ПРЕСС-ЦЕНТР

Автоматизация процесса производственного календарного планирования

Автоматизация в промышленности №10/2012

к. э. н. Илья Мухин, ЗАО «РТСофт»

Рассматривается роль применения компьютерных технологий календарного производственного планирования в формировании пооперационных планов производства при мелкосерийном и позаказном производстве, а также внедрение системы Preactor компании Preactor International, использующей методологию APS, для производственного календарного планирования на крупном полиграфическом предприятии.

Проблемы производственного планирования при мелкосерийном и позаказном производстве

Современное состояние мировой экономики заставляет российские предприятия стремиться не к получению сиюминутной максимальной прибыли, а все большее значение придавать повышению доходности бизнеса в долгосрочной тенденции, так как только это обеспечивает предприятию финансовую устойчивость, столь необходимую сегодня. Однако направленность предприятий на доходность бизнеса требует от менеджмента предприятий умелого управления всей совокупностью производственных и хозяйственных особенностей, определяющих результаты деятельности предприятия, активного и эффективного реагирования на изменения внутренних и внешних факторов.

В связи с этим одной из современных особенностей в организации промышленного производства является преобладание мелкосерийного и индивидуального, в том числе и позаказного производства. Другими словами, обезличенное массовое производство сегодня уступило массовому производству на заказ.

С экономической точки зрения организация мелкосерийного и позаказного производства обеспечивает экономию от разнообразия, выражающуюся в сокращение средних и предельных затрат за счет использования мощностей для производства большого разнообразия товаров и услуг.

В то же время распространение такой организации производства влечет за собой ряд трудностей.

Во-первых, отсутствие регулярности в выпуске изделий усложняет согласование структуры производственных мощностей подразделений предприятия (цехов и участков) и производственной программы на каждый планово-учетный период.

Во-вторых, необходимо уже на цеховом уровне производства обеспечить качественный сервис, т. е. предложить продукт, соответствующий заявленным потребительским требованиям, заданного стабильного качества и в обещанные сроки, при этом обеспечив постоянное наличие товаров на складе.

В третьих, отклонение производственного процесса от определенного ритма может приводить к огромным экономическим потерям на предприятии: к простоям цехов и участков, к дополнительным затратам на восстановление нормального хода производства.

Таким образом, возникает проблема совмещения чисто экономических критериев, свидетельствующих о доходности бизнеса (прибыль, рентабельность), с одной стороны, и производственно-исполнительских критериев, определяющих расходы предприятия (минимизация времени выполнения заказов, максимизация загрузки оборудования, минимизация запасов), с другой стороны.

Как известно, основным механизмом, обеспечивающим решение данной проблемы, является оперативно-производственное планирование, главная задача которого состоит:

  • в организации слаженной работы всех подразделений предприятия (объединения) для обеспечения равномерного, ритмичного выпуска продукции в установленных объемах и номенклатуре;
  • в обеспечении на предприятии ритмичного хода всех производственных процессов;
  • в полном и рациональном использовании имеющихся экономических и производственных ресурсов.

В то же время следует отметить, что оперативно-производственное внутрицеховое планирование для мелкосерийного и позаказного производства сильно усложняется. Появляется целая система задач планирования и оперативного управления со сложной, иерархической структурой связей.

На верхнем уровне этой системы решается задача согласования производственной программы с производственными мощностями цеха. Поскольку здесь идет речь о формировании оптимального выбора изделий, то наилучшим аппаратом в этом случае, как известно, является модель линейного программирования. Однако планирование на этом уровне выполняется укрупненно, без учета всех конкретных особенностей производства (оборудования, рабочих мест).

Но ведь понятно: каждая единица оборудования при позаказном производстве имеет свой собственный график работы, свои особенности по ограничениям загрузки, мощности, индивидуальные планы ремонтных работ и непредвиденные поломки. В связи с этим в индивидуальном производстве для сформированной производственной программы требуется календарный план ее реализации (производственное расписание). Это должен быть подробный пооперационный календарный план производства с учетом всех требований и условий путем выстраивания очередности обработки и порядка производственных бизнес-процессов.

Однако, к сожалению, правильное производственное расписание, в котором каждый процесс идет в нужном порядке, т. е. с учетом всех ограничений (загрузки производственных мощностей, человеческих ресурсов, поставки сырья и материалов и пр.), не может быть составлено даже самыми опытными плановиками. Слишком сложна такая задача, особенно если речь идет о десятках станков, сотнях видов продукции. Решить ее вручную довольно проблематично. Хотя именно это и дает в конечном счете снижение производственных затрат. Поэтому в реальности пока эту задачу на многих российских предприятиях просто не решают: формируют укрупненные планы обычно на месяц или другой относительно длительный срок и пускают производственные задания «самотеком».

Применение компьютерных технологий календарного производственного планирования на базе автоматизированных систем планирования класса АPS (Advanced Planning and Scheduling) для формирования пооперационных планов

Современным же решением, обеспечивающим формирование пооперационных планов, является компьютерное имитационное моделирование производства и становление компьютерных технологий календарного планирования.

В настоящее время компьютеризация алгоритмов решения задач календарного планирования основывается на эвристических методах, в основном на схемах ветвления с функциями предпочтения.

Идея схемы ветвления в модели планирования производства заключается в том, что после очередного встраивания в график работы (операции) актуализируется массив готовых к выполнению операций и выбирается из этого массива очередная операция в соответствии с правилами предпочтения.

Схема ветвлений с рандомизацией предпочтений дает возможность не только получать подходящие для практики решения, но и оценивать продуктивность самих функций предпочтения. Параллельно может быть применен инструментарий оценки сформированного плана и переключения функций предпочтения при изменении производственных ситуаций, что существенно для оперативного управления.

Такой подход достаточно успешно реализован в автоматизированных системах планирования класса АPS (Advanced Planning and Scheduling), которые представляют одно из последних достижений (примерно 1995 год) западной мысли в науке управления производством и запасами. Рассмотрим их подробнее.

Назовем основные особенности систем данного класса:

  • Синхронное согласование планов потребностей в материалах и производственных мощностях. Данный подход носит название «синхронного планирования» именно потому, что алгоритмы работы APS производят расчет необходимых к закупке и производству сырья и материалов, выполняя это с учетом существующих (ограниченных) мощностей, то есть синхронно.
  • Возможности расширения модели данных. Обычно APS предлагает пользовательский инструментарий по добавлению в модель данных атрибутов, специфических для конкретного производства, тогда как в MRP II такое расширение можно произвести только программным путем.
  • Интеграция планирования производства в среду планирования цепочки поставок. План производства ориентируется в первую очередь на потребности конечных потребителей (прогнозы, заказы) и их возможное вовлечение в процесс создания плана, а также на учет возможностей производства и времени поставки материалов и комплектующих поставщиками. Подразумевается синхронизация планов, регионально распределенных производственных площадок и дистрибьюторских центров.

Эти и другие особенности позволяют APS-системам работать как отдельно, так и совместно с существующей информационной средой предприятия (например, ERP-APS-MES) и ориентируют план производства на потребности конечных пользователей.

Наиболее ярким представителем систем, использующим методологию APS, является система Preactor компании Preactor International.

Практическая реализация системы Preactor компании Preactor International на полиграфическом предприятии в целях составления рационального производственного расписания

Рассмотрим пример внедрения в 2011 году такой системы Preactor с участием автора на крупном московском полиграфическом предприятии, работающем по технологии офсетной и ротогравюрной печати, где одной из задач было увеличение доходности бизнеса путем сокращения производственных затрат.

В первую очередь на этом предприятии была решена проблема интеграции системы планирования на основе Preactor с информационной средой предприятия. Для этого был разработан механизм обмена данными с 1С, Access и цеховыми системами на базе кастомизированных скриптов импорта/экспорта и CSV-файлов. Общая схема места системы планирования в структуре системы управления предприятиями изображена на рис. 1.

Рис. 1. Место системы планирования в системе управления предприятием

Рис. 1. Место системы планирования в системе управления предприятием

На основе данной схемы было проведено инфологическое моделирование предприятия

Инфологическая модель предприятия представлена на рис. 2.

Рис. 2. Инфологическая модель предприятия

Рис. 2. Инфологическая модель предприятия

Реализация инфологической модели в виде набора таблиц (рис. 3, рис. 4, рис. 5.) в системе Preactor обеспечивает на предприятии синхронное согласование потребностей в материалах и производственных мощностях. В результате при составлении производственных расписаний учитываются запасы материалов на складе из спецификаций по каждой операции производственных заказов, а при расчете ресурсов за основу берется их состояние на текущий момент. При недостатке материалов есть возможность формировать заказы на их закупку. Что и является одним из достоинств систем класса APS.

На рисунке 3 изображен справочник материалов с указанием количества складского запаса.

На рисунке 4 изображена форма типичной спецификации материалов технологической операции.

Рис. 3. Справочник материалов с указанием количества складского запаса

Рис. 3. Справочник материалов с указанием количества складского запаса

Рис. 4. Спецификация материалов технологической операции

Рис. 4. Спецификация материалов технологической операции

Далее покажем, как на основе системы Preactor была решена задача минимизации производственных затрат по различным критериям с учетом производственных ограничений (объемов, сроков и пр.).

Надо отметить, что предварительно на предприятии для выявления резервов снижения производственных затрат был проведен анализ формирования статей себестоимости продукции. В результате чего была установлена возможность экономии материальных затрат непосредственно в процессе производства при переналадках. Это потребовало составления производственного расписания с учетом производственных условий по критерию минимума времени переналадок.

Для решения задачи по минимизации времени переналадок в качестве критерия было выбрано время проведения переналадки для каждой операции в отдельности. Это позволило осуществить перебор всех заказов на предмет минимума времени подготовки к операции в соответствии со спецификацией материалов. При планировании учитывались правила предпочтительности ресурсов, текущие и плановые ремонты, а также наличие необходимых материалов на складе.

Так, например, для операций офсетной печати время переналадки между заказами может быть рассчитано по формуле:

Время переналадки = Время для смены чернил + Время для смены лаков + Время дополнительное, где

Время для смены чернил = (Количество чернил * Время для смены чернил) + Время регистрации чернил

Время для смены лаков = (Количество лаков * Время для смены лаков) + Время регистрации лаков

Время дополнительное = Время, требуемое заказчиком (например, для личной проверки качества печати).

Производственное расписание с выделением последовательности операций одного заказа, распределенного по производственным ресурсам и с отображением необходимого расхода материалов, изображено на рисунке 5.

Рис. 5. Пример производственного расписания с учетом расхода сырья и материалов по каждой операции

Рис. 5. Пример производственного расписания с учетом расхода сырья и материалов по каждой операции

Визуально изменение времени переналадки между операциями заказов можно представить образно в виде следующих рисунков:

Рис. 6. Визуальное изменение времени переналадки между операциями заказов

Рис. 6. Визуальное изменение времени переналадки между операциями заказов

Следовательно, система Preactor позволяет так составить производственное расписание, что время переналадки, а следовательно, и затраты материалов при переналадках могут быть существенно уменьшены или сведены к нулю.

Несомненно, достоинством системы Preactor является также наличие инструментария оценки и анализа вариантов производственных расписаний, построенных по различным критериям. Применительно к данному полиграфическому предприятию, где осуществлялось внедрение системы, сравнительная статистика времени выполнения производственных заказов представлена на рис. 7–8.

Рис. 7. Статистика времени операций производственного расписания по дате поставок

Рис. 7. Статистика времени операций производственного расписания по дате поставок

Рис. 8. Статистика времени операций производственного расписания по критерию минимизации времени переналадок

Рис. 8. Статистика времени операций производственного расписания по критерию минимизации времени переналадок

Данные статистики свидетельствуют о снижении времени переналадок на 10–15 процентов.

В заключении следует особо подчеркнуть, что снижение затрат и повышение доходности путем разработки производственного расписания на основе системы Preactor не ограничивается применением критерия минимизации времени переналадки. Системы класса АPS предоставляют цеховому диспетчеру еще целый набор критериев составления расписаний, таких как:

  • минимизация транспортировок между производственными площадками;
  • равномерная загрузка оборудования;
  • минимизация производственного времени заказов;
  • максимизация загрузки оборудования;
  • выполнение заказов в срок и т. п.

А задача диспетчера – выбрать тот из них, который лучше всего подходит к текущей производственной ситуации.

Таким образом, всё вышеизложенное позволяет менеджменту предприятия путем внедрения компьютерных технологий календарного производственного планирования на базе автоматизированных систем класса АPS, в частности системы Preactor, эффективно управлять всей совокупностью производственных и хозяйственных особенностей и держать доходность бизнеса под контролем.