التعريف ببحوث العمليات وبعض مجالاتها التطبيقية
المقدمة.
من الصعب علينا أن نحدد البداية الفعلية لما يُسمى في أيامنا هذه بحوث عمليات ( Operations Research اختصاراً O. R. ) فقد أنجزنا كثيراً من الرواد الأوائل في بعض العلوم بحوثاً وقاموا بأعمال يمكن إدراجها تحت ما يسمَّى اليوم بحوث عمليات . ونذكر من هؤلاء القائد المسلم خالد بن الوليد الذي قرر اختراق صحراء بلاد الشام لمفاجأة الروم في أقصر وقت ممكن بدلاً من سلوكه الطريق المعتادة حيث كان ينتظره الروم ويتوقعون قدومه منه . وفي عام 1917م قام المهندس الدانماركي إيرلنج (Erlang) بنشر أبحاث مهمة تتعلق بتيسير استخدامات الهاتف لسكان مدينة كوبنهاجن (Copenhagen) . وقد اعتبر عمله الأساس الرياضي لما يسمى نظرية صفوف الانتظار في هذه الأيام .
وفي عام 1914م نشر العالم البريطاني لانكستر (Lanchester) بحثاً بيّن فيه العلاقة بين التفوق في مقدرة الإنسان وفعالية السلاح الذي يمتلكه . وفي الولايات المتحدة الأمريكية قـام العالـم المعروف توماس أديسون (T. Edison) بإيجاد الطرق الأكثر فعالية لمناورات السفن خلال الحرب العالمية الأولى والتي من شأنها أن تقلّل الخسائر لدى مواجهة الغواصات المعادية . ومع تطور المنشآت الصغيرة التي كانت قائمة في مطلع هذا القرن ومع تطور وزيادة التنظيمات المختلفة الصناعية والزراعية والتجارية والإدارية والاجتماعية والحيوية الأخرى فقد بدأت المحاولات لاستخدام الطرق والأساليب العلمية والتحليل الكمي في مختلف هذه التنظيمات . ومع ذلك فإن الفعاليات الأولى لبحوث العمليات تعزى إلى بعض الخدمات العسكرية في الحرب العالمية الثانية . فقد كانت الحاجة ملحة آنذاك لتوزيع الموارد القليلة والنادرة من عتاد وسلاح وذخيرة ومؤن على مختلف الأنشطة (activities) العسكرية بطريقة تعطي أفضل النتائج الممكنة . وقد أظهرت الدراسات في ذلك الوقت أن التخطيط الجيد لاستخدام الأسلحة يعطي نتائج أفضل من النتائج التي يعطيها التحسين والتطوير في هذه الأسلحة . وأن التوزيع المناسب للموارد والمهمات التي تتصف بأنها محددة يعطي في كثير من الأحيان نتائج لا تقل أهمية عن النتائج التي تعطيها الزيادة في هذه الموارد والمهمات .
وقد كان من نتائج الدراسات والأبحاث التي قامت بها الفرق العلمية على العمليات العسكرية في الحرب العالمية الثانية أن كسبت بريطانيا الكثير من المعارك في تلك الحرب مثل كسبها لإحدى معارك الطيران الفاصلة وإحدى المعارك في الباسفيكي وثالثة في شمال المحيط الأطلسي . كما أسهمت جهود هذه الفرق آنذاك في تحقيق الاستغلال الأمثل للموارد العسكرية المتاحة بشرية منها ومادية كالاستخدام الأمثل للرادارات العسكرية في رصد الطائرات والاستخدام الأمثل لقاذفات القنابل لإيقاع الخسائر في العدو . وقد شجعت النتائج التي أحرزتها فرق بحوث العمليات البريطانية الإدارة العسكرية الأمريكية على تكوين فرق مماثلة للاستفادة منها في معالجة مشكلات الطيران والبحرية وإيجاد خطط مثلى لنقل الذخائر والمؤن والمعدات لقواتها المنتشرة في أرجاء متعددة من العالم . ونجحت جهود هذه الفرق كذلك في إيجاد خطط مثلى لزرع الألغام واستخدام الأجهزة والمعدات العسكرية وقد نجحت البحرية الأمريكية نجاحاً ملحوظاً في الاستفادة من بحوث العمليات العسكرية في عملياتها الحربية وخاصة في تحديد المسارات المثلى للغواصات والقطع البحرية لتجنب ضربها من قبل العدو . وقد قامت كل من السلطات الكندية والفرنسية خلال الحرب العالمية الثانية أيضاً بتكوين فرق بحوث عمليات كتلك التي قامت في كل من بريطانيا وأمريكا بغرض تطبيق نتائج بحوثها في المجالات العسكرية والمدنية .
نتيجة لنجاح بحوث العمليات في المجالات العسكرية فقد أخذت التنظيمات المختلفة تولي ، وبالتدريج ، اهتماماً أكبر لهذا الفرع من فروع العلم . فمع التعاظم السريع للصناعة الذي أعقب الحرب العالمية الثانية ومع المشكلات التي نشأت وازدادت تعقيداً نتيجة لهذا التعاظم السريع ومع ظهور التخصصات المختلفة في مختلف التنظيمات فقد كانت الحاجة مُلحَّة لزيادة عدد المشتغلين بتطبيق بحوث العمليات لحل مختلف المشكلات . وكانت البداية أن قام عدد من الذين اشتغلوا ببحوث العمليات العسكرية في الحرب العالمية الثانية في الدول المشار إليها أعلاه أن قاموا بتقديم استشارات وحلول لكثير من المشكلات الصناعية والأعمال والإدارات المختلفة بطرق علمية مناسبة في حينها . وتَبِعَ ذلك قيام الكثير من الجامعات والمعاهد العلمية ومراكز الأبحاث في الدول المتقدمة بتدريس بحوث العمليات فيها . بل وتشكلت في هذه الدول جمعيات ومجلات علمية لبحوث العمليات وعُقدت الكثير من الندوات لتعني بهذا الحقل من حقول المعرفة . وكان لذلك الأثر الكبير في تطوير واستحداث الكثير من الأساليب والوسائل والطرق العلمية في بحوث العمليات والتي لم تكن معروفة من قبل مما أسهم في تحقيق المزيد من التطور والتقدم في هذا الفرع من فروع العلم .
وفي أيامنا هذه انتشر تدريس بحوث العمليات في معظم جامعات العالم فقلما نجد جامعة في هذه الأيام إلا وتُعنى بتدريس مقررات في بحوث العمليات بل وأن بعضها يمنح درجات متخصصة في بحوث العلميات بدءً من البكالوريوس والماجستير وانتهاءً بالدكتوراه .
والخلاصة فإن بحوث العمليات تدخل اليوم في إيجاد الحلول الفعَّالة لكثير من المشكلات في الكثير من التنظيمات نورد منها على سبيل المثال لا الحصر :
â شركات صناعة الطائرات ، صناعة الصواريخ ، صناعة السيارات ، صناعة الأطعمة والأدوية ، صناعة الورق ، صناعة البترول وغيرها من الصناعات المختلفة .
â شركات الاتصالات السلكية واللاسلكية ، النقل ( الخطوط الجوية والبحرية والبرية ) والكمبيوتر ، الشركات والمؤسسات المالية ، المؤسسات والوكالات الخاصة والحكومية ، المستشفيات والميدان العسكري .
â التخطيط بشتى أنواعه وغيرها كثير .
ولابد لنا هنا من الإشارة إلى عاملين مهمين أسهما ويسهمان في سرعة تطور بحوث العمليات :
أولهما : ويعزي إلى التقدم التكنولوجي الكبير الذي بدأ ـ والأخذ بالتسارع ـ منذ الخمسينات من هذا القرن .
ثانيهما : ويعزى إلى ما يسمى بثورة الحاسبات (computers' revolution) .فمعظم المسائل التي تتناولها بحوث العمليات بالبحث والدراسة والحل تتطلب قدراً كبيراً من الحسابات يصعب ( بل يستحيل أحياناً ) إجراؤها بالطـرق اليدوية العادية وقـد كان لظهور الحاسبات الإلكترونية والعددية (digital) منها خاصة الفضل الكبير في تطوير وإثراء بحوث العمليات لما لهذه الحاسبات من المقدرة الكبيرة على إجراء ملايين العمليات الحسابية بسرعة تفوق مليارات المرات سرعة الإنسان .
معنى بحوث العمليات وطبيعتها :
ما هي بحوث العمليات ؟ .. إن الإجابة عن هذا السؤال بدقة ليس أمراً سهلاً نظراً لاتساع المجال الذي يطبق فيه هذا الفرع من فروع العلم . ولذلك فإننا نجد تعاريف متعددة لبحوث العمليات . وطبقاً لأحد هذه التعاريف فإن بحوث العمليات توصف على أنها طرق علمية لصنع قرار يتعلق بعمليات لتنظيم ما . وكما يقتضي اسم هذا العلم " بحوث العمليات " فإنه يتضمن البحث في العمليات ولكن أي عمليات وأي تطبيق لها ؟ . وفي الحقيقة فإنه يمكن إعطاء تعريف أوضح لبحوث العمليات كما يلي :
" بحوث العمليات هي استخدام الأساليب والطرق العلمية لتنظيم تعاون العمليات والأنشطة ضمن نظام (system) ما بُغْيَة إيجاد حل أمثل أو حلول مثلى لمشكلات هذا النظام من بين جملة من الحلول الممكنة . " .
إن قولنا " نظام ما " تعني أن طبيعة هذا النظام ليست ذات أهمية . فبحوث العلميات يمكن تطبيقها بشكل واسع في شتى مجالات الحياة المختلفة التي تقتضي القيادة وتنظيم التعاون ضمن إطارها . ولبحوث العمليات عدة سمات رئيسية هي :
السمة الأولى :
إنها تستخدم ـ كما أشرنا في تعريفها ـ الأساليب العلمية وذلك بالبدء أولاً بدراسة المشكلة المطروحة وتحديدها بشكل دقيق ومن ثم صياغتها صياغة علمية تشمل جميع جوانب المسألة قيد الدراسة . وتمكن هذه الصياغة من بناء نموذج علمي للمسألة وهو غالباً ما يكون نموذجاً رياضياً (mathematical model) ونتوخى من النموذج رياضياً كان أم غير ذلك أن يستوعب روح وجوهر المسألة وأن يمثل خواصها الرئيسة تمثيلاً كافياً وواضحاً بحيث تكون الحلول الناتجة من هذا النموذج صالحة للتطبيق على المشكلة الحقيقية التي نواجهها . كما نتوخى من النموذج أيضاً أن يعطينا نتائج إيجابية مفهومة لصانع أو صانعي القرارات .
السمة الثانية :
هي شمول وجهة النظر فيما يخص المشكلات التي يواجهها النظام أو التنظيم ككل . فمن المعروف أن ما هو مفيد لأحد فروع تنظيم ما قد يكون ضاراً لواحد أو أكثر من فروعه الأخرى مما يجعل من الصعب على جميع هذه الفروع أن تعمل ضمن أطر وأهداف مشتركة . فعلى سبيل المثال ، كثيراً ما تنشأ في مشكلات التخزين الخاصة بتنظيم ما ( شركة ـ منشأة ... الخ ) تعارضات بين فروع التنظيم المختلفة . ففرعا إدارة الإنتاج والتسويق يهتمان بزيادة الإنتاج وينتج عن ذلك زيادة في عدد الوحدات المخزونة وبالتالي إلى تعطيل جزء من رأس المال والتعرض لانخفاض الأسعار الأمر الذي يضر بالإدارة المالية التي تسعى بدورها إلى تخفيض النفقات مما قد ينتج عنه انخفاض في كمية الإنتاج الأمر الذي يضر بإدارات الإنتاج والتسويق والعمال وقد ينتج عن ذلك أيضاً خسارة للزبائن في الأسواق . وكما أشرنا في تعريف بحوث العلميات هي أنها تتبنى وجهة النظر التنظيمية بين عمليات وأنشطة النظام فإنها تسعى في الوقت نفسه لإزالة التعارضات بين مختلف فروع أي تنظيم بطريقة تجعل التنظيم ككل أكثر انسجاماً وتناسقاً وبطريقة تقود إلى إيجاد حل يوازن بين متطلبات جميع فروع التنظيم بحيث يكون هذا الحـل حـلاً أمــثل(optimal solution) من بين جملة من الحلول الممكنة .
السمة الثالثة :
الاستعانة بخبرات المختصين في الحقول الأخرى . ذلك أنه من غير السهل أن يمتلك شخص واحد مهارة في مختلف المفاهيم التي تتطلبها حل مشكلة ما في بحوث العلميات . كما أنه من غير السهل أيضاً أن يتمكن فرد بمفرده من التوصل إلى حل أمثل لمشكلة . ولذلك يبدو من الأفضل أن يتولى فريق (TEAM) من المختصين في بحوث العلميات وبمساعدة عدد من المختصين أو الذين يملكون مهارات في الحقول المختلفة التي تقع فيها المشكلة المطروحة كأن يكون أحدهم مختصاً في الرياضيات وآخر في الإحصاء والاحتمالات وثالث في الاقتصاد ورابع في إدارة الأعمال وخامس في علوم الحاسب الآلي وسادس في العلوم المسلكية وغيرها من التخصصات التي تسهم في تقديم المعلومات اللازمة لفهم وإحاطة المسألة المطروحة بشكل جيد . ومن ثم فإن خبرة هؤلاء جميعاً تذهب إلى فريق بحوث العلميات الذي يقوم بدوره بصياغة المسألة صياغة صحيحة وإيجاد النموذج السليم والملائم لحلها .
السمة الرابعة :
وهي أن بحوث العمليات تهدف بالدرجة الأولى إلى إيجاد حل أمثل أو حلول مثلى لمشكلات النظام قيد الدراسة من بين جملة من الحلول الممكنة . ومع أن المشكلات التي تتعرض بحوث العمليات لحلها هي مشكلات قرارية معقدة أحياناً فإن تحسين الأمور الجارية لا يعني حلاً أمثل لهذه المشكلات بل لابد من استعراض جميع الحلول الممكنة أو ما يسمى أحياناً جميع البدائل (alternatives) وإجراء اختبار عليها لمعرفة أفضلها واختياره .
بعض نماذج بحوث العمليات
هناك كثير من النماذج والأساليب والنظريات المختلفة التي تم تطويرها وتطبيقها لحل الكثير من المشكلات المتصلة بالواقع وسنعطي أولاً فكرة موجزة عن بعض النماذج التي تقدمها بحوث العمليات لحل العديد من المشكلات .
نماذج التحصيص (allocation models)
من المعروف مثلاً أن الموارد المتوافرة لشركة ما كالوقت والمال والمواد الخام والأيدي العاملة والأجهزة ... الخ هي موارد محدودة . فإذا كان على الشركة أن تقوم مثلاً بإنتاج ثلاثة أنواع من المنتجات فإن عليها أن تقرر عدد الوحدات المنتجة من كل نوع وعليها بالتالي أن تقرر كيفية توزيع الموارد بشكل يناسب عدد الوحدات المنتجة من كل نوع وهي ليست إلا عملية تحصيص .
مثال على نماذج التحصيص :
يقوم أحد مصانع الدفاع بإنتاج نوعين من صواريخ أرض جو المضادة للطائرات نوع I ونوع II يتم استهلاك قسم منها في قوات الدفاع الجوي ويباع القسم الباقي لبعض الدول التي ترغب هي الأخرى بتزويدها لقوات دفاعها الجوي . تستلزم عملية التصنيع أنواعاً خاصة من المواد الخام ( مثل الحشوات المتفجرة وغيرها ) وطاقة بشرية وقطع أساسية وقطع فنية متنوعة . يعطي الجدول التالي الوحدات التي يتطلبها كل صاروخ من النوعين من كل من المواد الخام والطاقة البشرية والقطع الأساسية والقطع الفنية المتنوعة وعدد الوحدات المتوافرة شهرياً ( كحد أقصى ) لكل من هذه العناصر الأربعة إضافة إلى الربح المتوقع من بيع كل صاروخ من النوعين .
العناصر
نوع الصاروخ
عدد الوحدات المتوافرة
كحد أقصى/ شهر
نوع I
نوع II
المواد الخام
100 وحدة
125 وحدة
500 وحدة
الطاقة البشرية
2 وحدة
4 وحدات
10 وحدات
قطع أساسية
12 وحدات
6 وحدة
30 وحدة
قطع فنية متنوعة
2.5 وحدة
10 وحدات
20 وحدة
ربح الصاروخ بمئات الدولارات
104 / مائة دولار
72 / مائة دولار
مثلاً : صناعة صاروخ من النوع I يتطلب 100 وحدة من المواد الخام و 2 وحدة من الطاقة البشرية و 12 وحدة من القطع الأساسية و 2.5 وحدة من القطع الفنية المتنوعة ويحقق ربح قدره 10400 دولار . يرغب المصنع بمعرفة عدد الصواريخ التي سيصنعها من كل نوع والتي تحقق له أكـبر ربـح شهري ممكن . أكتب النموذج العلمي ( الرياضي ) لهذه المشكلة ثم أوجد الحل الأمثل للمصنع .