Metodos Cuantitativos para Administracion 3a edicion HILLIER F. S., HILLIER M. S.pdf PDF

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Métodos cuantitativos para administración

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Métodos cuantitativos Capítulo Dieciséis para administración Tercera edición Frederick S. Hillier Stanford University

Mark S. Hillier University of Washington Casos desarrollados por

Karl Schmedders Northwestern University

Molly Stephens Quinn, Emanuel, Urquhart, Oliver & Hedges LLP

Revisión técnica: Marcia González Osuna Matemática, Facultad de Ciencias, UNAM Maestría en Ingeniería Industrial, Universidad de Arizona Silvina Hernández García Idalia Flores de la Mota Susana Casy Téllez Ballesteros Ricardo Torres Mendoza

Sergio Fuentes Maya Jorge Luis Rojas Arce Andrés Mota Solórzano

División de Ingeniería Mecánica e Industrial, Facultad de Ingeniería, Universidad Nacional Autónoma de México Marco Antonio Montúfar Benítez

Gilberto Pérez Lechuga

Centro de Investigación Avanzada en Ingeniería Industrial, Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo

MÉXICO • BOGOTÁ • BUENOS AIRES • CARACAS • GUATEMALA • LISBOA MADRID • NUEVA YORK • SAN JUAN • SANTIAGO SÃO PAULO • AUCKLAND • LONDRES • MILÁN • MONTREAL • NUEVA DELHI SAN FRANCISCO • SINGAPUR • SAN LUIS • SIDNEY • TORONTO

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Director Higher Education: Miguel Ángel Toledo Castellanos Director editorial: Ricardo Alejandro del Bosque Alayón Editor sponsor: Jesús Mares Chacón Editor de desarrollo: Edmundo Carlos Zúñiga Gutiérrez Supervisor de producción: Zeferino García García Traductores: Ma. Guadalupe Cevallos A., M. Elizabeth Treviño R. y Adolfo Deras Quiñones

MÉTODOS CUANTITATIVOS PARA ADMINISTRACIÓN Tercera edición

Prohibida la reproducción total o parcial de esta obra, Por cualquier medio, sin la autorización escrita del editor.

DERECHOS RESERVADOS © 2008 respecto a la segunda edición en español por McGRAW-HILL/INTERAMERICANA EDITORES, S. A. DE C. V. A Subsidiary of The McGraw-Hill Companies, Inc. Prolongación Paseo de la Reforma 1015, Torre A, Piso 17, Colonia Desarrollo Santa Fe, Delegación Álvaro Obregón, C. P. 01376, México, D. F. Miembro de la Cámara Nacional de la Industria Editorial Mexicana, Reg. Núm. 736

ISBN 10: 970-10-6532-8 ISBN 13: 978-970-10-6532-7 (ISBN: 970-10-3362-0 edición anterior)

Traducido de la tercera edición en inglés de la obra: INTRODUCTION TO MANAGEMENT SCIENCE; A MODELING AND CASE STUDIES APPROACH WITH SPREADSHEETS Copyright © MMVIII by The McGraw-Hill Companies, Inc. All rights reserved. 0-07-312903-8

Impreso en México

Printed in Mexico

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A nuestras esposas, Ann y Christine, por su incondicional apoyo y a la memoria de un muy apreciado mentor, Gerald J. Lieberman, quien fue uno de los verdaderos gigantes en nuestro campo. Frederick S. Hillier Mark S. Hillier

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Acerca de los autores Frederick S. Hillier es profesor emérito de investigación de operaciones en la Stanford University. Al Dr. Hillier se le conoce especialmente por su texto clásico Introduction to Operations Research (Introducción a la investigación de operaciones), que ha recibido premios y que escribió en colaboración con el finado Gerald J. Lieberman, y que ha sido traducido a más de una docena de idiomas, actualmente se encuentra en su 8a. edición. La 6a. edición obtuvo mención honorífica del Lachester Prize de 1995 (mejor publicación en idioma inglés de cualquier tipo en el campo), y al Dr. Hillier también se le concedió el 2204 INFORMS Expository Writing Award para la 8a. edición. Entre otras de sus obras se cuentan The Evaluation of Risky Interrelated Investments, Queueing Tables and Graphs, Introduction to Stochastics Models in Operations Research, e Introduction to Mathematical Programming. Obtuvo una licenciatura en ingeniería industrial y un doctorado en investigación de operaciones y ciencia administrativa de la Stanford University. Se le concedieron muchos premios en preparatoria y en la universidad por trabajos en matemáticas, debates y música; obtuvo el primer lugar en su clase de ingeniería y se le aceptó como miembro de tres organizaciones nacionales (National Science Foundation, Tau Beta Pi, y Danforth) por sus estudios de maestría. Las investigaciones del Dr. Hillier se han extendido a diversas áreas, como la programación integral, la teoría de las colas y sus aplicaciones, el control estadístico de calidad, y la administración de operaciones y de la producción. También obtuvo un importante premio por sus investigaciones en el área de la elaboración de presupuestos de capital. En dos ocasiones se le eligió como funcionario nacional de sociedades profesionales y ha prestado sus servicios en muchos cargos profesionales y editoriales de importancia. Por ejemplo, fungió como vicepresidente en las reuniones de The Institute of Management Sciences, como presidente del comité de publicaciones y editor asociado de Management Science, y como presidente co-general de una reunión internacional. En la actualidad sigue trabajando como editor fundador de las series en International Series in Operations Research and Management Science for Springer Science + Business Media. Ha sido profesor huésped en Cornell University, la Graduate School of Industrial Administration (Escuela de Maestría en Administración Industrial) de la Carnegie-Mellon University, la Technical University of Denmark, la University of Canterbury (Nueva Zelanda) y el Jugde Institute of Management Studies de la University of Cambridge (Inglaterra). Mark S. Hillier, hijo de Fred Hillier, es profesor asociado de métodos cuantitativos en la escuela de negocios de la University of Washington. El Dr. Hillier obtuvo su licenciatura en ingeniería del Swarthmore College, se graduó como maestro con honores en investigación de operaciones, y como doctor en ingeniería industrial y administración de ingeniería de la Stanford University. Como estudiante de licenciatura, obtuvo el McCabe Award por conseguir el primer lugar en su clase de ingeniería, se le eligió como Phi Beta Kappa por sus trabajos en matemáticas, estableció marcas escolares en el equipo masculino de natación y se le aceptó como miembro en dos asociaciones nacionales (National Science Foundation y Tau Beta Pi) por sus estudios de posgrado. Durante ese tiempo también desarrolló un paquete tutorial de software sumamente completo, el OR Courseware, para el libro de texto de Hillier y Lieberman, Introduction to Operations Research. Como estudiante de posgrado dio un seminario a nivel doctorado en administración de operaciones en Sanford y obtuvo un premio nacional por trabajos basados en sus disertaciones doctorales. En la University of Washington funge actualmente como profesor en las materias de ciencia administrativa y modelado de hojas de cálculo. Ha obtenido varios premios a la cátedra en la maestría en administración por su curso básico en ciencia administrativa y su curso optativo en modelado de hojas de cálculo, así como un premio a la enseñanza universitaria por sus cátedras en administración de operaciones a nivel licenciatura. También se le ha aceptado en la Evert McCabe Endowed Faculty Fellowship. Entre sus intereses en la investigación están el carácter común de los componentes, los inventarios, la manufactura y el diseño de sistemas de producción. IIE Transactions concedió el premio de mejor documento de 2000-2001 a un ensayo del Dr. Hillier sobre el carácter común de los componentes.

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Acerca de los autores de los casos Karl Schmedders es profesor asociado titular en el Department of Managerial Economics and Decision Sciences (Departamento de Economía Administrativa y Ciencias de la Decisión) de la Kellog School of Management en la Northwestern University, donde enseña métodos cuantitativos para la toma de decisiones administrativa. Entre sus intereses de investigación están la aplicación de la ciencia administrativa a la teoría económica, la teoría del equilibrio general en mercados incompletos, la fijación de precios de los activos, la selección de portafolios y la economía computacional. El Dr. Schmedders obtuvo un doctorado en investigación de operaciones de la Stanford University, donde impartió los cursos de ciencia administrativa tanto de licenciatura como de maestría. Entre las cátedras que impartió hubo un curso de estudios de caso en ciencia administrativa y posteriormente se le invitó a presentar una conferencia en un evento patrocinado por el Institute of Operations Research and Management Sciences (INFORMS o Instituto de Investigación de Operaciones y Ciencias Administrativas) sobre su exitosa experiencia en el mismo. Ha recibido varios premios a la enseñanza en Stanford, entre ellos el prestigiado Walter J. Gores Teaching Award. También ha recibido reconocimientos tanto de la Kellog School of Management como de la WHU Koblenz (una reconocida escuela de negocios en Alemania). Molly Stephens es asociada en la oficina de Los Ángeles del despacho de Quinn, Emanuel, Urquhart, Oliver and Hedges, LLP. Se graduó de Stanford, donde obtuvo una licenciatura en ingeniería industrial y una maestría en investigación de operaciones. Ha impartido la cátedra de oratoria en la Escuela de Ingeniería de Stanford y ha fungido como asistente de cátedra en un curso de estudios de caso en ciencia administrativa. En esta misma calidad analizó los problemas de ciencia administrativa que surgen en el mundo real y los transformó en estudios de caso en el salón de clases. Sus investigaciones fueron premiadas cuando obtuvo una beca para la investigación en licenciatura en Stanford para continuar con su trabajo y cuando se le invitó a hablar en INFORMS para presentar sus conclusiones sobre el uso exitoso de estudios de caso en clase. Después de graduarse, trabajó en Andersen Consulting como integradora de sistemas, donde tuvo experiencia en casos reales desde dentro, antes de recibir su grado JD de la Escuela de Derecho de la University of Texas.

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Prólogo Durante mucho tiempo nos ha preocupado que los libros de texto tradicionales de ciencia administrativa no adopten la mejor perspectiva para introducir a los estudiantes de negocios en este campo tan emocionante. Nuestra meta al escribir este libro era romper los antiguos moldes y enseñar la materia en formas más nuevas e innovadoras, así como más eficaces. Nos complace la respuesta favorable que han recibido nuestros esfuerzos. Muchos revisores y usuarios de las primeras dos ediciones del libro han expresado aprecio por sus diversas características distintivas, así como por la clara presentación que hace de los temas a un nivel exactamente adecuado para sus estudiantes de negocios. Nuestra meta en esta tercera edición ha sido aumentar las fortalezas de las primeras dos. Mark Hillier, coautor del libro, ha obtenido varios premios a la enseñanza universitaria por sus cursos de ciencia administrativa y modelado de hojas de cálculo en la University of Washington con con el uso de las primeras dos ediciones, y su experiencia nos ha llevado a mejorar de muchas maneras la presente edición. También incorporamos muchos comentarios y sugerencias de los usuarios. A todo lo largo de este proceso, nos preocupamos especialmente por mejorar la calidad del libro, al mismo tiempo que conservamos su orientación distintiva. Esta orientación distintiva sigue muy estrictamente las recomendaciones del informe de 1996 del subcomité operativo de la INFORMS Business School Education Task Force, incluyendo el extracto siguiente: Existen pruebas evidentes de que debe haber un cambio importante en el carácter del curso (introducción a la ciencia administrativa) en este ambiente. No se le tiene mucha paciencia a los cursos que se centran en algoritmos. Más bien la demanda se centra en aquellos que se refieren a situaciones de negocios, que incluyen aspectos prominentes no matemáticos, que utilizan hojas de cálculo, y que implican la formulación y la evaluación de modelos más que la estructura de los mismos. Para un curso así se requieren nuevos materiales de enseñanza.

Este libro se ha diseñado para suministrar los materiales de enseñanza para un curso así. De acuerdo con las recomendaciones de esta fuerza operante, consideramos que un libro de texto moderno de introducción a la ciencia administrativa debe incluir tres elementos clave. Como se resume en el subtítulo del libro, éstos son: un enfoque de estudios de caso y modelos con hojas de cálculo.

HOJAS DE CÁLCULO El enfoque moderno de la enseñanza de la ciencia administrativa claramente es el uso de hojas de cálculo como medio fundamental para la instrucción. Tanto los estudiantes como los gerentes de negocios ahora viven con hojas de cálculo, de tal manera que proporcionan un ambiente de aprendizaje cómodo y disfrutable. El software moderno de hojas de cálculo, inclusive el Microsoft Excel que se utiliza en esta obra, puede usarse en la actualidad para hacer una verdadera ciencia administrativa. Para los modelos a escala del estudiante (incluidos muchos modelos prácticos del mundo real), las hojas de cálculo son una forma mucho más adecuada para desarrollar los modelos de la ciencia administrativa que las ayudas algebraicas tradicionales. Esto significa que puede quitarse ya la cortina algebraica tan prevaleciente en los cursos y libros de texto de ciencia administrativa. Sin embargo, dado el nuevo entusiasmo por las hojas de cálculo, existe el peligro de excederse. Las hojas de cálculo no son la única herramienta útil para llevar a cabo análisis de ciencia administrativa. El uso modesto y ocasional de análisis algebraicos y gráficos tendrá todavía un lugar y no ayudaríamos a los estudiantes si no desarrolláramos sus habilidades en estas áreas cuando fuera necesario. Además, la obra no debe ser un libro de recetas de hojas de cálculo que se centra sobre todo en la mecánica de estas últimas. Las hojas de cálculo son un medio para alcanzar un fin y no un fin en sí mismas.

UN ENFOQUE DE MODELADO Esto nos conduce a la segunda característica clave de este libro, el enfoque de modelado. La formulación de modelos está en el núcleo de la metodología de la ciencia administrativa. Por tanto, hemos puesto mucho énfasis en el arte de formular modelos, en la función de éstos y en el análisis de sus resultados. Fundamentalmente, pero no en forma exclusiva, utilizamos el formato de hoja de cálculo más que el álgebra para formular y presentar un modelo. viii www.xlibros.com 00-Hillier.indd viii

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Prólogo

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Algunos profesores tienen muchos años de experiencia en la enseñanza de modelos en términos de la formulación de modelos algebraicos (o lo que la INFORMS Task Force ha denominado “estructuración de modelos”). Hay entre ellos quienes consideran que los estudiantes debieran hacer sus modelos de esta manera y luego transferirlos a una hoja de cálculo simplemente para utilizar el Excel Solver para resolverlo. No estamos de acuerdo con el enfoque. Nuestra experiencia (y la de otros muchos que así lo han expresado) es que la mayoría de los estudiantes de negocios encuentran más natural y cómodo elaborar sus modelos directamente en hojas de cálculo. Además, al utilizar las mejores técnicas de modelado en hojas de cálculo (como se presentan en esta edición), la formulación de modelos en ellos resulta mucho más eficiente y transparente que cuando se formula un modelo algebraico. Otro rompimiento con la tradición en esta obra (y en varios libros de texto contemporáneos) es ignorar virtualmente los algoritmos que se emplean para solucionar los modelos. Consideramos que no existe una buena razón por la que los estudiantes típicos de negocios debieran aprender los detalles de los algoritmos que ejecutan las computadoras. Con las limitantes de tiempo que se derivan de un curso de ciencia administrativa en un solo periodo, hay lecciones mucho más importantes que aprender. Por tanto, en este libro se ha puesto énfasis en lo que consideramos es más valioso. En los primeros lugares de la lista está el arte de modelar los problemas administrativos en una hoja de cálculo. La formulación de un modelo de hoja de cálculo respecto a un problema real, generalmente implica mucho más que desarrollar la hoja de cálculo e ingresar los datos. Por tanto, trabajaremos a lo largo del proceso paso a paso: comprender el problema no estructurado, desarrollar verbalmente alguna estructura para el problema, recopilar los datos, expresar las relaciones en términos cuantitativos, y luego extender el modelo de hoja de cálculo. El enfoque estructural subraya los componentes típicos del modelo (los datos, las decisiones a tomar, las limitantes y la medida del desempeño) y los distintos tipos de celdas de hoja de cálculo que se utilizan para cada uno. En consecuencia, el énfasis se ha puesto en el modelado y no en la mecánica de la hoja de cálculo.

UN ENFOQUE DE ESTUDIOS DE CASO Sin embargo, todo esto sería del todo estéril si sólo presentáramos una larga serie de ejemplos breves con sus formulaciones de hojas de cálculo. Esto nos conduce a la tercera característica clave de la obra: un enfoque de estudios de caso. Además de los ejemplos, en esencia todos los capítulos incluyen uno o dos estudios de caso que se han elaborado con base en aplicaciones reales para transmitir todo el proceso de aplicar la ciencia administrativa. Pocas veces todo el capítulo se centra en un estudio de caso. Para guiar al estudiante a lo largo del relato, hemos diseñado cada estudio de caso de tal manera que llevemos la técnica del capítulo a la vida en un contexto que ilustre claramente la importancia de la técnica para ayudar a la toma de decisiones gerencial. Este enfoque de contar una historia centrada en un caso hace que el material sea más disfrutable y estimulante, al mismo tiempo que transmite los aspectos prácticos que son factores clave en la aplicación de la ciencia administrativa. Nos complace que varios de los revisores de las primeras dos ediciones expresen su particular aprecio por nuestro enfoque de estudios de caso. Aunque éste ha sido poco utilizado en otros libros de texto de la ciencia administrativa, consideramos que es realmente fundamental para preparar a los estudiantes para la aplicación práctica de la ciencia administrativa en todos sus aspectos. Algunos de los revisores han resaltado la eficacia del enfoque de presentación de diálogos y escenarios que se utiliza en algunos estudios de caso. A pesar de que es poco convencional, este enfoque permite demostrar el proceso de toma gerencial de decisiones con la ayuda de la ciencia administrativa. También sirve como preludio a algunos conceptos clave en el lenguaje administrativo. Excepto el capítulo 1, todos contienen casos completos que se incluyen después de los problemas finales. Por lo general, en estos casos se sigue utilizando un enfoque estimulante de relato de historias, por lo que se pueden asignar como proyectos interesantes y retadores. La mayoría de estos casos se desarrolló en colaboración con dos talentosos escritores de casos, Karl Schmedders (miembro de la facultad de la Kellog School of Management de la Northwestern University) y Molly Stephens (anteriormente consultora en ciencia administrativa de Andersen Consulting). Los autores también han añadido algunos casos, inclusive varios más cortos. Por supuesto que no somos los primeros en incorporar estos elementos clave a un libro de ciencia administrativa. Sin embargo, consideramos que el libro actualmente es único en la manera en que incorpora y combina las tres características.

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