نگاه کلاسیک به «تحقیق در عملیات» عمدتاً بر روش‌های خطی و غیرخطی بهینه‌سازی ریاضی متمرکز است که در قالب مدل‌سازی‌های مرسوم مثل مدل‌سازی زنجیره تأمین، برنامه‌ریزی تولید، چیدمان کارگاهی و زمان‌بندی ظاهر می‌شود. این نگاه اگرچه یک رویکرد بنیادین و اصولی است اما واقعیت این است که هر دو حوزه «روش» و «کاربرد» از منظر تحقیق در عملیات یا پژوهش عملیاتی (Operations research یا Operational research) بسیار گسترده‌تر است.
اکاف (1919 – 2009) که از قدمای دانش تحقیق در عملیات است، تقریبا ۷۰ سال پیش به این جمله اشاره می‌کند که تحقیق در عملیات یک روش یا تکنیک نیست بلکه یک علم است یا در مسیر تبدیل‌شدن به یک علم قرار دارد که با پدیده‌هایی که مطالعه می‌کند، روش‌ها و تکنیک‌های آن شناخته می‌شود. نگاه اکاف را می‌توان در آثار مرجعی که مدام در حال به‌روزرسانی هستند نیز یافت. مثلا کتاب مرجع مقدمه‌ای بر تحقیق در عملیات اثر هیلیر و لیبرمن نیز که بیش از چهل سال به‌عنوان یکی از مراجع جدی OR در جهان تلقی می‌شود (آخرین نسخه آن در زمان نگارش این متن، مربوط به سال ۲۰۲۱ است)، طی ویرایش‌های مختلف خود دامنه OR را به بسیاری از روش‌ها باز کرده و رویکرد بهینه‌سازی و مدل‌سازی تحقیق در عملیات را در کاربردهای متفاوت نشان داده است.
دایرهالمعارف تحقیق در عملیات در سال ۲۰۲۳
اکنون و در آستانه سالگرد ۷۵ سالگی مجله جامعه پژوهش عملیاتی، فوتیوس پتروپولوس با همکاری بیش از ۸۰ استاد و پژوهشگر یک دایرهالمعارف جمع‌وجور از دانش تحقیق در عملیات فراهم کرده‌اند. در این مقاله دو بخش اصلی شامل روش‌ها و کاربردهای OR مورد بررسی قرار گرفته است. در این کار تیمی، ۲۴ روش و ۳۲ حوزه کاربردی با هدف ارائه یک نمای کلی از دانش به‌روز OR و پیشرفت‌های آن ارائه شده است. براساس تاکید نویسندگان، این مقاله باید به‌صورت غیرخطی خوانده شود؛ به عبارت دیگر، این دایرهالمعارف یک مرجع است که دانشگاهیان، پژوهشگران و دانشجویان می‌توانند به آن رجوع کنند و فراخور نیاز خود به معرفی روش‌ها و کاربردها دست یابند. مقاله را می‌توانید از اینجا دانلود کنید.
روش ها و الگوریتم های تحقیق در عملیات
در بخش اول این پژوهش، ۲۴ روش مبتنی‌بر OR مورد بررسی قرار گرفته‌اند. توضیحات هر روش از مباحث پایه‌ای شروع شده و تا مباحث پیشرفته و امروزی‌تر بسط داده شده است. بدین‌ترتیب نویسندگان تلاش کرده‌اند که ضمن ارائه محدودیت‌های هر روش، مسیر توسعه و پژوهش آنها را نیز برجسته سازند. روش‌های موردنظر برخاسته از حوزه‌های پایه‌ای تحقیق در عملیات شامل بهینه‌سازی، آمار، مصورسازی و فناوری اطلاعات به همراه روش‌شناسی سیستم‌های نرم هستند که تلاش شده است تا طعم تاریخی OR در آنها حفظ شود؛ به همین دلیل می‌توان این ۲۴ روش را به سه دسته تقسیم کرد. دسته اول شامل عناوین مرتبط با بهینه‌سازی است که ۱۰ روش از ۲۴ روش را پوشش می‌دهد. دسته دیگر، ابزارهای آماری و مبتنی‌بر تصمیم‌گیری هستند که آنها هم ۱۰ روش را شامل می‌شوند. دسته سوم نیز ۴ زیرمجموعه را دربردارد که به‌نوعی برخاسته مهندسی سیستم‌ها است. فهرست زیر شامل ۲۴ روش موردنظر است که به‌ترتیب دسته‌های ذکرشده درج شده‌اند:
- برنامه‌ریزی خطی
- برنامه‌ریزی عدد صحیح مختلط
- مدل‌های تصادفی
- برنامه‌ریزی غیرخطی
- برنامه‌ریزی پویا
- تحلیل پوششی داده‌ها
- بهینه‌سازی ترکیبی
- گراف‌ها و شبکه‌ها
- پیچیدگی محاسباتی
- الگوریتم‌های ابتکاری
- تحلیل کسب‌وکار
- تحلیل تصمیم‌گیری
- مصورسازی
- هوش مصنوعی، یادگیری ماشین و علم داده
- نظریه صف
- پیش‌بینی
- نظریه کنترل
- نظریه بازی
- تحلیل ریسک
- شبیه‌سازی
- تحقیق در عملیات نرم و روش‌های ساختاردهی به مسأله
- تفکر سیستمی
- پویایی‌شناسی سیستم‌ها
- تحقیق در عملیات رفتاری
کاربردها و زمینه‌های تحقیق در عملیات
در میان کاربردها، به چندین بعد از دنیای واقعی اشاره شده که به کمک مدل‌سازی تحقیق در عملیات روی آنها کار می‌شود. بعد اول شامل زمینه‌هایی است که روش‌های OR تاکنون با موفقیت در آنها اعمال شده‌اند و هنوز هم پتانسیل‌های بزرگتری برای بهره‌برداری دارند. این طیف شامل بخش‌های عمودی نظیر زنجیره تأمین، کاربردهای نظامی یا مدیریت بحران است که طیف وسیعی از مسائل را به‌کمک روش‌های مناسب حل می‌کنند. از سوی دیگر بخش افقی نیز که می‌توانند بر چندین بخش عمودی تأثیر بگذارند نیز وجود دارند و از جمله آنها بخش‌های مربوط به وسائل نقلیه است. بعد دیگر مورد توجه در کاربردهای OR، تنوع زیاد روش‌شناسی‌های اعمال‌شده در زمینه‌های مختلف است؛ از روش‌های دقیق و ابتکاری توسعه‌یافته برای حل مسائل بهینه‌سازی گرفته تا تکنیک‌های ایجاد شده برای مدیریت عدم قطعیت و تصمیم‌گیری چند معیاره و اخیراً یکپارچه‌سازی با روش‌های هوش مصنوعی. در واقع، پیشرفت‌های بزرگی که در دهه‌های گذشته در برنامه‌ریزی عدد صحیح و غیرخطی به دست آمده اکنون به مدل‌سازی و حل مؤثر بسیاری از مسائل عملیاتی و تاکتیکی – جایی که داده‌ها در آن وجود دارند – ورود کرده است و با عدم‌قطعیت مواجهه می‌کند.
بعد سوم در بررسی کاربردها، توسعه دیدگاه‌های جدید پژوهشی است که ممکن است در همه زمینه‌های OR مؤثر باشند. یک مثال مهم در این زمینه، گنجاندن اخلاق و انصاف در بهینه‌سازی است که مقبولیت و تعمیم استفاده از نتایج را لحاظ کرده و چالش‌های روش‌شناسی جدید را ایجاد می‌کند. بعد دیگر نیز رویکردهای نرم افزاری و فناوری اطلاعات است که به روش‌های OR در حوزه‌های مختلف جان تازه‌ای بخشیده است. ظهور پرشتاب کتابخانه‌های پایتون یا R یا راه‌حل‌های MATLAB در بهینه‌سازی از جمله این ابزارها است. در ادامه، فهرستی از ۳۲ حوزه کاربردی OR که توسط این پژوهشگران احصا شده ارائه می‌شود:
- آموزش
- اخلاق و انصاف
- امداد در شرایط بحران و لجستیک بشردوستانه
- بازارها و سیستم‌های انرژی
- برش و بسته‌بندی
- پایداری
- پژوهش عملیاتی جامعه
- تجارت الکترونیک
- تولید
- حمل‌ونقل: آبی
- حمل‌ونقل: ریلی
- حمل‌ونقل: طراحی شبکه
- حمل‌ونقل: مسیریابی وسائل نقلیه
- حمل‌ونقل: هوایی
- دولت و بخش عمومی
- زمان‌بندی
- سلامت و بهداشت
- صنایع خدماتی
- علوم مالی
- لجستیک
- محیط زیست
- مخابرات
- مدیریت پروژه
- مدیریت درآمد
- مدیریت زنجیره تأمین
- مزایده و مناقصه
- مسائل نظامی و امنیت داخلی
- منابع طبیعی
- موجودی
- موقعیت‌یابی
- نرم‌افزار متن‌باز برای OR
- ورزش
تداوم مسیر تحقیق در عملیات
به‌طور خلاصه باید تاکید کرد که آنچه تحقیق در عملیات طی سال‌های اخیر پیموده است، گستره‌های جدیدی از روش‌ها و الگوریتم‌های حل مسئله و حوزه‌های کاربردی مورد توجه در مسائل دنیای واقعی است. همچنان روش‌ها و کاربردهای پیشین همچنان وجود دارند و توسعه می‌یابند، روش‌های نوین و حوزه‌های جدید نیز با شتاب قابل توجهی به دنیای تحت پوشش OR افزوده می‌شوند. مقاله فوق به‌عنوان یک دایرهالمعارف کوچک از تحقیق در عملیات در سال ۲۰۲۳ تلاش کرده است که روش‌ها و حوزه‌ها را به‌خوبی مرور کند.