Разработка производственных расписаний



Разработка производственных расписаний завершает процесс, включающий разработку бизнес-плана, агрегатное планирование, составление главного плана-графика производства и ЛП-процедуру. Расписания детализируют планы верхнего уровня, доводя их до конкретных исполнителей и разбивая на краткосрочные задания на смену, сутки, час. Разработка производственных расписаний является одной из сложнейших задач производственного (операционного) менеджмента. На нижнем уровне управления действует много возмущающих внешних и внутренних факторов, а требования к оперативности принятия и исполнения управленческих решений жесткие. В то же время обычно в исполнении одновременно находится на разных стадиях готовности множество заказов, время завершения каждого из которых различно. Если в управлении производственными мощностями проблема сводится к преодолению неопределенности уровня спроса, то на нижнем уровне менеджер имеет дело с неопределенностью спроса во времени.

Производственное расписание представляет собой развертку действий, необходимых для выполнения планов, во времени, фиксируя моменты их начала и завершения и определяя порядок их выполнения. Природа проблемы составления расписаний, встающей перед менеджерами, определяется в значительной степени структурой оперирующей системы и целями, которые необходимо достичь. В рамках заданных ограничений (что можно сделать в производственной системе и что должно быть сделано) менеджер решает задачу составления расписания. При этом сначала он должен решить, какой принципиальный подход необходимо использовать, разрабатывая расписание, затем определить необходимые процедуры этой деятельности, в первую очередь - процедуру увязки расписаний и производственных мощностей.

На процедуру составления расписания оказывают влияние многие факторы. Так, различия между внутренне- и внешнеориенгированными расписани-ями, между зависимыми и независимыми действиями, определяемыми спросом, требуют различных методических подходов к разработке расписаний. Оба указанных выше фактора взаимосвязаны, в результате чего производственный (операционный) менеджмент сталкивается с тремя типами ситуаций составления расписаний, показанными в табл.

Обратное расписание. Это типичный пример внешнеориентированного на дату завершения работ расписания. Серьезной проблемой здесь является оценка продолжительности выполнения отдельных работ (операций), а также времени пролеживания изделий или ожидания в очереди клиентов ввиду занятости следующей операции. Наряду с очевидным отрицательным результатом такого ожидания (усложняется составление расписания) существуют и положительные его стороны. В условиях некоторой внутренней неопределенности (продолжительности работ, работоспособности оборудования и пр.) наличие очередей на обслуживание позволяет более рационально использовать внутренние ресурсы системы. Другими словами, наличие внутренней неопределенности в системе относительно ухудшает шанс обслужить заказчика в срок, но улучшает использование собственных ресурсов. Подобные расписания обычно представляются в виде графиков Гантта, где на ось времени наносятся отрезки прямых, длина которых пропорциональна продолжительности выполнения соответствующих работ (операций). Эти графики названы по имени Генри Гантта, который развил концепцию их построения в конце XIX в. Такие графики наглядны. На них видно, какие рабочие места или подразделения и когда задействованы в процессе. Их недостаток — плохо просматриваются зависимости между операциями.

Расписание, разрабатываемое вперед. Процедура разработки такого расписания будет фактически обратной по отношению к той, что была рассмотрена в предыдущем подразделе. Расписание при этом является внутреннеориентированным и составляется в основном в расчете на определение начала выполнения всех работ (операций).

Очередность выполнения. Процедура поиска очередности используется для определения оптимального порядка пропуска заданий или клиентов сервисных систем через последовательность обрабатывающих или обслуживающих устройств. В случае производственной системы задача формулируется более традиционно: требуется отыскать оптимальный порядок запуска партий деталей на обработку на участке, где над ними выполняется некоторая последовательность операций. Причем в общем случае это может быть как предметно-замкнутый, так и технологический участок.

Выделяются два случая решения задачи — статический и динамический. Статический случай, когда все задания, для которых составляется расписание, известны и их список не пополняется во время их выполнения в системе. То есть нет поступления заданий в систему либо поступающие задания становятся в очередь и ожидают следующего цикла решения задачи. Динамический случай, который допускает поступление заданий в систему и оперативное включение их в процедуру составления расписания. Очевидно, что в такой ситуации задача определения очередности должна заново решаться каждый раз, когда в систему поступает новое задание. Информацией, необходимой для решения этой задачи, является время, затрачиваемое каждым обрабатывающим или обслуживающим устройством на обработку (обслуживание) каждого задания (клиента), а также последовательность прохождения ими этих устройств.

В статическом случае решения задачи обычно ставится цель минимизации совокупного времени выполнения всех заданий, т. е. максимизируется пропускная способность системы. Такая постановка задачи более характерна для внутреннеориентированных расписаний. Решение задачи позволяет более рационально использовать ресурсы, а в случае производственной системы - оборудование, в первую очередь дорогостоящее или лимитирующее пропускную способность процесса. Это означает, что для лимитирующего оборудования будет доминировать именно эта цель, даже если менеджер решает в целом строить внешне ориентированное расписание. В динамическом случае преобладающая цель - завершение каждого задания к определенному сроку или минимизация совокупного времени ожидания заданий в очереди, что более характерно для составления внешнеориентированных расписаний. Эта цель может ставиться и в статическом случае.

Задача определения очередности в статической постановке с критерием минимум совокупной длительности цикла имеет четыре основных варианта (первые три варианта широко известны из практики):

• n заданий должны пройти в одинаковом порядке два рабочих центра;
• n заданий должны пройти в одинаковом порядке три рабочих центра;
• n заданий должны пройти в одинаковом порядке t рабочих центров;
• два задания должны пройти в произвольной последовательности t рабочих мест.

Напомним, что первый вариант имеет строгое и эффективное решение, называемое по имени его создателя алгоритмом (методом) Джонсона. Второй вариант можно при определенных условиях также свести к решению методом Джонсона, но результат при этом будет не обязательно оптимальным. Строгое решение этой задачи дал Р. Беллман, однако оно трудоемко. Третий вариант самый сложный. Эффективная эвристическая процедура его разрешения известна под названием CDS-алгоритм. Этот алгоритм распространяет метод Джонсона на общий случай постановки задачи и обеспечивает околооптимальное решение. Существуют и другие подходы, которые используют теорию очередей и компьютерное моделирование, чтобы решить эту проблему. Но все они трудоемки и сложны и в то же время не гарантируют нахождения оптимальной последовательности.

Отметим, что даже если простейшие подходы не ведут к оптимальным решениям, их использование на практике всегда желательно, потому что любое упорядочение всегда сопровождается положительным эффектом. В этом смысле привлекают внимание разработки российских ученых С. А. Соколицына и В. А. Петрова, посвященные решению проблем очередности запуска. С практической точки зрения их результативность значительно выше, чем при использовании других простых правил и в то же время процедуры, которые они предлагают, проще, чем СДУ-алгоритм. Правила, разработанные В. А. Петровым и С. А. Соколицыным, доступны для использования их менеджерами и составителями расписаний на цеховом уровне.

Диспетчирование. Различные подходы, описанные выше, предлагают методы поиска оптимальных вариантов выполнения последовательности работ. Однако следует задаться вопросом, оправдано ли стремление к оптимуму в результате выполнения слишком большого объема расчетов? Кроме того, все рассмотренные методы имеют дело только со статической постановкой и целью - максимизация пропускной способности системы. Когда же возникает необходимость учета динамики или точного следования срокам завершения работ, приемлемые общие подходы к оптимизации отсутствуют.

В обоих случаях есть смысл рассматривать возможность решения подобных проблем в упрощенных терминах диспетчирования. Речь идет о задачах нахождения приоритетов назначения работ на одно рабочее место, вместо того, чтобы пытаться точно составить расписание их выполнения на последовательности рабочих мест. Эффективность диспетчирования определяется массовостью его применения. Оно находит особенно широкое применение в сложных (по маршрутам движения потока) дискретных производственных процессах, в которых обработка ведется партиями различной величины, а производство ориентировано на меняющийся рыночный спрос. Суть процедуры диспетчирования состоит в использовании правил приоритетов при составлении графика выполнения работ одним рабочим центром. Причем под рабочим центром может пониматься не только одно рабочее место, но и переменно-поточная линия или участок. В случае планирования работы участка, когда запускаемые задания суть последовательности работ, фактически предлагается заменить методами диспетчирования рассмотренные до этого методы определения оптимальной очередности выполнения последовательности работ. К такой замене следует относиться с осторожностью и идти на нее только в целях резкого упрощения процедуры поиска приемлемого решения.

В случае планирования работы поточной линии правила приоритетов работают, лишь когда близки значения времени переналадки линии на любую новую партию с любой прежней. В противном случае задачу определения последовательности запуска партий в обработку более целесообразно сводить к задаче о коммивояжере. Было проведено большое число исследований и построены модели очередей с целью определения лучших правил приоритетов. Их оценка производилась на основе двух типов показателей:

• завершения работы (задания) к указанной дате;
• оценки пропускной способности системы.

а)

б)

Рис. 1 Классификация правил приоритета при диспетчировании

Назначения. Метод назначения работ на различные взаимозаменяемые рабочие центры, характеризующиеся разной эффективностью их выполнения, широкоизвестен и достаточно применяем на практике. Он позволяет получить оптимальное распределение наиболее напряженных работ по нескольким рабочим центрам и тем самым поднять пропускную способность системы. Задача назначения операций решается транспортным методом линейного программирования.

Расписание (график, стандарт-план). Составление расписаний в основном соответствует требованиям выполнения повторяющихся функций. Наиболее характерны расписания для сервисных систем. Автобусы, поезда, кинотеатры, врачи в поликлиниках работают по расписаниям. Потребители, обращающиеся в такие системы не во время, вынуждены ждать начала обслуживания. С другой стороны, если в систему поступает недостаточно заказов, то се мощности недоиспользуются. Похожая ситуация складывается, когда обслуживание инициируется потребителем. Здесь также недостаточное число потребителей, обратившихся в систему в назначенный срок, снижает эффективность ее работы. Для предотвращения такой ситуации спрос должен быть прогнозируемым. Расписания в таком смысле обеспечивают внутреннеориентированное планирование системы, так как они не предполагают учета индивидуального потребительского спроса. При этом важно, чтобы расписание было доступно для клиентов. В производственных системах для повторяющихся работ составляется график или стандарт-план. Примером может быть стандарт-план работы ОППЛ.

Часто бывает, что запросы на обслуживание отдельных клиентов или заказы индивидуальных покупателей продукции поступают в систему случайным образом. Это так называемая проблема случайных клиентов. Единственный путь, который позволяет удовлетворять таких заказчиков, если накопление продукции и ожидание клиентов исключается, это составление внешнеориентированного расписания в сочетании с общим избытком мощности системы (избытком всех ее ресурсов). На практике такое расточительное резервирование встречается редко и поэтому части заказчиков, обращающихся в систему, приходится либо предлагать ожидание, либо отказывать, неся при этом определенные экономические потери. Наиболее удачным подходом здесь является попытка снизить случайность обращения в систему заказчиков, используя для этого методы теории очередей. Если это окажется принципиально возможным, то может быть найден баланс между вероятностью отказа клиенту, сопровождаемого соответствующими потерями, и расходами содержания резервных мощностей, предотвращающих подобные отказы. Это типичная оптимизационная экономико-математическая задача. Если все же создавать в системе резерв, покрывающий любую потребность в обслуживании, то лишь в расчете на то, что заказчики будут согласны платить за срочное безотказное обслуживание существенно повышенную цену.

Самый простой путь управления неопределенностью спроса это — назначения и резервирование ресурсов под сделанные назначения. Его можно характеризовать как экстенсивный путь. Он обычно используется в сервисных системах и состоит в назначении заказчику времени его прибытия в систему. При этом зарезервированные мощности гарантируют его качественное обслуживание. Если продолжительность обслуживания в системе каждого заказчика также оказывается строго детерминированной, то это полностью исключает неопределенность спроса. Таким образом, если операционный менеджер может обязать (заинтересовать) клиента прибыть в систему к определенному сроку, то наиболее целесообразным является составление внутреннеориентированного расписания.

Оптимизированная производственная технология. Оптимизированная производственная технология (ОРТ) является компьютерным пакетом, помогающим расписать движение партионных по токов через производственные системы, ориентированные на внешний спрос. Цель составления расписания — максимизировать выход или пропускную способность системы. Принципиальная отличительная черта 0-РГ-подхода — это ориентация на действия по расшивке «узких мест» системы, лимитирующих ее пропускную способность. Система 0/Тосновывается на наборе правил, которые имеют достаточно широкий смысл и могут быть использованы при составлении расписаний в соответствующих условиях. Таким образом, ОРТ-подход можно назвать системой методов планирования, составления расписаний и управления запасами.

Системы MRP и MRP II. Результатом проведения MRP - процедуры является расписание выполнения работ с указанием их приоритетов. Так как на верхнем уровне планирования производственная мощность рассматривается лишь в укрупненных измерителях, а расписания, разрабатываемые процедурой MRP, в достаточной степени детализированы, возникает вопрос о детальном анализе мощности. Эту задачу решает система MRP II - инструмент анализа мощности подразделений оперирующей системы в процессе составления расписаний. При несоответствии располагаемой мощности отдельных элементов производственной системы и поступающих в них заказов на производство в системе формируются текущие заделы.

Для контроля соответствия в MRP II используется процедура, называемая «контроль вход—выход». Эта процедура проверяет загрузку каждого рабочего центра по мощности, используя для этого загрузочные графики Гантта. Недостаточный контроль мощности и состояния рабочего центра является причиной, снижающей эффективность движения материального потока через него. Если заказы поступает в рабочий центр быстрее, чем это было предписано планом, значит, на входе растут заделы, возникают проблемы с качеством. Если задания поступают с меньшей скоростью, рабочий центр оказывается недогруженным, а впоследствии может вообще выйти из графика и нарушить выполнение планов. «Контроль вход-выход» является техникой, позволяющей менеджеру гибко управлять рабочими процессами. При этом ему доступны следующие средства:

• корректировка нормативных данных о производственной мощности рабочего центра и возврат плана на верхний уровень управления на доработку с учетом этих данных;
• увеличение мощности установленного оборудования и/или установка дополнительного оборудования (в долгосрочной перспективе);
• перераспределение потока во времени внутри данного рабочего центра или в пространстве - на другие рабочие центры.

Сокращение объема производства в случае существенных проблем с производственными мощностями не является популярным решением для многих менеджеров, однако преимущества такого решения могут быть неожиданными. Во-первых, уровень покупательского сервиса может улучшиться потому, что заказы будут выполняться вовремя. Во-вторых, экономические показатели производства могут быть реально повышены потому, что уменьшение напряженности работы устраняет загромождения и беспорядок в рабочих центрах, которые приводили к дополнительным затратам. В-третьих, может повыситься качество, так как в нормальной обстановке ему будет уделяться больше внимания. Возможно, решения менеджера могут быть организация сверхурочных работ либо мероприятия технического характера, которые, однако, далеко не всегда обладают нужной гибкостью. Перераспределение потока на другие рабочие центры обеспечивается в результате решения задачи о назначениях. Для перераспределения потока внутри рабочего центра удобно пользоваться методом построения графика загрузки его мощности.