西方海洋防方中的運行機制

西方海洋防方中的運行機制

運營是一項行動研究或行動研究，換句話說，“應(yīng)用研究”或“行動研究”。什么是運籌學(xué)?從不同角度可以給出不同的定義,下面是一些有代表性的定義。錢學(xué)森等:由一支綜合性的隊伍,采用科學(xué)的方法,為一些涉及到有機系統(tǒng)(人—機)的控制系統(tǒng)問題提供解答,為該系統(tǒng)的總目標(biāo)服務(wù)的學(xué)科。Morse(運籌學(xué)界的元老):執(zhí)行部門對所控制的業(yè)務(wù)作出決策提供數(shù)量上的依據(jù)的一門科學(xué)或利用所有應(yīng)用科學(xué)、執(zhí)行部門對其所屬業(yè)務(wù)作出決策提供數(shù)量上的依據(jù)的一門科學(xué)。近代一些運籌學(xué)工作者:運籌學(xué)是應(yīng)用系統(tǒng)的、科學(xué)的、數(shù)學(xué)分析的方法,通過建摸、檢驗和求解數(shù)學(xué)模型而獲得最優(yōu)決策的科學(xué)。無論給出怎樣的定義,其核心都是用科學(xué)方法來處理自然環(huán)境和社會環(huán)境中有關(guān)人和物的運行體系。1.應(yīng)期研究的特點第一次世界大戰(zhàn)期間,1914~1915年間,蘭徹斯特為研究戰(zhàn)爭的勝負與兵力多寡、火力強弱之間的關(guān)系發(fā)表了若干軍事論文;愛迪生在研究反潛戰(zhàn)的項目中,匯編各項典型統(tǒng)計數(shù)據(jù),用于選擇回避或擊毀潛艇的最佳方法,使用“戰(zhàn)術(shù)對策演示盤”解決了免受潛艇攻擊的問題。第二次時世界大戰(zhàn)期間,鮑德西(Bawdsey)雷達站的負責(zé)人羅伊(A.P.Kowe)提出立即進行整個防空作戰(zhàn)系統(tǒng)運行的研究。其成員組是一支綜合的隊伍,包括心理學(xué)家3人、數(shù)學(xué)家2人、數(shù)學(xué)物理學(xué)家2人、天文物理學(xué)家1人、普通物理學(xué)家1人、陸軍軍官1人、測量員1人,所研究的具體問題有:設(shè)計將雷達信息傳送給指揮系統(tǒng)及武器系統(tǒng)的最佳方式;雷達與防空武器的最佳配置。由于該雷達站成功地進行探測、信息傳遞、作戰(zhàn)指揮、戰(zhàn)斗機與防空火力的協(xié)調(diào),大大提高了英國本土的防空能力,不久以后在對抗德國對英倫三島的狂轟濫炸中發(fā)揮了極大的作用。雷達站研究工作的重要作用稱得上是運籌學(xué)的典范。1942年美國大西洋艦隊反潛艇指揮官Baker組織并領(lǐng)導(dǎo)了反潛艇戰(zhàn)運籌組,即后來隸屬于美國海軍總司令部的運籌組的前身,這個運籌組集中了一批著名的科學(xué)家。戰(zhàn)爭結(jié)束時,海軍運籌組的科學(xué)家人數(shù)已達到70多位,美國陸軍空戰(zhàn)部隊在Leach的領(lǐng)導(dǎo)下建立的作戰(zhàn)分析小組也超過了20多個。在第二次世界大戰(zhàn)期間,英國、美國和加拿大等國軍隊里的運籌工作人員甚至超過了700人。這些運籌工作組研究的問題很多,諸如戰(zhàn)斗機炮彈的合理載荷量問題,如何用一定數(shù)量的戰(zhàn)斗機封鎖給定的海面海域的問題等等,這些都是他們感興趣的研究對象。大西洋反潛戰(zhàn)是二戰(zhàn)期間Morse小組的重要工作,1942年麻省理工學(xué)院的Morse教授應(yīng)美國大西洋艦隊反潛戰(zhàn)官員Baker艦長的請求擔(dān)任反潛戰(zhàn)運籌組的計劃與監(jiān)督工作,其最出色的工作之一是協(xié)助英國打破了德國對英吉利海峽的海上封鎖,研究所提出的兩條重要建議是:將反潛攻擊由反潛艇投擲水雷改為飛機投擲深水炸彈,起爆深度由100m改為25m左右,即當(dāng)?shù)路綕撏傁聺摃r攻擊效果最佳;運送物資的船隊及護航艦艇的編隊由小規(guī)模、多批次改為大規(guī)模、少批次,從而減少了損失率。結(jié)果,丘吉爾采納了Morse的建議,打破了德國的封鎖,重創(chuàng)了德國潛艇部隊,Morse同時獲得英國及美國戰(zhàn)時最高勛章。英國戰(zhàn)斗機中隊援法決策是二戰(zhàn)期間又一個著名戰(zhàn)例。當(dāng)時,二戰(zhàn)開始不久,德軍突破馬奇諾防線,法軍節(jié)節(jié)敗退,英國參與抗德,派遣十幾個戰(zhàn)斗機中隊在法國國土上空與德國空軍作戰(zhàn),指揮、維護均在法國進行。由于戰(zhàn)斗損失大,法國總理要求增援10個中隊,時任英國首相的丘吉爾準(zhǔn)備同意該請求。英國運籌學(xué)者的快速研究結(jié)果表明:在當(dāng)時的環(huán)境下,當(dāng)損失率、補充率為現(xiàn)行水平時,只要兩周時間,英國的援法戰(zhàn)斗機就一架都不存在了。運籌學(xué)家以簡明的圖表、明確的分析結(jié)果說服了丘吉爾,最后丘吉爾決定:不僅不再增援新的戰(zhàn)斗機中隊,而且還將在法的英國戰(zhàn)斗機大部分撤回本土,并以本土為基地繼續(xù)抗德,使局面出現(xiàn)了很大改觀。二戰(zhàn)時期軍事運籌學(xué)的特點表現(xiàn)在:定量化、系統(tǒng)化方法迅速發(fā)展;采集真實的實際數(shù)據(jù);多學(xué)科密切協(xié)作;解決方法滲透著物理學(xué)思想。古典管理學(xué)派對運籌學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生過很大影響,主要思想是尋求一些方法,使人們自愿地聯(lián)合與協(xié)作,保持個人的首創(chuàng)精神和創(chuàng)造能力,達到增加效率的目的。比如,動作研究與泰勒工作制;切削效率與車速、進刀量等因素的數(shù)學(xué)關(guān)系——優(yōu)選問題;提出管理的基本原則,研究了機構(gòu)設(shè)置、權(quán)限、工廠布局、計劃等問題;舉世聞名的刺激性工資制;用于生產(chǎn)活動分析和計劃安排的甘特黑道圖,并由此進一步發(fā)展成為統(tǒng)籌方法等。值得一提的是蘇聯(lián)科學(xué)家康特洛維奇(Л..B.Контрович)的工作。1939年,康特洛維奇對生產(chǎn)中提出的大量組織與計劃問題進行了研究,發(fā)表了著名的《生產(chǎn)組織與計劃中的數(shù)學(xué)方法》,這是運籌學(xué)在理論、方法上較為完整的最早著作。研究的具體問題包括生產(chǎn)配置問題、原材料的合理利用問題、運輸計劃、播種面積的分配等,研究結(jié)果不僅給出了數(shù)學(xué)模型,而且可以確定最優(yōu)方案?？堤芈寰S奇的貢獻在于使運籌學(xué)的理論方法形成體系,其確定極值的方法超出了經(jīng)典數(shù)學(xué)分析方法的范疇,遺憾的是研究成果直到二戰(zhàn)以后才受到重視。經(jīng)濟理論特別是數(shù)理經(jīng)濟學(xué)派對運籌學(xué)的發(fā)展也產(chǎn)生過巨大影響。1758年,弗朗斯瓦·魁奈(Qusnay)在凡爾塞發(fā)表《經(jīng)濟表》,對經(jīng)濟中各部門的平衡關(guān)系作了最早的研究。沃爾拉思(KathyWalrath)對經(jīng)濟平衡問題的研究是經(jīng)濟學(xué)家對數(shù)理經(jīng)濟的重大貢獻,其數(shù)學(xué)形式被持續(xù)地深入研究、發(fā)展和推廣(奧地利、德國)。1932年,馮·諾依曼(VonNeumann)提出第一個廣義經(jīng)濟平衡模型。近30年來,經(jīng)濟數(shù)學(xué)和運籌學(xué)互相影響,相互促進,共同發(fā)展。特別要提到的是馮·諾依曼的開創(chuàng)性工作:1939年提出宏觀經(jīng)濟優(yōu)化的控制論模型,成為數(shù)量經(jīng)濟學(xué)的一個典型模型;他是近代對策論創(chuàng)始人之一,1944年與O.莫根施特恩合作發(fā)表《對策論與經(jīng)濟行為》一書,將經(jīng)濟活動中的沖突、協(xié)調(diào)、平衡分析問題量化處理,解決了一些基本問題(二人零和對策),他所領(lǐng)導(dǎo)研究的電子計算機成為運籌學(xué)的技術(shù)實現(xiàn)支柱之一。尤為世人稱道的是他慧眼識人,最早肯定并扶持當(dāng)時未滿30歲的丹齊克(G.B.Dantzig)從事的以單純形法為核心的線性規(guī)劃研究。追溯運籌學(xué)的發(fā)展歷史,大致可以分為4個時期:萌芽時期、早期研究、形成與發(fā)展時期及現(xiàn)代運籌學(xué)時期。樸素的運籌學(xué)思想自古有之:從阿基米德為迦太基人設(shè)計的用于粉碎羅馬海軍攻占西那庫斯城的設(shè)防方案,到我國戰(zhàn)爭時期《孫臏斗馬術(shù)》的故事;李冰父子主持修建的由“魚嘴”岷江分洪工程、“飛沙堰”分洪排沙工程和“寶瓶口”引水工程巧妙結(jié)合而成的都江堰水利工程;宋真宗皇宮失火,大臣丁渭提出的一舉三得重建皇宮的方案;《夢溪筆談》所記錄的軍糧供應(yīng)與用兵進退的關(guān)系等事例無不閃耀著運籌帷幄、整體優(yōu)化的樸素思想?！督?jīng)濟表》一書的問世、第一次世界大戰(zhàn)時期的軍事研究、生產(chǎn)組織與計劃問題的研究是運籌學(xué)早期研究的代表。運籌學(xué)的形成與發(fā)展時期主要指第二次世界大戰(zhàn)及戰(zhàn)后的一段時間,除了前面所提到的許多著名軍事戰(zhàn)例之外,運籌學(xué)開始進入工業(yè)部門和管理領(lǐng)域。到20世紀50~60年代,運籌工作者隊伍開始迅速壯大,紛紛成立學(xué)會、創(chuàng)辦刊物并開始在高校開設(shè)運籌學(xué)課程;軍事運籌學(xué)開始面向未來要求展開研究;大量理論成果問世,系統(tǒng)專著出版:1947年丹齊克(G.B.Dantzig)提出單純形法,1950~1956年間LP對偶理論誕生,1951年Knhn-Tuker定理奠定了非線性規(guī)劃理論的基礎(chǔ),1954年網(wǎng)絡(luò)流理論建立,1955年創(chuàng)立隨機規(guī)劃,1958年創(chuàng)立整數(shù)規(guī)劃及割平面解法,同年求解動態(tài)規(guī)劃的Bellman原理發(fā)表,1960年G.B.Dantzig-Wolfe建立大LP分解算法;各個分支得到不斷充實和完善并形成體系。任何概念都是在發(fā)展的過程中不斷完善的。究竟什么是運籌學(xué),目前流行的說法比較多。1976年美國運籌學(xué)會的定義是:“運籌學(xué)是研究用科學(xué)方法來決定在資源不充分的情況下如何最好地設(shè)計人—機系統(tǒng),并使之最好地運行的一門學(xué)科”。這從一個側(cè)面描寫了運籌學(xué)的特點。1978年聯(lián)邦德國科學(xué)辭典上的定義是:“運籌學(xué)是從事決策模型的數(shù)學(xué)解法的一門科學(xué)?！庇\籌學(xué)雜志則認為:“運籌學(xué)是運用科學(xué)方法(特別是數(shù)學(xué))來解決那些在工業(yè)、商業(yè)、政府和國防部門中,有關(guān)人力、機器、物質(zhì)、金錢等大型系統(tǒng)的指揮和管理方面出現(xiàn)的問題的科學(xué),目的是幫助管理者科學(xué)地決策其策略和行動。”從科學(xué)的研究對象、內(nèi)容和性質(zhì)出發(fā),把運籌學(xué)定義為:“針對特定的管理決策問題,依照給定的目標(biāo)和條件,從眾多方案中選擇最優(yōu)方案的一種最優(yōu)化技術(shù)和方法?！边@一定義與英文詞OperationsResearch的含義比較接近。在英文中,Operation一詞的首要含義是:“working,wayinwhichsomethingworks”。另外,該詞還有這樣一些含義,如:“theconditionofbeinginaction;aproducethatispartofaseriesinsomework”。所以,如果要把OperationsResearch直譯為漢語,筆者認為比較貼切的應(yīng)該是“方法研究”。2.城市河道規(guī)劃的兩種類型運籌學(xué)的內(nèi)容相當(dāng)豐富,分支也很多,根據(jù)其解決問題的主要特點,可將其分為兩大類,即確定型模型和隨機型模型。確定型模型主要包括:線性規(guī)劃、整數(shù)規(guī)劃、非線性規(guī)劃、目標(biāo)規(guī)劃、動態(tài)規(guī)劃、圖與網(wǎng)絡(luò)等。隨機型模型主要包括:決策論、對策論、排隊論、存儲論以及可靠性理論等。2.1.線性規(guī)劃及其求解數(shù)學(xué)規(guī)劃包括線性規(guī)劃、非線性規(guī)劃、整數(shù)規(guī)劃、動態(tài)規(guī)劃和目標(biāo)規(guī)劃等,其研究對象是計劃管理工作中有關(guān)安排和估值的問題,解決的主要問題是在給定條件下,按某一衡量指標(biāo)來尋找安排的最優(yōu)方案。它可以表示為求解函數(shù)在滿足約束條件下的極值(包括極大值極小值)問題。數(shù)學(xué)規(guī)劃也叫做規(guī)劃論,是運籌學(xué)的一個重要分支,早在1939年蘇聯(lián)的康托洛維奇(Л..B.Контрович)和美國的希奇柯克(F.L.Hitchcock)等人就在生產(chǎn)組織管理和制定交通運輸方案時首先研究和應(yīng)用了線性規(guī)劃方法。1947年丹齊克(G.B.Dantzig)等人提出了求解線性規(guī)劃問題的單純形方法,為線性規(guī)劃的理論與計算奠定了基礎(chǔ),特別是電子計算機的出現(xiàn)和日益完善,更使規(guī)劃論得到迅速發(fā)展,可用電子計算機來處理成千上萬個約束條件和變量的大規(guī)模線性規(guī)劃問題,從解決技術(shù)問題的最優(yōu)化到工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、交通運輸業(yè)以及決策分析部門都可以發(fā)揮作用。從范圍來看,小到一個班組的計劃安排,大至整個部門,以至國民經(jīng)濟計劃的最優(yōu)化方案分析,它都有用武之地,具有適應(yīng)性強、應(yīng)用面廣、計算技術(shù)比較簡便的特點。到了20世紀70年代,數(shù)學(xué)規(guī)劃無論是在理論和方法上,還是在應(yīng)用的深度和廣度上,都得到了進一步的發(fā)展。數(shù)學(xué)規(guī)劃和古典的求極值問題有本質(zhì)上的不同,古典方法只能處理具有簡單表達式和簡單約束條件的情況?，F(xiàn)代的數(shù)學(xué)規(guī)劃中的問題,目標(biāo)函數(shù)和約束條件都很復(fù)雜,而且要求給出某種精確度的數(shù)學(xué)解答,因此算法的研究特別受到重視。這里最簡單的一類問題就是線性規(guī)劃。如果約束條件和目標(biāo)函數(shù)都呈線性關(guān)系就叫線性規(guī)劃。要解決線性規(guī)劃問題,從理論上講就是要解線性方程組,因此解線性方程組的方法,以及關(guān)于行列式、矩陣的知識,就是線性規(guī)劃中非常必要和重要的工具。線性規(guī)劃及其解法——單純形法的出現(xiàn),對運籌學(xué)的發(fā)展起了重大的推動作用。許多實際問題都可以化成線性規(guī)劃來解決,而單純形法又是一個行之有效的算法,加上計算機的出現(xiàn),使一些大型復(fù)雜的實際問題的解決成為現(xiàn)實。非線性規(guī)劃是線性規(guī)劃的進一步發(fā)展和繼續(xù)。非線性規(guī)劃的基礎(chǔ)性工作是在1951年由庫恩(H.W.Kuhn)和塔克(A.W.Tucker)等人完成的。許多實際問題如設(shè)計問題、經(jīng)濟平衡問題都屬于非線性規(guī)劃的范疇。非線性規(guī)劃擴大了數(shù)學(xué)規(guī)劃的應(yīng)用范圍,同時也給數(shù)學(xué)工作者提出了許多基本理論問題,使數(shù)學(xué)中的凸分析、數(shù)值分析等也得到了發(fā)展。還有一種規(guī)劃問題和時間有關(guān),叫“動態(tài)規(guī)劃”,近年來在工程控制、技術(shù)物理和通信中的最佳控制問題中,已經(jīng)成為經(jīng)常使用的重要工具。2.2.圖論的應(yīng)用圖論是一個古老的但又十分活躍的分支,它是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基礎(chǔ)。圖論的創(chuàng)始人是數(shù)學(xué)家歐拉。1736年他發(fā)表了圖論方面的第一篇論文,解決了著名的哥尼斯堡七橋難題,相隔100多年后,在1847年基爾霍夫第一次應(yīng)用圖論的原理分析電網(wǎng),從而把圖論引進到工程技術(shù)領(lǐng)域。20世紀50年代以來,圖論的理論得到了進一步發(fā)展,將復(fù)雜龐大的工程系統(tǒng)和管理問題用圖描述,可以解決很多工程設(shè)計和管理決策的最優(yōu)化問題,例如完成工程任務(wù)的時間最少、距離最短、費用最省等等。圖論受到數(shù)學(xué)、工程技術(shù)及經(jīng)營管理等各方面越來越廣泛的重視。2.3.排污權(quán)的發(fā)展排隊論是運籌學(xué)的又一個分支,又叫隨機服務(wù)系統(tǒng)理論,其研究目的是要回答如何改進服務(wù)機構(gòu)或組織被服務(wù)的對象,使得某種指標(biāo)達到最優(yōu)的問題。比如:一個港口應(yīng)該有多少個碼頭?一個工廠應(yīng)該有多少維修人員?1909年丹麥的電話工程師愛爾朗(A.K.Erlang)開始了關(guān)于電話交換機效率問題的研究,1930年以后,開始了更為一般情況的研究,取得了一些重要成果。在第二次世界大戰(zhàn)中對飛機場跑道的容納量進行估算,使排隊論得到了進一步發(fā)展,其相應(yīng)的學(xué)科更新論、可靠性理論等也都發(fā)展起來。1949年前后,開始了對機器管理、陸空交通等方面的研究,1951年以后,理論工作有了新的進展,逐漸奠定了現(xiàn)代隨機服務(wù)系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)。排隊論主要研究各種系統(tǒng)的排隊隊長、排隊的等待時間及所提供的服務(wù)等各種參數(shù),以便求得更好的服務(wù),是研究系統(tǒng)隨機聚散現(xiàn)象的理論。因為排隊現(xiàn)象是一個隨機現(xiàn)象,因此在研究排隊現(xiàn)象的時候,主要采用研究隨機現(xiàn)象的概率論作為主要工具。此外,還有微分和微分方程。排隊論把它所要研究的對象形象地描述為顧客來到服務(wù)臺前要求接待,如果服務(wù)臺已經(jīng)被其他顧客占用,那么就要排隊,另一方面,服務(wù)臺也時而空閑、時而忙碌。因而就需要通過數(shù)學(xué)方法求得顧客的等待時間、排隊長度等的概率分布。排隊論在日常生活中的應(yīng)用相當(dāng)廣泛,比如:水庫水量的調(diào)節(jié);生產(chǎn)流水線的安排;鐵路分成場的調(diào)度;電網(wǎng)的設(shè)計等等。2.4.博弈的傳統(tǒng)如果決策者的對方也是人(一個人或一群人),雙方都希望取勝,這類具有競爭性的決策稱為對策或博弈型決策。構(gòu)成對策問題的3個根本要素是:局中人、策略和一局對策的得失。目前對策問題一般可分為二人有限零和對策、陣地對策、連續(xù)對策、多人對策與微分對策等。對策論也叫博弈論,歷史上有名的田忌賽馬問題就是典型的博弈論問題。作為運籌學(xué)的一個分支,博弈論的發(fā)展也只有幾十年的歷史。系統(tǒng)地創(chuàng)建這門學(xué)科的數(shù)學(xué)家,現(xiàn)在一般公認為是美籍匈牙利數(shù)學(xué)家、計算機之父——馮·諾依曼。最初用數(shù)學(xué)方法研究博弈論是在國際象棋中開始的——如何確定取勝的著法。由于是研究雙方?jīng)_突、制勝對策的問題,所以這門學(xué)科在軍事方面有著十分重要的應(yīng)用。數(shù)學(xué)家還對水雷和艦艇、殲擊機和轟炸機之間的作戰(zhàn)、追蹤等問題進行了研究,提出了追逃雙方都能自主決策的數(shù)學(xué)理論。隨著人工智能研究的進一步發(fā)展,對博弈論提出了更多新的要求。2.5.決策的研究是決策科學(xué)的基礎(chǔ)決策論研究決策問題。所謂決策就是根據(jù)客觀可能性,借助一定的理論、方法和工具,科學(xué)地選擇最優(yōu)方案的過程。決策問題是由決策者和決策域構(gòu)成的,而決策域又由決策空間、狀態(tài)空間和結(jié)果函數(shù)構(gòu)成。研究決策理論與方法的科學(xué)就是決策科學(xué)。決策所要解決的問題是多種多樣的,從不同角度有不同的分類方法。按決策者所面臨的自然狀態(tài)的確定與否可分為確定型決策、風(fēng)險型決策和不確定型決策;按決策所依據(jù)的目標(biāo)個數(shù)可分為單目標(biāo)決策與多目標(biāo)決策;按決策問題的性質(zhì)可分為戰(zhàn)略決策與策略決策,以及按不同準(zhǔn)則劃分成的各種決策問題類型。不同類型的決策問題應(yīng)采用不同的決策方法。決策的基本步驟為:(1)確定問題,提出決策的目標(biāo);(2)發(fā)現(xiàn)、探索和擬定各種可行方案;(3)從多種可行方案中選出最滿意的方案;(4)決策的執(zhí)行與反饋,以尋求決策的最優(yōu)動態(tài)。2.6.降低企業(yè)物資存儲存儲論也稱庫存論,是研究物資最優(yōu)存儲策略及存儲控制的理論。物資存儲是工業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)濟運轉(zhuǎn)的必然現(xiàn)象。對任何工商企業(yè),如果物資存儲過多,則會積壓流動資金,占用倉儲空間,增加保管費用,存儲時間過長造成物資過時,以至造成巨大損失;如果存儲過少,則會失去銷售機會、減少利潤,或因缺乏原料而被迫停產(chǎn),或因臨時采購多而耗人力及費用。因而如何尋求一個恰當(dāng)?shù)牟少?、存儲方案就成為存儲論的研究對象?.7.關(guān)于蘇商國政府的調(diào)節(jié)搜索論是應(yīng)第二次世界大戰(zhàn)中戰(zhàn)爭的需要而出現(xiàn)的運籌學(xué)分支,主要研究在資源和探測手段受到限制的情況下,如何設(shè)計尋找某種目標(biāo)的最優(yōu)方案并加以實施的理論和方法。在第二次世界大戰(zhàn)中,同盟國的空軍和海軍在研究如何針對軸心國的潛艇活動、艦隊運輸和兵力部署等進行甄別的過程中產(chǎn)生的。搜索論在實際應(yīng)用中也取得了不少成效,例如20世紀60年代,美國尋找在大西洋失蹤的核潛艇“打谷者號”和“蝎子號”,以及在地中海尋找丟失的氫彈,都是依據(jù)搜索論獲得成功的。運籌學(xué)有廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域,它已滲透到諸如服務(wù)、庫存、搜索、人口、對抗、控制、時間表、資源分配、廠址定位、能源、設(shè)計、生產(chǎn)、可靠性等各個方面。3.基于“變尺度法”的治療方案與技術(shù)研究運籌學(xué)屬于應(yīng)用數(shù)學(xué)范疇,具體地說,它是一門管理數(shù)學(xué),是一種通過對系統(tǒng)進行科學(xué)的定量分析,從而發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的系統(tǒng)方法論。與其他的自然科學(xué)不同,運籌學(xué)研究的對象是“事”,而不是“物”,它揭示的是“事”的內(nèi)在規(guī)律性,研究的是如何把事辦得更好的方式方法。因此,有人也把運籌學(xué)稱為事理科學(xué)。經(jīng)過長期的實踐,運籌學(xué)已形成自己特有的方法論,從整體優(yōu)化的角度出發(fā),使用科學(xué)方法,其人員是一支綜合性隊伍,研究解決問題的一般過程見圖1。這一切標(biāo)志著運籌學(xué)已經(jīng)走向成熟。計算機的崛起使運籌學(xué)飛速發(fā)展而進入現(xiàn)代運籌學(xué)時期。線性規(guī)劃算法的研究帶動了各個分支理論與方法的更大發(fā)展,新領(lǐng)域、新方法不斷萌發(fā),應(yīng)用范圍則更加廣泛。20世紀70年代末~80年代初對運籌學(xué)的大討論引發(fā)了關(guān)于運籌學(xué)發(fā)展的話題,人們對60年代開始偏離理論與實踐結(jié)合的主流方向形成的“運籌學(xué)危機”進行了回顧和反思,同時也看到了運籌學(xué)的生機:60~70年代各分支理論體系的充實強化了學(xué)科框架,豐富完備了其特定的方法論和特有的理論體系;對于LP求解算法深入探討中由著名的KleeMinty反例推動了哈奇揚的橢球算法和Karmarkar算法的問世,以及S.Smale關(guān)于單純形法計算量(平均意義下)的結(jié)果;變尺度法的出現(xiàn)使非線性規(guī)劃獲得了突破性進展,DFP算法、BFGS算法不僅在理論上完美,而且在計算實踐上的成功也為非線性規(guī)劃的實際應(yīng)用提供了強有力的支持。在此期間,運籌學(xué)的新領(lǐng)域、新方法不斷醞釀與萌發(fā):T.L.Saaty創(chuàng)立的層次分析法(AHP)理論嚴謹、應(yīng)用有力,具有柔性特征,可融入決策者的偏好和判斷。應(yīng)用領(lǐng)域也得到了新的擴展,表現(xiàn)在運籌學(xué)理念與方法為諸多技術(shù)領(lǐng)域所接受,航天航空、汽車、機械等行業(yè)廣泛采用“優(yōu)化設(shè)計”、CAD,1998年Zimmermann(德國Aachen大學(xué))領(lǐng)導(dǎo)的《全德郵件快遞線路的優(yōu)化設(shè)計》由公路、鐵路、航空部門共同協(xié)作、在計算機技術(shù)和信息技術(shù)支持下完成的大規(guī)模實際應(yīng)用課題投入使用,項目體現(xiàn)出巨大實際價值、明確的目標(biāo)、整體化的思想、數(shù)學(xué)化的分析、多學(xué)科的協(xié)同、模型方法的應(yīng)用、最優(yōu)化的結(jié)果。系統(tǒng)的整體化,所謂系統(tǒng)可以理解為是由相互關(guān)聯(lián)、相互制約、相互作用的一些部分組成的具有某種功能的有機整體。例如一個企業(yè)的經(jīng)營管理由很多子系統(tǒng)組成,包括生產(chǎn)、銷售、技術(shù)、供應(yīng)、財務(wù)等,各個系統(tǒng)的工作好壞直接影響企業(yè)經(jīng)營管理的好壞,但各子系統(tǒng)的目標(biāo)往往不一致,生產(chǎn)部門為提高勞動生產(chǎn)率希望盡可能增大批量;銷售部門為滿足更多用戶的需要,要求增加花色品種;財務(wù)部門希望減少積壓,加速流動資金周轉(zhuǎn),降低成本。運籌學(xué)不是對每一個決策行為孤立地進行評價,而是把系統(tǒng)內(nèi)所有重要的部分相互結(jié)合起來做出評價,把相互影響的各方面作為一個統(tǒng)一體,從總體利益的觀點出發(fā),找出一個優(yōu)化協(xié)調(diào)的方案。多學(xué)科的配合,一個企業(yè)的有效管理涉及很多方面,運籌學(xué)研究中吸收來自不同領(lǐng)域、具有不同經(jīng)驗和技能的專家。由于專家們來自不同的學(xué)科領(lǐng)域,具有不同的經(jīng)歷經(jīng)驗,增強了發(fā)揮小組集體智慧提出問題和解決問題的能力。這種多學(xué)科的協(xié)調(diào)配合在研究的初期,在分析和確定問題的主要方面,在選定和探索解決問題的途徑時,顯得特別重要。4.運營的發(fā)展和軟運營的出現(xiàn)第二次世界大戰(zhàn)以后運籌學(xué)的發(fā)展主要分為以下的兩個階段。4.1.第二次世界大戰(zhàn)后的蓬勃發(fā)展時期4.1.1.基于東南角的病人會出現(xiàn),從《企業(yè)會》第20世紀50年代中期5.此階段的特點是人數(shù)不多、范圍較小、出版物及學(xué)會等寥寥無幾,最早英國一些戰(zhàn)時從事運籌學(xué)研究的人積極討論如何將運籌學(xué)方法應(yīng)用于民用部門,于1948年成立“運籌學(xué)俱樂部”,在煤炭、電力等部門推廣應(yīng)用運籌學(xué)取得了一些進展。1948年美國麻省理工學(xué)院把運籌學(xué)作為一門課程介紹,1950年英國伯明翰大學(xué)正式開設(shè)運籌學(xué)課程,1952年在美國喀斯(Case)工業(yè)大學(xué)設(shè)立了運籌學(xué)的碩士和博士學(xué)位。第一本運籌學(xué)雜志《運籌學(xué)季刊》(O.R.Quarterly)1950年于英國創(chuàng)刊,第一個運籌學(xué)會美國運籌學(xué)會于1952年成立,并于同年出版運籌學(xué)學(xué)報(JournalofORSA)。4.1.2.20世紀50年代初期到20世紀50年代末期,被認為是運籌學(xué)的成長時期此階段的一個特點是電子計算機技術(shù)的迅速發(fā)展,使得運籌學(xué)中一些方法如單純形法、動態(tài)規(guī)劃方法等,得以用來解決實際管理系統(tǒng)中的優(yōu)化問題,促進了運籌學(xué)的推廣應(yīng)用。20世紀50年代末,美國大約有半數(shù)的大公司在自己的經(jīng)營管理中應(yīng)用運籌學(xué)。另一個特點是有更多刊物、學(xué)會出現(xiàn)。從1956年到1959年,就有法國、印度、日本、荷蘭、比利時等10個國家成立運籌學(xué)會,6種運籌學(xué)新刊物問世。1957年在英國牛津大學(xué)召開了第一次國際運籌學(xué)會議,1959年成立國際運籌學(xué)會(InternationalFederationofOperationsResearchSocieties,簡稱IFORS)。4.1.3.我國基于西方國家的治療方法此階段的特點是運籌學(xué)進一步細分為各個分支、專業(yè)學(xué)術(shù)團體的迅速增多、更多期刊的創(chuàng)辦、運籌學(xué)書籍的大量出版以及更多學(xué)校將運籌學(xué)課程納入數(shù)學(xué)計劃之中。第三代電子數(shù)字計算機的出現(xiàn),促使運籌學(xué)得以用來研究一些大的復(fù)雜的系統(tǒng),如城市交通、環(huán)境污染、國民經(jīng)濟計劃等。我國第一個運籌學(xué)小組于1956年在中國科學(xué)院力學(xué)研究所成立,由錢學(xué)森教授從西方國家引入我國。1958年建立了運籌學(xué)研究室。1960年在山東濟南召開全國應(yīng)用運籌學(xué)的經(jīng)驗交流和推廣會議,1962年和1978年先后在北京和成都召開了全國運籌學(xué)專業(yè)學(xué)術(shù)會議,1980年4月成立中國運籌學(xué)會。在農(nóng)林、交通運輸、建筑、機械、冶金、石油化工、水利、郵電、紡織等部門,運籌學(xué)的方法已開始得到應(yīng)用推廣。除中國運籌學(xué)會外,中國系統(tǒng)工程學(xué)會以及國民經(jīng)濟各部門有關(guān)的專業(yè)學(xué)會,也都把運籌學(xué)應(yīng)用作為重要的研究領(lǐng)域。我國各高等學(xué)院,特別是各經(jīng)濟管理類專業(yè)已經(jīng)普遍把運籌學(xué)作為一門專業(yè)的主干課程列入數(shù)學(xué)計劃之中。目前國際上著名的運籌學(xué)刊物有:ManagementScience,OperationsResearch,JournalofOperationelResearchSociety,EuropeanJournalofOperationsResearch等,國內(nèi)運籌學(xué)的專門刊物或較多刊登運籌學(xué)理論和應(yīng)用的刊物主要有運籌學(xué)學(xué)報、運籌與管理、系統(tǒng)工程學(xué)報、系統(tǒng)工程理論與實踐、系統(tǒng)工程理論方法應(yīng)用、數(shù)量經(jīng)濟技術(shù)經(jīng)濟研究、預(yù)測、系統(tǒng)工程、系統(tǒng)科學(xué)與數(shù)學(xué)等。4.2.2流動人口的生存狀況,傳統(tǒng)思維和社會因素導(dǎo)致營造環(huán)境差經(jīng)歷了戰(zhàn)后“黃金時期”的飛速發(fā)展之后,OR從20世紀70年代起進入了一個衰落階段:(1)從70年代起,它對企業(yè)經(jīng)營管理的影響已大不如從前。到了1989年,全社會各行業(yè)、各部門內(nèi)的OR小組關(guān)閉數(shù)量不斷增多,呈逐年上升之勢,艱難生存下來的、為數(shù)不多的小組也基本集中在政府、公共部門、制造業(yè)及運輸業(yè),大量的OR專業(yè)人員轉(zhuǎn)行或被裁減;(2)OR的教育狀況亦不容樂觀。大學(xué)中的OR科、系數(shù)目銳減,即使勉強支撐下來的也紛紛易名為商學(xué)院或管理學(xué)院,幾乎沒有直接叫OR的專業(yè)了,大多數(shù)改稱管理科學(xué)。講授的科目遠遠不及往日完善。師資流失嚴重,且無后續(xù)補充,兼具理論與實踐經(jīng)驗的教師更是寥寥無幾。OR學(xué)術(shù)界陷入了極為嚴峻的生存危機之中。內(nèi)因是變化的依據(jù),外因是變化的條件。OR衰落的根本原因在于其內(nèi)在缺陷的日益暴露、宏觀環(huán)境的變遷和其他替代因素的出現(xiàn)。4.2.1.作者角度:“缺乏適應(yīng)性,實際問題無法解決OR是在戰(zhàn)爭條件下依靠國家力量組織產(chǎn)生的。當(dāng)時解決問題具有時間緊迫性和實用性,并且過于依賴政府的宏觀組織和資源調(diào)配,因此導(dǎo)致了OR過于注重戰(zhàn)術(shù)性和操作性、對環(huán)境變化沒有較強的適應(yīng)能力。由于缺乏對戰(zhàn)略性與管理決策性的足夠重視,導(dǎo)致了以下現(xiàn)象的出現(xiàn):(1)視角局限于戰(zhàn)術(shù)操作層面,使得OR工作者“匠氣”十足。過多精力被放在模型構(gòu)造與算法的精巧性、數(shù)學(xué)工具的完備性上,追求解決純技術(shù)性的問題,加上學(xué)術(shù)期刊論文錄用標(biāo)準(zhǔn)的不合理,學(xué)術(shù)研究被錯誤地引向“重數(shù)學(xué)技巧、輕實際解決問題能力”的方向發(fā)展。(2)忽視了對經(jīng)營管理問題的環(huán)境分析,不能用系統(tǒng)的觀點來看待解決實際的OR問題,未認識到所需解決的大多為結(jié)構(gòu)不良問題,當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)外的不確定性因素較多并涉及人的因素(觀點、利益不同時會出現(xiàn)多重目標(biāo))時,絕大多數(shù)OR工作者在思想和應(yīng)用方法上都沒有足夠的準(zhǔn)備,顯得束手無策,相關(guān)理論創(chuàng)新與突破根本無從談及。因此使得OR的適應(yīng)性與實用性下降。(3)OR工作者缺乏對經(jīng)營管理的正確理解,沒有系統(tǒng)的經(jīng)營管理知識和實際經(jīng)驗,個人素質(zhì)未能及時跟上社會的實際需要,因此導(dǎo)致了視野褊狹,不能敏銳捕捉問題、正確把握問題實質(zhì),不能與服務(wù)單位保持良好關(guān)系,無法成功地推銷自己的思想和方案,其最終結(jié)果是工作脫離了管理決策的實際。4.2.2.對經(jīng)濟均衡的影響20世紀70年代以來世界經(jīng)濟變化愈加頻繁,不確定性大大增加,出現(xiàn)了前所未有的“滯漲”現(xiàn)象、普遍性的行業(yè)衰退及1973年~1974年和1979年~1980年兩次世界性的石油危機。這些變化又引發(fā)了以下情形的出現(xiàn):(1)“滯漲”的出現(xiàn)使得以國家干預(yù)經(jīng)濟為主要思想的凱恩斯主義在西方經(jīng)濟思想體系中一貫的主導(dǎo)地位不復(fù)存在。政府采取各種措施均未能有效地防止和消除高失業(yè)率與高通貨膨脹率的同時出現(xiàn)。理論界出現(xiàn)了一股反計劃、反國家干預(yù)經(jīng)濟的思潮,提倡對市場經(jīng)濟自我調(diào)節(jié)的回歸。OR強調(diào)從宏觀上對經(jīng)濟資源做出合理計劃、分配、使用,以達到全局最優(yōu),其存在、發(fā)展和計劃與被重視的程度、國家干預(yù)經(jīng)濟能力的強弱息息相關(guān),故此時必然受到不利的影響。(2)公共部門大規(guī)模地私營化。戰(zhàn)后,在西方國家展開的大范圍公共部門的國有化進程于20世紀70年代末基本結(jié)束。80年代后,與之相反的過程——大量公共部門的私營化、市場化在西方國家如火如荼。“這就使得運籌在公共和政府部門生存的空間大大減少。”(3)行業(yè)衰落導(dǎo)致OR的需求銳減。OR的作用在規(guī)模化生產(chǎn)的行業(yè)(如制造業(yè))中才能更充分地體現(xiàn),而煤炭、鋼鐵、電力、交通等最先引入OR的行業(yè)已經(jīng)相當(dāng)成熟,有的甚至已屬夕陽產(chǎn)業(yè)。(4)成本上升致使OR人員大量被裁減。石油價格的大幅上揚讓企業(yè)不得不采取各種手段降低成本。由于供職于企業(yè)總部計劃部門的專職OR人員在該時期沒能發(fā)揮應(yīng)有作用,因而被視為富余人員,慘遭精簡。4.2.3.管理理論與組織結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)特點對比分析(1)教育與培訓(xùn)使個人與團體的工作能力得到極大提高。有些問題不必經(jīng)高層OR工作者的處理即可解決。(2)計算機的應(yīng)用,部分替代了OR的功能。OR處理問題比較遲緩,難以滿足市場的需要。電腦軟件則克服了這一缺陷,且具有成本低廉、簡便易操作的特點。(3)實際企業(yè)經(jīng)營中應(yīng)用了其他新興管理理論和技術(shù),諸如企業(yè)過程再造、項目管理、全面質(zhì)量管理、核心競爭力、學(xué)習(xí)型組織、虛擬企業(yè)等,老的管理理論像人力資源管理、信息管理、戰(zhàn)略管理、市場營銷在此期間亦獲得較大發(fā)展和廣泛的實際應(yīng)用。相反,OR則固步自封,不能汲取其他理論的有益成分,一味強調(diào)定量化、精確化和模型化,故而與管理科學(xué)在復(fù)雜環(huán)境下的“軟化”趨勢背道而馳。(4)企業(yè)組織結(jié)構(gòu)呈扁平化趨勢。市場的復(fù)雜化要求企業(yè)對各種變化迅速做出正確反應(yīng)。正確、快速決策取代了最優(yōu)安排而成為企業(yè)經(jīng)營中追求的首要目標(biāo)。這是對OR提出的更高要求,但OR一時難以給出令人滿意的解答。企業(yè)對此做出的相應(yīng)調(diào)整表現(xiàn)為扁平型組織的建立。企業(yè)底層人員較往日獲得了更多的決策權(quán),以往在企業(yè)高層作整體規(guī)劃調(diào)配時才能更好發(fā)揮作用的OR,此時在企業(yè)中的地位便有所下降。4.3.2管理部門的領(lǐng)導(dǎo)需要成為傳統(tǒng)治療方案的“引起爭取”20世紀80年代初期,西方運籌學(xué)界,特別是美國、德國等發(fā)達國家的運籌學(xué)界,對運籌學(xué)的本質(zhì)、成就、現(xiàn)狀與未來發(fā)展展開了一場聲勢浩大的討論。主要涉及的方面有對運籌學(xué)發(fā)展的評價、運籌學(xué)發(fā)展中面臨的主要問題、運籌學(xué)框架準(zhǔn)則是否需要發(fā)展等等。許多人認為,在大部分的大學(xué)院系中,運籌學(xué)成了學(xué)術(shù)性的“模型”,而不是現(xiàn)實世界的模型,因而培養(yǎng)出來的運籌工作者向管理者們提供的是由模型表達出來的特定問題的解,這正好同運籌學(xué)最初提出的目標(biāo)背道而馳。運籌學(xué)的將來已經(jīng)逝去,只是尚未被埋葬,需要重建運籌學(xué)的未來。運籌學(xué)的實踐同在大學(xué)中所教授的內(nèi)容有著本質(zhì)的區(qū)別,在刊物上和學(xué)校中教授的內(nèi)容,同實際上正在做的事情之間存在著巨大的分離,而且這種現(xiàn)象還在發(fā)展。國際運籌學(xué)會副主席澤木爾莫教授認為,運籌學(xué)存在四個方面的缺陷:其一是培養(yǎng)上的差距。至今為止,還沒有真正地為大學(xué)生、碩士生、博士生開設(shè)的運籌學(xué)課程,教師們還不知如何教會學(xué)生將運籌學(xué)理論與方法應(yīng)用于實際;其二是軟件上的差距。運籌學(xué)與信息技術(shù)脫節(jié),缺乏面向用戶的運籌學(xué)軟件;其三是溝通上的差距。運籌學(xué)的學(xué)術(shù)會議多為封閉式的,學(xué)術(shù)程度很高。做學(xué)術(shù)報告的人多為數(shù)學(xué)出身,較少數(shù)學(xué)公式的報告羞于在會上宣讀,而反過來,這樣的學(xué)生或?qū)W者則不會面向管理部門領(lǐng)導(dǎo)人作報告;其四是理論上的差距。運籌學(xué)的理論與實踐相脫離,包括數(shù)學(xué)理論與算法在內(nèi),有許多特有的結(jié)構(gòu),至今尚未有好的算法解決。同時運籌學(xué)還缺少非數(shù)學(xué)的理論,包括運籌學(xué)的行為理論及為工程師們所用的理論。運籌學(xué)之所以存在以上的種種問題,主要是由于傳統(tǒng)的運籌學(xué)理念受數(shù)學(xué)理念的影響太大。運籌學(xué)的傳統(tǒng)理念認為:現(xiàn)實世界是系統(tǒng)化、結(jié)構(gòu)化的,因而生成了傳統(tǒng)的運籌學(xué)的各個分支;環(huán)境是穩(wěn)定的,因果關(guān)系是確定的,環(huán)境是合作的,因此,運籌學(xué)對模型化工作,對最優(yōu)解的追求就自然成為核心。但不難看出,這與運籌學(xué)的早期工作、目的與初衷是相違背的。改變傳統(tǒng)的運籌學(xué)理念、建立新的運籌學(xué)理念是運籌學(xué)適應(yīng)未來、迎接挑戰(zhàn)必須進行的首要工作。運籌學(xué)的新理念應(yīng)該是:現(xiàn)實世界是錯綜復(fù)雜的,整體上的形態(tài)不是所有局部問題的簡化;環(huán)境是變化的、沖突的,存在眾多的不確定性,不可能全面預(yù)知;特定的思考與分析過程,以及恰當(dāng)?shù)姆椒ㄕ摽梢圆粩嗟匦拚J識,從而逐步趨向適應(yīng)。因此,運籌學(xué)的模型為了適應(yīng)環(huán)境與顧及復(fù)雜問題,必須注入及強化其柔性,即對人文因素的接納和對問題實質(zhì)的逐步接近。在方法論上,應(yīng)注意交互式過程。在追求的目標(biāo)上,往往需要從傳統(tǒng)意義下的最優(yōu)解改為可接受的“滿意解”、“有效解”。理念更新、實踐為本、學(xué)科交融是運籌學(xué)發(fā)展的必由之路。錯誤的理念是運籌學(xué)發(fā)生危機的深層原因,正確的理念是運籌學(xué)發(fā)展的前提與原則。運籌學(xué)源于實踐,運籌學(xué)應(yīng)該以問題驅(qū)動為主、學(xué)科驅(qū)動為輔,互相支持,相輔相成。在實踐中發(fā)現(xiàn)新問題,推動新的、好的理論與算法的研究,應(yīng)該成為運籌學(xué)研究的主流。運籌學(xué)研究“不可忘本”,需要“返璞歸真”。運籌學(xué)研究還需要進行學(xué)科交叉,不要把運籌學(xué)定義得太死,要回到運籌學(xué)的原始精神,面向問題,而不是面向口袋里的工具,合作是運籌學(xué)成功的基礎(chǔ),這就誕生了軟運籌學(xué)。軟科學(xué)研究方法是采用定性與定量相結(jié)合的方法來綜合利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)提供的方法和手段。同樣,軟運籌學(xué)研究的方法也是多種多樣的,沒有固定不變的放之四海皆準(zhǔn)的方法。錢學(xué)森教授得出的“從定性到定量綜合集成研討廳體系”是軟運籌學(xué)的基本方法,主要包括以下內(nèi)容:幾十年世界學(xué)術(shù)討論的Seminar經(jīng)驗;從定性到定量的綜合集成方法;C3I及作戰(zhàn)模擬;情報信息技術(shù);靈境技術(shù);人工智能;人機結(jié)合