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Introdução 1.1. AS ORIGENS DA PESQUISA OPERACIONAL Desde o advento da Revolução Industrial, o mundo presencia um crescimento cxtraordiná- rio no tamanho e na complexidade das organizações. As pequenas oficinas de artesãos de outrora evoluíram para as corporações bilionárias de hoje. Um fator crucial dessa mudança revolucionária foi o extraordinário aumento na divisão do trabalho e a segmentação das res- ponsabilidades gerenciais nessas organizações. Os resultados foram espetaculares. Entretanto, juntamente com seus pontos posilivos, essa crescente especialização criou pro- blemas novos, problemas estes que ainda ocorrem em muitas organizações. Um deles é a tendência de as diversas unidades de uma organização crescerem em ilhas relativamente autônomas com seus próprios objetivos c sistemas de valor, perdendo, consegiientemente, a visão de como suas atividades e objetivos se entremeiam com aquelas da organização como um todo. O que pode ser melhor para uma das unidades fregiientemente é prejudicial a outra, de forma que as unidades podem acabar trabalhando em direção a objetivos conflitantes. Um problema relativo a isso é aquele no qual, à medida que aumentam a complexidade € a espe- cialização em uma organização, torna-se cada vez mais difícil alocar os recursos disponíveis para as diversas atividades da maneira mais eficiente para a organização como um todo, Esses tipos de problema e a necessidade de encontrar o melhor caminho para solucioná-los criaram condições necessárias para o surgimento da pesquisa operacional (comumente referida como PO). As origens da PO podem ser remontadas muitas décadas atrás quando foram feitas ten- tativas iniciais no emprego de uma abordagem científica na gestão das organizações. Porém, o início da atividade, assim denominada pesquisa operacional, geralmente é atribuído vidades militares nos primórdios da Segunda Guerra Mundial, Em razão do empreendimen- to da guerra, havia uma necessidade premente de se alocar de forma eficiente os escassos recursos para us diversas operações militares e atividades internas a cada operação. Consegiientemente, os comandos militares britânico e norte-americano convocaram grande número de cientistas para aplicar uma abordagem científica para lidar com este € outros pro- blemas táticos e estratégicos. Na prática lhes foi solicitado a realização de pesquisas sobre operações (militares). Essas equipes de cientistas foram as primeiras de PO. Por mcio do desenvolvimento de métodos eficientes de emprego da nova ferramenta radar, essas equipes se tornaram instrumentos na vitória da Batalha Aérea em céus da Grã-Bretanha. Por imer- médio dessas pesquisas sobre como melhor administrar operações de comboio e anti-sub- marinos, esses cientistas desempenharam papel fundamental na vitória da Batalha do Atlântico Norte. Esforços semelhantes ajudaram na Campanha Britânica no Pacífico. s al +) CAPÍTULO 1 INTRODUÇÃO Quando a guerra acabou, o sucesso da PO no empreendimento bélico despertou inte- resse na sua aplicação fora do ambiente militar. À medida que se ia desenrolando o boom industrial pós-guerra, os problemas causados pela crescente complexidade e especialização nas organizações foram novamente ganhando o primeiro plano. Tornava-se aparente para um número cada vez maior de pessoas, entre as quais consultores de negócios que trabalharam nas equipes de PO ou em conjunto com elas durante a guerra, que estes foram basicamente os problemas enfrentados pelos militares, porém, agora, em um contexto diferente. No iní- cio dos anos 1950, esses indivíduos haviam introduzido o emprego da PO em uma diversi- dade de organizações nos setores comercial, industrial e governamental. A rápida dissemi- nação da PQ veio a seguir. Podem-se identificar pelo menos dois fatores que desempenharam papel fundamental no rápido crescimento da PO durante esse período. O primeiro foi o progresso substancial feito no início em termos de melhoria das técnicas da PO. Após a guerra, muitos dos cientistas que haviam participado das equipes de PO ou que ouviram falar a esse respeito motivaram-se para desenvolver pesquisas relevantes nesse campo resultando em avanços importantes no estado- da-arte. Um exemplo essencial é o método simplex para solução de problemas com progra- mação linear, desenvolvido por George Dantzig em 1947. Várias ferramentas-padrão da PO, como programação linear, programação dinâmica, teoria das filas e teoria do inventário, atin- giram um estado relativamente bem desenvolvido antes do final dos anos 1950. Um segundo fator que deu grande ímpeto ao crescimento desse campo foi a “avalan- che” da revolução computacional. Requer-se grande volume de processamento de cálculos para o tratamento eficiente dos problemas complexos tipicamente considerados pela PO. Normalmente, fazer isso à mão seria uma hipótese fora de cogitação. Portanto, o desenvol- vimento de computadores eletrônicos digitais, com a capacidade de realizarem cálculos matemáticos milhares ou até mesmo milhões de vezes mais rápido que o ser humano, deu um impulso enorme à PO. Outro estímulo vcio nos anos 1980 com o desenvolvimento de computadores pessoais cada vez mais poderosos munidos de excelentes pacotes de software para emprego da PO. Isso permitiu que o emprego da PO ficasse ao alcance de um número muito maior de pessoas. Hoje em dia, praticamente milhões de pessoas têm pronto acesso a software de PO. Por conseguinte, enorme gama de computadores, de mainframes a laptops, é, hoje, rotineiramente utilizada para solucionar problemas relativos à PO. | NATUREZA DA PESQUISA OPERACIONAL Como o próprio nome indica, a pesquisa operacional envolve “pesquisa sobre operações”. Portanto, a pesquisa operacional é aplicada a problemas envolvendo como conduzir e coor- denar as operações (isto é, as atividades) em uma organização. A natureza das organizações é essencialmente secundária e, de fato, a PO tem sido largamente aplicada em áreas tão dis- tintas como manufatura, transportes, construção, telecomunicações, planejamento financei- ro, assistência médica, militar e serviços públicos, somente para citar algumas. Portanto, a gama de aplicações é excepcionalmente grande. O trecho pesquisa do termo significa que a pesquisa operacional usa uma abordagem que relembra a maneira pela qual são conduzidas as pesquisas em campos científicos usuais. Em um grau considerável, o método científico é utilizado para investigar o problema empre- sarial (de fato, a expressão ciências da administração é algumas vezes usada como sinôni- mo de pesquisa operacional). Em particular, o processo começa observando-se e formulan- do-se cuidadosamente o problema, incluindo a coleta de dados relevantes. A próxima etapa é construir um modelo científico (tipicamente matemático) que tenta abstrair a essência do problema real. Parte-se, então, da hipótese de que esse modelo é uma representação sufícien- temente precisa das características essenciais da situação e de que as conclusões (soluções) obtidas do modelo também são válidas para o problema real. A seguir, são realizadas expe- rimentações adequadas para testar essa hipótese, modificá-la conforme necessário e, even- tualmente, verificar algum tipo de hipótese (essa etapa é fregientemente conhecida como validação do modelo). Assim, até certo ponto, a pesquisa operacional envolve a pesquisa 4 CAPÍTULO 1 INTRODUÇÃO 3 TABELA 1.1 Algumas aplicações da pesquisa operacional Ano da Capítulos Economia Anual Organização Natureza da Aplicação Publicação* Relacionados” (US$) E, “Desenvolver à política nacional de gestão de recursos hídricos, o a The Netherlands inclusive combinação de novas instalações, procedimentos 1985 2-8, 12,20 15 milhões Rijkswaterstaat “e Ce operacionais e tarifas. Monsanto Corp. Otimizar operações de produção nas fábricas químicas 1985 an 2 milhões para atender a objetivos de produção a um custo mínimo. a Programar turnos de trabalho nos balcões de reserva para 2-9,11,17, ' United Aíines atender às necessidades dos clientes a um custo mínimo. 1986 26,27 6 milhões . Otimizar operações de refinarias e o abastecimento, a . Citgo Petroleum Corp. dieibuição e o marketing de produtos. 1987 2.9,27 70 milhões San Francisco Programar e empregar de farma otimizada os patrulheiros por 1989 24,11, 11 milhões Police Department meio de um sistema computadorizado. Misturar, de forma otimizada, a produtos da gasolina, Texaco, Inc. componentes disponíveis, visando atender às exigências 1989 212 30 milhões de qualidade e de comercialização. 20 milhões + 250 Integrar uma rede nacional de inventários de peças de milhões em IBM ias À 1990 2,18, 20 aa reposição para melhorar os serviços de suporte. decorrência de inventários menores Yellow Freight Otimizar o desenho de uma rede nacional de transporte 1992 29,12, 17,3 milhões System, Inc. rodoviário e suas rotas. 20, 27 Departamento de Desenvolvimento de um programa de troca de agulhas 1993 > 339% de redução de Saúde de New Haven eficiente para combater o alastramento da Aids/HIV. casos de HIV/Aids aT&T Desenvolver um sistema baseado em PCs para orientar clientes 1993 17, 20,26 750 milhões comerciais no projeto de cal! centers. Deita Airlines Maximizar o lucro na alocação de tipos de aeronaves 1994 n 100 milhões em mais de 2.500 vãos domésticos. Reestruturar a cadeia global de abastecimento de Digital Equipment sornecedores, fábricas industriais, centros de distribuição, 1995 n 800 milhões Corp. localizações potenciais e áreas de mercado. Selecionar e programar, de forma otimizada, projetos em China grande escala para atender às necessidades futuras de energia 1995 n 425 milhões do país. Força de defesa da Redesenhar, de forma otimizada, o tamanho e o formato das no dE n 1997 " 1,1 bilhão África do Sul forças de defesa e seus sistemas de armamentos. Redesenhar o sistema de distribuição e de produção nos Estados Proctor and Gamble — Unidos para reduzir custos e aumentar a velocidade de chegada 1997 8 200 milhões ao mercado. Programar, de forma otimizada, a escala de funcionários para Taco Bell fornecer um nível de atendimento ao cliente adequado a um 1998 11,20,27 13 milhões custo mínimo. Redesenhar os tamanhos e as localizações de buffers em uma Hewlett-Packard linha de produção de impressoras para atender aos objetivos 1998 17, 26 de produção. 280 milhões a mais em receitas Desenvolver um sistema de programação e rotas de veículos Sears, Roebuck para as frotas de entrega e de atendimento domiciliar. 1999 n 42 milhões Fazer a reengenharia de sua cadeia global de abastecimento I8M para responder mais rapidamente aos clientes, mantendo, 2000 18 750 milhões no - primeira ano ao mesmo tempo, o menor estoque possível. . D V õ ães on-line di lho. E Merril Lynch esenvolver opções de cotações on-line diretos e baseadas 2002 220 80 milhões a mais em em ativos para fornecimento de serviços na área financeira. receitas . nvolver métod ã icaçã 2 õ Samsung Etectonics— Desenvolver métodos de redução de tempos de fabricação 2002 27 00 milhões a mais e níveis de estoque. em receitas : ei Otimi | tri õ ênci ha, Continental Airlines imizar a realocação de tripulações quando da ocorrência 2003 an 40 milhões de desajustes nos horários de vôo. + Pertence à edição de janciro-feverciro da interfuces na qual pode-se encontrar um artigo completo descrevendo a aplicação. * Refere-se aos capítulos deste livro que descrevem os tipos de técnicas de PO empregadas na aplicação. 1.4 ALGORITMOS E/OU COURSEWARE 5 A Referência 1 entre as selecionadas no final do capítulo nos dá um follow-up sobre o impacto estratégico no longo prazo que várias dessas aplicações tiveram nas empresas refe- ridas. A Referência 3 descreve algumas outras aplicações e o papel fundamental que a pes- quisa operacional desempenha no aumento da lucratividade e na produtividade de inúmeras empresas. Embora a maioria dos estudos rotineiros de pesquisa operacional forneça benefícios consideravelmente mais modestos que as aplicações consagradas sintetizadas na Tabela 1.1, os números na coluna mais à direita desta tabela refletem, de forma acurada, o impacto drás- tico que estudos de PO amplos e bem planejados podem ter ocasionalmente. Descrevemos de forma sucinta algumas dessas aplicações no Capítulo 2 e, a seguir, apresentamos detalhadamente duas delas na forma de estudos de caso na Seção 3.5. ALGORITMOS E/OU COURSEWARE Uma importante parte deste livro é sobre a apresentação dos principais algoritmos (proce- dimentos sistemáticos para solução) da PO para resolver certos tipos de problema. Alguns desses algoritmos são incrivelmente eficientes e são usados de forma rotineira em proble- imas envolvendo centenas ou milhares de variáveis. Daremos uma introdução sobre como esses algoritmos funcionam e o que os torna tão eficientes. A seguir, você usará esses algo- ritmos para solucionar uma série de problemas via computador. O Courseware de PO con- tido no CD-ROM que acompanha o livro será uma ferramenta-chave na implementação de tudo isso. Uma característica especial em nosso Courseware de PO refere-se a um programa chamado Tutor PQ. Esse programa destina-se a ser seu tutor pessoal para ajudá-lo no aprendizado desses algoritmos. Ele consiste em diversos exemplos de demonstração que mostram e explicam os algoritmos em ação. Essas dernos complementam os exemplos con- tidos neste livro. Além disso, nosso Courseware de PO inclui um pacote de software especial denomi- nado Tutorial Interativo de Pesquisa Operacional, ou simplesmente Tutorial JOR. Implementado em Java, esse pacote inovador foi desenvolvido especificamente para melho- rar o aprendizado de nossos leitores. O Tutorial TOR engloba vários procedimentos interari- vos para execução interativa dos algoritmos em um formato conveniente. O computador exe- cuta todos os cálculos de rotina ao passo que você se concentra no aprendizado € na execu- ção da lógica do algoritmo. Certamente você achará esses procedimentos interativos muito eficientes é uma forma de esclarecimento na execução de vários exercícios apresentados. O Tutorial IOR também abrange uma série de outros procedimentos úteis, incluindo alguns procedimentos automáticos para execução automática de algoritmos e diversos procedimen- tos que apresentam telas gráficas sobre como as soluções fomecidas por um algoritmo variam conforme os dados do problema. Na prática, os algoritmos normalmente são executados por pacotes de software comer- ciuis. Acreditamos que seja importante para os estudantes familiarizarem-se com a natureza desses pacotes que usarão após se formarem. Portanto, nosso Tutorial IOR inclui um gran- de volume de material para introduzi-lo em três pacotes de software comerciais descritos a seguir. Juntos, esses pacotes o habilitarão a solucionar, de forma muito eficiente, spratica- mente todos os modelos de PO encontrados no livro. Acrescentamos nossos procedimentos automáticos próprios ao Tutorial IOR em alguns poucos casos nos quais esses pacotes comerciais não puderam ser aplicados. Hoje em dia, uma abordagem muito popular é o uso do programa de planilhas mais popular do momento, o Microsoft Excel, para formular pequenos modelos de PO em um for- mato de planilha. O Excel Solver (ou uma versão aperfeiçoada desse programa adicional como o Premium Solver for Education, incluso em nosso Courseware de PO) é usado então para solucionar esses modelos. Nosso Courseware de PO contém arquivos Excel à parte para praticamente todos os capítulos do livro. Toda vez que um capítulo indicar um exemplo que possa ser solucionado usando-se o Excel, serão apresentadas a formulação 
