В статье рассматривается метод анализа и устранения узких мест технологических, логистических и организационных бизнес-процессов. Для исследования технологических, логистических и организационных бизнес-процессов применяется подход мультиагентных процессов преобразования ресурсов. Для моделирования процессов преобразования ресурсов требуется все больше вычислительных ресурсов. В связи с этим является актуальным выявление и использование новых принципов построения и анализа мультиагентных моделей процессов преобразования ресурсов. Метод анализа и устранения узких мест мультиагентного процесса преобразования ресурсов основан на интеграции модели процесса преобразования ресурсов, операционного анализа вероятностных сетей, мультиагентного подхода и экспертных систем. Метод анализа и устранения узких мест мультиагентного процесса преобразования ресурсов программно реализован в автоматизированной системе выпуска металлургической продукции.

автоматизированная информационная система

технологические операции

процесс преобразования ресурсов

узкое место

мультиагентное моделирование

1. Аксенов К.А., Аксенова О.П., Ван Кай. Планирование портфеля проектов в строительстве на основе мультиагентного имитационного моделирования // Научно-технические ведомости СПбГПУ № 6 (162) 2012. Информатика. Телекоммуникации. Управление. г. С.-Петербург С. 171–174.

2. Аксенов К.А., Антонова А.С., Спицина И.А., Сысолетин Е.Г., Аксенова О.П. Разработка автоматизированной системы анализа, моделирования и принятия решений для металлургического предприятия на основе мультиагентного подхода // Автоматизация в промышленности. – М., 2014. – № 7. – С. 49–53.

3. Аксенов К.А., Ван Кай, Аксенова О.П. Решение задачи планирования портфеля проектов и анализа узких мест бизнес-процесса на основе мультиагентного моделирования и метода критического пути // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 2; URL: www..04.2014).

4. Аксенов К.А. Модель мультиагентного процесса преобразования ресурсов и системный анализ организационно-технических систем. // Вестник компьютерных и информационных технологий. - 2009. - № 6. - С. 38–45.

5. Бородин А.М., Мирвода С.Г., Поршнев С.В. Анализ современных средств прототипирования языков программирования // Программная инженерия. – 2014. – № 12. – С. 3–10.

6. Бородин А.М., Мирвода С.Г., Поршнев С.В. Особенности тестирования устойчивости к сбоям корпоративных информационных систем методом генерирования отказов // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 5. – URL: www..02.2015).

7. Литвин В.Г., Аладышев В.П., Винниченко А.И. Анализ производительности мультипрограммных ЭВМ. M.: Финансы и статистика. - 1984. - 159 c.

8. Томашевский В., Жданова E. Имитационное моделирование в среде GPSS. М.: Бестселлер. - 2003. - 416 c.

9. Aksyonov K.A., Bykov E.A., Aksyonova O.P. Application of Multi-agent Simulation for Decision Support in a Construction Corporation and its Comparison with Critical Path Method // Applied Mechanics and Materials Vols. 278-280 (2013) Trans Tech Publications, Switzerland. doi:10.4028/www.scientific.net/AMM.278-280.2244. pp. 2244–2247.

Существующие методы анализа и имитационного моделирования технологических, логистических и организационных бизнес-процессов часто сталкиваются с объектами, в которых количество элементов превышает сотни. В связи с этим для проведения имитационного эксперимента таких моделей требуется все больше вычислительных ресурсов и машинного времени. Технологические, логистические и организационные бизнес-процессы относятся к процессам преобразования ресурсов. Спецификой данных типов процессов является существование в их составе подпроцессов (операций) принятия и согласования решений, подпроцессов или элементов управления, лиц, принимающих решения (ЛПР). Для формализации моделей ЛПР и сценариев принятия (управления и согласования) решений в данной работе предлагается использовать аппарат мультиагентных и экспертных систем. В связи с этим является актуальной задача разработки нового метода анализа и устранения узких мест мультиагентных процессов преобразования ресурсов (МППР) .

Метод анализа и устранения узких мест мультиагентного процесса преобразования ресурсов

Рассмотрим два основных элемента процесса МППР (операцию и агента) , используемых для анализа и устранения узких мест процессов предприятия (технологических, логистических, организационных бизнес-процессов). В качестве теоретической основы метода использован операционный анализ вероятностных сетей .

Для оценки выполнения операции Op процесса МППР рассмотрим следующие ее параметры: среднюю очередь заявок к операции QOp_ср, среднюю загруженность операции UOp_ср, простой операции из-за отсутствия средств PMechOp, простой операции из-за отсутствия входных ресурсов PResOp:

,

,

где T END - время наблюдения (длительность интервала наблюдения за процессом),

N - количество выполнений операции Op за время наблюдения T END ,

T OP - длительность выполнения операции Op ,

Tact - единица измерения времени,

Count_ Mech_ UnLock - количество единиц средства, не заблокированное при выполнении текущих операций,

Count_ Mech_ Use - количество единиц средства, необходимое для запуска операции Op ,

Count_ Res - текущее количество единиц ресурса,

Count_ Res_ In - количество единиц ресурса, необходимое для запуска операции Op .

Аналогично оценке очереди проводится оценка среднего состояния ресурсов (как входных, так и выходных по отношению к определенной операции или правилу агента). Для оценки использования средства в операциях процесса рассмотрим среднюю загруженность средства UMech_ср:

,

где Count_Mech_Lock - количество единиц средства, заблокированное при выполнении текущих операций,

Count_Mech - общее количество единиц средства.

Статистику функционирования агента будем анализировать исходя из средней очереди заявок к агенту QAg_ср и средней загруженности агента по обработке заявок UAg_ср:

,,

где - оператор обработки заявки (создание, удаление или блокировка (включая изменение параметров) заявки),

AgSolutIf - условия агента «Если»,

AgSolutThen - условия агента «То».

Представим правила анализа параметров процесса МППР и устранения узких мест (правила изменения (свертки / развертки)) в виде диаграмм поиска решений (рисунок 1). Вершины графа имеют следующие обозначения: 0 - нулевое значение, М - малое значение, С - среднее значение, В - высокое значение соответствующего объекта графа (очереди, загруженности или простоя). Пунктирные линии переходов графа соответствуют решениям для нулевой и малой очередей заявок к операции, сплошные линии - решениям в оставшихся случаях.

В результате проведения эксперимента формируется статистика выполнения операций, функционирования агентов, расходования и формирования ресурсов и заявок и использования средств в операциях процесса МППР. По результатам анализа экспериментов диагностируются узкие места, принимается решение о свертке/развертке процесса МППР (устранении узких мест). Критерием остановки метода анализа и устранения узких мест процесса преобразования ресурсов является снижение времени ожидания до допустимых значений по всем блокам.

Изменение процесса МППР осуществляется следующими действиями: либо удалением операции, либо добавлением параллельной операции; добавлением/удалением (увеличением/уменьшением количества) средств используемых операцией(операциями); увеличением/уменьшением количества ресурсов; добавлением или удалением правила агента, удалением агента.

Рис.1. Диаграммы поиска решений применения правил анализа и устранения узких мест процесса МППР

Метод программно реализован в автоматизированной системе выпуска металлургической продукции (АС ВМП) . Предварительным этапом работы метода являются создание и доработка (модификация) модели процесса предприятия в модуле создания моделей процессов (СМП). На рисунке 2 представлена блок-схема метода анализа и устранения узких мест процесса МППР. Сокращения, используемые на рисунке:

ИМ - модуль интеграции моделей;

КЗ - модуль конструктор запросов;

ОПП - модуль оптимизации процессов предприятия;

СМП - модуль создания моделей процессов;

ТБПИ - типовой постоянно действующий бизнес-процесс металлургического предприятия по изменению производственных процессов.

Рис. 2. Общая схема метода анализа и устранения узких мест мультиагентного процесса преобразования ресурсов

Рассмотрим основные этапы метода. Предлагаемый метод состоит из следующих этапов (нумерация этапов в соответствии с нумерацией блоков рисунка 2).

1. Если модель процесса предприятия была ранее построена в модуле СМП, то переходим на следующий этап. При построении имитационной модели процесса предприятия (в модуле СМП) строятся следующие подмодели:

1) генерации объектов (единиц продукции (ЕП) / проектов / заказов), такой объект в модели МППР представим в виде экземпляра заявки (транзакта) с набором атрибутов;

2) процессов прохождения объектов (технологических, логистических и организационных бизнес-процессов, связанных с обработкой единиц продукции на агрегатах и оборудовании, транспортировке ЕП и выполнением заказов / этапов проекта / производственных операций), в модели МППР маршрут обработки заявки формируется цепочкой блоков, состоящих из преобразователей (операций и агентов);

3) поставок потребляемых ресурсов (сырья, материалов и полуфабрикатов), в модели МППР маршрут поставки ресурсов формируется цепочкой блоков, состоящих из операций и агентов;

4) работы средств (станки, оборудование, агрегаты, транспорт, персонал).

2. С целью актуализации модели текущим процессам предприятия в модуль ОПП предварительно необходимо обновить значения переменных модели путем взаимодействия с модулями КЗ и ИМ.

4. Планирование эксперимента в соответствии с выдвинутыми гипотезами. Составление плана экспериментов заключается в выборе таких входных (управляемых) параметров модели, значения которых оказывают наибольшее влияние на значения выходных (оцениваемых) параметров модели.

5. Имитационные эксперименты проводятся в модуле ОПП. Эксперименты проводятся согласно плану экспериментов до нахождения оптимального или эффективного решения.

6. При диагностике узких мест анализируются следующие параметры процесса МППР:

1) коэффициент использования операции, средства, агента;

2) среднее время заявки в очереди к операции, агенту;

3) простой операции из-за отсутствия средств и/или входных ресурсов. Для оценки динамики работы операции и агента анализируются средняя очередь заявок к операции, агенту, а также среднее состояние ресурсов.

7. В результате проведения эксперимента формируется статистика выполнения операций, функционирования агентов, расходования и формирования ресурсов и заявок и использования средств в операциях процесса МППР. По результатам анализа статистики экспериментов диагностируются узкие места и принимается решение об изменении (свертке/развертке) процесса МППР. На данном этапе осуществляется выбор оптимального решения.

Критерием остановки метода также может являться снижение времени ожидания до допустимых значений по всем блокам модели. Данный этап направлен на решение задачи распараллеливания параллельных процессов во времени по производству единиц продукции, входящих в заказ(заказы) (в блоках имитационной модели могут возникать ситуации с параллельной обработкой заявок).

8. Если на предыдущем этапе было найдено оптимальное решение, то переходим на 12-й этап, иначе на 11-й (см. рисунок 2).

9. В случае, если на этапе 9 не было найдено оптимальное решение, то осуществляются корректировка плана экспериментов и переход на этап 5.

10. В случае, если на этапе 9 было найдено оптимальное решение, то осуществляется выдача рекомендаций по изменению процесса. Данный этап инициирует запуск ТБПИ по совершенствованию процесса предприятия (технологического, логистического, организационного бизнес-процесса) с целью устранения узких мест.

Метод прошел апробацию на задаче балансировки ресурсов бизнес-процесса .

Заключение

Задача разработки метода анализа и устранения узких мест мультиагентного процесса преобразования ресурсов решена в результате интеграции операционного анализа вероятностных сетей, мультиагентного подхода, модели процесса преобразования ресурсов и аппарата экспертных систем. Разработаны правила анализа и устранения узких мест (правила изменения) мультиагентного процесса преобразования ресурсов, построенные на основе диаграмм поиска решений. Метод программно реализован в автоматизированной системе выпуска металлургической продукции.

Работа выполнена в рамках договора № 02.G25.31.0055 (проект 2012-218-03-167) при финансовой поддержке работ Министерством образования и науки Российской Федерации.

Рецензенты:

Поршнев С.В., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой Радиоэлектроники информационных систем, ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б.Н. Ельцина», г. Екатеринбург;

Доросинский Л.Г., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой Теоретических основ радиотехники, ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б.Н. Ельцина», г. Екатеринбург.

Библиографическая ссылка

5.3 Классификация узких мест

Узкие и широкие места являются разновидностями диспропорций, связанной с тем, их пропуская способность является соответственно меньшей или большей по отношению к расчетной.

Производственная система не может в течение длительного времени функционировать в рамках заданных ей расчетных пропорций. Даже если первоначально она и находилась в таком состоянии, то под воздействием различных факторов (физический износ оборудования, научно-технический прогресс, использование передового опыта и др.) производственные мощности отдельных ступеней изменяются (уменьшаются или увеличиваются), причем неравномерно. Это одна из основных причин диспропорциональности и, в частности, узких мест. Кроме того, диспропорции могут создаваться на стадии проектирования производственных систем. Они могут проектироваться сознательно, а могут быть следствием неверных проектных решений. Сознательно создаваемые диспропорции (широкие места) являются результатом экономически обоснованного резервирования мощностей отдельных видов оборудования (статичных элементов) в связи с необходимостью учета фактора динамизма мощностей.

Причиной неверных проектных решений, приводящих к возникновению диспропорций (как узких, так и широких мест), является слабо развитая теоретическая и методическая база организации производства.

Таким образом, в качестве первого признака классификации узких мест используем признак области их возникновения. Согласно этому признаку узкие места можно разделить на создаваемые на стадии проектирования и на стадии эксплуатации производственных систем.

В качестве второго признака классификации можно использовать признак экономической оценки узких мест. Согласно этому признаку их можно разделить на экономически целесообразные и нецелесообразные. С понятием узкого места мы, как правило, связываем сегодня необходимость выполнения комплекса технологических и организационных мероприятий, направленных на его устранение. Но каждое ли узкое место нуждается в устранении? Здесь нужен экономический подход. Устранение узкого места связано с определенными потерями и затратами: в ряде случаев это потребует остановки на некоторое врем

Анализ организации труда на примере предприятия ООО "Оренбургский радиатор"

кооперация разделение труд режим Необходимая часть организации труда -- организация рабочих мест. Рабочее место -- это первичное звено производства, зона трудовой деятельности рабочего или группы рабочих (если рабочее место коллективное)...

Анализ состояния организации труда и проектирование индивидуальных трудовых процессов

Деятельность индивидуального предпринимателя Емельянова А.С.

1. Внешняя деятельность предприятия, работа с клиентами. Хотя предприниматель достаточно хорошо известен в близлежащих районах г. Магнитогорска, он полностью игнорирует рекламу своего предприятия. Из-за этого в отдаленных, и даже соседних...

Методика комплексного анализа хозяйственной деятельности

По любому показателю совокупность анализируемых значений упорядочивается от лучшего к худшему таким образом, что лучшему значению присваивается первое место, следующему - второе и т.д. полученные места суммируются...

Организация труда на основе изучения трудовых процессов

Главной задачей организации рабочего места - создать такие производственные условия, при которых движение рабочих были бы наименее утомительными и наиболее продуктивными. Рабочее место - это зона приложения труда...

Организация труда на предприятии общественного питания "Три вяза"

· Разработка рациональных приемов и методов труда · Нормирование труда · Обеспечение здоровых и безопасных условий труда · Организация оплаты и материального стимулирования труда · Воспитание дисциплины труда Четыре из названных...

Планирование деятельности предприятия

Для расчета производственной мощности и выявления “узких мест” производства необходимо составить баланс производственной мощности по предприятию (таблица 2)...

Планирование и организация производства кисломолочных напитков

Узкие места - это цехи, участки, агрегаты, установки и группы оборудования, основного и вспомогательного производства, пропускная способность которых, не соответствует мощности ведущего звена, по которому установлена производственная мощность...

Понятие структуры предприятия, его характеристика

· простое рабочее место (одна единица оборудования, один рабочий); · многостаночное рабочее место -- один рабочий обслуживает несколько видов оборудования (как правило...

Расчет технико-экономических показателей участка по заданной программе

Рабочее место -- это неделимое в организационном отношении (в данных конкретных условиях) звено производственного процесса, обслуживаемое одним или несколькими рабочими...

Расчет технологической себестоимости производства детали

Принимаю число рабочих мест равное 3...

Расчёт технико-экономических показателей ремонтного участка АТП по восстановлению гильзы цилиндра двигателя ЗМЗ-53

Количество и стоимость оборудования необходимого для выполнения программы ремонта деталей рассчитывается отдельно по каждой операции, исходя из числа единиц оборудования. Для расчета числа постов...

Под рабочим местом понимается зона, оснащенная необходимыми техническими средствами, в которой осуществляется трудовая деятельность исполнителя или группы исполнителей, совместно выполняющих одну работу или операцию...

Совершенствование организации и обслуживания рабочих мест

Важное значение имеет планировка рабочего места, под кото-рой понимается целесообразное пространственное размещение в горизонтальной и вертикальной плоскостях функционально взаи-моувязанных средств производства (оборудования, оснастки...

17. Анализ возникающих на предприятии узких мест.

Задача оперативного планирования производственной программы заключается в определении номенклатуры и объемов продукции. Для этого должны быть известны следующие данные:

1) цены на продукцию;

2) затраты на производство продукции;

4) располагаемые производственные мощности.

Проблематика планирования производственной программы

определяется прежде всего видом и количеством узких мест в производстве. Кроме того, значение имеют возможные альтернативные технологические процессы. Речь идет об устанавливаемом оборудовании и об интенсивности его использования в производственном процессе.

Возможны различные подходы к планированию производственной программы.

На предприятии существуют три принципиальных подхода:

а) Отсутствие узких мест.

Поскольку нет узких мест, то производиться может вся продукция.

б) Наличие одного узкого места.

Предположим, установлено, что на предприятии есть одно узкое место. Необходимо различать случаи единственного и возможного альтернативного технологического процесса.

Если переменные затраты в единицу времени одинаковы для всех продуктов, то нужно проверить, для всех ли продуктов и процессов суммы покрытия положительны или для отдельных комбинаций продуктов и процессов они отрицательны

Если известны выручка от продажи и переменные затраты на единицу продукции, а значит, и сумма покрытия, то оптимальную производственную программу можно сформировать поэтапно Ориентация на величину суммы покрытия позволяет последовательно составлять программу, если есть только одно узкое место.

в) Наличие нескольких узких мест.

Если при проверке программ сбыта и производства оказывается, что в производстве есть сразу несколько узких мест, то принять решение сложнее. В этом случае следует применять методы линейного программирования.

Планирование оптимальной производственной программы не должно осуществляться исключительно с затратной точки зрения, необходимо учитывать ориентированные на прибыль критерии. Данные расчетов по полным затратам недостаточны для планирования оптимальной производственной программы, поскольку при таких расчетах затраты не разделяются на переменные и постоянные. Наряду с затратами необходимо учитывать влияние управленческих решений на выручку от продажи и суммы покрытия. В связи с этим требуется использовать данные расчетов сумм покрытия.

Наличие одного узкого места может объясняться двумя причинами:

а) если производственный процесс одноступенчатый, то существующих мощностей оказывается недостаточно для производства максимально возможного количества всех продуктов с положительными суммами покрытия;

б) если производственный процесс многоступенчатый, то узкое место возникает только на одном участке, мощности которого не хватает для производства всех продуктов.

Если на предприятии есть узкое место, необходимо рассчитать относительные величины сумм покрытия в единицу времени загрузки узкого места по отдельным группам продуктов. С учетом этого следует изменить ранжированную последовательность производства продуктов с целью достижения оптимального значения производственного результата. Определение программы продаж и производства без учета располагаемых мощностей в узком месте приводит к снижению общей суммы покрытия. Это неверное решение, поскольку в таком случае предприятие теряет свои суммы покрытия

Руководитель направления производственных решений, СофтБаланс

Автоматизированные системы посменного планирования в том виде, в котором мы видим их сейчас, берут свое начало в середине 70-х годов прошлого века, когда известный ученый, автор Теории ограничений Элияху Голдратт представил всему миру систему составления расписания производства в целом по предприятию (до того момента считалось, что это невозможно). Те принципы, которые были заложены Голдраттом, работают и сейчас, помогая заводам и фабрикам выстраивать процесс эффективного распределения загрузки производственных мощностей.

В настоящее время есть достаточно большое количество всевозможных систем посменного планирования, - но, несмотря на их разнообразие, нередко встречается ситуация, когда на предприятии либо вообще нет системы посменного планирования, либо она не выполняет своих функций и совершенно «оторвана от жизни».

Тем не менее, не стоит забывать, что любая автоматизированная система - это, прежде всего, инструмент для решения конкретных задач. Главной остается, все же, методология .

Рассмотрим основные проблемы, с которыми сталкиваются менеджеры, ответственные за управление производственным процессом, а также - роль и основные варианты автоматизации некоторых производственных процессов на цеховом и межцеховом уровне.

В статье упомянуты методы и принципы, наиболее эффективно применимые в дискретном производстве (в частности - в машиностроении и приборостроении), однако фундаментальные основы затрагивают любой вид производства, как цепочки взаимосвязанных процессов.

Борьба с просроченными заказами на производстве - пожалуй, основная проблема любого завода. «У нас слишком много заказов, поэтому мы не успеваем » - основное объяснение, которое можно слышать от менеджеров по производству. Так ли это? В большинстве случаев при детальном анализе бизнес-процессов того или иного производственного предприятия мы видим, что ключевая проблема - не в повышенной загрузке («коммерческий департамент заключил слишком много контрактов ») и не в автоматизированной системе (когда ее вообще нет или когда «система не работает »), а - в рациональном планировании производства до уровня конкретного станка .

«Узкие места» и их роль в рациональном планировании производства

Первый шаг в решении проблем пропускной способности производства - это найти «узкие места » (англ. - «bottleneck», дословно - «бутылочное горлышко»). Согласно Голдратту, под «узким местом» понимается рабочий центр (станок, рабочее место, линия), пропускная способность которого меньше или равна потребности в нем со стороны запросов рынка (выраженной, например, в объеме текущего портфеля заказов). В 90% производств есть такие рабочие центры. В зависимости от специфики той или иной отрасли, это могут быть как рабочие места ручной обработки, так и самые современные станки с ЧПУ.

Главный признак «узкого места» - это сравнительно большие очереди деталей и полуфабрикатов на входе станка или рабочего места. «Перед какими станками самая длинная очередь деталей и полуфабрикатов? На каком этапе производственного цикла наблюдается максимальное время пролеживания? Между какими точками маршрута наблюдается максимальный остаток незавершенного производства? » - ответив на эти вопросы, мы приблизимся к определению «узких мест» на производстве. Вычислив такие рабочие центры, можно приступать к следующему шагу - эффективному производственному менеджменту, основанному на посменном планировании «от узких мест» .

Минимизация - «узких мест» на производстве может обеспечиваться следующими организационными мероприятиями:

• Метод предварительного планирования

Пропускная способность всей производственной линии определяется пропускной способностью самого «медленного» рабочего центра в технологическом процессе. С точки зрения планирования загрузки производственных мощностей, это правило используется при так называемом предварительном планировании производства .

Основная задача данной методики - быстро оценить возможность производства того или иного объема продукции с минимальным количеством входных данных.

Суть метода - в определении загрузки всей производственной линии по анализу загрузки рабочих центров, относящихся к «узким местам». Такой расчет основывается только на одном показателе - производительность рабочего центра для той или иной номенклатуры готовой продукции . При этом не имеет значения, на каком этапе в производственный процесс включается «узкое место». Главное - чтобы технологический процесс включал данный рабочий центр.

Предварительный план производства требует минимум входных данных и рассчитывается относительно быстро (учитывая производительность современных систем автоматизации и при наличии входных данных - практически мгновенно). При применении на предприятии метода предварительного планирования схема иерархии планов производства может выглядеть следующим образом:

Рисунок 1.

Посменные планы формируются напрямую на основании объемно-календарного плана производства. Тем не менее, оценка исполнимости планов производства играет важную роль в принятии управленческих решений менеджеров по производству: данный метод позволяет обеспечить быструю обратную связь между бизнес-процессом составления общего плана производства и бизнес-процессом его размещения в расписании работы оборудования.

• Использование приоритетов заказов. Цветовая маркировка партий и штрихкодирование

Система приоритетов заказов применяется на производственных предприятиях различной специфики достаточно широко за счет своей эффективности и простоты. Цепочка действий по применению приоритетов заказов может выглядеть следующим образом:

Рисунок 2.

Приоритеты заказов, назначенные коммерческим отделом или начальником производства (в зависимости от специфики бизнес-процессов), - влияют на визуальную маркировку всех материалов и полуфабрикатов (деталей и сборочных единиц - ДСЕ), которая - в дальнейшем становится ориентиром - приоритетности обработки для рабочих на всем маршруте производства.

Другой аспект идентификации партий незавершенного производства (НЗП) - это штрихкодирование . Главная задача штрихкодирования партий НЗП - это автоматизация учета факта перемещения деталей, сборочных единиц и прочих полуфабрикатов по маршруту производства. Практика показывает снижение затрат на учет факта движения товарно-материальных ценностей (ТМЦ) по производству на десятки процентов. На сегодняшний день - учет факта движения ТМЦ посредством штрихкодирования партий - атрибут почти любого дискретного производства.

Ключевая идея реализации штрихкодирования в производстве - это использование данных посменного планирования для печати штрихкодов на этикетках, прикрепляемых непосредственно к деталям либо к производственной таре (в зависимости от вида производства). Сменное задание, полученное в результате посменного планирования, содержит всю необходимую информацию об изделии (полуфабрикате):

• код и наименование полуфабриката;
• код и наименование конечной продукции;
• номер и статус заказа;
• код подразделения и обрабатывающего рабочего центра;
• плановое время подачи на обрабатывающий рабочий центр.

Таким образом, при выпуске сменных заданий в системе посменного планирования (как правило - часть MES-системы, от англ. «Manufacturing Enterprise Solution»), оператор системы (или, как вариант, диспетчер) одновременно выпускает этикетки на продукцию, получаемую на конкретном рассматриваемом рабочем центре. По завершении изготовления деталей первого передела, этикетка крепится к детали, и все ее дальнейшие перемещения по маршруту производства отмечаются на рабочем месте учета движения материальных потоков, имеющем сканер штрихкода (СШК).

«У нас на производстве работает самое современное высокопроизводительное оборудование. Мы не можем работать быстрее. » - как правило, это не так. Часто, несмотря на высокую производительность в рамках одного станка, производительность всего предприятия может быть снижена неоптимальным использованием рабочего времени обслуживающего персонала.

По наиболее критичным участкам производства, как правило, обеспечивают такой график работы, при котором оборудование или рабочее место - используется непрерывно. Как правило, - данная мера является исключительно организационной, практически не затрагивая контур автоматизации (за исключением, возможно, автоматизированного учета незапланированных простоев). Следует отметить, что обеспечение непрерывности работы оборудования реализуется-не только путем круглосуточной работы, но и, например, разделением по времени переналадок и перерывов обслуживающего персонала. Таким же образом - исключается ситуация, когда оборудование простаивает между разными партиями деталей из-за того, что наладчики временно заняты другой работой.

Детальное посменное планирование. Общая концепция

Казалось бы, все вышесказанное - не более, чем констатация здравого смысла. Тем не менее, мы часто наблюдаем, как производство «захлебывается» в нарастающем потоке заказов. Даже несмотря на четкое понимание менеджментом того, какие рабочие центры производства являются «узкими местами», - этот факт мало учитывается при управлении производством и при планировании загрузки производственных мощностей.

Теперь рассмотрим - отражение подходов теории ограничений в современных системах автоматизации посменного планирования и управления производством на цеховом и межцеховом уровне. Итак, как было сказано выше, посменное планирование берет входные данные о планах выпуска из следующих источников:

• Объемно-календарные (стратегические) планы производства;
• План выпуска по заказам;
• Индивидуальные внеплановые выпуски продукции;

При планировании могут быть учтены результаты предварительного планирования, о котором также было сказано выше. Однако все виды планирования, выполняемые до посменного планирования содержат информацию только об объеме и составе выпускаемой продукции. Для посменного планирования необходимы также другие минимально необходимые составляющие - это график работы оборудования и рабочих центров , а также нормативная база (или -нормативно-справочная информация, НСИ).

НСИ для посменного планирования состоит из двух разделов:

• Нормативный состав изделия;
• Технология изготовления.

Нормативный состав изделия - это дерево вложенных спецификаций (для многопередельного производства), содержащее информацию о составе готового изделия и всех его узлов вплоть до каждого материала. Технология изготовления - это набор технологических карт производства, элементарными частями которых являются технологические операции . Ключевым показателем здесь является норматив выполнения операции (время в секундах, требуемое для совершения одной операции того или иного вида). Примечание: некоторые эксперты в области автоматизации посменного планирования считают, что построению эффективной системы планирования производства часто мешает отсутствие тщательно выверенной базы нормативов выполнения производственных операций. Однако следует помнить, что наиболее критично иметь точные нормативы только по «узким местам».

Помимо данных планов, графика работы оборудования и НСИ, современная система посменного планирования также использует в качестве входной информации время переналадки и учитывает плановых ремонтов и обслуживания. Общая схема входной информации, используемой системой посменного планирования, представлена ниже:

Рисунок 3

Общий алгоритм формирования посменных планов

Большинство современных систем посменного планирования так или иначе основывается, или, по крайней мере, учитывает теорию ограничений Голдратта, которая привносит ряд критериев оптимизации посменного плана . Задача алгоритма планирования - составить план работы оборудования, а также план потребностей в материалах в краткосрочном периоде (горизонт планирования - месяц, неделя, сутки). Критерии оптимизации в данном случае являются дополнительными ограничителями всех возможных вариантов построения производственной программы (плана производства по сменам). Существует две основных группы критериев оптимизации:

• Критерии оптимизации распределения загрузки рабочих центров;
• Критерии выбора порядка исполнения технологических операций;

Обе группы критериев могут быть произвольно скомбинированы для различных рабочих центров, подразделений, а также для предприятия (цеха, завода) в целом.

Критерии оптимизации распределения загрузки рабочих центров определяют правила выбора, в какой момент и на какой рабочий центр должен быть передан тот или иной материал/полуфабрикат. Существуют следующие основные критерии оптимизации:

• Максимальная мощность грузопотока (объем перерабатываемых ТМЦ в единицу времени в натуральных показателях).
• Минимизация времени переналадки.
• Минимизация времени транспортировки (между рабочими центрами и подразделениями).
• По приоритетам заказов.

Критерии выбора порядка исполнения технологических операций позволяют автоматически определять последовательность технологических операций в пределах очереди технологических операций на одном рабочем центре. Классически выделяются следующие правила распределение операций в очереди одного рабочего центра:

• FCFS (first come, first served - «первой поступила, первой обслужена»);
• LCFS (last come, first served - «последней поступила, первой обслужена»);
• SPT (shortest processing time - выбор в первую очередь коротких операций);
• LPT (longest processing time - выбор в первую очередь длительных операций);
• STPT (shortest total processing time remaining - выбор операций в порядке, обратном оставшемуся времени исполнения маршрута);
• EDD (earliest due date - выбор операции с наиболее ранним сроком выполнения);
• STR/OP (slack time remaining per operation - первыми выполняются операции маршрутов с наименьшим запасом времени в расчете на одну операцию);
• CR (critical ratio - первыми выполняются операции маршрутов с наименьшим критическим отношением, рассчитываемым по формуле:

ВремяДоЗавершенияМаршрута / ДлительностьОперацийМаршрута)

Как видно из списка критериев оптимизации, современные системы автоматизации позволяют решать задачи посменного планирования достаточно гибко, но при одном важном условии - при постановке задачи автоматизации посменного планирования крайне важно иметь прочную методологическую базу. В противном случае, наборы критериев оптимизации будут не более, чем «настройками программы, которая не работает ».

Помимо использования вышеупомянутых критериев оптимизации, современная система посменного планирования реализует второй цикл планирования «от узких мест»: непосредственно при посменном планировании система автоматически определяет список самых загруженных рабочих центров. В этом случае поиск «узких мест» система проводит уже не по критерию соотношения пропускной способности рабочего центра и запросов рынка, а по признакам «узкого места», т.е. - по статистике уровня НЗП, длине очереди и пр.

Заключение

Несмотря на развитие технологий, дискретное производство еще достаточно долго будет подчиняться принципам, открытым еще в 70-х годах прошлого века, поэтому методология управления системными процессами на производстве остается важнейшей базой для эффективного управления предприятием. Нехватка методологии (а как следствие - потребность в проведении управленческого консалтинга) особенно остро наблюдается на предприятиях среднего бизнеса - когда объемы производства уже внушительные, но компания еще не совершила «скачок» на новый уровень управления и автоматизации своих ключевых процессов - производства готовой продукции.

В данной статье тезисно приведены основные возможности систем посменного планирования (как правило - входящих в состав MES-систем) без привязки к конкретному разработчику или решению - для того, чтобы на уровне концепции показать важность подхода, как базы для автоматизации. Каким бы ни был объект автоматизации - сама система посменного планирования всегда остается инструментом в достижении конечной цели производственного предприятия. А конечная цель производственного предприятия - это приносить прибыль (Элияху Голдратт, бизнес-роман «Цель», 1984г.).

Известный физик, доктор Элияху Голдратт обратил внимание Генеральных Директоров на интересный факт: как бы ни старались сотрудники, фирма не сможет произвести продукции больше, чем в состоянии обработать самый узкий участок или станок. Это следует из законов физики: сила потока определяется пропускной способностью самого узкого места. Отсюда напрашивается вывод: чтобы увеличить производительность всей компании, надо найти слабое звено и заставить его работать на полную мощность. В этом и состоит теория ограничений (ТОС) Элияху Голдратта. Расскажем, как это работает на производстве и в рознице.

Голдратт считает, что добиваться максимальной эффективности на каждом отдельно взятом участке рабочего процесса бесполезно - только расширение «узких мест» (или ограничений) даст настоящий прирост эффективности, потому что каждый час простоя «узкого места» (переналадка, ремонт, отсутствие сырья и полуфабрикатов на входе и т.д.) стоит столько же, сколько час простоя всего предприятия. А значит, «узкое место» должно работать на все 100%.

• Пути повышения экономической эффективности производства: три полезных совета

Наглядный пример: если завод за месяц делает 1000 корпусов для холодильников и 100 дверей, то его конечный результат - всего-навсего 100 готовых холодильников. Значит, «узким местом» является выпуск дверей, поскольку без их нужного количества в течение месяца 900 корпусов будут бесполезными. Следовательно, бессмысленно наращивать объемы и мощности на участках производства корпусов - результативность завода повысится только при увеличении выпуска дверей.

Чтобы добиться максимальной производительности «узкого места», Голдратт предлагает использовать свою пошаговую методику. Как она работает на практике в разных компаниях, он подробно разъясняет в своих книгах, написанных в форме производственных романов. Книги Голдратта переведены более чем на 30 языков и продолжают расходиться миллионными тиражами во всем мире, а также используются как учебники во многих бизнес-школах. Все бизнес-романы Голдратта - «Цель», «Дело не в везении», «Критическая цепь», «Выбор» и, наконец, - посвящены различным аспектам теории ограничений и стали бестселлерами.

«5 фокусирующих шагов ТОС»

Уникальность теории ограничений (ТОС) заключается в том, что она позволяет повысить эффективность работы компании почти без дополнительных инвестиций и расширения штата. Главное - правильно найти слабое звено или, как его называет Голдратт, ограничение. Ограничением на предприятии может быть не только медлительное или устаревшее оборудование, но и скудный ассортимент товаров, нерегулярное снабжение, низкий спрос на основную продукцию и услуги, работа в условиях постоянного цейтнота и т.д. Фактически ограничением по ТОС считается любое препятствие для наращивания выпуска готовой продукции (оказания услуг) и повышения прибыли. Голдратт предлагает пятишаговый алгоритм работы над ограничениями.

Шаг 1. Найти основное ограничение - «узкое место»

Для этого нужно провести «инвентаризацию» всех существующих проблем компании, проанализировать их видимые причины. Затем выделить ключевую проблему/противоречие/конфликт. Безошибочно опознать ее, по мнению Голдратта, можно так: это самый проблемный участок, перед которым скапливается самая большая гора незавершенной работы и который порождает наибольшее количество жалоб, конфликтов и авралов.

Шаг 2. Решить, как использовать ограничение с максимальной на данный момент отдачей

На этом этапе надо придумать, как исправить положение, чтобы слабое звено заработало на 100%. Может быть, необходимо изменить существующий процесс производства, или внести коррективы в алгоритм общения с клиентами, или установить новые правила работы на слабом участке и т.д.

Шаг 3. Привести все остальные рабочие процессы в соответствие с установленным ограничением

Голдратт считает, что не нужно беспокоиться об усовершенствовании других рабочих процессов (это не повлияет на общую эффективность), но необходимо гарантировать, что они работают синхронно с ограничивающим ресурсом, так чтобы он никогда не находился в простое. Для этого в теории ограничений используют технику «барабан-буфер-веревка».

«Барабан» - это «узкое место», проблемный участок, задающий темп работы всей компании.

«Буфер» - определенное количество запасов, которое позволит не допускать ни длительного простоя, ни накапливания излишков. Буферные запасы необходимо тщательно планировать и контролировать. Для контроля используется «веревка».

«Веревка» - это сигнал, с помощью которого ограничивается непрерывное поступление материалов/товаров в систему. Она связывает «барабан», т.е. проблемный участок, с операцией подачи материалов, определяя скорость и объем потока. В качестве «веревки» можно использовать, к примеру, расписание работы станка, четкий график поставок или маркировку заказов определенным цветом: красный символизирует опоздание, желтый - следование графику «впритык», зеленый - наличие большого запаса времени. Это означает, что из всех заказов, поступающих на производственный участок, рабочие в первую очередь должны выполнять «красные», затем - «желтые» и в последнюю очередь - «зеленые».

Шаг 4. Увеличить мощность ограничения

После того как вы сделали все, что могли, чтобы добиться максимальной пропускной способности ограничения, можно вкладывать средства в повышение его мощности.

Шаг 5. Вернуться к шагу 1.

Процесс поиска слабых мест (ограничений) должен быть непрерывным. Ограничения есть всегда. Даже если вы провели прекрасные усовершенствования в производстве, ограничением может служить объем продаж, теперь уже не соответствующий возросшей мощности. Устранив одно ограничение, приступайте к следующему, советует Голдратт.

Как это работает: ТОС на производстве

Возможности применения ТОС на производстве иллюстрирует реальный пример из практики российских компаний.

ОАО «Полюс» - завод - производитель холодильных шкафов и камер для торговли и общепита, построенный в 1991 году. Технологии производства были достаточно современными, но из-за плохой сборки конечные изделия получались не очень качественными. К тому же комбинат приобрел репутацию ненадежного поставщика. В результате продажи находились на низком уровне, и завод использовал лишь часть своей проектной мощности (мощности были загружены лишь на 5%).

Внедрение ТОС на «Полюсе» началось с поиска ограничений. Поскольку завод не мог обеспечить изготовление того количества холодильников, которое требовалось для выполнения всех заказов, основным ограничением, или «узким местом», являлось производство.

Шаг 1. Выявление ключевой проблемы. Экспериментальным путем было выяснено, что производственный процесс сильнее всего тормозится на сборочном конвейере. На «Полюсе» сборочный конвейер ежедневно простаивал в течение первых двух часов рабочего дня. Причина заключалась в заливочных машинах, которым требуется время для разогрева. В результате каждое утро рабочие включали машины и ждали, пока те будут готовы к работе. Затем производилась заливка корпусов для холодильников, и они поступали на конвейер, который до этого момента бездействовал. Кроме того, выяснилось, что люди, обслуживающие сборочный конвейер, приступают к работе не сразу, подолгу «раскачиваются», а в середине дня вся бригада в полном составе уходит на обед. Это тоже приводило к временны м потерям и простою конвейера.

Шаг 2. Поиск решения для использования «узкого места» с максимальной отдачей. На «Полюсе» было решено заготавливать корпуса холодильников с вечера и завозить их на конвейер до запуска. Таким образом, к началу работы сборочных бригад у последних все было под рукой. Реализация данной меры потребовала, чтобы примерно десять человек работали дополнительный час вечером и утром. Но связанные с этим дополнительные расходы на оплату труда оказались значительно меньше, чем вложения в приобретение нового заливочного оборудования, не требующего разогрева. Дополнительно был установлен жесткий временной контроль и введено правило, согласно которому сотрудники бригады могли уходить на обед не одновременно, а группами.

Шаг 3. Оптимизация работы «узкого места» (приведение остальных элементов системы в соответствие с ним). Оптимизировать работу сборочного конвейера удалось за счет его частичной разгрузки. Было принято решение некоторые детали собирать в другом цехе и привозить на конвейер уже готовыми. Это позволило сэкономить дополнительное время на сборку и увеличить ежедневный выпуск готовых холодильников.

Шаг 4. Расширение мощности, инвестиции в «узкое место».

На «Полюсе» было внедрено новое оборудование - пробивная машина с программным управлением, которая отличается высокоскоростным режимом работы и способностью обрабатывать заготовки с точностью, приближенной к идеальной. Ее использование позволило увеличить скорость и качество обработки деталей, что соответственно повысило пропускную способность конвейера. В результате общая производительность завода выросла сначала на 40%, а затем - на 70%. Повысить производительность на дополнительные 30% удалось за счет того, что было решено вместо шкафов-боттлеров для хранения напитков производить обычные холодильники. Хотя шкафы-боттлеры приносят вдвое больше прибыли, заготовки для них обрабатываются на пробивной машине в 20 раз дольше, чем заготовки для обычного холодильника. Таким образом, на обычных холодильниках компания в сумме зарабатывала в 10 раз больше, чем на боттлерах.

Шаг 5. Поиск следующего «узкого места» и дальнейшее улучшение всей системы. После увеличения мощности производства ограничением стал недостаточный объем продаж, так как теперь завод не просто выполнял все заказы, но изготавливал даже больше изделий, чем было востребовано покупателями. Справиться с рыночным ограничением также удалось с помощью метода «пяти шагов» за счет того, что была усовершенствована цепочка поставок, и «Полаир» стал предлагать дистрибьюторам более выгодные условия, чем предлагали другие производители.

Результаты внедрения ТОС: всего за два с небольшим года «Полюсу» благодаря ТОС удалось нарастить выпуск холодильных шкафов вчетверо (до 60 000 штук в год), выручку - с $20 млн до $70 млн при одновременном снижении запасов примерно в пять раз и сокращении срока поставок с двух месяцев до недели.