Capitolo 1 – Ricerca operativa Ricerca operativa 1. Cenni storici La denominazione Ricerca Operativa (nella terminologia anglosassone Operational o Operations Research) venne utilizzata, per la prima volta, per connotare attività di ricerca su problemi militari, sviluppate in connessione agli avvenimenti determinati dalla seconda guerra mondiale. Immediatamente prima e durante gli eventi bellici, erano sorti, dapprima nel Regno Unito e, successivamente, negli USA ed in altri Paesi alleati, gruppi di ricerca orientati alla soluzione di importanti problemi di ordine strategico e tattico collegati alla difesa nazionale. Nel 1935, per prepararsi a rispondere alla minaccia costituita dalla Germania nazista, fu avviato, nel Regno Unito, un programma di esperimenti, presso la Bawdsey Research Station, sulla costa orientale dell'Inghilterra, presso Felixstowe, avente lo scopo di mettere a punto un'apparecchiatura, per l'epoca rivoluzionaria, in grado di localizzare aerei in volo, utilizzando la riflessione da essi prodotta, di onde radio emesse da stazioni a terra. Questo schema di funzionamento corrisponde, naturalmente, a quello del ben noto sistema di localizzazione che fu successivamente, denominato radar (acrostico di radio detection and ranging). 1 Capitolo 1 – Ricerca operativa Tra il 1935 ed il 1937, si lavorò intensamente per provare le effettive potenzialità tecniche di questo tipo di apparecchiatura, la quale apparve eccezionalmente rispondente agli scopi prefigurati. Era, tuttavia, importante, nel meccanismo della difesa antiaerea, che ad una fase efficiente di localizzazione dei velivoli nemici ne seguisse una, altrettanto efficiente, di intercettazione e rientro a terra dei velivoli inglesi. Apparve, per questo, indispensabile che, innanzitutto, fosse ottimizzata la distribuzione delle apparecchiature radar sul territorio e, quindi, che gli aerei inglesi (e, dunque, gli aeroporti militari) fossero distribuiti sul territorio in maniera opportuna e venissero, poi, indirizzati via radio, dopo l'intercettazione, verso località altrettanto opportune. In maniera separata, per ragioni di sicurezza, fu avviato, con questo scopo, a partire dagli ultimi mesi del 1936 e fino ai mesi del 1937, il cosiddetto Biggin Hill Experiment (dal nome di un aeroporto militare immediatamente a Sud di Londra), proposto da Henry Tizard. Nel corso del 1937 il progetto radar ed il Biggin Hill Experiment vennero unificati dando luogo ad una stretta quanto inconsueta collaborazione tra scienziati, ufficiali, tecnici e personale della Royal Air Force. A.P. Rowe, soprintendente della Bawdsey Research Station, nel descrivere, nel 1938, in una relazione tecnica conclusiva del progetto, il tipo di attività sviluppata, allo scopo di caratterizzarne i due aspetti impliciti, di ricerca e di applicazione pratica dei risultati ottenuti, utilizzò l'espressione Operational Research [Research into (military) Operations]; disse, cioè che si era fatta della Ricerca Operativa e propose di denominare il gruppo di lavoro coinvolto Operational Research Section. Nel 1939, Patrick Maynard Stuart Blackett, fisico, professore presso l'Università di Manchester, fu chiamato a costituire un gruppo di ricerca, composto da scienziati e da esperti militari, che fu impegnato nella lotta contro i sommergibili tedeschi. Il primo compito assegnato al gruppo di Blackett fu la regolazione ottima delle spolette a tempo delle bombe antisommergibile. L'implementazione dei risultati prodotti consentì di raddoppiare la percentuale di sommergibili colpiti. Il successo ottenuto da questo gruppo, passato alla storia, proprio per la eterogeneità dei suoi componenti, come il Blackett Circus, produsse il risultato 2 Capitolo 1 – Ricerca operativa pratico di moltiplicare, nel Regno Unito e negli altri paesi gruppi di ricerca aventi caratteristiche simili. Nell'ambito delle forze armate, principalmente inglesi e americane (negli USA l'approccio fu introdotto a partire dal 1943, la denominazione utilizzata fu quella di Operations Research), si svilupparono settori per la ricerca relativa alla guerra antisommergibile, al dimensionamento dei convogli navali, alla scelta dei bersagli nelle incursioni aeree, oltre, ovviamente, alle tecniche, di cui si è detto, di avvistamento ed intercettazione degli aerei. Questi gruppi avevano, di norma, componenti con formazioni disciplinari molto eterogenee. L'efficienza che essi dimostravano appariva fortemente legata alla circostanza che le diverse competenze coinvolte garantivano la possibilità di esaminare compiutamente i diversi dei vari problemi e di scomporli in sotto problemi mutuamente interagenti. Punto di riferimento negli USA, per questo nuovo tipo di organizzazione scientifica interdisciplinare, fu il professore Ellis Johnson (che sarebbe divenuto un nome di primo piano nel campo della Ricerca Operativa). Si stima che, nel corso della seconda guerra mondiale, furono complessivamente impegnati, nel Regno Unito, in Canada ed in USA, oltre 700 scienziati. Il termine del conflitto determinò una riconversione dell'approccio, in precedenza utilizzato per affrontare problemi bellici, orientandolo alla soluzione di problemi di tipo civile. Ci si rese conto, infatti, rapidamente, che dei problemi affrontati e risolti in ambito bellico avevano dei problemi corrispondenti nel mondo civile, in applicazioni di tipo industriale e territoriale. La localizzazione degli aeroporti effettuata per ottimizzare la copertura del territorio nei confronti di attacchi aerei nemici è un problema che somiglia molto, ad esempio, a quello della localizzazione dei depositi di prodotti di un'industria allo scopo di rendere il più efficiente possibile il meccanismo della distribuzione. L'individuazione del mixing di bombe con cui effettuare il caricamento di un bombardiere (o di uno stormo di bombardieri), allo scopo di ottimizzare un raid aereo volto a colpire obiettivi sparsi sul territorio nemico, è un problema che ha delle analogie, ad esempio, con quello di un autotrasportatore che deve un autocarro (o una flotta di autocarri) con un insieme di colli da distribuire nel corso del viaggio, tra diversi clienti sparsi sul territorio. Ed è abbastanza intuitivo che molti esempi di questo genere potrebbero essere proposti. 3 Capitolo 1 – Ricerca operativa Nel 1948 fu fondata, negli USA, la RAND (Research and Development), un istituto di ricerca creato dalla U.S. Air Force, successivamente sovvenzionato dalla Ford Foundation. I settori in cui la RAND sviluppò la ricerca furono, principalmente: le attività e le gestioni delle aree portuali; i rifornimenti e le manutenzioni degli impianti; la modellizzazione di aspetti economici relativi ad altri Paesi e, ancora, in coerenza con le esperienze passate, i problemi bellici (legati, in questo caso, alla guerra in Corea). Nei settori più civili, la Ricerca Operativa riprese tecniche note nel settore migliorandole ed arricchendole con l'uso di strumenti matematici e di conoscenze organizzative: si occupò di standardizzazione della produzione, di problemi connessi con la pianificazione e la programmazione industriale. Proprio per questo la Ricerca Operativa ha assunto una connotazione tale da giustificare la nuova denominazione di Management Science oggi molto diffusa. Nel Regno Unito la riconversione avvenne prevalentemente nel settore pubblico, con studi relativi ai trasporti ferroviari stradali ed urbani, dando origine, a partie dagli anni 50, ad uno sviluppo di conoscenze e modelli di tipo territoriale ed urbanistico, divenute, col tempo, tipiche, appunto, della ricerca inglese. In quel Paese fu fondata, nel 1948, la Operational Research Association che pubblicò, a partire da quello stesso anno, una rivista, intitolata Operational Research Quarterly. Negli USA, nel 1952, venne fondata da un gruppo di ricercatori, in una presieduta da Ph M. Morse, l'ORSA (Operations Research Society of America), oggi INFORMS (Institute For Operations Research and Management Science). In Italia le tecniche di Ricerca Operativa giunsero, per motivi che possono essere facilmente intuiti, con una decina di anni di ritardo. Nel 1961, un gruppo di ricercatori, tecnici e dirigenti d'azienda fondò l'AlRO (Associazione Italiana di Ricerca Operativa), avente lo scopo di promuovere studi teorici ed applicazioni pratiche della disciplina, che, sino al 2001, ha pubblicato la rivista Ricerca Operativa. A partire dal 2002 l'AlRO, assieme alle Associazioni Francese e Belga di Ricerca Operativa, ha dato vita ad una nuova rivista scientifica dal titolo: 4OR - Quarterly Journal of the Belgian, French and Italian Operations Research Societies. Nel dopoguerra, la Ricerca Operativa divenne un settore di ricerca accademico. Nel 1949 fu tenuto a Chicago quello che, storicamente è il primo convegno su 4 Capitolo 1 – Ricerca operativa temi di interesse della Ricerca Operativa. Il titolo del convegno era Activity Analysis of Production and Allocation. Nelle Università degli Stati già dagli anni '50 iniziarono corsi regolari di Ricerca Operativa; in quelle italiane l'ingresso della disciplina avvenne solo alla fine degli anni '60. Nella Facoltà di Ingegneria dell'Università di Napoli Federico II, la Ricerca Operativa si insegna dall'Anno Accademico 1975-76. 2. Funzioni e caratteristiche della ricerca operativa I punti di vista sulla funzione e sulle caratteristiche della Ricerca Operativa coprono un ampio spettro di opinioni che si muove tra due posizioni diametralmente opposte. a. La Ricerca Operativa è legata alla decisione scientifica su come progettare e far funzionare in modo ottimale sistemi complessi costituiti da uomini e macchine, generalmente in condizioni legate alla allocazione di risorse limitate. b. La Ricerca Operativa può essere considerata una parte delle Matematiche Applicate. La prima posizione esprime, in qualche modo, una visione pratica della disciplina, orientata principalmente alla soluzione di problemi, così come la seconda posizione esprime una visione teorica della materia, principalmente interessata al bagaglio metodologico disponibile per la soluzione dei problemi. Sembra possibile mediare questi due punti di vista estremi introducendo una terza definizione che esprime, si può dire, una visione equilibrata delle caratteristiche della Ricerca Operativa. c. La Ricerca Operativa costituisce un approccio scientifico alla risoluzione di problemi complessi. Essa ha delle caratteristiche intrinsecamente interdisciplinari ed utilizza un insieme diversificato di strumenti, in prevalenza matematici, per la modellizzazione, l’ottimazione ed il controllo di sistemi strutturati. 5 Capitolo 1 – Ricerca operativa Si può, in ogni caso, affermare che la Programmazione Matematica, di una parte della quale questo volume si interessa, pur non essendo tutta la Ricerca Operativa, ne costituisce uno degli elementi fondamentali. 3. Le pietre miliari nello sviluppo della ricerca operativa Per alcuni Ricercatori Operativi costituisce argomento di amena discussione l’individuazione di radici della disciplina il più possibile lontane nel tempo. Solo scherzosamente qualcuno afferma che la parabola delle nozze di Cana, nella quale Gesù consente allo sposo, con la trasformazione dell'acqua in vino, di servire il vino buono dopo quello mediocre, costituisce un esempio di soluzione di un semplice problema di sequencing con funzioni di utilità in contrasto. E', comunque, certamente vero che alcuni risultati della matematica classica, conseguiti in tempi anche molto lontani, sono stati ripresi e valorizzati, assumendo importanza, a volte considerevole, nello sviluppo della Ricerca Operativa. In letteratura sono spesso citati esempi della rivalutazione di alcuni risultati storici della matematica, all'interno del campo della matematica applicata. Senza soffermarsi su risultati di ricerca quali: le equazioni diofantine (Diofante, III secolo a.C.), l'Algoritmo Euclideo per la ricerca del Massimo Comune Divisore (Euclide, 325-265 a.C. circa), la congettura di Piene de Fermat (1601-1665), il problema del Punto di Evangelista Torricelli (1608-1647), l'algoritmo di eliminazione di Johann Carl Fliedrich Gauss (1770), vale evidenziarne due il cui interesse scientifico e pratico appare quanto mai attuale: il problema dei Ponti di Konigsberg (Eulero, 1736); i cammini ed i cicli di Hamilton (1859). I lavori di Leonhard Euler (italianizzato in Eulero) e di William Rowan Hamilton cui si accennerà, brevemente, nel seguito) costituiscono, infatti, la fase seminale di un settore di ricerca applicata, oggi di grande rilevanza, indicato con la denominazione generale di routing che affronta gli aspetti metodologici e quelli applicativi della distribuzione, uno dei temi centrali della logistica aziendale. 6 Capitolo 1 – Ricerca operativa Mettendo da parte le curiosità storiche, si può sicuramente affermare che alcuni lavori di grandissimo livello, prodotti tra la metà degli anni '30 e la metà degli anni '40, costituiscono i capostipiti legittimi, o, se si vuole, alcune delle pietre miliari, della Ricerca Operativa. Essi sono: i Modelli Input-Output di Wassily Leontief (1936); i modelli matematici per la pianificazione della produzione di Leonid Vital’evich Kantorovich (1939); i contributi di F. L Hitchcock e Tjalling C. Koopmans al problema del TrasPorto (1941); la Teoria dei Giochi di John von Neumann e Oskar Morgenstem (1941); la formulazione matematica dei problemi di Programmazione lineare e l'algoritmo del simplesso di George Bernard Dantzig (1947). L'addensamento temporale di questi risultati testimonia del verificarsi di un momento storico particolarmente favorevole e del verificarsi di un sistema di sinergie culturali che furono in grado di moltiplicare la qualità oltre che la quantità dei risultati scientifici ottenuti, determinando, nei fatti, la nascita della Ricerca Operativa come disciplina scientifica. Non è difficile comprendere che le radici culturali della Ricerca Operativa affondano nella ingegneria, nella economia e nella matematica ma va, anche, sottolineato che la vera affermazione della disciplina come strumento per la soluzione di problemi di dimensione reale è stata determinata dallo sviluppo dei calcolatori elettronici e dell’informatica, che hanno consentito di passare dalla soluzione di problemi di piccola dimensione a quella di problemi di media e grande dimensione, che tipicamente costituiscono la realtà. 7
