1. Ricerca Operativa

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