯方法,處理復(fù)雜情境中的決策。

6.能夠在計算機(jī)協(xié)助下,處理龐大的數(shù)據(jù)。

6.作業(yè)研究的未來展望

美國前作業(yè)研究學(xué)會主席邦特(S. Bonder)認(rèn)為,作業(yè)研究應(yīng)在三個領(lǐng)域發(fā)展:作業(yè)研究應(yīng)用、作業(yè)研究科學(xué)和作業(yè)研究數(shù)學(xué)。并強(qiáng)調(diào)發(fā)展前兩者,從整體來講應(yīng)協(xié)調(diào)發(fā)展,才能解決經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、社會、心理、生態(tài)和政治等綜合因素交叉在一起的復(fù)雜系統(tǒng)。也就是要從作業(yè)研究到系統(tǒng)分析,并與未來學(xué)緊密結(jié)合以解決人類所面臨的困境。解決問題的過程是決策者和分析者發(fā)揮其創(chuàng)造性的過程,這也就是進(jìn)入七十年代以來人們愈來愈對人機(jī)對話的算法感性趣的原因。在八十年代一些重要的與作業(yè)研究有關(guān)的國際會議中,大多數(shù)人認(rèn)為決策支持系統(tǒng)(Decision Support System, DSS)是使作業(yè)研究發(fā)展的一個好機(jī)會??傊鳂I(yè)研究仍在不斷的發(fā)展,新的思想、觀點和方法層出不窮地涌現(xiàn),換句話說,作業(yè)研究既然是用來解決人類實際發(fā)生的問題,大多數(shù)的問題有其易變性,問題不會就此終結(jié),以不變應(yīng)萬變這不就是師法宇宙自然的法則嗎?

因此,作業(yè)研究還有其無限的發(fā)展空間與生機(jī),你有興趣嗎?那就得看你的智慧能否掌握了。

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