Планирование производства - одна из основных функций внутри организации, так как через него управляются факторы труда, сырья, машин и оборудования.
Планирование производства включает преобразование годовых и квартальных бизнес-планов в комплексные среднесрочные планы производства и работы. Его цель - минимизировать стоимость ресурсов, необходимых для удовлетворения спроса в течение этого периода.
Планирование и составление графиков в компании превращаются в математические методы и эвристические методы, позволяющие выделить ограниченные ресурсы на действия, которые необходимо выполнить. Это распределение ресурсов должно происходить в том смысле, в котором компания оптимизирует свои цели и достигает своих целей. Ресурсы могут быть машинами в мастерской, маршрутами в аэропорту, оборудованием в здании или процессорами в вычислительной среде. Это могут быть операции в мастерской, взлеты и посадки в аэропорту, этапы строительного проекта или компьютерные программы, которые необходимо выполнить. У каждого действия должен быть уровень приоритета, как можно более раннее начало и дата окончания. Цели могут принимать разные формы, такие как минимизация времени для завершения всех действий, минимизация количества действий, которые были выполнены после установленных дат поставки, и т. Д.
Этот документ объясняет планирование и составление графиков производства на различных этапах. В первой части показаны основные характеристики моделей, которые используются для планирования, в рамках этих характеристик указаны необходимые переменные, которые участвуют в расчетах моделей планирования. Переменные включают все, что связано с рабочими местами, машинами и оборудованием, а также с типами ограничений, которые существуют в реальном мире.
Характеристика моделей производственного и календарного планирования
Модели планирования и составления графика производства в производственных компаниях можно охарактеризовать множеством факторов; количество доступных ресурсов и машин, их характеристики и конфигурации, уровень автоматизации системы, тип системы обработки материалов и т. д.
В общем, производственные модели связаны с «машинами», которые относятся к ресурсам, и «заданиями», которые являются задачами, которые необходимо выполнить. В производственных процессах задание может состоять из одной или нескольких операций на разных типах машин.
В общих чертах, модели, используемые для планирования и составления графиков производства, включают в свои расчеты переменные, в основном связанные с имеющимися у них ресурсами, машинами, количеством рабочих, типом оборудования, типами процессов и т. Д. В свою очередь, существует ряд ограничений во всех производственных процессах, которые необходимо учитывать, чтобы получить планы задач, аналогичные реальности, которые позволяют контролировать производство.
В следующих главах изучаются основные доступные ресурсы и необходимые ограничения в моделях планирования производства.
Работы, Машины и Установки
Что касается работ, машин и оборудования, у нас есть следующие параметры, которые используются в моделях планирования и календарного планирования:
Параметры, необходимые для разработки моделей, можно разделить на параметры процесса и продукта, а также на параметры машины и установки.
Для первых у нас есть некоторые начальные данные, которые, если они являются данными, которые остаются постоянными во времени (статические) или изменяющимися данными во время моделирования (динамические).
Необходимые статические данные:
- Время обработки: время для выполнения работы на машине.
- Дата запуска: дата, когда задание может начать процесс.
- Срок годности: согласованная с клиентом дата доставки товара.
- Вес: это приоритет работы. Он может представлять собой стоимость обслуживания задания в системе, а также стоимость хранения или добавленную стоимость, назначенную заданию.
Динамические данные перечислены ниже:
- Начальная точка: это момент, когда работа начинается на заводе.
- Время завершения: это момент, когда работа на машине завершена.
С другой стороны, важными характеристиками моделей планирования и составления графиков являются конфигурации машин, для этого у нас есть:
- Модели одной машины: они важны, так как почти все системы могут быть этого типа. Когда у вас есть узкое место, машина, которая его вызывает, определяет производительность всей системы, поэтому ее можно смоделировать как единую машину. Эти модели были тщательно проанализированы, по этой причине существует набор правил, которые определяют поведение, некоторые из них: сначала самая ранняя дата истечения срока действия или сначала самое короткое время обработки.
- Модель параллельных машин: это обобщение модели единой машины. Узкими местами были группы одинаковых машин.
- Мастерская с гибким потоком: это тот случай, когда на разных машинах параллельно выполняется несколько работ. Задания проходят идентичные процессы, но каждый процесс имеет несколько машин.
- Мастерские (Jobshop): это мастерские с несколькими операциями, у каждой работы разные маршруты.
- Модели цепочки поставок: они самые общие, это сеть, которая соединяет между собой различные объекты, либо с гибким потоком, либо с помощью рабочих мест. При планировании основное внимание уделяется производству каждого объекта, а также транспортировке продукции в рамках установленной сети.
Все эти параметры и конфигурации должны соответствовать ряду ограничений, которые определяют и настраивают всю модель.
Ограничения процесса
Модели планирования производства должны имитировать реальное производство в компаниях. Параметры, которые настраивают модели, находятся в разделе «Рабочие места, машины и оборудование». Ограничения, которые должны соблюдаться для переменных, участвующих в модели, перечислены ниже.
- Ограничения приоритета: это связано с невозможностью запуска некоторых заданий до завершения других.
- Ограничения приемлемости машины: в параллельных моделях машин задания могут выполняться только на определенных машинах.
- Ограничение рабочей силы: рабочая сила необходима для работы с машинами, а управлять ими всего несколько человек. Работа должна подождать, если для ее выполнения нет доступной рабочей силы. Кроме того, необходимо учитывать, что не все люди обладают одинаковыми качествами и навыками, есть группы людей с определенными специальностями.
- Ограничения маршрута: это ограничение определяет маршрут, по которому задание должно выполняться для выполнения, то есть порядок, в котором задание должно посещать разные машины.
- Ограничение на погрузочно-разгрузочные работы: это ограничение зависит от степени автоматизации работ, для высокоавтоматизированных работ требуются автоматические системы обработки материалов. Когда позиции устанавливаются вручную, время обработки материала должно быть согласовано со временем обработки. Система транспортировки материалов требует большой зависимости между временем начала операции и временем завершения ее предшественницы. Даже если у вас есть система обработки материалов, всегда будет место на складе, которое называется незавершенным производством.
- Стоимость и время установки в зависимости от последовательности: машины необходимо перенастраивать или чистить между заданиями. Если величина изменения зависит от работы, которая завершена, и от работы, которая продолжается, говорят, что они зависят от последовательности. Все это время приводит к затратам либо низкого качества, поскольку первые продукты, как правило, не принимаются, а также к затратам на рабочую силу, поскольку в это время, помимо прочего, не создается добавленная стоимость.
- Ограничения на место для хранения и время выполнения заказа: почти во всех производственных системах есть ограничения на пространство для незавершенного производства. По этой причине это становится ограничением, поскольку, когда запас между двумя машинами полон, предыдущая машина должна прекратить производство.
- Изготовление на склад (MTS) и Изготовление на заказ (MTO): завод может выбрать наличие продуктов на складе при стабильном спросе и с небольшим риском устаревания. Решение о производстве на склад влияет на процесс планирования, поскольку у продуктов не будет сжатых сроков поставки. Когда запасы продуктов достигают нуля или определенного уровня в зависимости от времени производства, запускаются новые производственные заказы и, таким образом, восстанавливаются запасы. Уровни запасов зависят от продолжительности процесса и стоимости хранения запасов. У заказов на заказ есть конкретная дата доставки, а количество устанавливается клиентами. Многие фабрики работают на сочетании двух МТС и МТО.
- Приоритеты: иногда во время выполнения задания возникает событие, которое приводит к прерыванию рабочего задания для подготовки машины к выполнению другого рабочего задания. Это происходит, когда у вас более высокий приоритет. При этих приоритетах прерванная работа может быть продолжена позже, а иногда прерванная работа теряется.
- Транспортные ограничения: если у вас есть объекты, связанные друг с другом сетью, то планирование и составление графиков цепочки поставок становится важным. Транспортировка - это время, необходимое для перемещения продуктов между двумя объектами. Существуют ограничения на время выхода из объекта в зависимости от количества перевозимых продуктов.
Эти параметры и ограничения характеризуют модели планирования производства.
Во второй части показаны основные модели, используемые для планирования и составления графиков производства, разделенные в соответствии с потребностями компании.
Модели для планирования производства
Модели производственного планирования делятся на определенные классы:
Первый класс моделей - это планирование и составление графиков проектов. Его характеристики: они состоят из серии заданий, которые начинаются в соответствии с ограничениями предыдущих заданий. Пока одни задачи не будут выполнены, другие не начнутся. Цель состоит в том, чтобы минимизировать общее время выполнения. Важно определить серию заданий, которые определяют «Makespan» (время между началом и концом работы), эти задачи определяют время завершения проекта, и в заключение именно эти задачи нельзя откладывать.
Планирование и составление графиков проекта
Метод критического пути (CPM)
Этот метод учитывает количество заданий с ограничениями приоритета, у которых есть определенное время обработки. Параллельно работает неограниченное количество машин, и цель состоит в том, чтобы минимизировать «Makespan». Помимо машины (а она всегда есть в наличии), работа не требует никаких других ресурсов. Этот метод объясняется следующим алгоритмом:
Начинается с нуля, когда начинается обработка заданий, не имеющих предшественников. Каждый раз, когда задание завершает свой процесс, оно начинает обработку тех заданий, которые все его предшественники завершили обработку. В этом типе последовательности все задания без предшественников будут начинать обработку в самое раннее возможное время начала и завершаться в самое раннее возможное время окончания. В этом нет необходимости для минимизации «Makespan», можно отложить запуск определенных заданий и не повлиять на него.
Следующий алгоритм показывает последнее возможное время начала и время окончания, которые не повлияют на «Makespan», это называется обратной процедурой. В этой процедуре вы начинаете не в нулевое время, а скорее в максимальное время окончания, и ищите время последнего начала и окончания.
Работа, в которой самое раннее время начала опережает самое позднее возможное время начала, называется незанятой. Промежуток времени между последним и самым ранним - это свободное время, его обычно называют плавающим. Работа, в которой самое раннее время начала совпадает с последним возможным временем начала, называется критической работой. Набор критических заданий формирует критический путь. Критических путей может быть несколько, и они могут перекрываться.
Методика оценки и обзора программ (PERT)
В отличие от предшествующего уровня техники в этом процессе время является переменным для каждой из работ. У каждого времени процесса есть среднее значение и дисперсия, известные для каждого задания. Алгоритм такой же, как и для CPM, но расчет для минимизации «времени изготовления» более сложен. При этом учитывается, что будет получено три разных сценария. Оптимист, пессимист и желанный.
СКИДКИ: ВРЕМЯ / СТОИМОСТЬ
В предыдущих процессах мы видим, что если ресурсы, назначенные заданию, увеличиваются, время обработки может быть сокращено, для этого мы должны предположить, что у нас есть бюджет, чтобы иметь возможность разместить больше ресурсов в некоторых установленных действиях. В соответствии с этим существует стоимость, которая зависит от количества времени, которое вы хотите сэкономить на каждой из работ. В соответствии с этим можно установить минимальное время, которое может быть достигнуто, и максимальное время и, в свою очередь, стоимость работы в зависимости от того, будет ли она выполнена в минимальное или максимальное время. Чтобы узнать стоимость проекта, необходимо определить наиболее подходящее время, в которое может быть выполнено каждое задание, и таким образом оптимизировать проект, получая более короткие сроки выполнения, не жертвуя заложенными в бюджет затратами проекта.
Составление графиков проектов с ограничениями по рабочей силе
В реальном мире существует ряд ограничений, связанных с трудом. Персонал состоит из ряда групп, в которых есть определенное количество операторов с определенными навыками. Каждое задание требует выполнения определенного количества операторов из каждой группы. Целью всегда является максимизация прибыли, поэтому труд должен распределяться по рабочим местам наилучшим образом.
Планирование машины и мастерской
Второй класс включает простую машину, параллельные машины и мастерскую. Работа - это в основном операции, выполняемые на машине. В мастерской задание - это серия операций на разных машинах, которые настраивают продукт, у них есть определенный маршрут. Операции должны быть организованы таким образом, чтобы минимизировать одну или несколько целей, таких как Makespan или количество невыполненных работ.
В этом разделе рассматриваются модели, которые включают мастерские или также известные как рабочие места. Обычно в мастерской работа проходит на разных типах машин, а также может проходить через одну и ту же машину несколько раз. Мастерские обычно распространены в отраслях, где каждый клиент уникален и имеет свои собственные параметры, например, в больнице, в которой пациенты работают, у каждого свое уникальное заболевание и процедура.
Сначала мы рассмотрим мастерские с одной машиной, которая представляет собой простейший пример использования модели. Даже самые сложные случаи планирования производства в цехе разбиваются на задачи одной машины в сети.
В случае простой машины учитывается, что дата запуска равна нулю, а срок годности бесконечен, это означает, что с целью минимизации времени изготовления (времени обработки работы) это не будет зависеть от производственной программы, это означает что время процесса не имеет ограничений.
Но для других целей существуют определенные правила, позволяющие оптимизировать производственные графики. Если цель состоит в том, чтобы минимизировать общее взвешенное время завершения, тогда оптимальным является правило «Сначала взвешенное кратчайшее время обработки» (WSPT), которое планирует задания в порядке убывания согласно взвешенному времени обработки., С другой стороны, если целью является максимальная задержка и задания начинаются с нулевой даты запуска, то правило «Сначала самая ранняя дата выполнения» (EDD), в котором задания планируются в порядке возрастания по времени обработки является наиболее оптимальным. Выше приведены статические правила приоритета.
Существует еще одно правило, связанное с EDD, которое является правилом «сначала минимальный резерв» (Minimum Slack first - MS), который выбирает, когда машина доступна, задание, ожидающее минимального резерва. Slack - это время, которое у задания есть до того, как оно должно начать обработку, чтобы достичь завершения в требуемый срок. Это правило динамического приоритета, поскольку этот приоритет является функцией времени каждого задания.
Существуют и другие цели, такие как общая задержка и взвешенная общая задержка, которые сложнее оптимизировать. Это достигается с помощью эвристического процесса, называемого «Сначала затраты на кажущуюся опоздание» (Сначала стоимость очевидной задержки - ATC). смешать между MS и WSPT.
В случаях, когда машины используются параллельно, продолжительность изготовления зависит от производственной программы. Задача рабочего времени, которая играет важную роль при параллельной балансировке машинных нагрузок, порождает еще одно правило приоритета, «сначала самое долгое время обработки» (LPT), в этом правило, когда машина освобождается, для продолжения выбирается самое долгое ожидание. Логика заключается в том, что, если более короткие работы оставить напоследок, легче сбалансировать машины.
Правила SPT и WSPT также важны в параллельных машинах, как и эвристическое правило ATC.
В заключение, в зависимости от целей, поставленных в отношении услуг, которые будут предоставляться клиентам, необходимо выбрать наиболее подходящее правило приоритета и выполнить производственную программу в соответствии с ним.
Планирование в гибких сборочных системах
Третий класс ориентирован на гибкие системы сборочного производства. Транспортное средство контролирует перемещение каждой работы, а также время обработки на каждой машине. Обычно цель состоит в том, чтобы максимизировать пропускную способность (скорость производства).
Гибкие системы сборки отличаются от рабочих мест, которые описаны в предыдущем разделе. В мастерских каждое задание имеет свою индивидуальность и может отличаться от других заданий, наоборот, в гибкой системе сборки существует определенное ограниченное количество продуктов, и обычно производится установленное количество каждого типа продукта. Две единицы одного и того же продукта идентичны.
Перемещение работ в гибкой сборочной системе часто контролируется системой обработки материалов, которая накладывает ограничения на время запуска работ на машинах или рабочих станциях. Время начала задания на машине является функцией времени завершения предыдущей машины в соответствии с маршрутом задания. Система обработки материалов также ограничивает количество заданий, ожидающих на складе между машинами.
Для этого типа производственных систем мы объясним две модели:
Программирование системы безразмерной сборки
Он состоит из производственной линии с несколькими последовательно соединенными машинами и рабочими станциями. Линия аритмичная, это означает, что машина может использовать необходимое время для любой работы. Между последовательными машинами есть определенные запасы, которые могут вызвать задержки и отсутствие гибкости. В заданных количествах производится ряд различных типов продуктов, и цель состоит в том, чтобы максимизировать пропускную способность. Этот тип линии используется, например, в линиях по производству копировальных аппаратов. На одной линии производятся разные типы копировальных аппаратов. Разные модели обычно относятся к одному семейству и имеют много общих характеристик. Однако они различаются по вариантам. У некоторых есть автоматическая система кормления, а у других нет.у некоторых других линзы сделаны лучше, чем у других. Причина, по которой разные копировальные аппараты имеют разные опции, означает, что время обработки на определенных станциях может отличаться. Чтобы выполнить программирование, вы начинаете с создания последовательности заданий, заданных в определенном порядке, после этого та же последовательность повторяется несколько раз, в результате получается циклическая последовательность. Каждое из этих повторений известно как минимальный набор деталей (MPS - Minimun Part Set). Чтобы максимизировать пропускную способность, необходимо минимизировать MPS. Чтобы достичь этого, мы начинаем с выбора задания с наибольшим временем обработки, затем выбираются и планируются некоторые из недостающих заданий после выбранного, и вычисляется непроизводительное время машин.Затем выбираются другие задания и повторяется предыдущий шаг. Когда все задания были проанализированы, выбирается та, которая генерирует наименьшее непроизводительное время, и является правильной для соблюдения последовательности.
Программирование системы поэтапной сборки
Эта система содержит конвейер, который движется с постоянной скоростью. Производимые единицы перемещаются с одной рабочей станции на другую с фиксированной скоростью. У каждой рабочей станции есть свои возможности и ограничения. Опять же, необходимо собрать несколько различных типов продуктов. Цель состоит в том, чтобы запланировать задания таким образом, чтобы ни одна рабочая станция не была перегружена, а время настройки было минимальным. Эта система очень распространена на производственных линиях автомобилей, где разные модели должны собираться на одной производственной линии. Транспортные средства должны иметь разные цвета и разные варианты оснащения. Планирование транспортных средств должно учитывать время настройки балансировки и рабочие нагрузки.
Для этой системы необходимо учитывать важную характеристику: время цикла на единицу - это время между выходом из линии двух последовательных продуктов. Время цикла обратно пропорционально производительности.
Принимая во внимание переменные, связанные с этими системами, при программировании следует стремиться к 4 типам целей.
- Минимизируйте время приготовления между разными типами продуктов.
- Соблюдайте сроки поставки продукции.
- Оптимизировать физическое пространство, определяя длину производственной линии
- Держите расход материалов и деталей на хорошем уровне
Для выполнения производственного планирования существует метод, называемый группировкой и интервалом (Grouping and Spacing - GS), он состоит из 4 этапов:
1. Определите количество запланированных заданий.
2. Сгруппируйте задания по операциям с наибольшим временем настройки.
3. Заказывайте эти подгруппы с учетом дат отгрузки.
4. Распределите работу по подгруппам с учетом операций, имеющих ограничения по мощности.
Дополнительная информация на сайте: Production Planning.com
Источник: HERRMANN, Джеффри В. «Справочник по календарному планированию производства». Springer Science-Bussines Media, Inc. 2006 г.
