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Separata de Investigación de Operaciones - Administración de Negocios

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  1. 1. ASOCIACIÓN UNIVERSIDAD PRIVADA SAN JUAN BAUTISTA FACULTAD COMUNICACIÓN Y CIENCIAS ADMINISTRATIVAS Escuela Profesional de Administración de Negocios - PEA Curso – Investigación de Operaciones CAPÍTULO I: GENERALIDADES SOBRE LOS MODELOS CUANTITATIVOS 1. Definición Disciplina que ayuda en la toma de decisiones, mediante la aplicación de un enfoque científico a problemas de gestión empresarial que involucran factores cuantitativos: - Disciplina: Conjunto completo de conocimientos y técnicas con fundamento científico. - Toma de decisiones: Brindan un análisis y recomendaciones, con base en los factores cuantitativos del problema como insumo. - Enfoque científico: Se intentará emplear el método científico realizando una investigación sistemática que incluya la recopilación de datos, el desarrollo y prueba de las hipótesis del problema (en forma de modelo matemático) y la aplicación de la lógica en el análisis siguiente. - Factores cuantitativos: Como cantidades de producción, costos, cantidades disponibles de recursos necesarios y otros. Al incorporar estos factores en un modelo matemático y aplicar procedimientos matemáticos para resolver el problema, se tiene una forma poderosa para analizar problemas administrativos. Un modelo es una abstracción, simplificación de un problema de decisión de negocios, que se lograr si se incluye sólo los elementos importantes y se omiten los no esenciales. El proceso de modelado es creativo; es un proceso evolutivo que comienza con un simple “modelo verbal” para definir la esencia del problema y gradualmente evoluciona hacia modelos matemáticos cada vez más completos. El modelo matemático de un problema de negocios es el sistema de ecuaciones y las expresiones matemáticas relacionadas que describen la esencia del problema. El proceso de desarrollar y resolver modelos, es esencial porque nos permite hacer inferencias sobre la situación real. Ejemplo: - Hacer inferencias sobre cuanta utilidad se ganará si se vende una cantidad específica de un producto particular. - El modelo de una máquina es más fácil y menos costosa de construir y estudiar que una máquina de tamaño real, y reducen el riesgo asociado al experimentar con una situación real. El éxito de un procedimiento cuantitativo depende en gran medida de la precisión con que se expresa el objetivo y las restricciones en términos de ecuaciones o relaciones matemáticas. 2. Relación entre la solución de problemas y toma de decisiones • Solución de problemas: Es el proceso de identificar la diferencia entre un estado real de cosas y el deseado y tomar las acciones para resolver dicha diferencia. • Toma de decisiones: Es un proceso a través del cual, cuando se afronta un problema, se selecciona un plan de acción específico o solución, a partir de un conjunto de posibles cursos de acción. La fase de análisis del proceso de toma de decisiones puede tomar las formas básicas: - Análisis cualitativo: Se basa en el juicio y la experiencia, incluye la “sensación” intuitiva en relación con el problema, es más un arte que una ciencia. Se aplica habilidades inherentes que por lo general se incrementa con la experiencia. - Análisis cuantitativo: Se concentrará en los hechos o datos cuantitativos asociados con el problema y desarrolla expresiones matemáticas que describan los objetivos, los límites y otras relaciones que existan dentro del problema. Se debe encontrar el equilibrio apropiado entre los factores cualitativos y cuantitativos, para evitar consecuencias negativas al tomar una decisión, ejemplo: el ánimo y el liderazgo puede ser afectado por una mala decisión. Las decisiones pueden caracterizarse por tomarse bajo certidumbre o incertidumbre, dependiendo de si los Ing. Flor Galarreta Rios 1 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  2. 2. ASOCIACIÓN UNIVERSIDAD PRIVADA SAN JUAN BAUTISTA FACULTAD COMUNICACIÓN Y CIENCIAS ADMINISTRATIVAS Escuela Profesional de Administración de Negocios - PEA Curso – Investigación de Operaciones factores principales se consideran conocidos o no. La toma de decisiones bajo incertidumbre involucra el uso de probabilidades para expresar la posibilidad de eventos inciertos. Definir el Problema Estructura del problema Identificar alternativas Toma de Decisiones Determinar los criterios Solución Análisis cualitativo De Evaluar alternativas Resumen y Toma de Análisis del problema Evaluación decisiones Problemas Escoger una alternativa Análisis cuantitativo Implementar la decisión Decisión Evaluar los resultados Relación entre soluciones de problemas y toma de decisiones 3. Tipos de modelos: Nos apoyamos en una serie de medios (modelos que son instrumentos de simulación del proyecto) que permitan conocer las dificultades de un proyecto antes de que se construya. Según T. Woodson, existen tres tipos de modelos: a. Modelos icónicos.- Forman un código técnico de transmisión de información universal basado en la ciencia y el arte del dibujo y en las normas de símbolos y líneas. Contribuyen al planteamiento y resolución de problemas, mediante la representación visual permitiendo el establecimiento de relaciones entre elementos y la síntesis de éstos que conduzca a la construcción (icónica) del conjunto. Tienen un nivel de abstracción bajo en comparación con los modelos analógicos (nivel medio de abstracción) y con los modelos simbólicos (nivel alto). Entre los principales tenemos: - Especificaciones. Mediante palabras o por coordenadas (descriptivo), o mediante dibujo (más concreto y con menor posibilidad de error). - Visualización y síntesis. El dibujo permite la ampliación o la reducción de un elemento por medio de las escalas: situación, orden, proporción, disposición, sombras, aspectos estéticos, etc. A partir de un grupo de elementos se puede sintetizar un conjunto, o bien, a partir de un conjunto determinar sus componentes. - Determinación de dimensiones. Necesaria para la medición, valoración y construcción. - Método gráfico para el cálculo. Interpolación, extrapolación, ratios, cálculos trigonométricos, operaciones con vectores, ábacos y nomogramas, integración o diferenciación y optimización. - Modelos a escala. Permite realizar ensayos, comprobar el funcionamiento o estudiar una distribución de componentes. b. Modelos Analógicos.- Se utilizan para simular el comportamiento de un sistema, de difícil estudio directo, mediante otro sistema que pueda reproducir las características y circunstancias del primero en condiciones más sencillas. Permiten: - Simular el comportamiento, operando en el modo deseado y en tiempo real o artificial. - Determinar resultados numéricos, realizando un control cuantitativo de las interacciones entre componentes. - Utilizar diversos fenómenos que sugieren nuevas áreas de investigación. - Intercambiar variables y parámetros, a voluntad. Ing. Flor Galarreta Rios 2 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  3. 3. ASOCIACIÓN UNIVERSIDAD PRIVADA SAN JUAN BAUTISTA FACULTAD COMUNICACIÓN Y CIENCIAS ADMINISTRATIVAS Escuela Profesional de Administración de Negocios - PEA Curso – Investigación de Operaciones Precisan, para su utilización, de la comprobación, de la homogeneidad dimensional y del cumplimiento de reglas de semejanza entre el modelo y el objeto del proyecto. La simulación con modelos analógicos aumenta la posibilidad de respuestas correctas y se pueden aplicar siempre que existan disponibles los equipos específicos necesarios, ejemplos. - Estudio del comportamiento aerodinámico de un vehículo en el túnel de viento. Dejando fijo el vehículo, se simula su movimiento haciendo circular aire a la velocidad deseada. - Resolución de problemas numéricos mediante modelos analógicos de cálculo: calculadora, computador, etc. - Resolución de sistemas mecánicos, térmicos, eléctricos, hidráulicos, etc., mediante analogías (problemas térmicos por medio de un sistema analógico eléctrico, por ejemplo). - Programación de proyectos, representando el proceso de fabricación mediante métodos como PERT, CPM, etc. c. Modelos simbólicos.- Son las representaciones matemáticas. Abstracciones abreviadas de las partes relevantes y cuantificables de un problema; están limitados por la capacidad de resolución de las técnicas matemáticas conocidas y por los conocimientos de dichas técnicas que posea el proyectista. Sus características son: - Se utiliza la máxima generalización para resolver un problema. - Economía de esfuerzos, al usar símbolos y expresiones muy simplificadas. - Se apoyan en axiomas y leyes consistentes en sí mismos. - Se alcanzan resultados numéricos. - Deben comprobarse los resultados. La preparación de un modelo matemático comprende los siguientes pasos: - Determinar todas las variables del sistema y asignar símbolos a cada una de ellas. - Asumir simplificaciones y eliminar las variables de menor importancia. - Identificar las variables, los parámetros, las constantes y las condiciones de contorno. - Agrupar las expresiones y ecuaciones iniciales de estructura, comportamiento y rendimiento. Las ecuaciones representan condiciones de estado, de flujo o de suma de componentes. - Reducir y simplificar la expresión a una forma en que queden definidos los más importantes aspectos del sistema. Un modelo simbólico se considera que está bien construido cuando tiene las siguientes cualidades: - Realismo en la elaboración de predicciones. - Mínima complejidad para las características del sistema (el menor número de términos y máxima sencillez matemática). - Términos independientes para acciones o fenómenos separados. - Directa manejabilidad de la expresión, es decir, susceptible de manipular con operaciones conocidas. - Facilidad en la sustitución de situaciones de control conocidas. 4. Métodos cuantitativos Probabilidad estadística • Las probabilidades son útiles cuando se trabaja en un ambiente de incertidumbre. • Estadísticas son métodos poderosos para la toma de decisiones cuando la información es limitada. • Usos: Muestreos, estrategias gerenciales, reemplazo de elementos que fallan con el tiempo. Ing. Flor Galarreta Rios 3 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  4. 4. ASOCIACIÓN UNIVERSIDAD PRIVADA SAN JUAN BAUTISTA FACULTAD COMUNICACIÓN Y CIENCIAS ADMINISTRATIVAS Escuela Profesional de Administración de Negocios - PEA Curso – Investigación de Operaciones Pronósticos • Responsabilidad inevitable de la gerencia con referencia a hechos históricos. • Curvas: - Regresión y correlación. • Series de tiempo. Teoría de la decisión • Decisiones bajo riesgo en condiciones donde pueden aplicarse probabilidades respecto del futuro. • Árboles de decisión es el método efectivo de combinar conceptos probabilísticas y valores esperados (o utilidades) para problemas con incertidumbre y muchas opciones. • Análisis de costo – volumen – utilidad condiciones de incertidumbre respecto del comportamiento del costo y demanda. • Teoría de juegos para problemas con incertidumbre. Modelos de inventarios • Control de los costos totales del inventario. • Reducen el costo total de adquisición de los inventarios, del almacenamiento y procesamientos de de éstos y evitan que la compañía se quede sin inventarios. • Cantidad económica y óptima. Programación lineal • Útil cuando debe hacerse una elección entre numerosas opciones. • Se usa cuando se requiere determinar combinaciones óptimas de los recursos destinados a lograr algún objetivo. • Métodos gráficos y simples analíticos y uso del computador. • Algoritmos de propósitos especiales: Métodos del Transporte y asignación. • Programación entera, dinámica y metas. • Producción masiva y continua. Simulación.- Estudio del estado del problema bajo condiciones probabilísticas con uso extensivo de medios computacionales. Teorías de colas • Estudia la llegada errática a algún servicio de capacidad limitada. • Los modelos permiten calcular la longitud de las futuras colas, tiempo promedio por cada persona que espera, servicios ocupados y facilidades requeridas adicionales. • Producción por lotes y series. Redes • Permiten enfrentar las complejidades de grandes proyectos. • Reducen significativamente el tiempo necesario para planear y producir productos complejos. • Técnicas usadas: PERT, CPM, PERT/costo y programación con limitación de recursos. • Producción única y proyectos. Análisis de markov • Permite predecir cambios en el tiempo cuando la información acerca del comportamiento de un sistema es conocido. • Permite conocer la preferencia de los consumidores en el tiempo. Uso de gráficas • Permite un mejor análisis y ayuda en las exposiciones. • Facilita el convencimiento. • “Una buena gráfica dice más que mil palabras”. Ing. Flor Galarreta Rios 4 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  5. 5. ASOCIACIÓN UNIVERSIDAD PRIVADA SAN JUAN BAUTISTA FACULTAD COMUNICACIÓN Y CIENCIAS ADMINISTRATIVAS Escuela Profesional de Administración de Negocios - PEA Curso – Investigación de Operaciones 5. Usos y ventajas de los modelos cuantitativos.- ayudan a tomar decisiones. • Estratégicas: Son decisiones de una sola vez que involucra políticas con consecuencias a largo plazo. El modelo debe incluir todos los aspectos importantes del problema y que los datos sean los más exactos posible. Ejemplo: - ¿Debería reemplazarse un sistema existente con un nuevo sistema recién propuesto? - ¿Debería cambiar su política de administración? Ejemplo ¿Debería de reordenar inventarios a intervalos de tiempo regulares en lugar de cada vez que el nivel caiga por debajo de alguna cantidad especificada? • Operacionales: Son decisiones que implica cuestiones de planeación de corto plazo que generalmente deben hacerse repetidamente, ejemplo: - ¿Cómo puede la empresa programar de la manera más eficiente la fuerza de trabajo semanalmente? - ¿Cuál es el plan de producción mensual óptimo? - ¿Cuál es el plan del embarque más efectivo en costos para distribuir productos desde las plantas hasta los mercados al por menor? Sin importar si se requiere de una decisión estratégica u operacional, proporcionan los siguientes beneficios: - Cuando el problema es complejo y no se puede desarrollar una buena solución sin el auxilio del análisis cuantitativo. - Es un método para determinar la mejor manera de lograr un objetivo y como asignar recursos escasos. - Una forma de evaluar el impacto de un cambio propuesto o un nuevo sistema sin el costo y tiempo de llevarlo a cabo primero. - Cuando el problema es muy importante y está involucrado gran cantidad de dinero, y se desea análisis cualitativo y cuantitativo completos, antes de intentar llegar a una decisión. - El problema de nuevo y no se tiene experiencia previa en la cual apoyarse. - Una forma de evaluar la fortaleza de la solución óptima al hacer preguntas de sensibilidad. - El problema es repetitivo y para dar recomendaciones de decisión de tipo rutinario, se ahorra tiempo y esfuerzo apoyándose en procedimientos cuantitativos. 6. El proceso de decisión (Gaither, Frazier) FASES ELEMENTOS - Definir la situación de decisión y la tarea del análisis. - Determinar quien va ha tomar la decisión. - Identificar el sistema. Formulación - Identificar el objetivo del sistema. - Establecer las medidas de costo y efectividad. - Listar los factores claves y los supuestos. - Identificar las opciones. Búsqueda - Coleccionar y listar los datos relevantes. - Identificar y dar prioridad a los datos relevantes y los faltantes. - Establecer el criterio para el análisis cuantitativo. Evaluación - Desarrollar los modelos de costo y efectividad. (análisis - Conducir un análisis básico. cuantitativo) - Conducir un análisis de sensibilidad. - Identificar los factores subjetivos. Evaluación - Discutir cada factor. (análisis subjetivo) - Evaluar el impacto de los factores subjetivos de las opciones. - Interpretar el análisis cuantitativo. Interpretación - Interpretar los factores subjetivos. Ing. Flor Galarreta Rios 5 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  6. 6. ASOCIACIÓN UNIVERSIDAD PRIVADA SAN JUAN BAUTISTA FACULTAD COMUNICACIÓN Y CIENCIAS ADMINISTRATIVAS Escuela Profesional de Administración de Negocios - PEA Curso – Investigación de Operaciones - Desarrollar una presentación de los factores cuantitativos y subjetivos (opciones ordenadas y con orden de prioridad). Decisión - Se toma la decisión. - Establecer planes de acción. Implementación y - Organizar como sea necesario. verificación - Desarrollar herramientas de medición. - Asegurar sistemas de realimentación. CAPÍTULO II: PROGRAMACIÓN LINEAL 1. Definición. Es un enfoque de solución de problemas para tomar decisiones. Es un proceso de optimización para asignar recursos escasos (tiempo, dinero o materiales) de forma que se maximice o minimice una función objetiva. Se usa en la mezcla de productos. Su filosofía es pensar en función de optimizar el objetivo dentro de un conjunto de restricciones en situaciones reales de decisiones. Si se produce dos o más productos utilizando recursos limitados, se desearía determinar cuantas unidades de cada producto debe producir, para maximizar la utilidad global, dadas sus limitaciones de recursos. 2. Problemas de programación lineal en administración de producción y de operaciones. Objetivo Variables de decisión Restricciones ¿Qué información Tipo de ¿Cuál es el principal necesitamos para ¿Qué factores limitan para decisión objetivo lograr nuestro lograr nuestro objetivo? administrativo? objetivo? Mercado. Cantidad máxima Seleccionar la mezcla Cuánto producir y poner de producto demandado y el de productos o en el mercado de cada mínimo que permitirá la servicios que brinde el servicio durante el política. 1. Mezcla de máximo de utilidades período de planeación. Capacidad. Cantidad productos para el período de máxima de recursos planeación. disponibles (personal, materiales o máquinas, servicios públicos, efectivo, espacio de planta). Mercado. Cantidad de Seleccionar una Cuánto utilizar de cada productos finales mezcla de materia principal o demandados. ingredientes ingrediente en el Tecnología. Relación entre principales que período de planeación. ingredientes y sus productos 2. Mezcla de conforman los finales. ingredientes productos finales que de cómo resultado el Capacidad. Cantidad mínimo de costo de máxima de ingredientes y de operación para el capacidad de producción período de disponible. planeación. Requerimientos de Seleccionar el plan de Cuánto de cada destino. O el mínimo o la 3. Transporte distribución de las producto embarcar de cantidad exacta de fuentes a los destinos cada una de las fuentes productos requeridos en con el mínimo costo a cada uno de los cada uno de los destinos. Ing. Flor Galarreta Rios 6 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  7. 7. ASOCIACIÓN UNIVERSIDAD PRIVADA SAN JUAN BAUTISTA FACULTAD COMUNICACIÓN Y CIENCIAS ADMINISTRATIVAS Escuela Profesional de Administración de Negocios - PEA Curso – Investigación de Operaciones de embarque durante destinos durante el Capacidad de la fuente. O el período de período de planeación. cantidad exacta o máxima planeación. de productos disponibles en cada una de las fuentes. Mercado. Cantidad de Seleccionar la Cuánto producir en productos demandados cantidad de productos mano de obra ordinaria cada mes. o servicios a y extraordinaria durante Capacidad. Cantidad producirse tanto cada mes del año. máxima de productos que durante el tiempo se pueden fabricar con ordinario como en el mano de obra en tiempo tiempo extra de la ordinario y extra y la 4. Plan de mano de obra, maquinaria durante cada producción durante cada uno de mes. los meses del año a fin de minimizar los Espacio de inventarios. costos por mano de Capacidad máxima de obra y de tener almacenamiento de cada inventario. mes. Cada proyecto debe Asignar proyectos a A qué equipo se asigna asignarse a un equipo y equipos de tal forma cada proyecto. cada equipo debe asignarse 5. que el costo total de a un proyecto. Asignación todos los proyectos se minimice durante el período de planeación. 3. Construcción de modelos de programación lineal.- En la formulación del modelo se describe cada tipo de problema, mediante las siguientes preguntas: - ¿Cuál es el objetivo principal de la administración? - ¿Qué información necesitamos para lograr nuestro objetivo? - ¿Qué factores limitan el logro de nuestro objetivo? A. Terminología común a utilizar en la formulación del modelo: De manera convencional se utilizar ciertos símbolos para denotar los distintos componentes de un modelo que se enumeran junto con su interpretación para el problema general de asignación de recursos a actividades. Ejemplo. Los términos claves son: - Recursos, en donde “m” representa el número de tipos de recursos que se pueden usar como: dinero y tipos especiales de maquinaria, equipo, vehículos y personal. - Actividades, en donde “n” representa el número de actividades como: inversión de proyectos especiales, publicidad en un medio determinado y el envío de bienes de cierta fuente a cierto destino. La determinación de la asignación de recursos incluye elegir los niveles de las actividades que lograrán el mejor valor posible de la medida global de efectividad. Z = Valor de la medida global de efectividad. Xj = Nivel de actividad j (para j = 1,2,3,………,n). Cj = Incremento en Z obtenido al aumentar una unidad en el nivel de la actividad j. bi = Cantidad de recurso i disponible para asignar a las actividades (para i = 1, 2, 3, . . . ,m). aij = Cantidad de recurso i consumido por cada unidad de la actividad j. Ing. Flor Galarreta Rios 7 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  8. 8. ASOCIACIÓN UNIVERSIDAD PRIVADA SAN JUAN BAUTISTA FACULTAD COMUNICACIÓN Y CIENCIAS ADMINISTRATIVAS Escuela Profesional de Administración de Negocios - PEA Curso – Investigación de Operaciones B. Procedimiento para formular el problema. El objetivo es convertir la descripción cualitativa del problema a una forma matemática que puede resolverse; la formulación del problema implica el siguiente procedimiento. a. Definir las variables de decisión: Representan aquellas selecciones que están bajo el control de quien toma decisiones. ¿Qué es lo que se pretende decidir?, definir específicamente cada variable de decisión cuyos valores no se conocen y una vez determinadas proporcionan la solución al problema; se le da un nombre simbólico que es un nombre descriptivo que ayuda a la comprensión del significado de la variable. Por lo tanto, es importante seleccionar un nombre simbólico que le recuerde la cantidad que la variable de decisión representa. Entre los criterios generales para identificar las variables de decisión tenemos: - ¿Qué elementos afectan los costos y/o ganancias (o, en general, el objetivo global)? - ¿Qué elementos puede elegir y/o controlar libremente? - ¿Qué decisiones tiene que tomar? - ¿Qué valores, una vez determinados, constituyen una solución para el problema? El modelo establece el problema en términos de toma de decisiones sobre los niveles de las actividades, por lo que X1, X2,………,Xn se llaman variables de decisión. Deben existir cursos de acción alternos y opciones para elegir, por ejemplo: Si se produce tres productos diferentes, se puede decidir como asignar entre ellos sus limitados recursos de producción (de mano de obra, maquinaria, etc.). Sino existieran alternativas de los cuales elegir, no sería necesaria la programación lineal. Póngase en la posición de alguien que tiene que implementar su solución y luego pregúntese que información se requiere. b. Identificación de los datos del problema: Hay que proporcionar los valores reales para las variables de decisión que ha identificado. En problemas determinísticos, se requiere conocer (o obtener) estos valores en el momento de formular el problema. A diferencia de las variables de decisión, cuyos valores se pueden controlar, no se pueden controlar directamente los valores de los datos. c. Identificación de la función objetivo.- ¿Qué es lo que se intenta maximizar o minimizar? Expresar el objetivo organizacional global en forma matemática usando las variables de decisión y los datos conocidos del problema. Se desarrolla en tres etapas: - Identificación de establecer el objetivo en forma verbal. - Donde sea adecuado, descomponer el objetivo en una suma, diferencia o producto de cantidades individuales. - Expresar las cantidades individuales matemáticamente usando las variables de decisión y otros datos conocidos en el problema. Identificar los parámetros que acompañan a cada variable de decisión. Todos los problemas buscan maximizar las ganancias o el valor presente y minimizar alguna cantidad (los costos o desperdicios). d. Escribir las restricciones. ¿Qué factores limitan los valores de las variables de decisión? Su objetivo es maximizar las ganancias. La función objetivo le dice que mientras más grande sea el valor de las variables, más grande será la ganancia. Pero el mundo real pone un límite en los valores que puede asignar a estas variables. Las restricciones son condiciones que las variables de decisión deben satisfacer para constituir una solución Ing. Flor Galarreta Rios 8 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  9. 9. ASOCIACIÓN UNIVERSIDAD PRIVADA SAN JUAN BAUTISTA FACULTAD COMUNICACIÓN Y CIENCIAS ADMINISTRATIVAS Escuela Profesional de Administración de Negocios - PEA Curso – Investigación de Operaciones “aceptable”. Estas restricciones por lo general surgen de: Limitaciones físicas, Restricciones externas, Restricciones lógicas sobre variables individuales, Restricciones impuestas por la administración, Restricciones implicadas entre variables. Restricciones de no negatividad (limitaciones lógicas): Los valores de estas variables de decisión deben ser no negativas, esto es, cero o positivas. Tales restricciones implícitas de las que usted está consciente deben hacer explícitas en la formulación matemática. Son limitaciones que restringen las soluciones permisibles para las variables de decisión. Se expresan matemáticamente: = Significa que la función tiene que ser igual a un valor determinado. ≥ Impone un límite inferior a alguna función de las variables de decisión ejemplo: puede especificar que la producción de cierto producto debe exceder o igualar a la magnitud de la demanda. ≤ Impone un límite superior a cierta función de las variables de decisión y se emplea con más frecuencia en maximización, ejemplo: puede especificar el número máximo de clientes a los cuales es posible atender, o bien, el límite de capacidad de una máquina. Como comprobación de la consistencia, hay que asegurarse de utilizar la misma unidad de medida en ambos lados de cada restricción y en la función objetivo. e. Región factible. Es la colección de todas las soluciones factibles definidas por las restricciones que representa todas las combinaciones permisibles de las variables de decisión. La meta del que toma decisiones es encontrar, la mejor solución posible. Solución: Es cualquier conjunto de valores específicos para las variables de decisión (X1, X2,……., Xn), aunque sea sólo una posibilidad deseable o ni siquiera permitida. Solución factible es aquella para la que todas las restricciones se satisfacen. Solución no factible es una solución para la que al menos una restricción se viola. Solución óptima es una solución factible que proporciona el valor más favorable de la función objetivo. El valor más favorable significa el valor más grande si la función objetivo debe maximizarse, mientras que el valor más pequeño si la función objetivo debe minimizarse. f. Parámetros. La función objetivo y las restricciones son funciones de las variables de decisión y los parámetros. Un parámetro (coeficiente o constante dada), es un valor que no se puede controlar y que no cambiará cuando la solución sea complementada, se conocen con certidumbre. Los valores de Cj, bi y aij (para i = 1,2,…..,m yj = 1,2,……...,n) son las constantes de entrada al modelo. Las Cj, bi y los aij también se conocen como parámetros del modelo. g. Linealidad. La función objetivo y las ecuaciones de restricción son lineales, implica divisibilidad o sea, proporcionalidad y aditividad (no puede haber en ella productos ni potencias). Ejemplo: Las ganancias obtenidas con la producción de dos artículos es: 2X1 + 3X2 • Principio de proporcionalidad implica que una unidad de X1 contribuye con S/. 2.00 a las ganancias y que dos unidades contribuyen con S/. 4.00, independientemente de la cantidad de X2 producida. Así mismo, cada unidad de X2 contribuye con S/. 3.00 sin importar que se trate de la primera o de la décima unidad producida. • Principio de aditividad significa que el valor total de la función objetivo es igual a las ganancias de X1 más las ganancias de X2. Ing. Flor Galarreta Rios 9 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  10. 10. ASOCIACIÓN UNIVERSIDAD PRIVADA SAN JUAN BAUTISTA FACULTAD COMUNICACIÓN Y CIENCIAS ADMINISTRATIVAS Escuela Profesional de Administración de Negocios - PEA Curso – Investigación de Operaciones h. No negatividad las variables de decisión deben ser positivas o cero. Para que una formulación de programación lineal sea formalmente correcta, tiene que mostrar una restricción ≥ o ≤ para cada variable de decisión. C. Forma estándar del modelo Matemático. De manera formal, el modelo de programación lineal comprende un proceso de optimización donde se selecciona valores no negativos para un conjunto de variables de decisión X1, X2,……,Xn de forma que se maximice o minimice la función objetivo. Datos para un modelo de programación lineal que maneja la asignación de recursos a actividades Consumo de recurso por unidad de actividad Cantidad de Recurso Actividad recursos 1 2 … N disponibles 1 a11 a12 … a1n b1 2 a21 a22 … a2n b2 … … … … … … M aml am2 … amn bm Contribución a Z por … unidad de actividad C1 C2 Cn Ahora se puede formular el modelo matemático para el problema general de asignar recursos a actividades. En particular este modelo consiste en elegir valores de X1, X2,……..,Xn para: Z(máx.min) = C1X1 + C2X2+…+CnXn Sujeta a las restricciones de la forma: a11X1 + a12X2 + …+ a1nXn ≤ b1 donde: C1, aij y bi son constantes a21X1 + a22X2 + …+ a2nXn ≤ b2 y X1 ≥ 0, X2 ≥ 0,…,Xn ≥ 0      am1X1 + am2X2 + …+ amnXn ≤ bm Dependiendo del problema, también puede plantearse las restricciones con signos de igualdad (=) o signos de mayor o igual (≥). La función que se desea maximizar, C1, X1 + C2X2 + …+CnXn, se llama función objetivo. Por lo general, se hace referencia a las limitaciones como restricciones. Las primeras m restricciones (aquellas con una función de todas las variables ai1X1+ai2X2+…+ainXn, en el lado izquierdo) a veces reciben el nombre de restricciones funcionales. De manera parecida, las restricciones Xj ≥ 0 se conoce como restricciones de no negatividad (o condiciones de no negatividad). En resumen, las condiciones de programación lineal son: - Los recursos deben ser limitados. - Debe existir una función objetivo. - Debe existir una relación lineal en las restricciones y en la función objetivo. - Los recursos y los productos deben ser homogéneos (son idénticos) los productos que se obtienen de una máquina, o son igual de productivas todas las horas disponibles de un trabajador. - Para la programación lineal normal, las variables deben ser divisibles y no negativas. Ing. Flor Galarreta Rios 10 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  11. 11. ASOCIACIÓN UNIVERSIDAD PRIVADA SAN JUAN BAUTISTA FACULTAD COMUNICACIÓN Y CIENCIAS ADMINISTRATIVAS Escuela Profesional de Administración de Negocios - PEA Curso – Investigación de Operaciones 4. El proceso del análisis de la investigación de operaciones INVESTIGACIÓN DE OPERACIONES (ANÁLISIS DE OPERACIONES) UN ENFOQUE PARA LA TOMA DE DECISIONES PASOS ACTIVIDADES PASOS RESULTADOS ü Visitas 1 OBSERVAR EL Suficiente información y apoyo para ü Conferencias AMBIENTE DEL seguir adelante ü Observación PROBLEMA ü Investigación 2 ANALIZAR Y Aclara la necesidad y naturaleza de ü Definir usos DEFINIR EL la solución requerida ü Definir objetivos PROBLEMA ü Definir limitaciones 3 Modelo que debe usarse bajo ü Herramientas DESARROLLAR ciertas restricciones definidas del ü Interrelaciones UN MODELO entorno ü Modelos matemáticos ü Soluciones conocidas ü Investigación 4 SELECCIONAR Suficientes datos para operar y ü Datos internos-externos LOS DATOS probar el modelo ü Hechos INICIALES ü Opiniones 5 APROPIADOS ü Programas de computación PREVEER UNA Solución que apoya los objetivos de ü Pruebas SOLUCIÓN la organización actual ü Limitaciones 6 (DECISIÓN) ü Verificaciones ü Formas de comportamiento IMPLEMENTAR “propiedad” de la administración ü “vender” la idea LA SOLUCIÓN para apoyar la operación al más ü Involucrar a la administración largo plazo del modelo ü Brindar explicaciones 5. Problemas sobre maximización ABC y minimización XYZ Problema 1. La empresa ABC, como parte de su proceso estratégico debe determinar para el próximo año la mezcla de productos a manufacturar. Produce dos líneas principales de productos para la industria de la construcción comercial: una línea de sierras circulares portátiles para uso pesado y una línea de sierras de mesa de precisión. Las dos líneas comparten una misma capacidad de producción y se venden a través de los mismos canales de ventas. Aunque dentro de la línea de productos existe alguna diversidad, la utilidad promedio es de S/. 900.00 por cada sierra circular y de S/. 600.00 por cada sierra de mesa. La capacidad de producción está limitada de dos maneras: capacidad de fabricación y capacidad de ensamble. Todos los meses está disponible un máximo de 4000 horas de capacidad de fabricación; cada sierra circular requiere dos horas y cada sierra de mesa una hora. Hay disponible al mes un máximo de 5000 horas de capacidad de ensamble y cada sierra circular requiere 01 hora y cada sierra de mesa requiere 02 horas. El departamento de comercialización estima que existirá en el mercado para el año próximo una demanda máxima de 3500 sierras al mes para ambas líneas de productos combinados. ¿Cuántas sierras circulares y cuántas sierras de mesa deberán producirse mensualmente el próximo año para maximizar la utilidad? Problema 2. La empresa XYZ está desarrollando un plan estratégico a largo plazo para adquirir chatarra para sus operaciones de fundición. La fundición puede comprar chatarra Ing. Flor Galarreta Rios 11 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  12. 12. ASOCIACIÓN UNIVERSIDAD PRIVADA SAN JUAN BAUTISTA FACULTAD COMUNICACIÓN Y CIENCIAS ADMINISTRATIVAS Escuela Profesional de Administración de Negocios - PEA Curso – Investigación de Operaciones en cantidades ilimitadas de dos fuentes. A y B, y la recibe todos los días en carro de ferrocarril. La chatarra se funde y el plomo y el cobre se extrae para uso de los procesos de fundición. Cada carro de ferrocarril de chatarra de la fuente A rinde una tonelada de cobre y una de plomo y cuesta S/.10,000.00. Cada carro de ferrocarril de chatarra de la fuente B rinde una tonelada de cobre y dos de plomo y cuesta S/. 15,000.00. Si en el futuro predecible la fundición necesita 2.5 Tn de cobre y un mínimo de 4 Tn de plomo al día ¿Cuántos carros de ferrocarril de chatarra deben comprarse diariamente de la fuente A y del a fuente B para minimizar el costo de chatarra a largo plazo? 6. Identificación de los problemas de programación lineal Es fundamental tener la capacidad de identificar problemas para los que existen soluciones apropiadas de programación lineal ¿Cuáles son las características de los problemas adecuados para una solución de programación lineal? Entre las características básicas tenemos: - Debe existir un objetivo único bien definido. - Deben existir cursos de acción alternos. - E logro total del objetivo debe quedar restringido por recursos escasos o por otras limitaciones. - El objetivo y cada una de las restricciones deben quedar expresados como funciones matemáticas lineales. Cómo identificar un problema de programación lineal de una mezcla de productos: Empresa “ABC” 1.¿Existe o no un objetivo gerencial único? Sí: Maximizar la utilidad del año. 2. ¿Existen cursos alternos de acción gerencial? Sí. Se puede producir en el año Sierras circulares o sierras de mesa, o cualquier mezcla de las dos líneas de productos. 3. ¿El logro total del objetivo está restringido por recursos escasos o por alguna otra limitación? De ser así, ¿cuál es la naturaleza de las restricciones? Sí: La utilidad está limitada por la cantidad máxima de horas de fabricación disponibles por mes, por la cantidad máxima de horas de ensamble disponible mensualmente, y por la demanda mensual máxima del mercado. ¿Cómo identificar un problema de programación lineal para una mezcla de ingredientes? Empresa “XYZ” 1. ¿Existe un objetivo gerencial único? Sí. Minimizar los costos diarios de comprar chatarra de la cual se podrá extraer cobre y plomo. 2. ¿Existen cursos alternos de acción gerencial? Sí. Se puede comprar toda su chatarra ya sea sólo de la fuente A o B, o puede elegir cualquier combinación de cantidades de chatarra de ambas fuentes. 3. ¿Está restringido el logro total del objetivo por recursos escasos u otras restricciones? De ser así. ¿Cuál es la naturaleza de estas restricciones? Sí. Los costos diarios están restringidos por la cantidad mínima de plomo y de cobre que se requiere cotidianamente. 7. Procedimiento para formular el problema de programación lineal 1. Definir el objetivo. 2. Definir las variables de decisión. 3. Escribir la función matemática del objetivo (función objetivo) 4. Escribir las restricciones a. Con una o dos palabras describir cada una de las restricciones b. Escribir el lado derecho (LD) de cada restricción, incluyendo las unidades de medida c. Escribir ≤, = o ≥ para cada restricción. d. Escribir todas las variables de decisión en el lado izquierdo de cada restricción e. Escribir en cada restricción el coeficiente de cada variable de decisión. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA de la EMPRESA “ABC” Ing. Flor Galarreta Rios 12 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  13. 13. ASOCIACIÓN UNIVERSIDAD PRIVADA SAN JUAN BAUTISTA FACULTAD COMUNICACIÓN Y CIENCIAS ADMINISTRATIVAS Escuela Profesional de Administración de Negocios - PEA Curso – Investigación de Operaciones 1. Definir el objetivo.- La empresa “ABC” busca maximizar la utilidad mensual. El problema es de maximización. 2. Definir las variables de decisión.- ¿Qué decisiones específicas debe tomar “ABC” para maximizar la utilidad? Necesita definir las variables de decisión las cuales una vez determinado sus valores, se habrá resuelto el problema. X1 = número de sierras circulares a fabricar cada mes. X2 = número de sierras de mesas a fabricar cada mes. 3. Escribir matemáticamente la función objetivo.- si tenemos en cuenta que: Z = C1 X1 + C2 X2 (Modelo matemático) =è Z = 900 X1 + 600 X2 Donde: Z = La utilidad total mensual, y está en función de X1 y X2, o sea que la 900 = Utilidad para cada sierra circular utilidad mensual depende de cuantas sierras circulares (X1) y 600 = Utilidad para cada sierra de mesa sierras de mesa (X2) se fabrican por mes. 900X1 = Utilidad mensual de sierras circulares 600X2 = Utilidad mensual de sierras de mesa C1 y C2 = Utilidad de cada sierra circular y de cada sierra de mesa. La función objetivo es: Z = 900 X1 + 600 X2- Esto sugiere que debemos seleccionar valores de las variables de decisiones X1 y X2 que den como resultado el valor máximo para Z. 4. Escribir matemáticamente las restricciones. a. Escribir una descripción con una o dos palabras para cada restricción.- Hay tres factores que limitan “ABC” para tener utilidades infinitas; es decir: Las horas de fabricación disponibles por mes, las horas de ensamble disponibles mensualmente y la demanda del mercado para las sierras todos los meses. Por lo tanto: La fabricación, el ensamble y el mercado son términos que definen cada una de estas restricciones. b. Escribir el lado derecho de cada restricción.- El lado derecho (LD) de cada restricción es la cantidad máxima (≤), la cantidad exacta (=) o la cantidad mínima (≥) de cada una de las restricciones. Para la empresa “ABC”, la cantidad máxima de capacidad de fabricación es de 4000 horas mensuales, la cantidad máxima de capacidad de ensamble es de 5000 horas por mes y la demanda máxima del mercado es de 3,500 sierras mensuales. c. Escribir ≤, = o ≥ para cada restricción.- todas las restricciones para este caso son del tipo ≤, o sea son cantidades máximas. En otras palabras: - La capacidad de ensamble que utilizarán X1 y X2 deberá ser menor que o igual a 4000 horas mensuales. - La capacidad de ensamble que utilizarán X1 y X2 deberá ser inferior o igual a 5000 horas por mes. - La cantidad de sierras vendidas deberá ser igual o menor a 3,500 cada mes. d. Escribir todas las variables de decisión en el lado izquierdo de cada restricción. En este caso sólo tenemos dos variables de decisión. Si una variable de decisión en particular no aparece en una restricción, esto se resuelve en el siguiente paso, al asignar un coeficiente cero a la variable de decisión correspondiente a dicha restricción. e. En cada restricción escribir el coeficiente de cada variable de decisión.- veamos la restricción de fabricación ¿cuál es el coeficiente de X1 y X2 en esta restricción? - El coeficiente de X1, es la cantidad de horas de fabricación por unidad de X1. En otras palabras, es la cantidad de horas de fabricación que se utilizan en la manufactura de cada sierra circular; es decir, 2 horas. - El coeficiente de X2 es la cantidad de horas de fabricación que se utilizan en la fabricación de cada sierra de mesa; es decir, una hora. - Los coeficientes de X1 y X2 en la restricción de ensamble son 1 y 2. - Y los coeficientes de X1 y X2 en la restricción de la demanda son 1 y 1. 8. Solución de problemas de programación 8.1 Soluciones gráficas de programación lineal.- Procedimiento: Ing. Flor Galarreta Rios 13 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  14. 14. ASOCIACIÓN UNIVERSIDAD PRIVADA SAN JUAN BAUTISTA FACULTAD COMUNICACIÓN Y CIENCIAS ADMINISTRATIVAS Escuela Profesional de Administración de Negocios - PEA Curso – Investigación de Operaciones 1. Formular la función objetivo y las restricciones. 2. Dibujar la gráfica con la variable X1 en el eje horizontal y la variable X2 en el eje vertical. 3. Trazar cada una de las restricciones como si fueran líneas o igualdades. 4. Delinear el espacio de la solución factible. 5. Circular los puntos de la solución potencial. Se trata de las intersecciones entre restricciones o ejes en el perímetro interior (minimización) o exterior (maximización), o del espacio de la solución factible. 6. Reemplazar cada uno de los valores de los puntos de solución potencial de las dos variables de decisión en la función objetivo y determinar Z. 7. Seleccionar el punto de solución que optimice Z. X2 SOLUCIÓN GRÁFICA “EMPRESA ABC” 1) Formular la función objetivo y las restricciones a. Formular las variables de decisión 4000 X1 = Cantidad de sierras circulares a fabricar por mes. 2X1 + X2 ≤ 4000 X2 = Cantidad de sierras de mesa a fabricar por mes. 3000 X1 + X2 ≤ 3500 b. La función objetivo y las restricciones es: Z(max) = 900 X1 + 600 X2 A 2X1 + X2 ≤ 4000 (horas de fabricación) 2000 X1 + 2X2 ≤ 5000 (horas de ensamble) X1 + X2 ≤ 3500 (sierras para mercado) X1 + 2X2 ≤ 5000 1000 2) Dibujar la gráfica a. Trazar las funciones de las restricciones. X2 1000 2000 3000 4000 5000 b. Delinear el espacio de la solución factible. c. Circular los puntos de la solución potencial en el perímetro del espacio de la solución factible. d. Reemplazar los valores de los puntos de las variables de decisión en la función objetivo y determinar Z. - Punto A: X1 = 0; X2 = 2,500 è Z(max) = 900 X1 + 600 X2 : 900(0) + 600(2500); Z(max) = 1´500,000 - Punto B: X1 = 1000; X2 = 2000 è Z(max) = 900 X1 + 600 X2 : 900(1000) + 600(2000); Z(max) = 2´100,000 - Punto C: X1 = 2000; X2 = 0 è Z(max) = 900 X1 + 600 X2 : 900(2000) + 600(0); Z(max) = 1´800,000 e. Seleccionar la solución que optimice Z.- Para maximizar Z, la solución óptima es el punto B, donde: X1 = 1000 sierras circulares a fabricar por mes. X2 = 2000 sierras de mesa a fabricar por mes. Z = S/. 2´100,000 en utilidades al mes. SOLUCIÓN GRÁFICA DEL PROBLEMA EMPRESA “XYZ” 1. Formular la función objetivo y las restricciones a. Definir las variables de decisión X1 = Carros de ferrocarril con chatarra adquiridos por día de la fuente A. X2 = Carros de ferrocarril con chatarra adquiridos por día de la fuente B. b. Formular la función objetivo y las restricciones: Ing. Flor Galarreta Rios 14 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  15. 15. ASOCIACIÓN UNIVERSIDAD PRIVADA SAN JUAN BAUTISTA FACULTAD COMUNICACIÓN Y CIENCIAS ADMINISTRATIVAS Escuela Profesional de Administración de Negocios - PEA Curso – Investigación de Operaciones Z(min) = 10,000 X1 + 15,000 X2 sujeta a las restricciones X1 2X2 ≥ 4 (Toneladas de plomo) X1 + X2 ≥ 2 ½ (Toneladas de cobre) 2. Dibujar la gráfica a. Trazar las funciones de las restricciones.- Como ambas restricciones son ≥, todos los valores posibles de X1 y X2 deben ocurrir por fuera de ambas restricciones, hacia fuera del origen. El punto D no es factible, porque viola la primera restricción. De manera similar, el punto E viola la segunda restricción. Aunque cualquier punto dentro del espacio de la solución factible satisface todas las restricciones, sólo los puntos A, B y C son candidatos para la solución óptima, ya que ocurren en las intersecciones de las restricciones o de los ejes y están sobre el perímetro interno del espacio de la solución factible. Los puntos A, B y C son tres soluciones potencialmente óptimas al problema “XYZ”: A: X1 = 0; 2 = 2,5 B: X1 = 1; X2 = 1,5 C: X1 = 4; X2 = 0 b. Reemplazando los valores de los puntos de solución de las dos variables de decisión en la función objetivo Z: - Punto A: X1 = 0 y X2 = 2,5 èZ(min) = 10,000 X1 + 15,000 X2 : 10,000 (0) + 15,000 (2,5); Z(min) = 37,500 - Punto B: X1 = 1; X2 = 1,5 è Z(min) = 10,000 X1 + 15,000 X2 : 10,000 (1) + 15,000 (1,5); Z(min) = 32,500 - Punto C: X1 = 4; X2 = 0 è Z(min) = 10,000 X1 + 15,000 X2 : 10,000 (4) + 15,000 (0); Z(min) = 40,000 c. Selección de la solución que optimice a Z.- Para minimizar a Z, la solución óptima es el punto B, donde: X1 = 1 carro de ferrocarril con chatarra de la fuente A por día. X2 = 1,5 carros de ferrocarril con chatarra de la fuente B por día. Z = 32,500 dólares de costo total diario de chatarra. Las soluciones gráficas son un buen punto para empezar a resolver problemas de programación lineal, porque los conceptos aprendidos pueden aplicarse directamente a los demás métodos prácticos de solución que se tratarán a continuación. CAPÍTULO IV: MÉTODO SIMPLEX 1. Definición.- Es una herramienta analítica más común para la resolución de modelos de programación lineal. Es un algoritmo (conjunto de instrucciones), iterativo (procedimiento de solución sistemático que repite una serie de pasos fijos) con lo cual se examinan los puntos en las esquinas de una manera metódica hasta conseguir la solución óptima. 2. Esencia del Método Simplex - El análisis gráfico nos permite comprender la lógica del método simplex, enfocando la atención en los puntos vértices. - Comienza en el punto vértice inicial: Z = 0 y continua sistemáticamente evaluando otros puntos vértices, para mejorar la función objetivo en cada iteración. - Una mejora consiste en un incremento de las ganancias o la disminución del costo. Ing. Flor Galarreta Rios 15 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  16. 16. ASOCIACIÓN UNIVERSIDAD PRIVADA SAN JUAN BAUTISTA FACULTAD COMUNICACIÓN Y CIENCIAS ADMINISTRATIVAS Escuela Profesional de Administración de Negocios - PEA Curso – Investigación de Operaciones 3. Procedimiento para solucionar los problemas de programación lineal mediante el algoritmo simples, se sigue el siguiente procedimiento. 1. Formular la función objetivo y las restricciones. 2. Convertir las restricciones a igualdades. 2.1 Agregar las variables de holgura para convertir cada una de las restricciones en una igualdad (=). 2.2 Agregar las variables artificiales a las restricciones que originalmente eran ≥ 0 = para producir una solución inicial. 3. Preparación de la primera tabla – solución inicial 3.1 Establecer la primera tabla, la solución inicial que aparezcan todas las variables en la función objetivo y en las funciones de restricción. 3.2 Verificar la optimalidad de la solución. Si es óptima detenerse; de lo contrario continuar 3.3 Construir la tabla para simplificar el manejo de las ecuaciones y de la función objetivo 4. Construcción de la segunda tabla 4.1 Seleccionar variable a introducir para mejorar la solución 4.2 Seleccionar variable para salir de la solución 4.3 Efectuar operaciones de fila para completar la nueva solución 4.4 Volver al paso 3.3 y continuar, hasta lograr la optimalidad 3.1 Solución al problema de maximización: Empresa “ABC” 1. Formular la función objetivo y ecuaciones de restricción Preparación y solución del modelo 1.1 Determinar las variables de decisión • ¿Qué es lo que se pretende decidir? X1 = cantidad de sierras circulares a fabricar por mes •Definir específicamente cada variable de decisión X2 = cantidad de sierras de mesa a fabricar por mes 1.2 Determinar función objetivo: • ¿Qué es lo que se intenta maximizar o minimizar? Maximizar la utilidad de la empresa “ABC” è Z(max) = 900x1 + 600x2 • Identificar los parámetros de cada variable de decisión. 1.3 Determinar las restricciones: ¿Qué factores limitan los valores de las variables de decisión? 2x1 + x2 ≤ 4000 (horas-fabricación) Identificar las restricciones o los parámetros de cada variable de decisión. x1 + 2x2 ≤ 5000 (horas-ensamble) x1 + x2 ≤ 3500 (sierras-mercado) 2. Convertir las restricciones a igualdades: 2.1 Agregar variables de holgura para convertir a cada una de las restricciones en una igualdad (=). • Una variable de holgura nos indica los recursos no utilizados, que no generan utilidad, pero se suman a la función objetivo con coeficiente de utilidad igual a cero. - Horas de fabricación sin utilizar: 2x1 + x2 + s1 = 4000 - Función objetivo: Z(max) = 900x1 + 600x2 Ing. Flor Galarreta Rios 16 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  17. 17. ASOCIACIÓN UNIVERSIDAD PRIVADA SAN JUAN BAUTISTA FACULTAD COMUNICACIÓN Y CIENCIAS ADMINISTRATIVAS Escuela Profesional de Administración de Negocios - PEA Curso – Investigación de Operaciones - Restricciones: 2x1 + x2 + s1 = 4000 x1 + 2x2 + s2 = 5000 x1 + x2 + s3 = 3500 El lado izquierdo de cada restricción es menor que o igual al lado derecho a. 2x1 + x2 + s1 ≤ 4000 (Horas - fabricación) Si la expresión debe ser una igualdad (=), agregamos una variable de holgura S1 para absorber la holgura entre el valor del lado izquierdo y el lado derecho de la restricción. S1 tomará el valor 0 si el lado izquierdo es exactamente igual a 4000, y un valor de 4000 si X1 y X2 son iguales a 0 cuando X1 y X2 asumen valores superiores a 0, el valor de S1 se reducirá correspondientemente, de manera que el lado izquierdo de la expresión sea exactamente igual a 4000. El subíndice 1 en S1 indica que está en la variable de holgura de la primera restricción. Si al final del proceso S1 toma algún valor específico, automáticamente sabremos que S1 corresponderá a la segunda restricción: horas de ensamble sin utilizar. b. La segunda restricción se convierte en una igualdad al agregar una variable de holgura S2 al lado izquierdo x1 + 2x2 + s2 = 5000 (horas - ensamble). c. La tercera restricción se convierte en una igualdad al agregar una variable de holgura S3 al lado izquierdo. x1 + x2 + S3 = 3500 (sierras - mercado) Tenemos ahora el problema de programación lineal Z(max) = 900x1 + 600x2 Restricciones 2x1 + x2 + s1 = 4000 (horas – fabricación) x1 + 2x2 + s2 = 5000 (horas - ensamble) x1 + x2 + s3 = 3500 (sierras - mercado) 2.2 Agregar las variables artificiales a las restricciones.- como todas las restricciones de este problema son ≤, no se requieren variables artificiales. 3. Solución del Método Simplex 3.1 Establecer la primera tabla – solución inicial Primera Tabla Sale variable positiva más pequeña. Cj Mezcla Cantidad 900 600 0 0 0 (solución) (LD) X1 X2 S1 S2 S3 φ 0 S1 4000 2 1 1 0 0 4000/2 = 2000 0 S2 5000 1 2 0 1 0 5000/1 = 5000 0 S3 3500 1 1 0 0 1 3500/1 = 3500 Z 0 0 0 0 0 0 (C-Z) 900 600 0 0 0 Entra variable positiva más grande 3.2 Preparación de la segunda tabla. Procedimiento: Segunda tabla Cj Mezcla Cantidad 900 600 0 0 0 (solución) (LD) X1 X2 S1 S2 S3 φ 900 X1 2000 1 ½ ½ 0 0 2000/½ = 4000 Ing. Flor Galarreta Rios 17 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  18. 18. ASOCIACIÓN UNIVERSIDAD PRIVADA SAN JUAN BAUTISTA FACULTAD COMUNICACIÓN Y CIENCIAS ADMINISTRATIVAS Escuela Profesional de Administración de Negocios - PEA Curso – Investigación de Operaciones 0 S2 3000 0 3/2 -½ 1 0 3000/3/2 = 2000 0 S3 1500 0 ½ -½ 0 1 1500/½ = 3000 Z 1800,000 900 450 450 0 0 (C-Z) 0 150 -450 0 0 Entra variable positiva más grande 3.3 Preparación de la tercera tabla. Tercera tabla Mezcla Cantidad 900 600 0 0 0 Cj (solución) (LD) X1 X2 S1 S2 S3 φ 900 X1 1000 1 0 2/3 -1/3 0 600 S2 2000 0 1 -1/3 2/3 0 0 S3 500 0 0 -1/3 -1/3 1 Z 2´100,000 900 600 400 100 0 (C-Z) 0 0 -400 -100 0 La solución de la tercera tabla es: X1 = 1000 sierras circulares a fabricarse mensualmente. X2 = 2000 sierras de mesa a fabricarse mensualmente. S1 = 0 horas de fabricación sin utilizar por mes. S2 = 0 horas de ensamble sin utilizar por mes. S3 = una demanda en el mercado insatisfechas de 500 sierras mensuales. Z = $ 2´100,000 de utilidad mensual. - Verificar si la solución es óptima.- Como todos los valores de la fila (C-Z) son ceros y negativos decimos que la solución es óptima. La solución gráfica del problema ABC identifica tres puntos de solución: A, B y C. Cada una de estas soluciones primero se identificó como la intersección de dos restricciones y después, cada una de ellas se reemplazó en la función objetivo para determinar el valor de Z. Finalmente se seleccionó la solución óptima (utilidad máxima). La solución por el método simplex sigue el mismo proceso general, con una sola excepción: La primera tabla empieza con Z=0, cada cuadro siguiente, mostrará Z con valores más elevados (utilidades progresivamente más elevadas). Esta progresión, hacia mejores soluciones es la única diferencia conceptual del método simplex en relación con el proceso general del método gráfico. PROBLEMA DE MINIMIZACIÓN 1. Conversión de la función objetivo.- Para entender cómo convertir un programa lineal cuya función objetivo debe ser minimizada, a uno equivalente cuya función objetivo debe maximizarse: Por ejemplo, considere el conjunto de números (10,15,7,9). • El número más pequeño de este conjunto es 7, el tercer elemento. • Multiplicando al conjunto por (-1), tenemos (-10,-15,-7,-9), el número más grande de este conjunto es -7, el tercer elemento. En ambos casos, el mismo elemento produce el mejor valor (a pesar de que un elemento es el negativo del otro). En otras palabras, encontrar el número más pequeño de un conjunto es equivalente a: • Multiplicar cada elemento del conjunto por -1 y después encontrar el elemento más grande. • Multiplicar el elemento encontrado en el paso anterior por -1. Ing. Flor Galarreta Rios 18 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  19. 19. ASOCIACIÓN UNIVERSIDAD PRIVADA SAN JUAN BAUTISTA FACULTAD COMUNICACIÓN Y CIENCIAS ADMINISTRATIVAS Escuela Profesional de Administración de Negocios - PEA Curso – Investigación de Operaciones Este mismo enfoque reutiliza para convertir una función objetivo de minimización a una equivalencia de maximización. Es decir, cada coeficiente de la función objetivo es multiplicado por -1 para crear un problema equivalente de maximización. Considerando el problema en estudio Z(max) = - 10,000x1 – 15,000x2 al multiplicar la función objetivo por (-1) del problema de minimización se han transformado a un problema de maximización. 2. Conversión de restricciones de desigualdad a restricciones equivalentes. a. Conversión de lados derechos negativos.- Para crear una restricción de forma estándar que tenga el lado derecho no negativo, se debe multiplicar ambos lados por -1; ejemplo: -3x – 2x2 – 2x3 ≥ -15 3x1 + 2x2 + 2x3 ≤ 15 Observar que el signo ≥ ha cambiado a ≤. De igual manera si la restricción original del LD ≤ fuera negativo, después de multiplicarla por -1, deberá obtener una restricción ≥. Si la restricción original es una igualdad, la nueva restricción que se obtiene cuando se multiplica por -1 sigue siendo una restricción de igualdad. b. Restricción del tipo ≤: 7x1 + 7x2 ≤ 49 Se agrega una variable de holgura, para que absorba la diferencia en la que 7x1 + 7x2 pueda ser menor que 49: 7x1 + 7x2 + S1 = 49. c. Restricción del tipo ≥: x2 ≥ 2 • Se resta una variable de excedente para que consuma el exceso de x2, o sea, lo que pasa de 2: x2 – S1 = 2. • En este caso debe agregarse otra variable artificial para no violar las restricciones de no negatividad: x2 – S1 + A1 = 2. Considerando: x2 – S1 = 2 El método simplex comienza por hacer todas las variables reales iguales a cero, entonces: x2 = 0 à entonces S1 = -2 que viola la restricción de no negatividad. No importa el hecho de que x2 = 0 viola la restricción original. En términos algebraicos es legítimo. La variable artificial opera para mantener todas las variables no negativas cuando x2 es menor que 2. Si x2 = 0, entonces S1 = 0 x2 – S1 + A1 = 2 à A1 = 2 ANÁLISIS DE SENSIBILIDAD Estudia los cambios producidos por la variación de un parámetro del modelo manteniendo todos las demás constantes o fijos. Estos cambios pueden ser una variación en el coeficiente de una de las variables de la función objetivo o de una de las restricciones (LD). Sensibilidad del LD Al variar el LD (o restricción) nos interesa saber cuanto variará el valor de la variable objetivo. Precio sombra.- El precio sombra de una restricción es la razón de cambio del valor óptimo de la función objetivo ante el aumento del LD de dicha restricción (Es decir el cambio por aumento unitario del LD); mientras los demás datos permanecen sin cambios. En el ejemplo de la empresa ABC el precio sombra de 400 para la capacidad de producción nos indica que el beneficio se incrementará en 400 si se aumenta una hora la capacidad de producción de la empresa. Este valor del precio sombra es fijo para un determinado rango de variación del LD. El informe de Sensibilidad Solver nos muestra el manejo de variación del LD en el siguiente cuadro. Ing. Flor Galarreta Rios 19 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  20. 20. ASOCIACIÓN UNIVERSIDAD PRIVADA SAN JUAN BAUTISTA FACULTAD COMUNICACIÓN Y CIENCIAS ADMINISTRATIVAS Escuela Profesional de Administración de Negocios - PEA Curso – Investigación de Operaciones SENSIBILIDAD 1 Costo Coeficiente Incremento Decremento Nombre Valor igual reducido Objetivo permisible permisible sierra circular 1000 0 900 300 600 Sierra de mesa 2000 0 600 1200 150 RESTRICCIONES Precio Restricción Incremento Decremento Nombre Valor igual sombra Lado derecho permisible permisible Cap.de producción 4000 400 4000 1500 1500 Cap. de ensamble 5000 100 5000 1500 3000 Demanda 3000 0 3500 1E+30 500 Observamos que el LD se puede incrementar en 1500 ó reducir en 1500 para un precio sombra de 400. SENSIBILIDAD DE COEFICIENTE DE FUNCIÓN OBJETIVO Si se cambia el coeficiente de una variable en la función objetivo, manteniendo los demás datos constantes, pueden afectar o no el valor óptimo de las variables de decisión. Es decir, en este análisis se determina dentro de qué rango puede variar el coeficiente de una variable en la función objetivo sin variar la solución óptima alcanzada. En nuestro ejemplo, de acuerdo al informe de sensibilidad observamos que para la variable sierras circulares tenemos un incremento permisible de 300 y un decremento permisible de 600. Esto significa que el precio de la sierra circular puede disminuir a 600 o aumentar a 1500 y la solución óptima hallada de 1000 sierras circulares y 2000 sierras de mesa seguirá vigente. Es decir, este análisis nos muestra en cuanto puede aumentar o disminuir el precio sin variar la solución óptima. COSTO REDUCIDO.- Se define como cuanto tiene que cambiar el coeficiente de una variable de decisión en la función objetivo, para obtener un valor óptimo positivo. Para modelos que tengan restricciones de no negatividad el costo reducido es el precio sombra de la restricción de no negatividad para una variable de decisión. En nuestro ejemplo el costo reducido de ambas variables de decisión es cero puesto que ambos tienen valores positivos (mayor que cero). VI) EL PROBLEMA DEL TRANSPORTE En general, un problema de transporte consta de: 1. Un conjunto de m puntos de suministro. El punto de suministro i abastece a lo sumo a Si unidades. 2. Un conjunto de n puntos de demanda que reciben suministros. El punto de demanda j debe recibir por lo menos dj unidades del bien enviado. 3. Cada unidad producida en el punto de suministro i enviada al punto de demanda j incurre en un costo variable Cij. 4. Xij variables de decisión son el número de unidades invocadas del punto de suministro i al punto de demanda j. Entonces: Un problema de transporte se formula: i=m j =n min ∑ ∑ i =1 j =1 cij xij sujeto a d =n ∑ j =1 xij ≤ S i (i = 1, 2,3,....., n) Restricción de suministros. Ing. Flor Galarreta Rios 20 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  21. 21. ASOCIACIÓN UNIVERSIDAD PRIVADA SAN JUAN BAUTISTA FACULTAD COMUNICACIÓN Y CIENCIAS ADMINISTRATIVAS Escuela Profesional de Administración de Negocios - PEA Curso – Investigación de Operaciones i =m ∑x i =1 ij ≥ d j ( j = 1,2,3,........,n) Restricción de demanda. xij ≥ 0 (i = 1,2,……. m; j = 1,2,…….,n) Si un problema tiene las restricciones anteriores y es un problema de maximización, entonces i=m j =n aún es un problema de transporte sí: ∑i =1 Sí = ∑d j =1 j Entonces el suministro total es igual a la demanda total, y se dice que el problema es uno de transporte equilibrado cuando el suministro total excede a la demanda total, un problema de transporte se soluciona creando un punto de demanda ficticia igual a la cantidad de suministro en exceso. Dado que no son envíos reales a estos puntos de demanda ficticios se le asigna un costo cero. Cuando el suministro total es menor que la demanda total, entonces el problema no tiene una solución factible. Muchos modelos de inventario se modelan como problemas de transporte equilibrado. El siguiente es un ejemplo de transporte equilibrado y su solución en EXCEL-SOLVER. PROBLEMA DE DISTRIBUCIÓN DE PROTRAC: ENVÍO DE MOTORES DIESEL DE LOS PUERTOS A LAS PLANTAS. PROTRAC tiene cuatro plantas de montaje en Europa. Éstas se encuentran en Leipzig, Alemania (1); Nancy, Francia (2); Lieja, Bélgica (3); Tilburg, Países Bajos (4). Los motores empleados por estas plantas se fabrican en Estados Unidos, se embarcan a los puertos de Ámsterdam (A), Amberes (B) y El Havre (C) y de allí se trasportan a las plantas para su ensamblado. Estos datos han sido introducidos a una hoja de cálculo Excel constituido por 3 bloques: En el primer bloque se encuentran los costos cij de transportar los motores de los puertos a las ciudades. El segundo contiene las variables de decisión xij las cuales tenemos que encontrar. El tercer bloque representa la cij xij, es decir, el costo total de transporte de un puerto a una ciudad específica. VII) PROBLEMA DE ASIGNACIÓN Un problema de asignación es un problema de transporte equilibrado en el que los suministros y las demandas son iguales a 1. Se caracteriza porque se conoce el costo de asignar cada punto de suministro a cada punto de demanda. En general, el problema consiste en determinar la asignación óptima de “n” agentes u objetos “indivisibles” a “n” tareas. El problema de asignación puede ser formulado como: n n max ó min Z= ∑ ∑ i =1 j =1 cij xij n Sujeto a: ∑j =1 xij = 1 ;i = 1, 2,…………….n i debe ser asignado a una y solamente una j. n ∑ i =1 xij =1 j = 1,2,………….,n Xij = 0 ó 1 para todas la xij cij = coeficiente de costo de j por i. MODELOS DE RED. EL PROBLEMA DEL TRANSBORDO. Una red es un conjunto de nodos unidos por flechas o arcos y representan una secuencia de origen y destino. Un problema de transporte, de asignación o de transbordo son casos Ing. Flor Galarreta Rios 21 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
  22. 22. ASOCIACIÓN UNIVERSIDAD PRIVADA SAN JUAN BAUTISTA FACULTAD COMUNICACIÓN Y CIENCIAS ADMINISTRATIVAS Escuela Profesional de Administración de Negocios - PEA Curso – Investigación de Operaciones especiales de modelos de red. Las variables de decisión xij denotan el “flujo” del nodo i al nodo j y está representado por una flecha o arco que conecta dos nodos con un costo cij. Un problema de transbordo se puede formular como: Min ∑ ij cij xij Sujeto a: ∑ k xlj − ∑ k xkj = L j j = 1,2,.............., n 0 ≤ xij ≤ uij, para todo (i,j) de la red Se considera que la suma ∑ ij cij xij en la función objetivo incluye todas las flechas de la red. Por tanto, el objetivo consiste en minimizar el costo total del flujo. VIII) TOMA DE DECISIONES En los últimos años el análisis de decisión se ha convertido en una técnica importante tanto en los negocios como en la industria y el gobierno. El análisis de decisión proporciona una metodología racional para tomar decisiones cuando el futuro es incierto. Permite que un gerente haga una elección óptima entre varias alternativas, tomando en cuenta el valor de adquirir datos experimentales con el fin de reducir la "incertidumbre". Se presenta un marco de referencia para tomar decisiones cuando: 1. No es factible la experimentación y; 2. Es posible la experimentación, lo que conduce a la disponibilidad de datos muestra. El criterio de optimidad que se usa para seleccionar entre varias alternativas será la minimización del costo esperado. Entre los problemas que se consideran en este capítulo, están los siguientes: ¿Cuál es la decisión que minimiza el costo esperado, dado el resultado de un experimento (sí, en efecto, se lleva a cabo un experimento)? Siguiendo la política óptima, ¿cuál es el costo esperado? Si se lleva a cabo, un experimento, ¿valdrá la pena?; es decir, ¿la disminución en el costo esperado será mayor que el costo del experimento? Por último, ¿cuál es la cantidad máxima de dinero que podría gastarse con el fin de eliminar toda la incertidumbre"?. EJEMPLO 1. Considérese el problema siguiente. Una compañía petrolera es propietaria de ciertos terrenos en los que se pretende existe petróleo. La compañía clasifica esos terrenos en cuatro categorías, en términos del número total de barriles que se espera obtener del pozo, es decir, un pozo de 500,000 barriles, un pozo de 200,000 barriles, un pozo de 50,000 barriles, o bien, un pozo seco. La compañía se encara al problema de decidir si realiza la perforación, alquila, incondicionalmente la tierra a un perforador independiente, o bien, alquila incondicionalmente la tierra a una tasa que dependa de la cantidad de petróleo que se produzca. El costo de perforación de un pozo productor es $100,000 y el costo de perforación de un pozo seco es de $75,000. Para los pozos productores, la utilidad por barril de petróleo es de $1.50 (después de deducir todos los costos de producción). Bajo el acuerdo de un alquiler incondicional, la compañía recibe $45,000 por los terrenos, mientras que bajo el acuerdo de un alquiler condicional, la compañía recibe 50 centavos por cada barril de petróleo extraído, siempre que la tierra rinda 200,000 o 500,000 barriles; en caso contrario, nada recibe. En la tabla se muestran las utilidades posibles para la compañía petrolera. Pozo de 500,000 Pozo de 200,000 Pozo de 50,000 Pozo seco barriles barriles barriles Ing. Flor Galarreta Rios 22 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

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