Universidad Veracruzana Facultad de Contaduría y Administración Coordinación de la Experiencia Recepcional UNIVERSIDAD VERACRUZANA Facultad de Contaduría y Administración Método Simplex como herramienta de toma de decisiones TESINA para obtener el Título de: Licenciado en Administración Presenta: Heral Fernando Gallegos Soto Asesor: L.A.E. Miguel Hugo Garizurrieta Meza Xalapa-Enríquez, Veracruz Agosto 2013 DEDICATORIAS Y AGRADECIMIENTOS Las siguientes líneas son un homenaje a los seres más importantes en el transcurso de mi vida. Como una modesta retribución por todo lo que me han ofrecido y apoyado incondicionalmente, así como hacer patente mi cariño y agradecimiento. MIS PADRES Para ustedes mi eterna gratitud, con su infinito amor y su entrega absoluta, fundaron en mí todos los valores, me enseñaron la forma de madurar, aprender y convertirme en una mejor persona. Gady gracias por inculcarme los riesgos de la vida, toma de decisiones, ser un hombre responsable; Mamá gracias por traerme al mundo, cultivar mi alma y mi espíritu, tu paciencia y sabiduría; le doy gracias a Dios por tenerlos a ustedes como padres, los amo. “Dulce es contemplar la sonrisa de un amado padre, y sentir la caricia curativa de una madre.” YURI Por tu cariño, fortaleza y amor desde que tengo memoria, eres tú la hermana protectora y leal que todo mundo querría, te amo. “He sido afortunado en tener una hermana como tú.” I GLADYS Amor gracias por acompañarme en el transcurso de media carrera, el maravilloso ser humano con el que comparto mi vida, que me ha enseñado a amar; por aconsejarme en momentos difíciles, pero sobre todo por llenar mi vida de amor y felicidad, te amo. “Me enamore de ti, de tu forma de ser y cuando estoy junto a ti siento enloquecer”. A MI GRAN AMIGO, EDGAR Hermano y futuro compadre, gracias por tu comprensión, por ayudarme a relajarme en momentos de presión y estrés que compartimos, pero sobre todo por darme siempre la amistad, certeza y apoyo cuando lo necesito. A MI GRAN AMIGO, BETOWER Hermano postizo, doy gracias por todo aquello malo y bueno que hemos pasado y enfrentado juntos, agradezco tu apoyo y lealtad siempre que se necesita. “Valoro mucho la confianza que han depositado en mi cada uno de ustedes, por su apoyo al compartir logros y tropiezos, con ustedes he alcanzado esta meta tan anhelada para mi superación y sé que puedo continuar con la vida”. HERAL FERNANDO II ÍNDICE RESUMEN .............................................................................................................. 1 INTRODUCCIÓN .................................................................................................... 2 CAPÍTULO I. GENERALIDADES SOBRE INVESTIGACIÓN DE OPERACIONES 6 1.1. Orígenes y Naturaleza de la Investigación de Operaciones. ........................ 7 1.2. Conceptos y Características de la Investigación de Operaciones. ............... 9 1.3. Metodología de la Investigación de Operaciones........................................ 12 1.4. Historia de la Investigación de Operaciones. .............................................. 15 1.5. Evolución de la Investigación de Operaciones. ........................................... 17 1.6. Enfoque de la Investigación de Operaciones. ............................................. 20 CAPÍTULO II. TOMA DE DECISIONES, MÉTODOS CUALITATIVOS Y CUANTITATIVOS .................................................................................................. 22 2.1 Toma de decisiones ..................................................................................... 23 2.1.1 Concepto. .............................................................................................. 23 2.1.1.1 Definición del problema y recolección de datos............................... 24 2.1.1.2 Formulación de un modelo matemático ........................................... 26 2.1.1.3 Obtención de una solución a partir del modelo ................................ 28 2.1.1.4 Prueba del modelo .......................................................................... 29 2.1.1.5 Establecimiento de controles sobre la solución ............................... 30 2.1.1.6 Implantación de la solución ............................................................. 31 2.1.1.7 Preparación para la aplicación del modelo ...................................... 31 2.1.2 Clasificación de la Toma de Decisiones. ............................................... 32 2.1.2.1 Tipología por niveles........................................................................ 32 2.2 Métodos Cualitativos. ................................................................................... 34 2.2.1 Concepto. .............................................................................................. 34 2.2.2 Características. ...................................................................................... 35 2.2.3 Metodología. .......................................................................................... 38 2.2.4 Comparación entre metodologías, Cualitativa y Cuantitativa ................. 40 2.3 Métodos Cuantitativos. ................................................................................. 40 2.3.1 Concepto. .............................................................................................. 40 2.3.2 Características. ...................................................................................... 42 III 2.3.3 Aplicación. ............................................................................................. 43 2.3.4 Metodología. .......................................................................................... 43 2.3.4.1 Teoría de probabilidades. ................................................................ 44 2.3.4.2 PERT / Tiempo, PERT / Costo y PERT / LOB. ................................ 44 2.3.4.2.1 PERT / Tiempo. ......................................................................... 44 2.3.4.2.2 PERT / Costo. ........................................................................... 45 2.3.4.2.3 PERT / LOB............................................................................... 45 2.3.4.3 Optimización. ................................................................................... 46 2.3.4.4 Modelos de control de inventarios. .................................................. 46 2.3.4.5 Programación Lineal. ....................................................................... 47 2.3.4.5.1 El método gráfico. ..................................................................... 47 2.3.4.5.2 El método algebraico. ................................................................ 48 2.3.4.5.3 El método Simplex. ................................................................... 49 2.3.4.6 Vectores, matrices y determinantes. ............................................... 50 2.3.4.6.1 Vectores. ................................................................................... 50 2.3.4.6.2 Matrices. .................................................................................... 51 2.3.4.6.3 Determinantes. .......................................................................... 51 2.3.4.7 Modelos de transporte. .................................................................... 51 2.3.4.8 Programación no lineal .................................................................... 52 2.3.4.8.1 Programación en enteros. ......................................................... 52 2.3.4.8.2 Función objetivo no lineal. ......................................................... 52 3. MÉTODO SIMPLEX COMO HERRAMIENTA DE TOMA DE DECISIONES. .... 53 3.1 Concepto ..................................................................................................... 54 3.2 El método simplex en manera global. .......................................................... 56 3.2.1 Forma estándar...................................................................................... 56 3.2.2 Solución básica factible ......................................................................... 58 3.2.3 Se toman en cuenta sólo las soluciones básicas factibles ..................... 58 3.2.4 Se generan nuevas soluciones básicas factibles ................................... 58 3.3 Restricciones................................................................................................ 60 3.4 Conversión de las restricciones a ecuaciones. ............................................ 62 3.5 Búsqueda de una solución inicial por medios algebraicos. .......................... 63 IV 3.6 Variables. ..................................................................................................... 64 3.7 Ejemplo de solución de un Problema a través del Simplex. ......................... 66 CONCLUSIONES.................................................................................................. 72 FUENTES DE INFORMACIÓN ............................................................................. 76 ÍNDICE DE TABLAS ............................................................................................. 77 V RESUMEN El trabajo explica la razón por la cual el método Simplex, es útil, en las organizaciones y cómo ayuda al administrador a llevar un mejor control; no muchos utilizan éste u otro método para llevar sus problemas en la empresa o en la vida diaria. Menciona en general, algunos de los métodos cuantitativos existentes hasta ahora, cómo son aplicados y ejemplos en los cuales se pueden presentar, los métodos se ajustan dependiendo a lo que se esté buscando, me pareció excelente el método Simplex, ya que éste, aparte de solucionar, previene y está en constante retroalimentación; un poco complicado comparándolo con los demás. Resumiendo, este es un trabajo, el cual nosotros los administradores, nos podemos dar cuenta de cuál y tan importante es la aplicación de distintos métodos, para llevar un mejor manejo y control de la organización, un apoyo como guía en el transcurso de la vida laboral, tomando decisiones y siendo responsable de ellas, para esto es importante recalcar que mi estudio está enfocado hacia el método específico Simplex. 1 INTRODUCCIÓN 2 La situación actual de nuestra sociedad es arreglar en lugar de preparar, a esto me refiero en que nuestra mentalidad es muy susceptible, en el sentido de la flojera y mediocridad, esto se ha inculcado en los últimos años, gracias a la facilidad de la nueva tecnología y las innovaciones. En las organizaciones es muy útil la investigación de operaciones, ya que estas hacen que progrese día con día, entendiendo el panorama hacia el futuro; la tesina plantea un debido procedimiento para llevar a cabo una buena organización y operación dentro de las empresas, como también, aplicarlo en la vida diaria, se necesita conocerlo necesario y un poco de criterio para poderlo aplicar. En el desarrollo del trabajo se irán resolviendo dudas, que normalmente uno como administrador se nos presentan, muchas veces tenemos que preguntar e investigar al respecto de qué método debe utilizarse para resolver cierto tipo de problemas, aquí se plasman generalizados, con beneficio de brindarnos un apoyo y poder tomar las decisiones planeadas, sin arriesgarse y poder solucionar problemas ya presentes. Nosotros como licenciados en administración, nos puede ser útil tener en cuenta las diferentes soluciones a problemas presentados en guías de métodos cuantitativos, podemos darnos cuenta de cuál y tan importante es la aplicación de distintos métodos, para llevar un mejor manejo y control de la organización, un apoyo en el transcurso de la vida diaria y laboral, tomando decisiones y siendo responsable de ellas. Los métodos cuantitativos existentes hasta ahora, son demasiados, pero en éste trabajo mencionamos unos cuántos, que a mi parecer son relevantes, el cómo son aplicados y ejemplos en los cuales se pueden presentar, los métodos se ajustan dependiendo a lo que se esté buscando. Me pareció excelente el método Simplex, ya que éste, aparte de solucionar, previene y está en constante retroalimentación; un poco complicado comparándolo con los demás, pero eficaz. 3 El trabajo se desenvuelve paso por paso; primero se menciona lo que es la investigación de operaciones, el capítulo habla en general, desde cómo nace y qué es exactamente, el origen y naturaleza, los conceptos y características que posee. Contiene la metodología e historia de la investigación de operaciones ha cambiado mucho en el transcurso de los años, la evolución y cambios que han transformado y perfeccionándolo, como también el enfoque que tiene. El segundo capítulo ya son los métodos cuantitativos y cualitativos, estos se derivan de la investigación de operaciones, sucesivamente también nos ayuda a la toma de decisiones, primero se menciona la toma de decisiones, cómo podemos darle importancia y tomar la mejor decisión. Los pasos que se deben de seguir para alcanzar los objetivos, que son: la definición del problema y recolección de datos, formulación de un modelo matemático, obtención de una solución a partir del modelo, prueba del modelo, establecimiento de controles sobre la decisión, implantación de la solución, la preparación para la aplicación del modelo; como también su clasificación y tipología por niveles. Dentro de los métodos cualitativos y cuantitativos, se encuentra el concepto, características y metodología de ambos, como también la comparación entre éstas, de los cuantitativos además se encuentra su aplicación y el desglose de algunos métodos. En la metodología de los métodos cuantitativos encontramos la teoría de probabilidades; PERT/Tiempo, PERT/Costo y PERT/LOB; la optimización; modelos de control de inventarios; programación lineal, dentro de ésta se ven los métodos gráfico, algebraico y el Simplex; los vectores, matrices y determinantes; modelos de transporte; la programación no lineal. 4 Y como tercero y último capítulo situado en éste trabajo, menciono mi tema principal de mi tesina, el método Simplex como herramienta de toma de decisiones, éste se desarrolla desde el concepto, cómo es considerado mundialmente el método, quiénes y cómo lo aplican. Se muestran las formas de resolverlo, que son la forma estándar, la solución básica factible, en cómo se toman en cuenta sólo las soluciones básicas factibles y se generan nuevas soluciones básicas factibles; cuáles son las restricciones encontradas en el método. Se muestra la conversión de las restricciones a ecuaciones, la búsqueda de una solución inicial por medios algebraicos, en general cuáles son las variables presentadas en los problemas del método Simplex. También se plasma un ejercicio demostrando el método, explicándolo paso por paso, uno muchas veces se traba en el desarrollo o en el transcurso de un problema, pero además pongo distintas preguntas se pueden presentar antes, durante y después de realizarlo. El trabajo está dedicado a fomentar un poco más el pensamiento lógico y crítico de nosotros, muchas veces nos dejamos llevar por la tangente, pero hay que pensarlo, analizarlo y comprenderlo antes de tomar una decisión que pudiese repercutir en un futuro. Es necesario tener las bases necesarias para poder desarrollarlo, es un poco complicado, pero practicándolo se facilitará y hará un mejor desenvolvimiento en nuestro sentido común; ¿por qué arriesgarse y no prevenirse?, ése sería mi lema, la mentalidad de nosotros los mexicanos es lo contrario, no porque no seamos capaces, sino por la pereza de salir adelante. Sin otro argumento más, a continuación mi trabajo El método Simplex como herramienta para toma de decisiones. 5 CAPÍTULO I. GENERALIDADES SOBRE INVESTIGACIÓN DE OPERACIONES 6 1.1. Orígenes y Naturaleza de la Investigación de Operaciones. La investigación de operaciones significa "hacer investigación sobre las operaciones". Entonces, la investigación de operaciones se aplica a problemas que se refieren a la conducción y coordinación de operaciones (o actividades) dentro de una organización. La naturaleza de la organización es esencialmente inmaterial y, de hecho, la investigación de operaciones se ha aplicado de manera extensa en áreas tan diversas como la manufactura, el transporte, la constitución, las telecomunicaciones, la planeación financiera, el cuidado de la salud, la milicia y los servicios públicos, por nombrar sólo unas cuantas. Así, la gama de aplicaciones es extraordinariamente amplia. La parte de investigación en el nombre significa que la investigación de operaciones usa un enfoque similar a la manera en que se lleva a cabo la investigación en los campos científicos establecidos. En gran medida, se usa el método científico para investigar el problema en cuestión. (De hecho, en ocasiones se usa el término ciencias de la administración como sinónimo de investigación de operaciones.) En particular, el proceso comienza por la observación cuidadosa y la formulación del problema incluyendo la recolección de los datos pertinentes. El siguiente paso es la construcción de un modelo científico (por lo general matemático) que intenta abstraer la esencia del problema real. En este punto se propone la hipótesis de que el modelo es una representación lo suficientemente precisa de las características esenciales de la situación como para que las conclusiones (soluciones) obtenidas sean válidas también para el problema real. Después, se llevan a cabo los experimentos adecuados para probar esta hipótesis, modificarla si es necesario y eventualmente verificarla. (Con frecuencia este paso se conoce como validación del modelo.) Entonces, en cierto modo, la investigación e operaciones incluyen la investigación científica creativa de las propiedades fundamentales de las operaciones. Sin embargo, existe más que esto. En particular, la IO se ocupa también de la administración práctica de la organización. Así, para tener éxito, 7 deberá también proporcionar conclusiones claras que pueda usar el tomador de decisiones cuando las necesite. Una característica más de la investigación de operaciones es su amplio punto de vista. Como quedó implícito en la sección anterior, la IO adopta un punto de vista organizacional. De esta manera, intenta resolver los conflictos de intereses entre las componentes de la organización de forma que el resultado sea el mejor para la organización completa. Esto no significa que el estudio de cada problema deba considerar en forma explícita todos los aspectos de la organización sino que los objetivos que se buscan deben ser consistentes con los de toda ella. Una característica adicional es que la investigación de operaciones intenta encontrar una mejor solución, (llamada solución óptima) para el problema bajo consideración. (Decimos una mejor solución y no la mejor solución porque pueden existir muchas soluciones que empaten como la mejor.) En lugar de contentarse con mejorar el estado de las cosas, la meta es identificar el mejor curso de acción posible. Aun cuando debe interpretarse con todo cuidado en términos de las necesidades reales de la administración, esta "búsqueda de la optimización" es un aspecto importante dentro de la investigación de operaciones. Todas estas características llevan de una manera casi natural a otra. Es evidente que no puede esperarse que un solo individuo sea un experto en todos los múltiples aspectos del trabajo de investigación de operaciones o de los problemas que se estudian; se requiere un grupo de individuos con diversos antecedentes y habilidades. Entonces, cuando se va a emprender un estudio de investigación de operaciones completo de un nuevo problema, por lo general es necesario emplear el empleo de equipo. Este debe incluir individuos con antecedentes firmes en matemáticas, estadística y teoría de probabilidades, al igual que en economía, administración de empresas, ciencias de la computación, ingeniería, ciencias físicas, ciencias del comportamiento y, por supuesto, en las técnicas especiales de investigación de operaciones. El equipo también necesita tener la experiencia y las habilidades necesarias para permitir la consideración adecuada de todas las ramificaciones del problema a través de la organización. 8 1.2. Conceptos y Características de la Investigación de Operaciones. La Investigación de Operaciones es la aplicación del método científico por equipos interdisciplinarios a problemas que comprenden el control y gestión de sistemas organizados (hombre- máquina); con el objetivo de encontrar soluciones que sirvan mejor a los propósitos del sistema (una organización) como un todo, enmarcados en procesos de toma de decisiones. Investigación de Operaciones o Investigación Operacional. Se puede definir de la siguiente manera: “La Investigación de Operaciones es la aplicación por grupos interdisciplinarios del método científico a problemas relacionados con el control de las organizaciones o sistemas a fin de que se produzcan soluciones que mejor sirvan a los objetivos de toda la organización”. Como toda disciplina en desarrollo, la investigación de operaciones ha ido evolucionando no sólo en sus técnicas y aplicaciones, sino en la forma como la conceptualizan los diferentes autores, en la actualidad no existe solamente una definición sino muchas, algunas demasiado generales, otras demasiado engañosas, aquí seleccionamos dos de las mas aceptadas y representativas. Una organización es un sistema formado por componentes que se interaccionan, unas de estas interacciones pueden ser controladas y otras no. En un sistema la información es una parte fundamental, ya que entre las componentes fluye información que ocasiona la interacción entre ellas. También dentro de la estructura de los sistemas se encuentran recursos que generan interacciones. Los objetivos de la organización se refieren a la eficacia y eficiencia con que las componentes pueden controlarse, el control es un mecanismo de autocorrección del sistema que permite evaluar los resultados en términos de los objetivos establecidos. La complejidad de los problemas que se presentan en las organizaciones ya no encajan en una sola disciplina del conocimiento, se han convertido en multidisciplinario por lo cual para su análisis y solución se requieren grupos 9 compuestos por especialistas de diferentes áreas del conocimiento que logran comunicarse con un lenguaje común. La investigación de operaciones es la aplicación de la metodología científica a través modelos matemáticos, primero para representar al problema y luego para resolverlo. La definición de la sociedad de investigación de operaciones de la Gran Bretaña es la siguiente: La investigación de operaciones es el ataque de la ciencia moderna a los complejos problemas que surgen en la dirección y en la administración de grandes sistemas de hombres, máquinas, materiales y dinero, en la industria, en los negocios, en el gobierno y en la defensa. Su actitud diferencial consiste en desarrollar un modelo científico del sistema tal, que incorpore valoraciones de factores como el azar y el riesgo y mediante el cual se predigan y comparen los resultados de decisiones, estrategias o controles alternativos. Su propósito es el de ayudar a la gerencia a determinar científicamente sus políticas y acciones. DEBEN DESTACARSE LOS SIGUIENTES ASPECTOS DE LA INVESTIGACIÓN DE OPERACIONES: 1. Generalmente se asocian los conceptos de dirección y administración a las empresas de tipo lucrativo, sin embargo, una empresa es un concepto más amplio, es algo que utiliza hombres, máquinas, materiales y dinero con un propósito específico; desde éste punto de vista, se considera como empresa desde una universidad hasta una armadora de automóviles. 2. Para tratar de explicar el comportamiento de un sistema complejo, el científico debe representarlo en términos de los conceptos que maneja, lo hace expresando todos los rasgos principales del sistema por medio de relaciones matemáticas. A esta representación formal se le llama modelo. 3. La esencia de un modelo es que debe ser predictivo, lo cual no significa predecir el futuro, pero si ser capaz de indicar muchas cosas acerca de la forma en que se puede esperar que un sistema opere en una variedad de circunstancias, lo que permite valorar su vulnerabilidad. Si se conocen las debilidades del sistema se pueden tomar cursos de acción agrupados en tres categorías: A) Efectuar cambios 10 que lleven a la empresa o parte de ella a una nueva ruta; B) Realizar un plan de toma de decisiones; C) Instalar estrategias que generen decisiones. Cuando se aplica alguno de estos remedios, la investigación de operaciones nos ayuda a determinar la acción menos vulnerable ante un futuro incierto. 4. El objetivo global de la investigación de operaciones es el de apoyar al tomador de decisiones, en cuanto ayudarlo a cumplir con su función basado en estudios científicamente fundamentados. La toma de decisiones es un proceso que se inicia cuando una persona observa un problema y determina que es necesario resolverlo procediendo a definirlo, a formular un objetivo, reconocer las limitaciones o restricciones, a generar alternativas de solución y evaluarlas hasta seleccionar la que le parece mejor, este proceso puede se cualitativo o cuantitativo. El enfoque cualitativo se basa en la experiencia y el juicio personal, las habilidades necesarias en este enfoque son inherentes en la persona y aumentan con la práctica. En muchas ocasiones este proceso basta para tomar buenas decisiones. El enfoque cuantitativo requiere habilidades que se obtienen del estudio de herramientas matemáticas que le permitan a la persona mejorar su efectividad en la toma de decisiones. Este enfoque es útil cuando no se tiene experiencia con problemas similares o cuando el problema es tan complejo o importante que requiere de un análisis exhaustivo para tener mayor posibilidad de elegir la mejor solución. La investigación de operaciones proporciona a los tomadores de decisiones bases cuantitativas para seleccionar las mejores decisiones y permite elevar su habilidad para hacer planes a futuro. En el ambiente socioeconómico actual altamente competitivo y complejo, los métodos tradicionales de toma de decisiones se han vuelto inoperantes e inadmisibles ya que los responsables de dirigir las actividades de las empresas e instituciones se enfrentan a situaciones complicadas y cambiantes con rapidez que requieren de soluciones creativas y prácticas apoyadas en una base cuantitativa sólida. 11 En organizaciones grandes se hace necesario que el tomador de decisiones tenga un conocimiento básico de las herramientas cuantitativas que utilizan los especialistas para poder trabajar en forma estrecha con ellos y ser receptivos a las soluciones y recomendaciones que se le presenten. En organizaciones pequeñas puede darse que el tomador de decisiones domine las herramientas cuantitativas y él mismo las aplique para apoyarse en ellas y así tomar sus decisiones. 1.3. Metodología de la Investigación de Operaciones. La Investigación Operativa es la aplicación del método científico a un mismo problema por diversas ciencias y técnicas, en apoyo a la selección de soluciones, en lo posible óptimas. El proceso de la Investigación de Operaciones comprende las siguientes fases: 1. Formulación y definición del problema. 2. Construcción del modelo. 3. Solución del modelo. 4. Validación del modelo. 5. Implementación de resultados. Demos una explicación de cada una de las fases: 1. Formulación y definición del problema. En esta fase del proceso se necesita: una descripción de los objetivos del sistema, es decir, qué se desea optimizar; identificar las variables implicadas, ya sean controlables o no; determinar las restricciones del sistema. También hay que tener en cuenta las alternativas posibles de decisión y las restricciones para producir una solución adecuada. 12 2. Construcción del modelo. En esta fase, el investigador de operaciones debe decidir el modelo a utilizar para representar el sistema. Debe ser un modelo tal que relacione a las variables de decisión con los parámetros y restricciones del sistema. Los parámetros (o cantidades conocidas) se pueden obtener ya sea a partir de datos pasados o ser estimados por medio de algún método estadístico. Es recomendable determinar si el modelo es probabilístico o determinístico. El modelo puede ser matemático, de simulación o heurístico, dependiendo de la complejidad de los cálculos matemáticos que se requieran. 3. Solución del modelo. Una vez que se tiene el modelo, se procede a derivar una solución matemática empleando las diversas técnicas y métodos matemáticos para resolver problemas y ecuaciones. Debemos tener en cuenta que las soluciones que se obtienen en este punto del proceso, son matemáticas y debemos interpretarlas en el mundo real. Además, para la solución del modelo, se deben realizar análisis de sensibilidad, es decir, ver cómo se comporta el modelo a cambios en las especificaciones y parámetros del sistema. Esto se hace, debido a que los parámetros no necesariamente son precisos y las restricciones pueden estar equivocadas. 4. Validación del modelo. La validación de un modelo requiere que se determine si dicho modelo puede predecir con certeza el comportamiento del sistema. Un método común para probar la validez del modelo, es someterlo a datos pasados disponibles del sistema actual y observar si reproduce las situaciones pasadas del sistema. Pero como no hay seguridad de que el comportamiento futuro del sistema continúe replicando el comportamiento pasado, entonces siempre debemos estar atentos de cambios posibles del sistema con el tiempo, para poder ajustar adecuadamente el modelo. 5. Implementación de resultados. Una vez que hayamos obtenido la solución o soluciones del modelo, el siguiente y último paso del proceso es interpretar esos resultados y dar conclusiones y cursos de acción para la optimización del sistema. Si el modelo utilizado puede servir a otro problema, es necesario revisar, documentar y actualizar el modelo para sus nuevas aplicaciones. 13 Es muy notable el rápido crecimiento del tamaño y la complejidad de las organizaciones (empresas) humanas que se ha dado en estos últimos tiempos. Tal tamaño y complejidad nos hace pensar que una sola decisión equivocada puede repercutir grandemente en los intereses y objetivos de la organización y en ocasiones pueden pasar años para rectificar tal error. También el ritmo de la empresa de hoy implica que las DECISIONES se tomen más rápidamente que nunca, pues el hecho de posponer la acción puede dar una decisiva ventaja al contrario en este mundo de la competencia. La palpable dificultad de tomar decisiones ha hecho que el hombre se aboque en la búsqueda de una herramienta o método que le permita tomar las mejores decisiones de acuerdo a los recursos disponibles y a los objetivos que persigue. Tal herramienta recibió el nombre de Investigación de Operaciones. Una organización puede entenderse como un sistema, en el cual existen componentes; canales que comunican tales componentes e información que fluye por dichos canales. En todo sistema las componentes interactúan unas con otras y tales interacciones pueden ser controlables e incontrolables. En un sistema grande, las componentes se relacionan de muchas maneras, pero no todas son importantes, o mejor dicho, no todas las interacciones tienen efectos importantes en las componentes del sistema. Por lo tanto es necesario que exista un procedimiento sistemático que identifique a quienes toman decisiones y a las interacciones que tengan importancia para los objetivos de la organización o sistema. Uno de esos procedimientos es precisamente la Investigación de Operaciones. Una estructura por la que no fluye información, no es dinámica, es decir, no podemos considerarla como un sistema. Por lo tanto podemos decir que la información es lo que da “vida” a las estructuras u organizaciones humanas. Los objetivos de toda organización serán siempre alcanzar el liderato en su rama, controlando la eficiencia y efectividad de todas sus componentes por medio 14 de métodos que permitan encontrar las relaciones óptimas que mejor operen el sistema, dado un objetivo específico. 1.4. Historia de la Investigación de Operaciones. Los inicios de lo que hoy se conoce como Investigación de Operaciones, se remonta a los años 1759 cuando el economista Quesnay empieza a utilizar modelos primitivos de programación matemática. Más tarde, otro economista de nombre Warles, hace uso, en 1874, de técnicas similares. Los modelos lineales de la investigación de operaciones, tienen como precursores a Jordan en 1873, Minkowsky en 1896 y a Farkas en 1903. Los modelos dinámicos probabilísticos tienen su origen con Markov. El desarrollo de los modelos de inventarios, así como el de tiempos y movimientos, se lleva a cabo por 1920, mientras que los modelos de líneas de espera se originan con los estudios de Erland, a principios del siglo XX. Los problemas de asignación se estudian con métodos matemáticos por los húngaros Koning y Egervary en la segunda y tercera década del siglo anterior. Los problemas de distribución se estudian por los rusos Kantorovich en 1939. Von Neuman cimenta en 1937 lo que en años más tarde culminara como la teoría de juegos y la teoría de preferencias (esta última desarrollada en conjunto con Morgentersn). Hay que hacer notar que los modelos matemáticos de la investigación de operaciones que utilizaron estos precursores estaban basados en el cálculo diferencial e integral (Newton, Lagrange, Lapance, Lesbegue, Leibnitz, Reimman, Stieletjes, por mencionar algunos), la probabilidad y estadística (Bernoulli, Poisson, Gauss, Bayes, Gosset, Snedecor, etc.). No fue sino hasta la segunda guerra mundial, cuando la investigación de operaciones comenzó a tomar auge. Primero se utilizo en la estrategia para vencer al enemigo (teoría de juegos) y, más tarde al finalizar la guerra, en la logística de distribución de todos los recursos militares de los aliados dispersos por todo el mundo. 15 El nombre de Investigación de Operaciones fue dado aparentemente porque el equipo estaba llevando a cabo la actividad de investigar operaciones (militares). Fue debido precisamente a este último problema, que la fuerza aérea norteamericana, a través de su centro de investigación Rand Corporation, comisiono a un grupo de matemáticos para que resolviera este problema que estaba consumiendo tantos recursos humanos, como financieros y materiales. Fue el doctor George Dantzing, que en 1947, resumiendo el trabajo de muchos de sus precursores, inventara el método simplex, con lo cual dio inicio a la programación lineal. Un segundo factor en el progreso impresionante de la Investigación de Operaciones fue el desarrollo de la computadora digital, que con sus tremendas capacidades de velocidad de cómputo y de almacenamiento y recuperación de información, permitieron al tomador de decisiones rapidez y precisión. Con el avance de las computadoras digitales se empezó a extender la investigación de operaciones, durante la decena de los cincuenta en las áreas de programación dinámica (Bellman), programación no lineal (Kuhn y Tucker), programación entera (Gomory), redes de optimización (Ford y Fulkrson), simulación (Markowitz), inventarios (Arraw, Karlin, Scarf, Whitin), análisis de decisión (Raiffa) y procesos markovianos de decisión (Howard). La generalización de la investigación de operaciones han tratado de darla Churchman, Ackoff y Arnoff. Si no hubiera sido por la computadora digital, la Investigación de Operaciones con sus grandes problemas de computación no hubiera crecido al nivel de hoy en día. Actualmente la Investigación de Operaciones, se está aplicando en muchas actividades y se encuentran todavía en una edad incipiente donde todavía hay mucho por hacer en el desarrollo de este campo fértil. . Estas actividades han ido más allá de las aplicaciones militares e industriales, para incluir hospitales, 16 instituciones financieras, bibliotecas, planeación urbana, sistemas de transporte y sistemas de comercialización. 1.5. Evolución de la Investigación de Operaciones. Con el paso del tiempo se ha desarrollado mucho más la investigación de Operaciones, se ha actualizado a la era digital, facilitando poco apoco el trabajo a las personas que los usan, usando métodos, sistemas u organismos nuevos o distintos. En la práctica, la instrumentación de un proyecto de Investigación de Operaciones es la solución de un problema real e una organización acarrea los siguientes beneficios: Incrementa la posibilidad de tomar mejores decisiones, mejora la coordinación entre las múltiples componentes de la organización, mejora el control del sistema, logra un mejor sistema, una vez que se acepta que las soluciones emanadas de los proyectos de Investigación de Operaciones aplicadas a organizaciones acarrean una serie de beneficios cuantitativos y cualitativos para la misma, se explica a continuación cuáles son las etapas por las que debe pasar dicho proyecto. Estudio de la organización Interpretación de la organización como un sistema Formulación de los problemas de organización Construcción de modelo Derivación de soluciones del modelo Prueba del modelo y sus soluciones Diseño de controles asociados a las soluciones Implantación de las soluciones al sistema Es muy notable el rápido crecimiento del tamaño y la complejidad de las organizaciones (empresas) humanas que se ha dado en estos últimos tiempos. 17 Tal tamaño y complejidad nos hace pensar que una sola decisión equivocada puede repercutir grandemente en los intereses y objetivos de la organización y en ocasiones pueden pasar años para rectificar tal error. También el ritmo de la empresa de hoy implica que las DECISIONES se tomen más rápidamente que nunca, pues el hecho de posponer la acción puede dar una decisiva ventaja al contrario en este mundo de la competencia. La palpable dificultad de tomar decisiones ha hecho que el hombre se aboque en la búsqueda de una herramienta o método que le permita tomar mejores decisiones de acuerdo a los recursos disponibles y a los objetivos que persigue. Tal herramienta recibió el nombre de Investigación de Operaciones. Una organización puede entenderse como un sistema, en el cual existen componentes; canales que comunican tales componentes e información que fluye por dichos canales. En todo sistema las componentes interactúan unas con otras y tales interacciones pueden ser controlables e incontrolables. En un sistema grande, las componentes se relacionan de muchas maneras, pero no todas son importantes, o mejor dicho, no todas las interacciones tienen efectos importantes en las componentes del sistema. Por lo tanto es necesario que exista un procedimiento sistemático que identifique a quienes toman decisiones y a las interacciones que tengan importancia para los objetivos de la organización o sistema. Uno de esos procedimientos es precisamente la Investigación de Operaciones. Una estructura por la que no fluye información, no es dinámica, es decir, no podemos considerarla como un sistema. Por lo tanto podemos decir que la información es lo que da vida a las estructuras u organizaciones humanas. Los objetivos de toda organización serán siempre alcanzar el liderato en su rama, controlando la eficiencia y efectividad de todas sus componentes por medio de métodos que permitan encontrar las relaciones óptimas que mejor operen el sistema, dado de métodos que permitan encontrar las relaciones óptimas que mejor operen el sistema, dado un objetivo específico. Ante el tremendo avance que se ha dado en casi todas las ciencias en las últimas décadas, ya no es factible 18 querer saber un poco de todo, sino más bien especializarse en alguna rama de la ciencia. Los problemas que se presentan en las organizaciones no fácilmente se pueden resolver por un solo especialista. Por el contrario son problemas multidisciplinarios, cuyo análisis y solución requieren de la participación de varios especialistas. Estos grupos interdisciplinarios necesariamente requieren de un lenguaje común para poder entenderse y comunicarse, donde la Investigación de Operaciones viene a ser puente de comunicación. El enfoque de la Investigación de Operaciones es el mismo del método científico. El particular, el proceso comienza por la observación cuidadosa y la formulación del problema y sigue con la construcción de un modelo científico (por lo general matemático) que intenta abstraer la esencia del problema real. En este punto se propone la hipótesis de que el modelo es una representación lo suficientemente precisa de las características esenciales de la situación como para que las conclusiones (soluciones) obtenidas sean válidas también para el problema real. Esta hipótesis se verifica y modifica mediante las pruebas adecuadas. Entonces en cierto modo, la Investigación de Operaciones incluye la investigación científica creativa de las propiedades fundamentales de las operaciones. En particular, la Investigación de Operaciones se ocupa también de la administración práctica de la organización. Así, para tener éxito, deberá también proporcionar conclusiones positivas y claras que pueda usar el tomador de decisiones cuando las necesite. La contribución del enfoque de Investigación de Operaciones proviene principalmente de: a) la estructuración de una situación de la vida real como un modelo matemático, logrando una abstracción de los elementos esenciales para que pueda buscarse una solución que concuerde con los objetivos del tomador de decisiones. Esto implica tomar en cuenta el problema dentro del contexto del sistema completo; b) el análisis de la estructura de tales soluciones y el desarrollo de procedimientos sistemáticos para obtenerlas; c) el desarrollo de una solución, incluyendo la teoría matemática si es necesario, que lleva al valor óptimo de la medida de lo que se espera del sistema (o quizá 19 que compare los cursos de acción opcionales evaluando esta medida para cada uno). Para ser más específicos, se consideran algunos problemas que se han resuelto mediante algunas técnicas de Investigación de Operaciones. La programación lineal se ha usado con éxito en la solución de problemas referentes a la asignación de personal, la mezcla de materiales, la distribución y el transporte y las carteras de inversión. La programación dinámica se ha aplicado con buenos resultados en áreas tales como la planeación de los gastos de comercialización, la estrategia de ventas y la planeación de la producción. La teoría de colas ha tenido aplicaciones en la solución de problemas referentes al congestionamiento del tráfico, al servicio de máquinas sujetas a descomposturas, a la determinación del nivel de la mano de obra, a la programación del tráfico aéreo, al diseño de presas, a la programación de la producción y a la administración de hospitales. Otras técnicas de Investigación de Operaciones, como la teoría de inventarios, la teoría de juegos y la simulación, han tenido exitosas aplicaciones en una gran variedad de contextos. 1.6. Enfoque de la Investigación de Operaciones. El enfoque de la Investigación de Operaciones es el modelaje. Un modelo es una herramienta que nos sirve para lograr una visión bien estructurada de la realidad. Así, el propósito del modelo es proporcionar un medio para analizar el comportamiento de las componentes de un sistema con el fin de optimizar su desempeño. La ventaja que tiene el sacar un modelo que represente una situación real, es que nos permite analizar tal situación sin interferir en la operación que se realiza, ya que el modelo es como si fuera “un espejo” de lo que ocurre. Para aumentar la abstracción del mundo real, los modelos se clasifican como 1) icónicos, 2) análogos, 3) simbólicos. Los modelos icónicos son la representación física, a escala Icónicos reducida o aumentada de un sistema real. 20 Los modelos análogos esencialmente requieren la sustitución de Análogos una propiedad por otra con el fin de permitir la manipulación del modelo. Después de resolver el problema, la solución se reinterpreta de acuerdo al sistema original. Los modelos más importantes para la investigación de operaciones, son los modelos simbólicos o matemáticos, que emplean un conjunto de símbolos y funciones para representar las Simbólicos variables de decisión y sus relaciones para describir el comportamiento del sistema. El uso de las matemáticas para representar el modelo, el cual es una representación aproximada de la realidad, nos permite aprovechar las computadoras de alta velocidad y técnicas de solución con matemáticas avanzadas. (Tabla 1.1) Un modelo matemático comprende principalmente tres conjuntos básicos de elementos. Estos son: 1) variables y parámetros de decisión, 2) restricciones y 3) función objetivo. Son las incógnitas (o decisiones) que deben determinarse resolviendo el modelo. Los parámetros Variables y parámetros son los valores conocidos que relacionan las variables de decisión de decisión con las restricciones y función objetivo. Los parámetros del modelo pueden ser determinísticos o probabilísticos. Para tener en cuenta las limitaciones tecnológicas, Restricciones económicas y otras del sistema, el modelo debe incluir restricciones (implícitas o explícitas) que restrinjan las variables de decisión a un rango de valores factibles. Función objetivo Define la medida de efectividad del sistema como una función matemática de las variables de decisión. (Tabla 1.2) La solución óptima será aquella que produzca el mejor valor de la función objetivo, sujeta a las restricciones. 21 CAPÍTULO II. TOMA DE DECISIONES, MÉTODOS CUALITATIVOS Y CUANTITATIVOS 22 2.1 Toma de decisiones 2.1.1 Concepto. Para abordar el tema sobre toma de decisiones debemos de tener en cuenta todos y cada uno de los aspectos que ella abarca. Es importante saber que las decisiones se presentan en todos los niveles de la sociedad, sean de mayor o menor incidencia; pero estas implican una acción que conlleva a un determinado fin u objetivo propuesto. En el mundo real la administración de una empresa no puede saber con anticipación, cuál será la demanda de sus productos, ni tampoco puede esperarse que sepa con exactitud cuáles serán sus costos y utilidades, basándose en una demanda incierta. En esas circunstancias la administración debe desarrollar los mejores pronósticos de ventas y costos, para lo cual toma una decisión basada en los cálculos. Hay diversas maneras de determinar el número óptimo de productos, que deban tenerse en existencia. La distribución de probabilidad discreta estudia un problema con una cantidad limitada de demanda pasada y futura. También se encuentra la distribución de probabilidad continua, a base de los métodos cuantitativos adecuados para las existencias apropiadas de inventario cuando se considera que la demanda pasada es representativa de la futura. El término ganancia condicional, significa la cantidad que resultará basándose en cierta combinación de cantidades de la oferta y la demanda. La empresa puede anticipar las ganancias basándose en la condición de que venda determinadas unidades y de que tengan en existencia cierto número de ellas. La información completamente confiable sobre el futuro, llamada información perfecta, elimina toda clase de incertidumbre del problema. Esta condición permite que la demanda varíe de un día para otro, aunque, sin embargo el expendedor sabría con anticipación cuántas unidades pedirían los diversos compradores o clientes. Esencialmente, tendría en todo tiempo el nivel apropiado de existencias. 23 Los cálculos requeridos no son especialmente complicados, pero pueden ser largos y tediosos. Cuando se presenten esas condiciones deberá emplearse la computadora (cuando el programa ya esté funcionando), para aminorar la laboriosa tarea de analizar los datos de las ventas pasadas y para proporcionar una solución que pueda utilizarse. De este modo, los métodos para la toma de decisiones en condiciones de incertidumbre emplean un análisis a largo plazo. Los problemas que trata de la probabilidad se aplican lógicamente a nuevos productos, nuevos mercados, etc. De hecho, los individuos y as empresas pueden manejar sus problemas de decisión como si fueran problemas relacionados con la incertidumbre. Comprender las bases fundamentales de la teoría de la probabilidad para los estados de la naturaleza o la incertidumbre sobre el futuro, deben ser de gran ayuda a quienes toman las decisiones, porque los hará cuantificar el problema. Un aspecto verdaderamente importante, en la toma de decisiones es el grado de comunicación y la aplicación del arte de escuchar. En el campo del liderazgo personal no hay mayor talento que la capacidad de comunicación de una persona. En un líder no importa cuál sea su auto motivación, si no puede transmitir sus ideas a otros. Es entonces cuando se entiende la importancia de la comunicación efectiva. 2.1.1.1 Definición del problema y recolección de datos Continuamente, las personas deben elegir entre varias opciones aquella que consideran más conveniente. Es decir, han de tomar gran cantidad de decisiones en su vida cotidiana, en mayor o menor grado de importancia, a la vez que fáciles o difíciles de adoptar en función de las consecuencias o resultados derivados de cada una de ellas. Es posible trasladar este planteamiento general al ámbito de la empresa. La toma de decisiones abarca a las cuatros funciones administrativas, así los administradores cuando planean, organizan, conducen y controlan, se les denomina con frecuencia los que toman las decisiones. 24 Como tomar una decisión supone escoger la mejor alternativa de entre las posibles, se necesita información sobre cada una de estas alternativas y sus consecuencias respecto a nuestro objetivo. La importancia de la información en la toma de decisiones queda patente en la definición de decisión, entendiendo por esta "el proceso de transformación de la información en acción". La información es la materia prima, el input de la decisión, y una vez tratada adecuadamente dentro del proceso de la toma de decisión se obtiene como output la acción a ejecutar. La realización de la acción elegida genera nueva información que se integrará a la información existente para servir de base a una nueva decisión origen de una nueva acción y así sucesivamente La mayor parte de los problemas prácticos a los que se enfrentan las empresas, confiere de un líder para solucionarlo, pero muchas veces ellos no están preparados para estos; por eso con la Investigación de Operaciones están descritos inicialmente de una manera. Por consiguiente, la primera actividad que se debe realizar es el estudio del sistema relevante y el desarrollo de un resumen bien definido del problema que se va a analizar. Esto incluye determinar los objetivos apropiados, las restricciones sobre lo que se puede hacer, las interrelaciones del área bajo estudio con otras áreas de la organización, los diferentes cursos de acción posibles, los límites de tiempo para tomar una decisión, etc. Este proceso de definir el problema es crucial ya que afectará en forma significativa la relevancia de las conclusiones del estudio. Por su naturaleza, la investigación de operaciones se encarga del bienestar de toda la organización, no sólo de algunos de sus componentes. Un estudio de IO busca soluciones óptimas globales y no soluciones sub-óptimas aunque sean lo mejor para uno de los componente. Entonces, idealmente, los objetivos que se formulan deben coincidir con los de toda la organización. Sin embargo, esto no siempre es conveniente. Muchos problemas interesan nada más a una parte de la organización, de manera que el análisis sería innecesariamente besado si los objetivos fueran muy generales y si se prestara atención especial a todos los efectos secundarios sobre el resto de la organización. En lugar de ello, los objetivos usados en un estudio deben 25 ser tan específicos como sea posible, siempre y cuando contemplen las metas principales del tomador de decisiones y mantengan un nivel razonable de consistencia con los objetivos de los altos niveles. Las condiciones fundamentales para que exista un problema es que se establezca una diferencia entre lo que es (situación actual) y lo que debe ser (situación deseada u objetivo) y además exista cuando menos una forma de eliminar o disminuir esa diferencia. Los componentes de un problema son: a) el tomador de decisiones o ejecutivo; b) los objetivos de la organización; c) el sistema o ambiente en el que se sitúa el problema; d) Los cursos de acción alternativos que se pueden tomar para resolverlo. 2.1.1.2 Formulación de un modelo matemático. Para formular un problema se requiere: a) Identificar las componentes y variables controlables y no controlables del sistema; b) Identificar los posibles cursos de acción, determinados por las componentes controlables; c) Definir el marco de referencia dado por las componentes no controlables; d) Definir los objetivos que se busca alcanzar y clasificarlos por orden de importancia; e) Identificar las interpelaciones importantes entre las diferentes partes del sistema y encontrar las restricciones que existen. Una vez definido el problema del tomador de decisiones, la siguiente etapa consiste en reformularlo de manera conveniente para su análisis. La forma convencional en que la investigación de operaciones realiza esto es construyendo un modelo matemático que represente la esencia del problema. Antes de analizar como formular los modelos de este tipo, se explorará la naturaleza general de los modelos y, en particular, la de los modelos matemáticos. 26 El modelo matemático está constituido por relaciones matemáticas (ecuaciones y desigualdades) establecidas en términos de variables, que representa la esencia el problema que se pretende solucionar. Para construir un modelo es necesario primero definir las variables en función de las cuales será establecido. Luego, se procede a determinar matemáticamente cada una de las dos partes que constituyen un modelo: a) la medida de efectividad que permite conocer el nivel de logro de los objetivos y generalmente es una función (ecuación) llamada función objetivo; b) las limitantes del problema llamadas restricciones que son un conjunto de igualdades o desigualdades que constituyen las barreras y obstáculos para la consecución del objetivo. Un modelo siempre debe ser menos complejo que el problema real, es una aproximación abstracta de la realidad con consideraciones y simplificaciones que hacen más manejable el problema y permiten evaluar eficientemente las alternativas de solución. Los modelos matemáticos tienen muchas ventajas sobre una descripción verbal del problema. Una ventaja obvia es que el modelo matemático describe un problema en forma mucho más concisa. Esto tiende a hacer que toda la estructura del problema sea más comprensible y ayude a revelar las relaciones importantes entre causa y efecto. De esta manera, indica con más claridad que datos adicionales son importantes para el análisis. También facilita simultáneamente el manejo del problema en su totalidad y el estudio de todas sus interpelaciones. Por último, un modelo matemático forma un puente para poder emplear técnicas matemáticas y computadoras de alto poder, para analizar el problema. Sin duda, existe una amplia disponibilidad de paquetes de software para muchos tipos de modelos matemáticos, para micro y minicomputadoras. Por otro lado, existen obstáculos que deben evitarse al usar modelos matemáticos. Un modelo es, necesariamente, una idealización abstracta del problema, por lo que casi siempre se requieren aproximaciones y suposiciones de simplificación si se quiere que el modelo sea manejable (susceptible de ser resuelto). Por lo tanto, debe 27 tenerse cuidado de que el modelo sea siempre una representación válida del problema. El criterio apropiado para juzgar la validez de un modelo es el hecho de si predice o no con suficiente exactitud los efectos relativos de los diferentes cursos de acción, para poder tomar una decisión que tenga sentido. En consecuencia, no es necesario incluir detalles sin importancia o factores que tienen aproximadamente el mismo efecto sobre todas las opciones. Ni siquiera es necesario que la magnitud absoluta de la medida de efectividad sea aproximadamente correcta para las diferentes alternativas, siempre que sus valores relativos (es decir, las diferencias entre sus valores) sean bastante preciso. Entonces, todo lo que se requiere es que exista una alta correlación entre la predicción del modelo y lo que ocurre en la vida real. Para asegurar que este requisito se cumpla, es importante hacer un número considerable de pruebas del modelo y las modificaciones consecuentes. Aunque esta fase de pruebas se haya colocado después en el orden del libro, gran parte del trabajo de validación del modelo se lleva a cabo durante la etapa de construcción para que sirva de guía en la obtención del modelo matemático. 2.1.1.3 Obtención de una solución a partir del modelo Resolver un modelo consiste en encontrar los valores de las variables dependientes, asociadas a las componentes controlables del sistema con el propósito de optimizar, si es posible, o cuando menos mejorar la eficiencia o la efectividad del sistema dentro del marco de referencia que fijan los objetivos y las restricciones del problema. La selección del método de solución depende de las características del modelo. Los procedimientos de solución pueden ser clasificados en tres tipos: a) Analíticos, que utilizan procesos de deducción matemática; b) Numéricos, que son de carácter inductivo y funcionan en base a operaciones de prueba y error; c) Simulación, que utiliza métodos que imitan o, emulan al sistema real, en base a un modelo. 28 Muchos de los procedimientos de solución tienen la característica de ser iterativos, es decir buscan la solución en base a la repetición de la misma regla analítica hasta llegar a ella, si la hay, o cuando menos a una aproximación. 2.1.1.4 Prueba del modelo El desarrollo de un modelo matemático grande es análogo en algunos aspectos al desarrollo de un programa de computadora grande. Cuando se completa la primera versión, es inevitable que contenga muchas fallas. El programa debe probarse de manera exhaustiva para tratar de encontrar y corregir tantos problemas como sea posible. Eventualmente, después de una larga serie de programas mejorados, el programador (o equipo de programación) concluye que el actual da, en general, resultados razonablemente válidos. Aunque sin duda quedarán algunas fallas ocultas en el programa (y quizá nunca se detecten, se habrán eliminado suficientes problemas importantes como para que sea confiable utilizarlo. De manera similar, es inevitable que la primera versión de un modelo matemático grande tenga muchas fallas. Sin duda, algunos factores o interpelaciones relevantes no se incorporaron al modelo y algunos parámetros no se estimaron correctamente. Esto no se puede eludir dada la dificultad de la comunicación y la compresión de todos los aspectos y sutilezas de un problema operacional complejo, así como la dificultad de recolectar datos confiables. Por lo tanto, antes de usar el modelo debe probarse exhaustivamente para intentar identificar y corregir todas las fallas que se pueda. Con el tiempo, después de una larga serie de modelos mejorados, el equipo de IO concluye que el modelo actual produce resultados razonablemente válidos. Aunque sin duda quedarán algunos problemas menores ocultos en el modelo (y quizá nunca se detecten), las fallas importantes se habrán eliminado de manera que ahora es confiable usar el modelo. Este proceso de prueba y mejoramiento de un modelo para incrementar su validez se conoce como validación del modelo. Debido a que el equipo de IO puede pasar meses desarrollando todas las piezas detalladas del modelo, es sencillo "no ver el bosque por buscar los árboles". Entonces, después de completar los detalles ("los árboles") de la versión inicial del 29 modelo, una buena manera de comenzar las pruebas es observarlo en forma global ("el bosque") para verificar los errores u omisiones obvias. El grupo que hace esta revisión debe, de preferencia, incluir por lo menos a una persona que no haya participado en la formulación. Al examinar de nuevo la formulación del problema y comprarla con el modelo pueden descubrirse este tipo de errores. También es útil asegurarse de que todas las expresiones matemáticas sean consistentes en las dimensiones de las unidades que emplean. Además, puede obtenerse un mejor conocimiento de la validez del modelo variando los valores de los parámetros de entrada y/o de las variables de decisión, y comprobando que los resultados del modelo se comporten de una manera factible. Con frecuencia, esto es especialmente revelador cuando se asignan a los parámetros o a las variables valores extremos cercanos a su máximo o a su mínimo. Un enfoque más sistemático para la prueba del modelo es emplear una prueba retrospectiva. Cuando es aplicable, esta prueba utiliza datos históricos y reconstruye el pasado para determinar si el modelo y la solución resultante hubieran tenido un buen desempeño, de haberse usado. La comparación de la efectividad de este desempeño hipotético con lo que en realidad ocurrió, indica si el uso del modelo tiende a dar mejoras significativas sobre la práctica actual. Puede también indicar áreas en las que el modelo tiene fallas y requiere modificaciones. Lo que es más, el emplear las alternativas de solución y estimar sus desempeños históricos hipotéticos, se pueden reunir evidencias en cuanto a lo bien que el modelo predice los efectos relativos de los diferentes cursos de acción. Cuando se determina que el modelo y la solución no son válidos, es necesario iniciar nuevamente el proceso revisando cada una de las fases de la metodología de la investigación de operaciones. 2.1.1.5 Establecimiento de controles sobre la solución. Una solución establecida como válida para un problema, permanece como tal siempre y cuando las condiciones del problema tales como: las variables no controlables, los parámetros, las relaciones, etc., no cambien significativamente. Esta 30 situación se vuelve más factible cuando algunos de los parámetros fueron estimados aproximadamente. Por lo anterior, es necesario generar información adicional sobre el comportamiento de la solución debido a cambios en los parámetros del modelo. Usualmente esto se conoce como análisis de sensibilidad. En pocas palabras, esta fase consiste en determinar los rangos de variación de los parámetros dentro de los cuales no cambia la solución del problema. 2.1.1.6 Implantación de la solución. El paso final se inicia con el proceso de "vender" los hallazgos que se hicieron a lo largo del proceso a los ejecutivos o tomadores de decisiones. Una vez superado éste obstáculo, se debe traducir la solución encontrada a instrucciones y operaciones comprensibles para los individuos que intervienen en la operación y administración del sistema. La etapa de implantación de una solución se simplifica en gran medida cuando se ha propiciado la participación de todos los involucrados en el problema en cada fase de la metodología. 2.1.1.7 Preparación para la aplicación del modelo. Esta etapa es crítica, ya que es aquí, y sólo aquí, donde se cosecharán los beneficios del estudio. Por lo tanto, es importante que el equipo de IO participe, tanto para asegurar que las soluciones del modelo se traduzcan con exactitud a un procedimiento operativo, como para corregir cualquier defecto en la solución que salga a la luz en este momento. El éxito de la puesta en práctica depende en gran parte del apoyo que proporcionen tanto la alta administración como la gerencia operativa. Es más probable que el equipo de IO obtenga este apoyo si ha mantenido a la administración bien informada y ha fomentado la guía de la gerencia durante el estudio. La buena comunicación ayuda a asegurar que el estudio logre lo que la administración quiere y por lo tanto merezca llevarse a la práctica. También proporciona a la administración el sentimiento de que el estudio es suyo y esto facilita el apoyo para la implantación. 31 La etapa de implantación incluye varios pasos. Primero, el equipo de investigación de operaciones de una cuidadosa explicación a la gerencia operativa sobre el nuevo sistema que se va a adoptar y su relación con la realidad operativa. En seguida, estos dos grupos comparten la responsabilidad de desarrollar los procedimientos requeridos para poner este sistema en operación. La gerencia operativa se encarga después de dar una capacitación detallada al personal que participa, y se inicia entonces el nuevo curso de acción. Si tiene éxito, el nuevo sistema se podrá emplear durante algunos años. Con esto en mente, el equipo de IO supervisa la experiencia inicial con la acción tomada para identificar cualquier modificación que tenga que hacerse en el futuro. A la culminación del estudio, es apropiado que el equipo de investigación de operaciones documento su metodología con suficiente claridad y detalle para que el trabajo sea reproducible. Poder obtener una réplica debe ser parte del código de ética profesional del investigador de operaciones. Esta condición es crucial especialmente cuando se estudian políticas gubernamentales en controversia. 2.1.2 Clasificación de la Toma de Decisiones. Todas las decisiones no son iguales ni producen las mismas consecuencias, ni tampoco su adopción es de idéntica relevancia, es por ello que existen distintos tipos de decisiones. Existen varias propuestas para su clasificación destacaremos las más representativas. 2.1.2.1 Tipología por niveles. Esta clasificación está conectada con el concepto de estructura organizativa y la idea de jerarquía que se deriva de la misma. Las decisiones se clasifican en función de la posición jerárquica o nivel administrativo ocupado por el decisor. Desde este planteamiento distinguiremos: Decisiones Son decisiones adoptadas por decisores situados en el ápice de estratégicas la pirámide jerárquica o altos directivos. Estas decisiones se (o de refieren principalmente a las relaciones entre la organización o planificación). empresa y su entorno. Son decisiones de una gran 32 transcendencia puesto que definen los fines y objetivos generales que afectan a la totalidad de la organización; a su vez perfilan los planes a largo plazo para lograr esos objetivos. Son decisiones singulares a largo plazo y no repetitivas, por lo que la información es escasa y sus efectos son difícilmente reversibles; los errores en este tipo de decisiones pueden comprometer el desarrollo de la empresa y en determinados casos su supervivencia, por lo que requieren un alto grado de reflexión y juicio. Son decisiones estratégicas las relativas a dónde se deben localizar las plantas productivas, cuáles deben ser los recursos de capital y qué clase de productos se deben fabricar. Son decisiones tomadas por directivos intermedios. Tratan de asignar eficientemente los recursos disponibles para alcanzar los objetivos fijados a nivel estratégico. Estas decisiones pueden ser Decisiones tácticas o de pilotaje. repetitivas y el grado de repetición es suficiente para confiar en precedentes. Sus consecuencias suelen producirse en un plazo no largo de tiempo y son generalmente reversibles. Los errores no implican sanciones muy fuertes a no ser que se vayan acumulando. Por ejemplo decisiones relacionadas con la disposición de planta, la distribución del presupuesto o la planificación de la producción. Decisiones Son las relacionadas con las actividades corrientes de la operativas, empresa. El grado de repetitividad es elevado: se traducen a adoptadas menudo en rutinas y procedimientos automáticos, por lo que la por ejecutivos información necesaria es fácilmente disponible. Los errores se pueden corregir rápidamente ya que el plazo al que se sitúan que afecta es a corto y las sanciones son mínimas. Por ejemplo la en el nivel más inferior. asignación de trabajos a trabajadores, determinar el inventario a mantener etc. (Tabla 2.1) 33 2.2 Métodos Cualitativos. 2.2.1 Concepto. Consiste en descripciones detalladas de situaciones, eventos, personas, interacciones y comportamientos que son observables. Incorpora lo que los participantes dicen, sus experiencias, actitudes, creencias, pensamientos y reflexiones tal como son expresadas por ellos mismos y no como uno los describe. Una de las características más importantes de las técnicas cualitativas de investigación es que procuran captar el sentido que las personas dan a sus actos, a sus ideas, y al mundo que les rodea. Se considera entre los métodos cualitativos a la etnografía, los estudios de caso, las entrevistas a profundidad, la observación participante y la investigación-acción. Características más importantes de las técnicas cualitativas de investigación Una primera característica de estos métodos se manifiesta en su estrategia para tratar de conocer los hechos, procesos, estructuras y personas en su totalidad, y no a través de la medición de algunos de sus elementos. La misma estrategia indica ya el empleo de procedimientos que dan un carácter único a las observaciones. La segunda característica es el uso de procedimientos que hacen menos comparables las observaciones en el tiempo y en diferentes circunstancias culturales, es decir, este método busca menos la generalización y se acerca más a la fenomenología y al interaccionismo simbólico. Una tercera característica estratégica importante para este trabajo (ya que sienta bases para el método de la investigación participativa), se refiere al papel del investigador en su trato -intensivo- con las personas involucradas en el proceso de investigación, para entenderlas. (Tabla 2.2) 34 Los métodos cualitativos no sólo nos proveen de los medios para explorar situaciones complejas y caóticas de la vida real, sino que nos aportan múltiples opciones metodológicas sobre cómo acercarse a tal ámbito de acuerdo con el problema y los objetivos del estudio a largo plazo. A partir de esto, hacer una propuesta acerca de la necesidad de impulsar el pluralismo metodológico, no una mezcla, ni la conjunción ciega de estrategias metodológicas o métodos, sino considerando que mediante múltiples vías puede ser explorado un problema o un contexto, así como la necesidad de tener presente y respetar vías alternas para que el investigador se acerque al problema. Argumento que diferentes métodos de investigación utilizan para responder a distintas preguntas y desde diversas perspectivas y tipos de datos acordes con la pregunta formulada. Estas opciones determinan el tipo de resultados de la investigación, por lo cual los métodos deben ser seleccionados con cuidado de una amplia gama de opciones metodológicas en el contexto de la naturaleza del tipo de resultados esperados o el conocimiento buscado. 2.2.2 Características. A continuación se encuentra el cuadro que ayudara a visualizar los tipos de decisiones y las técnicas aplicables a estos. Posteriormente, se hallara un esquema de las características de las decisiones, esto con el fin de establecer claramente sus diferencias. 1. La investigación cualitativa es inductiva. Los investigadores desarrollan conceptos e intelecciones, partiendo de los datos y no recogiendo datos para evaluar modelos, hipótesis o teorías preconcebidos. En los estudios cualitativos, los investigadores siguen un diseño de investigación flexible. Comienzan sus estudios con interrogantes formuladas vagamente. Ésta es una de las diferencias torales con el enfoque cuantitativo. 2. En la metodología cualitativa el investigador ve el escenario y a las personas en una perspectiva holística. Las personas, los escenarios o los grupos no son reducidos a variables, sino considerados como un todo. El investigador 35 cualitativo estudia a las personas en el contexto de su pasado y de las situaciones en las que se encuentran. 3. Los investigadores cualitativos son sensibles a los efectos que ellos mismos causan sobre las personas que son objeto de su estudio. Se ha dicho de ellos que son naturalistas, es decir, que interactúan con los informantes de un modo natural y no intrusivo. En la observación participante, tratan de no desentonar en la estructura, por lo menos hasta que hayan llegado a una comprensión del escenario. En las entrevistas en profundidad, siguen el modelo de una conversación normal, y no de un intercambio formal de preguntas y respuestas. Aunque los investigadores cualitativos no pueden eliminar sus efectos sobre las personas que estudian, intentan controlarlos o reducirlos a un mínimo, o por lo menos entenderlos cuando interpretan sus datos (Emerson, citado en Taylor & Bogdan, 1987). 4. Los investigadores cualitativos tratan de comprender a las personas dentro del marco de referencia de ellas mismas. Para la perspectiva fenomenológica y por lo tanto para la investigación cualitativa es esencial experimentar la realidad tal como otros la experimentan. Los investigadores cualitativos se identifican con las personas que estudian para poder comprender cómo ven las cosas. Herbert Blumer (citado por Taylor &Bogdan, 1987) explica que el esfuerzo del investigador cualitativo se centra en tratar de aprehender el proceso interpretativo permaneciendo distanciado como un denominado observador “objetivo” y rechazando el rol de unidad actuante, equivale a arriesgarse al peor tipo de subjetivismo: en el proceso de interpretación, es probable que el observador objetivo llene con sus propias conjeturas lo que le falte en la aprehensión del proceso tal como él se da en la experiencia de la unidad actuante que lo emplea. 5. El investigador cualitativo suspende o aparta sus propias creencias, perspectivas y predisposiciones. Tal como lo dice Bruyn (citado por Taylor &Bogdan, 1987), el investigador cualitativo ve las cosas como si ellas estuvieran ocurriendo por primera vez. Nada se da por sobrentendido. Todo es un tema de investigación. 36 6. Para el investigador cualitativo, todas las perspectivas son valiosas. Este investigador no busca “la verdad” o “la moralidad” sino una comprensión detallada de las perspectivas de otras personas. A todas se las ve como iguales. Así, la perspectiva del delincuente juvenil es tan importante como la del juez o consejero; la del “paranoide”, tanto como la del psiquiatra. 7. Los métodos cualitativos son humanistas. Los métodos mediante los cuales estudiamos a las personas necesariamente influyen sobre el modo en que las vemos. Cuando reducimos las palabras y actos de la gente a ecuaciones estadísticas, perdemos de vista el aspecto humano de la vida social. Si estudiamos a las personas cualitativamente, llegamos a conocerlas en lo personal y a experimentar lo que ellas sienten en sus luchas cotidianas en la sociedad. Aprendemos sobre conceptos tales como belleza, dolor, fe, sufrimiento, frustración y amor, cuya esencia se pierde en otros enfoques investigativos. 8. Los investigadores cualitativos dan énfasis a la validez en su investigación. Los métodos cualitativos nos permiten permanecer próximos al mundo empírico (Blumer, citado por Taylor &Bogdan, 1987). Están destinados a asegurar un estrecho ajuste entre los datos y lo que la gente realmente dice y hace. Observando a las personas en su vida cotidiana, escuchándolas hablar sobre lo que tienen en mente, y viendo los documentos que producen, el investigador cualitativo obtiene un conocimiento directo de la vida social, no filtrado por conceptos, definiciones operacionales y escalas clasificatorias. 9. Para el investigador cualitativo, todos los escenarios y personas son dignos de estudio. Ningún aspecto de la vida social es demasiado frívolo o trivial como para ser estudiado. Todos los escenarios y personas son a la vez similares y únicos. Son similares en el sentido de que en cualquier escenario o entre cualquier grupo de personas se pueden hallar algunos procesos sociales de tipo general. Son únicos por cuanto en cada escenario o a través de cada informante se puede estudiar del mejor modo algún aspecto de la vida social, porque allí es donde aparece más iluminado (Hughes, citado por Taylor &Bogdan, 1987). Algunos procesos sociales que aparecen con relieve nítido en ciertas circunstancias, en otras sólo se destacan tenuemente. 37 10. La investigación cualitativa es un arte. Los métodos cualitativos no han sido tan refinados y estandarizados como otros enfoques investigativos. Esto es en parte un hecho histórico que está cambiando con la publicación de libros y de narraciones directas de investigadores de campo; por otro lado, también es un reflejo de la naturaleza de los métodos en sí mismos. Los investigadores cualitativos son flexibles en cuanto al modo en que intentan conducir sus estudios. El investigador es un artífice. El científico social cualitativo es alentado a crear su propio método (Mills, citado por Taylor &Bogdan, 1987). Se siguen lineamientos orientadores, pero no reglas. Los métodos sirven al investigador; nunca es el investigador el esclavo de un procedimiento o técnica. (Tabla 2.3) 2.2.3 Metodología. Los orígenes de los métodos cualitativos se encuentran en la antigüedad pero a partir del siglo XIX, con el auge de las ciencias sociales – sobre todo de la sociología y la antropología – esta metodología empieza a desarrollarse de forma progresiva. La metodología cualitativa. En la década del 60 las investigaciones de corte cualitativo resurgen como una metodología de primera línea, principalmente en Estados Unidos y Gran Bretaña. A partir de este momento, en el ámbito académico e investigativo hay toda una constante evolución teórica y práctica de la metodología cualitativa. La metodología cualitativa. Dentro de las características principales de esta de metodología podemos mencionar: 1. La investigación cualitativa es inductiva. Tiene una perspectiva holística, esto es que considera el fenómeno como un todo. 2. Se trata de estudios en pequeña escala que solo se representan a sí mismos 38 3. Hace énfasis en la validez de las investigaciones a través de la proximidad a la realidad empírica que brinda esta metodología. No suele probar teorías o hipótesis. 4. Es, principalmente, un método de generar teorías e hipótesis. 5. No tiene reglas de procedimiento. 6. El método de recogida de datos no se especifica previamente. Las variables no quedan definidas operativamente, ni suelen ser susceptibles de medición. 7. La base está en la intuición. La investigación es de naturaleza flexible, evolucionaría y recursiva. 8. En general no permite un análisis estadístico La metodología cualitativa. 9. Se pueden incorporar hallazgos que no se habían previsto 10. Los investigadores cualitativos participan en la investigación a través de la interacción con los sujetos que estudian, es el instrumento de medida. 11. Analizan y comprenden a los sujetos y fenómenos desde la perspectiva de los dos últimos; debe eliminar o apartar sus prejuicios y creencias en la metodología cualitativa. 39 2.2.4 Comparación entre metodologías, Cualitativa y Cuantitativa (Tabla 2.4) 2.3 Métodos Cuantitativos. 2.3.1 Concepto. La ciencia administrativa ha desarrollado métodos de análisis y herramientas cuantitativas para la toma de decisiones objetivas. Un factor importante que se debe considerar al seleccionar una herramienta de toma de decisiones es su grado de confiabilidad, ya que así la incertidumbre y el riesgo resultan menores. En el estudio e investigación de fenómenos sociales, se designa por método cuantitativo el procedimiento utilizado para explicar eventos a través de una gran cantidad de datos. Si entendemos que la idea de las ciencias es poder explicar fenómenos a través de relaciones causales, lo que pretende la investigación cuantitativa es determinar 40 y explicar estas últimas a través de la recolección de grandes cantidades de datos que permitan fundamentar sólidamente una hipótesis. El método cuantitativo responde a los intentos de aproximar y dar validez a las disciplinas sociales que suelen recurrir a la historia o a la filosofía para explicar y justificar lo estudiado (teoría normativa, institucionalismo), proceso que, a su vez, se inicia en la época moderna a través de Hume, continuado por Comte y el positivismo lógico y hecho propio, durante el último siglo, por la corriente conductista y el neo-institucionalismo. Debemos considerar, además, que el método cuantitativo responde a la aplicación del objetivo anteriormente citado, el hacer ciencia de las disciplinas sociales, a través de la técnica y la tecnología desarrolladas desde el siglo XIX tanto en materia de cálculo y procedimientos de investigación estadísticos como de máquinas de cálculo electrónicas y que estas condiciones materiales las han permitido un desarrollo formidable de este método así como este último empuja continuamente los límites de la investigación técnica y tecnológica. Generalmente, la recolección de estos datos pasa a través de la aplicación de encuestas y sondeos a un universo o a una muestra de éste (donde por universo se entiende la totalidad de la estructura a estudiar, llámese país, región, ciudad, empresa, partido político, etc. y por muestra se entiende a una parte de este universo), muestra que puede ser elegida al azar o a través del criterio del investigador. Estas encuestas contienen una serie de preguntas cuyas respuestas contienen los datos a estudiar, los cuales pueden ser categorizados como de intervalo (numéricos), de rango o de categoría (nominales), en orden de mayor a menor cuantificación. De hecho, estos dos últimos requieren que un valor les sea asignado, por lo cual su peso puede ser bastante menor a la hora de formular las relaciones matemáticas necesarias en la investigación. Luego, estos datos pasan por procesos de análisis y medición estadísticos, que intentan buscar la relación que tienen estos datos con los fenómenos a estudiar, y que van desde un análisis univariado, que simplemente estudia el comportamiento de una sola variable dentro del set de datos a otros de creciente complejidad, 41 multivariados, que intentan relacionar dos o más variables en el intento de explicar el fenómeno investigado. 2.3.2 Características. El método y la investigación cuantitativa se fundamentan en el positivismo así como en el neopositivismo. Tiene como base epistemológica el positivismo y el funcionamiento. La investigación social cuantitativa se basa en el paradigma explicativo. La recolección de datos pasa a través de la aplicación de encuestas y sondeos a un universo o a una muestra (donde por universo se entiende la totalidad de la estructura a estudiar), muestra que puede ser elegida al azar o a través del criterio del investigador. El método busca acercar, a través de la recolección, estudio y análisis de grandes cantidades de datos mediante técnicas y tecnología estadística, a las disciplinas sociales hacia las ciencias exactas, todo esto gracias a la conversión de fenómenos sociales, capturados en forma de datos. Entre las técnicas de análisis se encuentran: Análisis descriptivo. Análisis exploratorio. Inferencial univariado. Inferencial multivariado. Modelización y Contrastación. Y los tipos de investigación cuantitativa son: Experiencias (control de la variable independiente). Cuasi experimentales (se carece de azar en la formación de grupos). 42 2.3.3 Aplicación. Que el investigador realiza los siguientes pasos: 1.-Las hipótesis se generan antes de recolectar y analizar los datos. 2.-La recolección de los datos se fundamenta en la medición. 3.-Debido a que los datos son productos de mediciones, se representan mediante números (cantidades) y se deben analizar a través de métodos estadísticos. 4.-En el proceso se busca el máximo control para lograr que otras explicaciones posibles distintas a la propuesta del estudio (hipótesis) sean desechadas 5.-Los y se excluya análisis la cuantitativos predicciones iníciales (hipótesis) 6.-La investigación cuantitativa incertidumbre y se interpretan a y de debe ser minimice la el luz estudios previos lo más error. de las (teoría). objetiva posibles. 7.-Los estudios cuantitativos siguen un patrón predecible y estructurando (el proceso). 8.-En una investigación cuantitativa se pretende explicar y predecir los fenómenos investigados, buscando regularidades y relaciones causales entre elementos. 9.-Con los estudios cuantitativos se pretende explicar y predecir los fenómenos investigados. 10.-Los datos generados poseen los estándares de validez y confiabilidad, las conclusiones derivadas contribuirán a la generación de conocimiento. 11.-Este enfoque utiliza la lógica o razonamiento deductivo, que comienza con la teoría y de esta se deriva expresiones lógicas denominadas hipótesis que el investigador busca someter a prueba. 12.-La búsqueda cuantitativa ocurre en la realidad externa del individuo. 2.3.4 Metodología. Un modelo matemático de decisión, por muy bien formulado que esté, no sirve de nada sino podemos encontrar una solución satisfactoria. Una de las características 43 de la programación lineal es que, gracias a sus propiedades matemáticas, se consigue la solución óptima sin muchas dificultades. En esta sección examinaremos en primer lugar el método gráfico, un sistema limitado a problemas con dos variables, y a continuación el método Simplex, el algoritmo más común para solucionar problemas lineales con muchas variables y restricciones. 2.3.4.1 Teoría de probabilidades. Desempeña un papel importante en el campo de los negocios, para ayudar a los gerentes en la toma de decisiones. Como se vive en un mundo en el que el curso de los eventos futuros no puede predecirse con absoluta seguridad, lo mejor que se puede hacer es llegar a soluciones aproximadas basadas en la probabilidad, que puede variar de 0 a 1, el cero completamente pesimista y el uno totalmente optimista sobre la ocurrencia de determinado evento en ciertas condiciones. Cuando los individuos participan en la asignación de un factor de probabilidad de determinado evento, se ha llegado a aceptar como válida esa asignación de probabilidad. La probabilidad puede basarse en datos históricos, los sentimientos de un administrador sobre algún acontecimiento o a cualquiera otra base. Como el administrador tiene cierta idea del posible resultado de sus numerosas decisiones, a la larga puede tomar mejores decisiones si organiza su información y la considera en una estructura lógica de la teoría de la probabilidad. 2.3.4.2 PERT / Tiempo, PERT / Costo y PERT / LOB. La técnica de Evaluación y Revisión de Programas -PERT- tuvo sus principios en la gráfica de Gantt. PERT se desarrolló para el proyecto Polaris en 1958 por la Oficina de Proyectos Especiales de la Marina y la Lockheed Aircraft Corporation, en colaboración con Booz, Alden y Hamilton, empresa consultora de administración. 44 2.3.4.2.1 PERT / Tiempo. La técnica PERT es un método para minimizar los sitios de problemas, congestiones de producción, demoras e interrupciones, determinando las actividades críticas antes de que ocurran, a fin de poder coordinar varias partes dl trabajo en total. Básicamente es una técnica de planeación y control que utiliza una red para programar y presupuestar a fin de lograr un objetivo predeterminado o llevar a cabo un proyecto. Una técnica de esa clase ayuda a facilitar la función de las comunicaciones en la empresa informando tanto de los acontecimientos favorables como de los desfavorables antes de que ocurran. En realidad PERT trata de mantener bien informados a los gerentes de todas las consideraciones y factores críticos relacionados con sus decisiones. Desde ese punto de vista puede ser un valioso instrumento administrativo para la toma de decisiones. 2.3.4.2.2 PERT / Costo. Se desarrolló en 1962 como una expansión de PERT / Tiempo, integra los datos de tiempo con los de costo, e incorpora tanto el tiempo como el costo en una red, a fin de poder calcular los intercambios de costo y tiempo. Esta técnica cambia el enfoque del volumen, por ejemplo, del costo por pieza producida al costo de cada actividad. Atraviesa los linderos contables tradicionales de los departamentos y de los periodos de contabilidad. PERT / Costo requiere un alto grado de coordinación entre las actividades de ingeniería, evaluación, control y contabilidad. 2.3.4.2.3 PERT / LOB. La primera generación de PERT se llama PERT/Tiempo, mientras que a la segunda se le llama PERT/Costo. Hay una nueva tercera generación, llamada PERT/LOB (línea de Balance), que es muy útil en las numerosas actividades entre la investigación y el desarrollo y la producción en cantidad. La técnica LOB misma ha sido un instrumento de control de las actividades de producción desde hace más de 25 años. Muchas empresas emplean la técnica de 45 PERT en la fase de desarrollo de grandes problemas, y utilizan la técnica LOB en la fase de producción. Con este método el problema consiste en que no hay un instrumento eficaz de la administración que pueda emplearse durante la transición del desarrollo al prototipo, así debido a razones tales como compromisos con los clientes y mejor utilización de las instalaciones de las fábricas. La técnica PERT/LOB no sólo tiene por objeto controlar la fase crítica de transición, sino también las etapas de organizar, dirigir y controlar todo el ciclo completo de desarrollo, transición y producción con ayuda de la tercera generación de PERT. Ese método permite que la empresa haga cotizaciones más reales y que calcule con más exactitud los costos basándose en un ciclo de vida, especialmente cuando se trate de contratos del gobierno. 2.3.4.3 Optimización. Los modelos matemáticos de los negocios tratan de ser imágenes de alguna porción del mundo real. Un modelo que describe exactamente una parte del mundo de los negocios, no sólo aumenta la comprensión del problema, sino que también permite tomar una decisión más segura. Básicamente el problema consiste en encontrar la mejor decisión entre muchas alternativas. Esos modelos matemáticos pueden contribuirse y toman muchas formas, pero todos tienen los mismos medios para encontrar la mejor selección entre un gran número de ellas. Los modelos que tienen esa propiedad pertenecen a la categoría de optimización El criterio consiste en escoger las actividades que produzcan las mayores ganancias netas, es muy útil tener un modelo que pueda decirnos cuál es la ganancia que se obtendrá según la actividad que se emprenda. El mismo tipo de razón fundamental se aplica a aquellas situaciones en que se desea un precio óptimo de venta, o bien si se necesita el costo más bajo, teniendo en cuenta ciertas restricciones. 46 2.3.4.4 Modelos de control de inventarios. Ya sea que se trate de materias primas, de trabajos en proceso o de artículos acabados, la función básica de los inventarios consiste en desacoplar, lo que permite que las etapas sucesivas del proceso de manufactura y distribución, funcionen independientemente unas de las otras. La función de desacoplamiento puede llevarse a cabo por lo menos en cuatro formas distintas. Primera, se requieren inventarios de proceso y de movimiento si hay que satisfacer la demanda de los usuarios cuando se requiere tiempo para transportar los artículos de un sitio a otro. Segunda, hay un inventario de tamaño de lote con el que se compran o manufacturan más unidades que las necesarias para el consumo actual. Tercera, cuando se sabe que la demanda de un artículo es variable o estacional, puede ser más económico para una empresa que absorba cierta parte de las fluctuaciones, permitiendo que oscilen sus inventarios y no sus niveles de producción. Muchas empresas encuentran que es más económico estabilizar la producción, porque el costo de contratación y de adiestramiento de nuevos trabajadores, las compensaciones de desempleo, el tiempo extra para satisfacer los períodos de demanda máxima, etc., son mayores que los costos cargados al inventario. Finalmente, pueden requerirse inventarios de fluctuación, si se quiere mantener un suministro adecuado de artículos para cuando los soliciten los consumidores y si se quiere que los faltantes de existencias sean mínimos. En realidad se necesitan existencias de seguridad, a fin de poder satisfacer las fluctuaciones normales sobre el promedio de la demanda. 2.3.4.5 Programación Lineal. La esencia de esas investigaciones consiste en considerar las interrelaciones entre las actividades de una gran organización como un modelo de programación lineal, y determinar el programa de optimización minimizando una función objetivo lineal, y determinar el programa de optimización minimizando una función objetivo lineal. Dantzing indicó que ese nuevo enfoque tendría amplias aplicaciones en los problemas de los negocios, como ocurre actualmente. 47 2.3.4.5.1 El método gráfico. Este método es muy simple de utilizar, pero solo puede ser aplicado a problemas con dos variables. Por otro lado, es muy útil para entender las propiedades matemáticas de la programación lineal. Cada una de las ecuaciones que forman un sistema lineal de dos ecuaciones con dos incógnitas es la de una función de primer grado, es decir, una recta. El método gráfico para resolver este tipo de sistemas consiste, por tanto, en representar en unos ejes cartesianos, o sistema de coordenadas, ambas rectas y comprobar si se cortan y, si es así, dónde. Esta última afirmación contiene la filosofía del proceso de discusión de un sistema por el método gráfico. Hay que tener en cuenta, que, en el plano, dos rectas sólo pueden tener tres posiciones relativas (entre sí): se cortan en un punto, son paralelas o son coincidentes (la misma recta). Si las dos rectas se cortan en un punto, las coordenadas de éste son el par (x, y) que conforman la única solución del sistema, ya que son los únicos valores de ambas incógnitas que satisfacen las dos ecuaciones del sistema, por lo tanto, el mismo es compatible determinado. Si las dos rectas son paralelas, no tienen ningún punto en común, por lo que no hay ningún par de números que representen a un punto que esté en ambas rectas, es decir, que satisfaga las dos ecuaciones del sistema a la vez, por lo que éste será incompatible, o sea sin solución. Por último, si ambas rectas son coincidentes, hay infinitos puntos que pertenecen a ambas, lo cual nos indica que hay infinitas soluciones del sistema (todos los puntos de las rectas), luego éste será compatible indeterminado. 2.3.4.5.2 El método algebraico. En la necesidad de desarrollar un método para resolver problemas de programación lineal de más de dos variables, los matemáticos implementaron el método algebraico, el que más tarde se convertiría en el tan afamado método simplex. 48 Como su nombre lo indica, el método usa como su principal herramienta, el álgebra, que ligada a un proceso de lógica matemática dio como resultado el método algebraico. Con el siguiente ejemplo se ilustra el algoritmo del método algebraico; El ejercicio que se usa para ello es de dos variables X1, X2, con el propósito de observar lo que el método realiza sobre la gráfica en el plano cartesiano, ofreciéndonos ésta metodología la ventaja de comparar paso a paso el método gráfico con el método algebraico. 2.3.4.5.3 El método Simplex. El primer método formal para encontrar soluciones óptimas –el método Simplexfue desarrollado por Dantzig en 1947 y mejorado por Charnes entre 1948 y 1952. Actualmente es el método más utilizado en la búsqueda de soluciones óptimas de programas lineales. En este apartado se examina su funcionamiento de forma simple e intuitiva. Es un procedimiento iterativo que permite ir mejorando la solución a cada paso. El proceso concluye cuando no es posible seguir mejorando más dicha solución. Partiendo del valor de la función objetivo en un vértice cualquiera, el método consiste en buscar sucesivamente otro vértice que mejore al anterior. La búsqueda se hace siempre a través de los lados del polígono (o de las aristas del poliedro, si el número de variables es mayor). Cómo el número de vértices (y de aristas) es finito, siempre se podrá encontrar la solución. El método del simplex se basa en la siguiente propiedad: si la función objetivo, f, no toma su valor máximo en el vértice A, entonces hay una arista que parte de A, a lo largo de la cual f aumenta. Dantzig hizo suposiciones del método Simplex y observó primero las características matemáticas siguientes: 49 1. El conjunto formado por las restricciones es convexo 2. La solución siempre ocurre en un punto extremo 3. Un punto extremo siempre tiene como mínimo dos puntos extremos adyacentes Y a partir de ellas desarrolló el método siguiente: Encontrar una solución inicial factible en uno de los puntos extremos del conjunto convexo y calcular el valor de la función objetivo. Examinar un punto extremo adyacente al encontrado en la etapa 1 y calcular el nuevo valor de la función objetivo. Si este nuevo valor mejora el objetivo, guardar la nueva solución y repetir la etapa 2. En caso contrario, ignorar la solución nueva y volver a examinar otro punto extremo. Regla de parada: cuando no existe ningún extremo adyacente que mejore la solución, nos hallamos en el óptimo. 2.3.4.6 Vectores, matrices y determinantes. 2.3.4.6.1 Vectores. Se define como una línea que tiene dirección y longitud. Se supone que todos los vectores principian en un punto cero. Un vector es todo segmento de recta dirigido en el espacio. Cada vector posee unas características que son: Origen: O también denominado Punto de aplicación. Es el punto exacto sobre el que actúa el vector. Módulo: Es la longitud o tamaño del vector. Para hallarla es preciso conocer el origen y el extremo del vector, pues para saber cuál es el módulo del vector, debemos medir desde su origen hasta su extremo. Dirección: Viene dada por la orientación en el espacio de la recta que lo contiene. 50 Sentido: Se indica mediante una punta de flecha situada en el extremo del vector, indicando hacia qué lado de la línea de acción se dirige el vector. Hay que tener muy en cuenta el sistema de referencia de los vectores, que estará formado por un origen y tres ejes perpendiculares. Este sistema de referencia permite fijar la posición de un punto cualquiera con exactitud. 2.3.4.6.2 Matrices. En matemáticas, una matriz es un arreglo bidimensional de números, y en su mayor generalidad de elementos de un anillo. Las matrices se usan generalmente para describir sistemas de ecuaciones lineales, sistemas de ecuaciones diferenciales o representar una aplicación lineal (dada una base). Las matrices se describen en el campo de la teoría de matrices. Las matrices se utilizan para múltiples aplicaciones y sirven, en particular, para representar los coeficientes de los sistemas de ecuaciones lineales o para representar las aplicaciones lineales; en este último caso las matrices desempeñan el mismo papel que los datos de un vector para las aplicaciones lineales. Pueden sumarse, multiplicarse y descomponerse de varias formas, lo que también las hace un concepto clave en el campo del álgebra lineal. 2.3.4.6.3 Determinantes. Una forma multi-lineal alternada de un cuerpo. Esta definición indica una serie de propiedades matemáticas y generaliza el concepto de determinante haciéndolo aplicable en numerosos campos. Sin embargo, el concepto de determinante o de volumen orientado fue introducido para estudiar el número de soluciones de los sistemas de ecuaciones lineales. 2.3.4.7 Modelos de transporte. Dentro de un periodo dado, cada fuente de embarques (fábrica), tiene cierta capacidad, y cada punto de destino (bodega), tiene ciertos requerimientos con un 51 costo dado de los embarques del punto de origen al de destino. La función objetivo consiste en reducir al mínimo el costo del transporte y satisfacer los requerimientos de las bodegas dentro de las limitaciones de la capacidad de las fábricas. 2.3.4.8 Programación no lineal. Básicamente se ocupa de relaciones no lineales en las que las restricciones y las funciones objetivo pueden tomar casi cualquier forma matemática. Actualmente no hay un método general para resolver problemas de programación no lineal, aunque hay algunos tipos esenciales que pueden resolverse. En esta época este campo se encuentran en un estado de cambio rápido. 2.3.4.8.1 Programación en enteros. La utilidad de la técnica de programación en enteros debe ser evidente, porque hay muchos recursos indispensables, tales como maquinaria, camiones y la asignación de trabajadores a las tareas. Es muy tentador redondear las soluciones no enteras en los problemas que comprenden recursos indispensables, especialmente si el redondea miento es pequeño con respecto a los valores de las variables de que se trate. Sin embargo, ese redondea miento puede dar por resultado soluciones muy alejadas de la solución óptima en enteros. 2.3.4.8.2 Función objetivo no lineal. Básicamente ésta es una condición en la que interactúan las fuerzas de la oferta y la demanda. Y así hay distintas más. 52 3. MÉTODO SIMPLEX COMO HERRAMIENTA DE TOMA DE DECISIONES. 53 3.1 Concepto. Este método, se basa en la conversión del problema con restricciones con desigualdades en un problema, las restricciones son ecuaciones lineales. En el año 1947 el doctor George Dantzig presentó, el algoritmo que desarrolló y que denominó SIMPLEX. A partir de este logro se pudieron resolver problemas, que por más de un siglo permanecieron en calidad de estudio e investigación con modelos formulados pero no resueltos. El desarrollo paralelo de la computación digital, hizo posible su rápido desarrollo y aplicación empresarial a todo tipo de problemas. El método simplex, disminuye sistemáticamente un número infinito de soluciones hasta un número finito de soluciones básicas factibles. El algoritmo simplex utiliza el conocido procedimiento de eliminación en la solución de ecuaciones lineales de Gauss- Jordan y, además aplica los llamados criterios del simplex con los cuales se asegura mantener la búsqueda dentro de un conjunto de soluciones factibles al problema; así valora una función económica Z, exclusivamente en vértices FACTIBLES (posibles). También se consigue con eficiencia, debido a que se dirige la búsqueda haciendo cambios a una solución básica factible adyacente, que se distingue al tener m-1 variables básicas iguales; es decir, dos vértices adyacentes sólo difieren en una variable básica; seleccionando la ruta de mayor pendiente, para mejorar el valor de Z, o por lo menos conservarlo. Un modelo de Programación Lineal, se dice, que está en su forma estándar si cada restricción es una igualdad y las restricciones de signo para cada variable son del tipo mayor o igual que cero. Primero se presenta el método simplex, específico para un modelo de PL en forma canónica de máximo, aplicado con la conocida tabla matricial, (también identificada como tableau), lo cual se resume mediante el diagrama funcional, los fundamentos del algoritmo contenidos en niveles o bloques numerados para la referencia en la descripción del mismo. 54 Es un procedimiento iterativo que permite ir mejorando la solución a cada paso. El proceso concluye cuando no es posible seguir mejorando más dicha solución. Partiendo del valor de la función objetivo en un vértice cualquiera, el método consiste en buscar sucesivamente otro vértice que mejore al anterior. La búsqueda se hace siempre a través de los lados del polígono (o de las aristas del poliedro, si el número de variables es mayor). Cómo el número de vértices (y de aristas) es finito, siempre se podrá encontrar la solución. El método del simplex se basa en la siguiente propiedad: si la función objetivo, f, no toma su valor máximo en el vértice A, entonces hay una arista que parte de A, a lo largo de la cual f aumenta. El algoritmo del Simplex busca el óptimo de un problema de P.L. recorriendo sólo algunos de los vértices del poliedro que representa el conjunto de soluciones factibles. En cada iteración, al algoritmo se desplaza de un vértice a otro de forma que el valor de la función objetivo mejore con el desplazamiento, esto es, que aumente si el problema es de maximización, o disminuya si el problema es de minimización. La optimización de un P.L. puede dar lugar a cuatro posibles resultados: a) Alcanzar un óptimo único. b) Alcanzar un óptimo que no es único (soluciones alternativas o múltiples). c) Concluir que el problema es no factible, esto es, que no existe ninguna solución que satisfaga simultáneamente todas las restricciones del problema. d) Concluir que el problema es no acotado, es decir, que el valor de la función objetivo en el óptimo es tan grande como se desee si el problema es de maximización, o tan pequeño como se quiera si el problema es de minimización. 55 El método Simplex alcanza siempre uno de estos resultados en un número finito de iteraciones. En cada iteración se pasa de una solución básica factible a otra, de manera que en el proceso, el valor de la función objetivo mejora en cada iteración. Cuando se determina que no existe ninguna SBF con un mejor valor de la función objetivo que el actual se detiene el proceso puesto que se ha llegado al óptimo. 3.2 El método simplex en manera global. El método simplex no es más que un enfoque complicado de prueba y error para resolver problemas de Programación Lineal. El método de prueba y error es para resolver problemas en forma gramática. Ahí se aprovechó el hecho de que por lo menos un punto de intersección de la frontera extrema es óptimo. Sencillamente se probaron todos estos puntos de intersección, pero no prueba todos los puntos. Comienza en el origen y selecciona los que dan la mayor mejora en el valor de la función objetivo. Así, al moverse de un punto de intersección a otro, la función objetivo siempre está mejorando. Esto hace que el método simplex sea más eficaz que el método de prueba y error. Se construye una tabla con una solución inicial y se prueba si esa solución es óptima. Si no es óptima (la solución inicial nunca lo es), se analiza la tabla y se prueba la nueva solución. Este procedimiento se repite hasta que se encuentra una solución óptima. 3.2.1 Forma estándar El modelo de PL en forma canónica de máximo que se desea resolver, tiene m ecuaciones obtenidas al convertir las restricciones de desigualdad a igualdad, agregando m variables de holgura, que sumadas a las n variables de decisión, hacen un total de (m + n) incógnitas. Las m restricciones con las (m + n) variables, producen un número infinito de soluciones, entre ellas, un conjunto de factibles y también las no factibles. 56 El algoritmo Simplex, para resolver modelos de programación lineal requiere que el modelo esté en su forma estándar. Lo que se hace es convertir el modelo a la forma estándar. Esto se logra introduciendo nuevas variables, algunas de las cuales reemplazarían a las variables originales. Soluciones básicas. Una solución básica (SB) a un sistema de ecuaciones A x = b m n (n m) es una solución al sistema que se obtiene haciendo cero n m variables y que resulta en un sistema con solución única. A una variable de decisión que deliberadamente se hace cero se le llama variables no básicas (VNB) y mientras que a aquella que se conserva dentro del nuevo sistema se le llama variable básica (VB). Las variables básicas son z, s1, s2, s3 y s4. Mientras que las no básicas son x1, x2 y x3. Observamos que si incrementamos cualquiera de las variables no básicas el valor de z se incrementa. Esta observación se deduce de que los coeficientes de x1, x2 y x3 son negativos en la ecuación de la función objetivo. De esta observación determinamos que la SBF actual no es óptima. Observamos que de estas variables, la que tiene el cociente negativo más grande es x1. Así el aumento de x1 tiene un mayor impacto en el crecimiento de z. Esta variable no básica se llamara variable entrante. Así que tomaremos la decisión de aumentar el valor de x1, que ahora es cero pues es variable no básica. Sin embargo, no podemos aumentar indiscriminadamente el valor de x1. Debemos revisar las restricciones para ver si una de ellas le impone límite al valor que puede tomar x1. Este límite lo vamos a obtener recordando que sólo debemos manejar soluciones básicas factibles, es decir, soluciones donde no puede haber variables de decisión con valor negativo. Una solución básica es una solución, con valores no ceros, a un sistema de ecuaciones. Las variables en la solución se llaman variables básicas y las 57 variables que no son solución se llaman variables no básicas o variables cero (variables con valores cero). 3.2.2 Solución básica factible. Del total, (m + n) variables, sólo n se igualan con cero (n = 0), lo cual produce (sí existen), un número finito de soluciones básicas con un límite máximo de (m + n)! / m! n!. Estas pueden ser, factibles y no factibles; se consideran sólo las primeras. 3.2.3 Se toma en cuenta sólo las soluciones básicas factibles. Esto es, las que tienen todas las variables básicas >= cero; es decir, con un número de iteraciones menor a (m + n)! / m! n!, se obtienen soluciones básicas factibles: no degeneradas, si todas las incógnitas básicas son positivas y soluciones degeneradas, si al menos una variable básica es igual a cero. Se aplican los criterios del algoritmo en forma iterativa para evaluar la función objetivo en puntos extremos adyacentes que potencialmente puedan mejorar el valor Z. 3.2.4 Se generan nuevas soluciones básicas factibles. Tales que el valor de la función objetivo Z mejore; se repite el procedimiento (iteraciones) entre los niveles 3 y 4, hasta que ninguna solución básica factible adyacente resulte mejor; es decir, hasta que no haya incremento de valor, si el problema es de máximo, (hasta que no haya decremento, para el problema, no tratado ahora, de mínimo). El método simplex es una herramienta algebraica que permite localizar de manera eficiente el óptimo entre los puntos extremos de una solución a un problema de programación lineal. Forma estándar de programación lineal (PL) y sus soluciones básicas El empleo de las soluciones básicas para resolver el modelo de PL requiere poner el problema en una forma estándar, cuyas propiedades son: 1. Todas las restricciones (con excepción de las restricciones de no negatividad sobre las variables) son ecuaciones con un lado derecho no negativo. 58 2. Todas las variables son no negativas. 3. La función objetivo puede ser del tipo de maximización o de minimización El algoritmo Simplex procede de la siguiente manera: 1. Convierta el modelo PL a su forma estándar. 2. Obtenga una SBF a la forma estándar. 3. Determine si la SBF es óptima: Si hay una variable no básica cuyo aumento hace que el valor actual de la función a maximizar suba, entonces la solución actual no es óptima. 4. Si la SBF no es óptima, determine la variable no básica que debería convertirse en básica (la de mayor impacto en la función objetivo) y cuál variable básica debería convertirse en una no básica (la que impone una restricción mayor a la variable de mayor impacto). Con la selección anterior y usando operaciones elementales de renglón determine una SBF nueva adyacente a la anterior. 5. Reinicie con el paso 3 y con la nueva SBF. En términos algorítmicos, para determinar la variable básica saliente: para cada una de las ecuaciones inferiores se determina la razón entre los lados derechos de las ecuaciones dividida entre el coeciente de la variable entrante en cada ecuación. Y de estas razones se escoge la más pequeña. La ecuación correspondiente a tal razón determina la variable básica saliente. Si la variable entrante no aparece en la ecuación (cero como coeciente) diremos que tal ecuación no limita el crecimiento de la variable entrante. Si la variable entrante tiene coeciente negativo en una ecuación, cuando se hace el despeje de la variable básica correspondiente lo que se obtiene es una fórmula que no limita el crecimiento de la variable entrante pues la variable básica correspondiente aumentaría de valor; siendo no negativa, sería siendo no negativa. Por tanto, para motivos de determinar el valor máximo al que se puede incrementa la variable entrante, se determinará la menor razón entre los lados derechos y los coecientes positivos. Como los lados derechos de las ecuaciones inferiores contienen los valores de las variables básicas, de estos ninguno de estos será negativo. La 59 variable saliente es la variable básica en cuyo renglón la variable entrante tiene coeciente positivo y la razón: Lado derecho del renglón Coeciente de la variable entrante en el renglón El método simplex usa las operaciones del álgebra de matrices para resolver problemas de programación lineal; el procedimiento computacional detallado del método se muestra en que usa un enfoque o método algebraico para resolver un problema. 3.3 Restricciones Una restricción de un problema de programación lineal se puede clasificar en dos tipos: Restricciones o condiciones específicas en el problema. Estas deben convertirse en una ecuación lineal en método simplex. Restricciones no negativas. Una restricción no negativa es una restricción aplicable a todos los tipos de problemas de programación lineal. No es necesario convertirlas en una ecuación para propósitos de computación. ¿Qué sucede con las restricciones que ya no son una desigualdad? La respuesta técnicamente correcta es que no es necesario hacer nada si una de las variables tiene coeficiente uno y coeficientes cero en todas las otras restricciones. De otra manera, debe agregarse una variable artificial y olvidar el caso especial de uno/cero en los coeficientes. La razón para aumentar variables artificiales después será más clara. Todas las variables que aparecen en una restricción también deben aparecer en la función objetivo. Así cada variable de holgura, de excedente o artificial que se aumenten también deben agregarse a la función objetivo. Para las variables de holgura o de excedente siempre son cero. Esto significa que no importa si está en la solución. Ahora bien, las variables artificiales tienen un 60 problema diferente: no se desea que estén en la solución final. Recuérdese que sólo se usan para evitar que las variables de excedente violen las restricciones de no negatividad (y para las ecuaciones). El que una variable artificial esté en la solución final significa que algo anda mal. Para mantenerlas fuera de la solución, se les asignará un coeficiente en la función objetivo por lo menos 100 veces más grande que cualquier otro coeficiente y con el signo adecuado para garantizar que salgan. Así, al maximizar se asignará –MA, en donde M es un número muy grande. Si se trata de minimizar, se seleccionará +MA. Estas reglas para el aumento son fijas para cada tipo de restricción y que las variables de holgura y de excedente siempre tienen coeficiente cero en la función objetivo. Lo único que cambia es el signo para las variables artificiales en la función objetivo: se selecciona de manera que estas variables salgan de la solución final. T= número de mesas producidas C= número de sillas producidas Y que el problema se formuló como: Maximizar la utilidad= $7T + $5C Sujeta: (función objetivo) 2T + 1C < 100 (restricción de horas de pintura) 4T + 3C < 240 (restricción de horas de carpintería) T,C>0 (restricciones de no negatividad) 61 3.4 Conversión de las restricciones a ecuaciones. El primer paso del método simplex requiere convertir cada restricción de desigualdad (excepto restricciones de no negatividad) en una igualdad estricta o ecuación. Las restricciones menor o igual a, tal como el problema Flair, se convierten en ecuaciones cuando se le agrega una variable de holgura a cada restricción. Las variables de holgura representan recursos no utilizados; estos pueden asumir la forma de tiempo de máquina, horas de mano de obra, dinero, espacio de almacenamiento o cualquier número de recursos semejantes en diversos problemas de negocios. En el caso que nos ocupa, sean: S1= variable de holgura que representa horas no utilizadas en el departamento de pintura. S2= variable de holgura que representa horas no utilizadas en el departamento de carpintería. Ahora, las restricciones del problema se pueden describir como: 2T + 1C + S1 = 100 4T + 3C + S2 = 240 Por lo tanto, si en la producción de mesas (T) y sillas (C) utilizan menos de 100 horas del tiempo de pintura disponible, el tiempo no utilizado es el valor de la variable de holgura, S. por ejemplo, si T=0 y C=0 (en otras palabras, sino se produce nada), se tienen S=100 de tiempo de sobra en el departamento de pintura. Si Flair produce T=40 mesas y C=10 sillas, entonces: 2T + 1C + S1 = 100 4(40) + 1(10) + S1 = 100 S1 = 10 62 Y habrá 10 horas de sobra, o no utilizadas, del total de tiempo disponible para la pintura. Para incluir todas las variables en cada ecuación, lo cual es un requisito del siguiente paso simplex, las variables de holgura que no aparecen que no influyen en las ecuaciones en las que se insertan, pero permiten seguir la pista de todas las variables en todo momento. Ahora, las ecuaciones se formulan como sigue: 2T + 1C + 1S1 + 0S2 = 100 4T + 3C + 0S1 + 1S2 = 240 T, C, S1, S2 > 0 Como las variables de holgura no producen utilidad, se agregan a la función objetivo original con coeficientes de utilidad 0. La función objetivo se escribe como: Maximizar la utilidad = $7T + $5C + $0S1 + $0S2 3.5 Búsqueda de una solución inicial por medios algebraicos. Examine otra vez las nuevas ecuaciones de restricción. Se ve que hay dos ecuaciones y cuatro variables (cuando el número de incógnitas es igual al número de ecuaciones, es posible obtener una solución única al sistema). Pero cuando existen incógnitas (T,C,S1 y S2 en este caso) y sólo dos ecuaciones, dos de las variables se igualan a 0 y luego se resuelve para las otras dos. El método simplex se inicia con una solución factible inicial en la cual todas las variables reales (tales como T y C) se igualan a cero. Esta solución trivial siempre produce una utilidad de $0, así como también variables de holgura iguales a los términos constantes (lado derecho) de las ecuaciones de restricción. No es una solución muy emocionante en términos de rendimientos económicos, pero es una de las soluciones de punto de esquina originales. El método simplex se inicia en este punto de esquina (A) y luego continúa hacia arriba o hacia el punto de esquina que dé la utilidad máxima (B o D). Por último, la técnica se mueve en un 63 nuevo punto de esquina (C), el cual casualmente es la solución óptima del problema de Flair Furniture. El método simplex considera sólo soluciones factibles y por consiguiente no toca otras combinaciones posibles. 3.6 Variables. Una variable es un conjunto de valores que usualmente se representa por un símbolo. Al establecer las ecuaciones hay tres tipos de variables: Variables originales. Una variable original se usa para representar una incógnita en un problema dado. Se representa por el símbolo X. Variables de holgura o excedentes. Una variable de holgura o excedente, también llamada variable de ayuste y variable auxiliar, (slack variable en inglés) se usa para convertir una desigualdad en ecuación. Cuando el lado izquierdo es menor que (<) el lado derecho de una desigualdad, añadimos una variable de holgura; mientras que, cuando el lado izquierdo es mayor que (>) el lado derecho le restamos. Una variable de holgura se representa por el símbolo S (por sobrante). Las variables de holgura se agregan a la restricción menor que o igual a. cada variable de holgura representa un recurso no utilizado. Variables artificiales. Una variable artificial se usa para obtener una solución inicial que incluirá una respuesta lógica o no negativa. Una variable artificial se representa por el símbolo A. Este método permite entender los principios básicos de Programación Lineal. Sin embargo, la mayoría de los problemas de la vida real implican más de dos variables y por lo tanto son demasiado grandes para resolverlos mediante el procedimiento de solución gráfica simple. Los problemas que se deben enfrentar en el mundo de los negocios y el gobierno pueden tener docenas, cientos o incluso miles de variables. Se necesita un método más poderoso, para esto y más se encuentra el método simplex. 64 El funcionamiento es un concepto sencillo y similar a la Programación Lineal gráfica en un aspecto importante. En Programación Lineal se examina cada uno de los puntos de esquina; la teoría Programación Lineal sostiene que la solución óptima queda en uno de ellos. En problemas de Programación Lineal que contienen varias variables es posible que se pueda graficar la región factible, pero la solución óptima quedará aún en un punto de esquina de la figura de muchas dimensiones y muchos lados (llamada poliedro n-dimensional) que representa el área de las soluciones factibles. El método simplex examina los puntos de esquina forma sistemática por medio de conceptos algebraicos básicos. Lo hace de manera iterativa, es decir, repitiendo la misma serie de métodos algebraicos una vez tras otra hasta que se llega a una solución óptima. En problemas del tipo de maximizar, cada iteración produce un valor más alto de la función objetivo de modo que siempre se está más cerca de la solución óptima. El estudio es importante, entender las ideas utilizadas para producir soluciones. El método simplex no sólo aporta la solución óptima de las variables Xi y la utilidad máxima (o costo mínimo), sino también información económica valiosa. Para poder utilizar las computadoras con éxito e interpretar cabalmente los resultados impresos de Programación Lineal, se tiene que saber lo que el método simplex hace y porqué. 65 3.7 Ejemplo de solución de un Problema a través del Simplex. ESTACIÓN PIEDAD REGALO DE BEBIDAS GASEOSAS REGALO DE UN VASO DISMINUCIÓN EN COMPRAS EN COMPRAS DE DE PRECIOS DE $4.00 10 GALONES O MÁS Disminución precios 4% 1% -3% Regalo de bebidas Estación gaseosas en compras Standard de $4.00 3 1 6 -3 4 -2 TESORERIA Regalo de un vaso en compras de 10 galones o más (Tabla 3.1) Refiriéndonos a una sección anterior (método de sub-juegos para encontrar el valor del juego), vemos que las desigualdades que expresan las expectaciones de la estación de servicio Piedad son las siguientes: 4Y1 + Y2 – 3Y3 < V (V= valor de juego) 3Y1 + Y2 + 6Y3 < V -3Y1 + 4Y2 – 2Y3 < V Y1 + Y2 + Y3 = 1 (Tiempo empleado para jugar las tres columnas, que se suma a la unidad) 4Y1 + Y2 - 3Y3 < 1 V V (Divídase cada lado entre V) V 4Y1 + Y2 + 6Y3 < 1 V V V -3Y1 + 4Y2 + 2Y3 < 1 V V V 66 A fin de remover las V del denominador, es necesario diseñar una nueva variable (Yi): Yi= Yi V Resolvemos el juego en términos de las Y, de modo que cuando acabemos, podamos multiplicar las Y por V, para determinar las Y originales (Yi=Yi x V). Las nuevas desigualdades son: 4Y1 + Y2 – 3Y3 < 1 3Y1 + Y2 + 6Y3 < 1 -3Y1 + 4Y2 – 2Y3 < 1 La ecuación (Y1+Y2+Y3=1), también debe expresarse de nuevo en términos de las Y, como sigue: Y1 + Y2 + Y3 = 1 V VVV Y1 + Y2 + Y3 = 1 V Nuestras cuatro restricciones (ecuaciones de restricción) de acuerdo con lo anterior, son las siguientes: Y1 + Y2 + Y3 = 1 V 4Y1 + Y2 – 3Y3 < 1 3Y1 + Y2 + 6Y3 < 1 -3Y1 + 4Y2 – 2Y3 < 1 67 Podemos expresar las ecuaciones anteriores en términos de un problema de programación lineal, resolviendo las estrategias óptimas de Y, y añadiendo una variable de holgura a cada desigualdad. Hay que recordar que el objetivo de Y consiste en minimizar el valor del juego (V), que es lo mismo que maximizar 1/V: Maximizar Y1 + Y2 + Y3 = 1 V Sujeto a: 4Y1 + Y2 – 3Y3 + Y4 + 0Y5 + 0Y6 = 1 3Y1 + Y2 + 6Y3 + 0Y4 + Y5 + 0Y6 = 1 -3Y1 + 4Y2 – 2Y3 + 0Y4 + 0Y5 + Y6 = 1 donde Y4, Y6 e Y7, son variables de holgura. Como ya se estudió el algoritmo Simplex con cierto detalle, no se muestran los cuadros necesarios para resolver las estrategias finales de Y. Sin embargo, se dan las estrategias óptimas de Y de acuerdo con el cuadro final: Y1 = 27 161 Y2 = 62 161 Y4 = 3 161 Es necesario convertir Y1, Y2 e Y3, en estrategias reales de columna Y, lo que puede hacerse multiplicándolas por V. sin embargo, lo que realmente hemos aumentado al máximo es 1/V. Si 1/V es igual a 4/7 (el valor de la columna de cantidad del último cuadro o Y1+Y2+Y3), entonces V es igual a 7/4. Substituyendo 7/4 por V, las estrategias de columna de Y son las siguientes: Y1 = Y1 x V Y2 = Y2 x V Y3 = Y3 x V Y1 = 27 x 7 Y2 = 62 x 7 Y3= 3 x 7 161 161 4 Y1 = 27 Y2 = 62 92 92 4 161 4 Y3 = 3 92 68 Como lo dijimos antes, Y4, es una variable de holgura y no se jugará. El procedimiento anterior para calcular las estrategias de Y (así como el valor del juego), puede usarse para X. Las desigualdades siguientes representan las expectaciones de X: 4X1 + 3X2 – 3X3 > V (V= valor del juego) X1 + X2 + 4X3 > V -3X1 + 6X2 – 2X3 > V X1 + X2 + X3 = 1 4X1 + 3X2 - 3X3 > 1 V V (Las estrategias suman 1) V X1 + X2 + 4X3 > 1 V V (Divídase cada lado entre V) V -3X1 + 6X2 - 2X3 > 1 V V V X1 + X2 + X3 = 1 V V VV La definición de una nueva variable Xi, que es igual a Xi/V, o Xi=Xi x V, podemos expresar de nuevo las desigualdades y el valor del juego del modo siguiente: Minimizar X1 + X2 + X3 = 1 V Sujeto a: 4X1 + 3X2 – 3X3 > 1 X1 + X2 + 4X3 > 1 -3X1 + 6X2 – 2X3 > 1 Esas ecuaciones pueden expresarse de nuevo añadiendo variables de holgura y artificiales. El jugador X quiere aumentar al máximo V, o reducir al mínimo 1/V. Las ecuaciones para el cuadro inicial del problema de programación lineal son: Minimizar X1 + X2 + X3 = 1 V 69 Sujeto a: 4X1 + 3X2 – 3X3 – X4 + 0X5 + 0X6 + X7 + 0X8 + 0X9 = 1 X1 + X2 + 4X3 + 0X4 – X5 + 0X6 + 0X7 + X8 + 0X9 = 1 -3X1 + 6X2 – 2X3 + 0X4 + 0X5 – X6 + 0X7 + 0X8 + X9 = 1 donde X4, X5 y X6 son variables de holgura, y X7, X8, y X9 son variables artificiales. El algoritmo Simplex produce las estrategias siguientes: X1 = 1 7 X2 = 2 7 X3 = 1 7 Pero Xi=Xi x V, dan por resultado las siguientes estrategias de renglón para X: X1 = 1 x 7 ; 7 4 X2 = 2 x 7 ; 7 4 X3 = 1 x 7 ; 7 4 X1 = 1 4 X2 = 1 2 X3 = 1 4 Al leer acerca del método Simplex, llego a la conclusión, que es un procedimiento iterativo, que permite la optimización de un proceso con restricciones. El método resuelve problemas determinados y con un uso más práctico en la economía y la administración, ya que se requieren máximas ganancias, minimizar horas de trabajo, producción, mantenimiento, requerimientos, costos, etc. El cual se basa en el método de eliminación Gaussiana. 70 Este método permite visualizar cuanto se debe vender, cuanto se debe producir o cuanto se debe comprar según sea el caso para que la empresa obtenga las ganancias optimas y suficientes para competir en el mercado. En Base a esta importancia El método simplex ha tenido diversas aplicaciones en las industrias especialmente en el área de transporte, en la parte de inventarios y en lo empresarial en general. Este método sirve para resolver problemas. En conclusión tenemos que el método Simplex emplea básicamente la estrategia de resolver los problemas de programación lineal siempre que se tenga una solución factible. 71 CONCLUSIONES 72 El método Simplex, se destaca la lógica y procedimiento que tiene, se necesita emplear los supuestos para que éste funcione, dándonos una visión de lo probable y estar preparados para lo que sea. En sí, el método Simplex, nos permite detectar posibilidades y mejores alternativas, dentro del margen teórico; con la variable holgura, podemos ajustarlo a nuestro beneficio. Con este trabajo demostramos la metodología de la aplicación del método Simplex, que sirve destinándolo a los problemas de la vida diaria y dentro de las empresas; esto es para facilitar el trabajo empleando los costos, horas de producción, trabajo, mantenimiento, etc.; como buscar maximizar las ganancias y minimizar los costos. Los administradores recién egresados, no todos tenemos experiencia laboral enfocados a nuestra carrera, con lo anteriormente mencionado en este trabajo, podemos darnos una idea y salir un poco más preparados, en cuanto a los cambios o situaciones que se puedan presentar en un futuro a corto plazo. Con los métodos plasmados en el trabajo, podemos darnos una idea de que es lo necesario para aplicarlo en nuestros problemas, podemos escoger el más conveniente para cada situación; el más mencionado lógicamente es el método Simplex, porque es el tema principal, pero habla general de los distintos métodos relevantes. Los procesos ya mencionados, son para poder llevar a cabo una mejor toma de decisiones en el transcurso de nuestra vida, específicamente como administradores dentro de las organizaciones, se llevan a cabo para un mejor desenvolvimiento en el desarrollo de actividades laborales, como también, poder solucionar problemas en pocos pasos y optimizar eficientemente a la empresa. Como se menciona en el principio, el trabajo está dedicado a fomentar un poco más el pensamiento lógico y crítico de nosotros, muchas veces nos dejamos llevar 73 por la tangente, pero hay que pensarlo, analizarlo y comprenderlo antes de tomar una decisión que pudiese repercutir en un futuro. Es necesario tener las bases necesarias para poder desarrollarlo, es un poco complicado, pero practicándolo se facilitará y hará un mejor desenvolvimiento en nuestro sentido común; ¿por qué arriesgarse y no prevenirse?, ése sería mi lema, la mentalidad de nosotros los mexicanos es lo contrario, no porque no seamos capaces, sino por la pereza de salir adelante. Hablando como egresado de la licenciatura de administración, podemos abrirnos campo aplicándolo en nuestra vida distintos métodos, nos ayudan a darnos una perspectiva, previendo distintas situaciones que pudiesen ser incómodas, como también demostrar que somos capaces de preverlo o resolver ya sea el caso. Muchas veces nada más nos dedicamos a componer y solucionar situaciones ya presentes, pero no nos ponemos a analizar el porqué sucedieron, como el dicho mexicano “el hombre es el único animal capaz de tropezar dos veces con la misma piedra”, eso en un trabajo no es posible, te puede afectar drásticamente. En lugar de corregir errores, prevenirlos, adelantarse, en el sentido de plantear supuestos probables, esto es, hacer un marco teórico de todo aquello que pudiese pasar y con nuestra variable holgura hacer propuestas en el sentido de estar preparados para lo que suceda. En nuestra actualidad juvenil, las empresas de la ciudad no son eficientes por parte de los dueños y elaboradores de ellas, en cuestión de procesos y procedimientos no son capaces de llevar una buena Administración para beneficio de las organizaciones. Esto exime a la administración de ocuparse de la carga cada vez mayor de los problemas mal estructurados (que no pueden someterse a programa) a que se enfrenta en los nuevos ambientes, y por lo tanto necesita que las computadoras e ayuden para utilizar algún tipo de modelo de empresas para poder competir con la creciente complejidad de su tarea. 74 Hoy en día es perfectamente posible conjugar técnicas cuantitativas con la informática de una manera rápida, eficaz y a un coste interesante, con resultados que avalan la idea antes señalada. Muchas veces, cuando hay problemas en la toma de decisiones, lo que se hace es lo que fue elegido por la mayoría, poniendo en reisgo a la empresa, para esto el método Simplex ocupando supuestos o probabilidades que pueda pasar o suceder, así tomando todas las preventivas y eligiendo así la mejor decisión. Actualmente la administración está funcionando en un ambiente de negocios que está sometido a muchos más cambios que en cualquier época pasada. El administrador puede iniciar alguno de esos cambios, con la dinámica de los mercados, que son la nueva tecnología y la internacionalización creciente, entre muchos más, desplaza los mercados internacionales. El simplex no sólo ayuda a evitar riesgos y encontrar las mejores decisiones, sino también identificar cuáles son las debilidades y amenazas de la empresa, suprimiéndolas para su beneficio y aprovechar al máximo sus fortalezas y oportunidades, al poner probables (variable holgura), se identifica todo esto en el trabajo. Éste trabajo tiene como propósito proveer ayuda al estudiante para que pueda comprender y manejar más efectivamente el método Simplex de programación lineal; está ilustrado durante el desarrollo del trabajo su aplicación a situaciones de maximización, minimización y análisis de sensibilidad entre otros. Todos éstos métodos mencionados anteriormente, son aplicados en distintas formas, los métodos cuantitativos son demasiados, sólo se mencionan los más relevantes y más utilizados en la carrera de Administración, pero están plasmados generalmente. Así concluimos que el método Simplex, sirve como herramienta para una mejor toma de decisiones, ya que sirve para planear, prevenir y solucionar situaciones en conflicto y mejoras en la empresa, tomando como modelo las experiencias realizadas durante mi formación académica. 75 FUENTES DE INFORMACIÓN Render Barry & Hanna Michael E., Stair Ralph M., 2006 | Idioma: Castellano, PEARSON ADDISON-WESLEY, Métodos cuantitativos para los negocios, 116123, 163-227. . Anderson, Sweeney & Williams (2012), Thomson, Métodos cuantitativos para los negocios (9th ed.) 3-17, 100-126, 155-165, 223-247,338-350,421-431, 515-527, 556-561. Charles A & Gallagher, Hugh J. Watson, McGraw-Hill, 1982, Métodos cuantitativos para la toma de decisiones en administración, 227-446. Stephen Pinyee Shao, Thomson South-Western, 1978, Matemáticas y métodos cuantitativos, para comercio y economía, 214-277 Recursos electrónicos. INVESTIGACIÓN DE OPERACIONES, CURSO DE LA ESCUELA DE ADMINISTRACIÓN Y CONTADURÍA, Julio 2004, http://www.investigacionoperaciones.com/SIMPLEX_analitico.htm. PROGRAMACIÓN LINEAL, Introducción al método simplex, junio 2011, http://www.uaeh.edu.mx/docencia/P_Lectura/icbi/asignatura/Notas_de_clase_Prog ramacion_Lineal.pdf Investigación de Operaciones 1 (IND-331), Método Simplex, 2004, http://investigaciondeoperacionesind331.blogspot.com/p/metodo-simplex.html El método Simplex, trabajo recepcional, 2001, http://materias.fi.uba.ar/7114/Docs/SimplexEnfoquePractico.pdf 76 ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1.1 Clasificación de los modelos. Tabla 1.2 Conjuntos básicos de un modelo matemático. Tabla 2.1 Tipología por niveles. Tabla 2.2 Tabla 2.3 Tabla 2.4 Tabla 3.1 Características más importantes de las técnicas cualitativas de investigación Tipos de decisiones y las técnicas aplicables. Comparación entre metodologías, Cualitativa y Cuantitativa. Ejemplo de solución de un problema a través del Simplex. Pág. 21 Pág. 32, 33 Pág. 34 Pág. 35 - 38 Pág. 40 Pág. 67 77