Лекция 4. Методы исследования операций как инструменты обоснования логистических решений

Исследование операций – это составная часть методологии синтеза, анализа и оптимизации логистических систем. Исследование операций заключается в применении математических методов для обоснования решений задач во всех областях целенаправленной человеческой деятельности. Методы и модели исследования операций позволяют получить решения, наилучшим образом отвечающие целям организации.

Основной постулат исследования операций состоит в том, что оптимальным решением (управлением) является такой набор значений переменных, при котором достигается оптимальное (максимальное или минимальное) значение критерия эффективности (целевой функции) операции и соблюдаются заданные ограничения. Предметом исследования операций в логистике являются задачи принятия оптимальных решений в логистической системе с управлением на основе оценки эффективности ее функционирования. При этом следует учитывать следующие обстоятельства.

При анализе причин и условий возникновения идеи образования логистических систем и цепей в сервисе за отправной пункт целесообразно принять теорию издержек, связанных с заключением сделок.

Например, согласно этой теории, для фирмы, оказывающей экскурсионные услуги, стратегия найма экскурсионных автобусов будет более выгодной, чем ориентация на создание собственного парка автотранспортных средств. Это может быть обусловлено тем, что внутрифирменные издержки на их приобретение, эксплуатацию, обслуживание и хранение больше, чем издержки внешнего поставщика.

Если бы не существовало дополнительных издержек, связанных со сделками по поводу внешних поставок услуг, сервисным организациям не приходилось бы сосредоточивать все этапы оказания комплексной услуги (например, автобусной экскурсии) под одной крышей. Экскурсионные фирмы могли бы воспользоваться преимуществами логистической интеграции (с транспортными предприятиями, переводчиками, организациями питания) и проявлять большую гибкость в случае необходимости смены поставщиков. Когда же издержки, связанные со сделками, высоки, фирмы предпочитают интегрировать все виды деятельности, которые можно было бы в других условиях передать субподрядчикам.

Таким образом, можно исходить из того, что одной из главных задач логистической системы сервисной организации является снижение конечных издержек по производству продукции и услуг (независимо от того, выполняются ли все операции по оказанию услуг внутри фирмы или за ее пределами).

При внутрифирменном оказании комплексной услуги (например, экскурсия, включающая посещение исторических памятников архитектуры, услуги переводчика, транспортные услуги или др.) возникают внутренние издержки (А). В ситуации, когда некоторые составные части комплексной услуги выполняются сторонними организациями, образуются внешние издержки (В). Объективно это цена, назначаемая за составные части комплексной услуги сторонней организацией. К этой сумме необходимо прибавить издержки, связанные с реализацией сделки (С). В результате, совокупные внешние издержки для фирмы составят В + С. Допустим, что они будут больше цены, назначаемой сторонними организациями. Вполне понятно, что рассматриваемые услуги выгоднее оказывать самой фирме фирмы, если В+ С>А.

Внутреннее производство услуг (или осуществление транспортных перевозок собственными силами, организация собственной системы погрузочно-разгрузочных операций и складирования товаров в торговой организации) может оказаться более выгодным даже тогда, когда В < А. При этом следует иметь ввиду что величина С зависит от ряда факторов — уникальности товаров, размера партий или объема транспортных работ, по которым заключаются сделки и т. д.).

Если предположить, что выполнением некоторых мероприятий могут быть снижены затраты С настолько, что В + С<А, то отпадает необходимость внутрифирменного оказания комплексной услуги. Благодаря этому сервисная организация может стать более эффективной, чем ее конкуренты. В этом заключается основа экономической эффективности логистического межфирменного соглашения. Сервисная организация, становясь центром логистической цепи, значительно снижает свои издержки благодаря экономии, обеспечиваемой сотрудничеством с другими предприятиями (организациями, фирмами).

Типовыми задачами исследования операций в сервисной деятельности являются:

задачи распределения ресурсов;

задачи управления запасами;

задачи сетевого планирования сложных проектов;

задачи выбора маршрута;

задачи массового обслуживания;

задачи упорядочения.

Распределительные задачи в сервисе возникают в ситуациях, когда имеющихся ресурсов недостаточно для оказания каждой из намеченных услуг эффективным образом и необходимо наилучшим образом распределить ресурсы для оказания конкретных услуг в соответствии с принятым критерием оптимальности. Например, требуется распределить парикмахеров для выполнения услуг в мужской и женский залы парикмахерской. Методы решения задач распределения ресурсов позволяют:

распределять ресурсы между услугами (работами) таким образом, чтобы максимизировать прибыль или минимизировать затраты;

определять такой состав услуг (работ), который можно выполнить, используя имеющиеся ресурсы, и при этом достичь максимума определенной меры эффективности;

определить, какие ресурсы необходимы для того, чтобы выполнить заданные работы с наименьшими издержками.

Примером распределительной задачи является разработка плана поставок бензина и дизтоплива на заправочные станции компании. Имеется ряд заправочных станций, реализующих известные виды горючего. Есть совокупность нефтеперерабатывающих компаний (или нефтебаз), которые могут поставлять горючее на автозаправочные станции. Нефтебазы связаны с предприятиями дорогами неодинаковой протяженности. Известны тарифы на перевозки горючего. Необходимо разработать такой план поставок горючего (с какой базы, в каком количестве и какое горючее доставлять на каждую заправку), чтобы потребности в бензине и дизтопливе были удовлетворены с минимальными расходами.

Задачи ремонта и замены оборудования заключаются в том, что любое оборудование на предприятии сервиса (автомобили-такси, швейные машины, стиральные машины и т.д.) со временем изнашивается и стареет, и поэтому требует своевременного предупредительного или восстановительного ремонта либо полной замены на новое оборудование.

Задачи, связанные с оптимизацией издержек по ремонту и замене оборудования в сервисной организации позволяют определить сроки ремонта и замены оборудования, обеспечивающие минимизацию затрат на эти цели.

Задачи управления запасами в сервисе имеют место тогда, когда сервисная организация не в состоянии функционировать без производственных или товарных запасов. Это вызвано тем, что их отсутствие может привести к простоям предприятия, штрафам, потере клиентов и даже катастрофам.

Решение задач управления запасами в сервисной организации дает возможность определить оптимальные размеры заказа на закупку или производство товаров, сроки поставок заказов, объема материальных запасов, моментов подачи заказа на товары. При этом целью управления запасами является минимизация общих затрат на закупку, производство, доставку и хранение товара. К задачам управления запасам относятся также задачи о том, что выгоднее производить товар или закупать его;

выгодно ли пользоваться скидками на покупку товара и т.п.

Методы решения задач сетевого планирования сложных проектов используются при строительстве и реконструкции каких-либо крупных объектов сервиса (например, объектов придорожного сервиса); выполнение научно-исследовательских и конструкторских работ в сервисной деятельности; подготовке предприятия сервиса (гостиничного комплекса) к оказанию услуг; проведении исследований логистических систем в сервисе.

Применение сетевых моделей позволяет:

разработать сетевой график, представляющий взаимосвязи работ проекта и обеспечивающий возможность детального анализа всех работ с целью улучшения технологии их выполнения до начала реализации проекта;

построить календарный план работ, определяющий моменты начала и окончания каждой из них, минимальные сроки выполнения проекта, критические работы; резервы времени выполнения некритических работ. На этой основе может оптимизироваться распределение ресурсов по работам и сокращаться сроки их выполнения.

Задачи маршрутизации заключаются в определении некоторого маршрута доставки грузов и пассажиров по сети транспортных коммуникаций. Необходимо определить наиболее экономичный маршрут по критерию времени, расстояния или стоимости проезда. При определении маршрутов могут быть введены ограничения на возврат к уже пройденному пути (задача о выборе кратчайшего пути), требование обхода всех пунктов на транспортной сети с посещением каждого из ни не более одного раза (задача коммивояжера).

Задачи массового обслуживания позволяют решать вопросы удовлетворения заявок на обслуживание клиентов из очередей. Основными причинами очередей является стохастический нестационарный спрос на обслуживание. Примерами подобного рода ситуаций служат очереди автомобилей на таможенных пунктах, больных в поликлиниках и т.д.

При этом методы решения задач массового обслуживания позволяют определить, какое количество звеньев логистической системы необходимо, чтобы свести к минимуму суммарные издержки от несвоевременного обслуживания и простоев обслуживающего оборудования и персонала.

Задачи упорядочения состоят в определении такой очередности оказания услуг на предприятии сервиса, при которой минимизируется суммарная продолжительность всех работ по оказанию услуг. Кроме этого может минимизироваться общее время запаздывания оказания услуг. В качестве примера можно привести определение последовательности химчистки различных предметов одежды на одной машине или покраски нескольких автомобилей на предприятии автосервиса в одной покрасочной камере.

Рассмотрим основные методы исследования операций, позволяющие находить наиболее эффективные решения при исследовании и оптимизации логистических систем в сервисе.

Математическое программирование ("планирование") – это раздел математики, занимающийся разработкой методов отыскания экстремальных значений функции, на аргументы которой наложены ограничения. Методы математического программирования широко используются для решения распределительных задач.

Линейное программирование (ЛП) – является наиболее простым и лучше всего изученным разделом математического программирования. В нем рассматриваются задачи, у которых показатель оптимальности представляет собой линейную функцию от переменных задачи, а ограничительные условия, налагаемые на возможные решения, имеют вид линейных равенств или неравенств.

Соответственно нелинейное программирование рассматривает задачи с нелинейными целевыми функциями и ограничениями.

Задачи, решаемые с помощью сетевого моделирования (теория графов), могут быть сформулированы и решены методами линейного программирования, но специальные сетевые алгоритмы позволяют решать их более эффективно. Примеры: задачи нахождения кратчайшего пути, критического пути, максимального потока, минимизации стоимости потока в сети с ограниченной пропускной способностью и др.

Целевое программирование представляет собой методы решения задач линейного программирования с несколькими целевыми функциями, которые могут конфликтовать друг с другом.

Целочисленное линейное программирование используется для решения задач, у которых все или некоторые переменные должны принимать целочисленные значения.

Динамическое программирование предполагает разбиение задачи на несколько этапов, каждый из которых представляет собой подзадачу относительно одной переменной и решается отдельно от других подзадач.

Аппарат теории вероятностей используется во многих задачах исследования операций, например, для прогнозирования(регрессионный и корреляционный анализ), вероятностного управления запасами, моделирования систем массового обслуживания, имитационного моделирования и др.

Методы моделирования и прогнозирования временных рядов позволяют выявить тенденции изменения фактических значений параметра Y во времени и прогнозировать будущие значения Y.

Теория игр и принятия решений рассматривает процессы выбора наилучшей из нескольких альтернатив в ситуациях определенности (данные известны точно), в условиях риска (данные можно описать с помощью вероятностных распределений), в условиях неопределенности (вероятностное распределение либо неизвестно, либо не может быть определено).

Методы и модели теории нечетких множеств позволяют в математической форме представить и использовать для принятия решений субъективную словесную экспертную информацию: предпочтения, правила, оценки значений количественных и качественных показателей.

По ране указанным причина наибольшее применение в логистике сервисной деятельности нашли методы линейного и блочно-линейного программирования.

Методы блочного линейного программирования имеют ряд положительных свойств, обусловливающих потенциальную возможность их использования для управления эффективностью организационного проектирования и развития предприятий сферы услуг. Рассмотрим эти свойства.

1. Формирование предприятий и организаций сферы услуг на основе методов блочного линейного программирования позволяет учесть многообразие оказываемых ими услуг и выполняемых работ (в.т.ч., связанных с видами обеспечения действий самих организаций), а также условий деятельности. Решение подобной задачи большой размерности другими способами невозможно из-за практически невыполнимого объема вычислений. При применении метода декомпозиции проблема перестает быть принципиально неразрешимой и сводится только к продолжительности расчета, т.е. в итоге к эффективности применяемой ЭВМ.

2. Постановка задачи создания организационной структуры в виде задачи линейного программирования снимает проблему многокритериальности, свойственную сервисным компаниям. Это очень важно, т.к. постановка задачи как многокритериальной применительно к организационным структурам (что означает выбор варианта оргструктуры компании превосходящего любой другой вариант по всем показателям) ведет к ее неразрешимости и, вообще, говорит об абсурдности такого подхода.

Действительно, в большинстве случаев для организационных структур предприятий сферы услуг имеется возможность количественного соизмерения многих целей (либо через затраты, либо через прибыль и различные модификации этих критериев). При этом часть целей, обусловленных требованиями к организационным структурам, может выступать в форме ограничений. Данное обстоятельство позволяет свести многокритериальную задачу к однокритериальной и, тем самым, выбрать оптимальный (в рассматриваемых условиях) вариант организационной структуры. Сказанное полностью согласуется с сущностью оптимизации, которая имеет смысл лишь для однокритериальных задач, либо для случаев сведения нескольких критериев к одному "синтетическому" (например, с учетом значимости критериев с помощью их "весов" или "методом уступок").

3. Возможность моделей линейного программирования уйти от излишней детализации и одновременно описать все основные свойства (функции) организационной структуры (необходимые для достижения ее целей) обеспечивают простоту, удобство и общность их использования, что очень важно для многопрофильных и специализированных организационных структур сервисных компаний. При этом, несмотря на существенные специфические особенности видов деятельности отдельных структурных подразделений сервисной организации, можно разработать единую методику создания модели их формирования и функционирования.

4. Свойство динамичности линейных моделей обеспечивает возможность анализа эффективности принятого варианта оргструктуры сервисной организации при возможных изменениях заданных условий функционирования. Методы и возможности такого анализа достаточно широко изложены в литературе и останавливаться на них здесь не имеет смысла. Скажем лишь, что применение этих методов позволяет не только изучить зависимость принятого (рассчитанного по модели) варианта оргструктуры от вариации параметров условий и тем самым определить мероприятия эффективного развития логистической системы сервисной организации, но и существенно сократить вычисления по сравнению с другими методами решения динамических задач.