5. МЕТОД «БАРАБАН-БУФЕР-ВЕРЕВКА» (DBR)

Метод «Барабан-Буфер-Веревка» (DBR-Drum-Buffer-Rope) — один из оригинальных вариантов «выталкивающей» логистической системы, разработанной в ТОС (Theory of Constraints) ,,. Она очень похожа на систему лимитированных очередей FIFO, за исключением того, что в ней не ограничиваются запасы в отдельных очередях FIFO.

Рис. 9.

Вместо этого устанавливается общий лимит на запасы, находящиеся между единственной точкой составления производственного расписания и ресурсом, ограничивающим производительность всей системы, РОП (в примере, приведенном на рисунке 9, РОП-ом является участок 3). Каждый раз, когда РОП завершает выполнение одной единица работы, точка планирования может запускать в производство еще одну единицу работы. Это в данной логистической схеме называется «веревкой» (Rope). «Веревка» — это механизм управления ограничением против перегрузки РОП. По существу, это график отпуска материалов, который предотвращает поступление работы в систему в темпе более высоком, чем она может быть обработана в РОП. Концепция веревки используется для предотвращения появления незавершенного производства в большинстве точек системы (кроме защищенных плановыми буферами критических точек).

Поскольку РОП диктует ритм работы всей производственной системы, то график его работы именуется «Барабаном» (Drum). В методе DBR особое внимание уделяется именно ресурсу, ограничивающему производительность, поскольку именно он определяет максимально возможный выход всей производственной системы в целом, так как система не может производить больше, чем ее самый маломощный ресурс. Лимит запасов и временной ресурс оборудования (время его эффективного использования) распределяется так, чтобы РОП всегда мог вовремя начать новую работу. Этот в рассматриваемом методе именуется «Буфером» (Buffer). «Буфер» и «верёвка» создают условия, предотвращающие недогрузку или перегрузку РОП.

Заметим, что в «вытягивающей» логистической системе DBR буферы, создаваемые перед РОП, имеют временной , а не материальный характер.

Временной буфер есть резерв времени, предусматриваемый для защиты запланированного времени «начала обработки», с учетом разброса в прибытии на РОП конкретной работы. Например, если расписание РОП требует начать конкретную работу на участке 3 во вторник, тогда материал для этой работы должен быть отпущен достаточно рано, чтобы все предшествующие обработке РОП шаги (участки 1 и 2) были закончены еще в понедельник (т.е. за один полный рабочий день до требуемого срока). Буферное время служит для «защиты» наиболее ценного ресурса от простоев, поскольку потеря времени этого ресурса эквивалентна невозвратной потери в конечном результате всей системы. Поступление материалов и производственных заданий может осуществляться на основе заполнения ячеек «Супермаркета» Передача деталей на последующие этапы обработки после их прохождение через РОП уже не являются лимитируемым FIFO, т.к. производительность соответствующих процессов заведомо выше .

Рис. 10. Пример организации буферов в методе DBR
в зависимости от положения РОП

Необходимо отметить, что только критические пункты в цепи производства защищаются буферами (см. рисунок 10). Такими критическими пунктами являются:

• сам ресурс с ограниченной производительностью (участок 3),
• любой последующий этап процесса, где происходит сборка детали, обработанной ограничивающим ресурсом с другими частями;
• отгрузка готовой продукции, содержащей детали, обработанные ограничивающим ресурсом.

Поскольку в методе DBR защита от возможных отклонений сосредоточена в наиболее критичных местах производственной цепи и устраняется во всех прочих местах, время производственного цикла может быть сокращено, иногда на 50 процентов или более, без ухудшения надежности в соблюдении сроков отгрузки продукции потребителям.

Рис. 11. Пример диспетчерского контроля
прохождения заказов в РОП в методе DBR

Алгоритм DBR — это обобщение известного метода OPT ,, который многие специалисты называют электронным воплощением японского метода «Канбан», хотя на самом деле, между логистическими схемами восполнения ячеек «Супермаркета» и методом «Барабан-Буфер-Веревка», как мы уже видели, имеется значительная разница.

Недостатком метода «Барабан-Буфер-Веревка» (DBR) является требование существования РОП, локализуемого на заданном горизонте планирования (на интервале расчета расписания для выполняемых работ), что возможно только в условиях серийных и крупносерийных производств. Однако для мелкосерийных и единичных производств локализовать РОП, в течение достаточно длительного интервала времени, вообще говоря, не удается, что значительно ограничивает применимость рассмотренной логистической схемы для этого случая.

6. ЛИМИТ НЕЗАВЕРШЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА (НЗП)

«Вытягивающая» логистическая система с лимитом незавершенного производства (НЗП) похожа на метод DBR. Отличие заключается в том, что здесь создаются не временные буферы, а задается некий фиксированный лимит материальных запасов, который распределяется на все процессы системы, а не заканчивается только на РОП. Схема приведена на рисунке 12.

Рис. 12.

Этот подход к построению «вытягивающей» системы управления» значительно проще рассмотренных выше логистических схем, внедряется легче, и ряде случаев является более эффективным. Как и в рассмотренных выше «вытягивающих» логистических системах здесь имеется единственная точка планирования, — это участок 1 на рисунке 12.

Логистическая система с лимитом НЗП имеет некоторые преимущества по сравнению с методом DBR и системой лимитированных очередей FIFO:

• неполадки, колебания ритма производства и другие проблемы процессов с запасом производительности не приведут к остановке производства из-за отсутствия работы для РОП, и не будут снижать общую пропускную способность системы;
• правилам планирования должен подчиняться только один процесс;
• не требуется фиксировать (локализовать) положение РОП;
• легко обнаружить местонахождение текущего участка РОП. К тому же, такая система дает меньше «ложных сигналов» по сравнению лимитированными очередями FIFO.

Рассмотренная система хорошо работает для ритмичных производств со стабильной номенклатурой выпускаемых изделий, отлаженными и неизменяемыми технологическими процессами, что соответствует массовым, крупносерийным и серийным производствам. В производства единичных и мелкосерийных, где постоянно запускаются в производство новые заказы с оригинальной технологией их изготовления, где сроки выпуска продукции диктуются потребителем и могут, вообще говоря, изменяться непосредственно в процессе изготовления изделий, тогда на уровне производственного менеджмента появляется множество организационных проблем. Опираясь лишь на правило FIFO в передаче полуфабрикатов от участка к участку, логистическая система с лимитом незавершенного производства в таких случаях теряет свою эффективность.

Важной особенностью рассмотренных выше «выталкивающих» логистических систем 1-4 является возможность вычисления времени выпуска (цикла обработки) изделий по известной формуле Литлла :

Время выпуска = НЗП/Ритм,

где НЗП — объем незавершенного производства, Ритм — это количество изделий, выпускаемых в единицу времени.

Однако для производств мелкосерийных и единичных понятие Ритма производства становится весьма расплывчатым, поскольку этот тип производств никак нельзя назвать ритмическими. Более того, статистика говорит о том, что в среднем вся станочная системы в таких производствах остается наполовину недогруженной, что происходит за счет постоянных перегрузок одного оборудования и одновременного простоя другого в ожидании работы, связанной с изделиями, пролеживающими в очереди на предыдущих стадиях обработки. Причем простои и перегрузки станков постоянно мигрируют от участка к участку, что не позволяет их локализовать и применить ни один из перечисленных выше логистических схем вытягивания. Еще одной особенностью мелкосерийных и единичных производств является необходимость выполнения заказов в виде целого комплекта деталей и сборочных единиц к фиксированному сроку. Это значительно усложняет задачу производственного менеджмента, т.к. детали, входящие в этот комплект (заказ), могут технологически подвергаться различным процессам обработки, и каждый из участков может представлять собой РОП для одних заказов, не вызывая проблем при обработке других заказов. Таким образом в рассматриваемых производствах возникает эффект так называемого «виртуального узкого места» (Virtual Bottle-Neck): вся станочная системы в среднем остается недогруженной, а ее пропускная способность низкой. Для таких случаев наиболее эффективной «вытягивающей» логистической системой является Метод вычисляемых приоритетов.

7. МЕТОД ВЫЧИСЛЯЕМЫХ ПРИОРИТЕТОВ

Метод вычисляемых приоритетов является своеобразным обобщением двух рассмотренных выше «выталкивающих» логистических систем: системы пополнения «Супермаркета» и системы с лимитированными очередями FIFO. Разница в том, что в данной системе уже не все пустые ячейки в «Супермаркете» пополняются в обязательном порядке, а производственные задания, оказавшись в лимитированной очереди, продвигаются от участка к участку не по правилам FIFO (т.е. не соблюдается обязательная дисциплина «в порядке поступления»), а по другим вычисляемым приоритетам. Правила вычисления этих приоритетов назначаются в единственной точке планирования производства, — в примере, приведенном на рисунке 13, это второй производственный участок, следующий непосредственно за первым «Супермаркетом». На каждом последующем производственном участке функционирует своя собственная исполнительная производственная система , (MES — Manufacturing Execution System), задача которой — обеспечить своевременную обработку поступающих на вход заданий с учетом их текущего приоритета, оптимизировать внутренний материальный поток и вовремя показать возникающие проблемы, связанные с этим процессом ,. Значительное отклонение в обработке конкретного задания на одном из участков может повлиять на вычисляемое значение его приоритета.

Рис. 13.

Процедура «вытягивания» осуществляется за счет того, что каждый последующий участок может начинать выполнять только те задания, которые имеют максимально возможный приоритет, что выражается в первоочередном заполнении на уровне «Супермаркета» не всех доступных ячеек, а лишь тех, что соответствуют приоритетным заданиям. Последующий участок 2, хотя и является единственной точкой планирования, определяющей работу всех остальных производственных звеньев, сам вынужден выполнять только эти наиболее приоритетные задания. Численные значения приоритетов заданий получаются за счет вычислений на каждым из участков значений общего для всех критерия. Вид этого критерия задается основным планирующим звеном (участком 2), а его значения каждый производственный участок самостоятельно вычисляет для своих заданий, либо вставших в очередь на обработку, либо находящихся в заполненных ячейках «Супермаркета» на предыдущей стадии.

Впервые такой метод восполнения ячеек «Супермаркета» стал применяться на японских предприятиях компании «Тойота» и получил название «Процедуры выравнивания производства» или «Хейдзунка» (Heijunka) ,. Ныне процесс заполнения «Ящика Хейдзунка» является одним из ключевых элементов «вытягивающей» системы планирования, используемой в TPS (Toyota Production System), когда приоритеты поступающих заданий назначаются или вычисляются вне выполняющих их производственных участков на фоне действующей «вытягивающей» системы восполнения «Супермаркета» (Канбан). Пример назначения одного из директивных приоритетов исполняемому заказу (аварийный, срочный, плановый, переходящий, прочее) приведен на рисунке 14.

Рис. 14. Пример назначения директивного
приоритета исполняемым заказам

Другой вариант передачи заданий от одного участка к другому в данной «вытягивающей» логистической системе служит так называемое «вычисляемое правило» приоритетов.

Рис. 15. Последовательность исполняемых заказов
в методе вычисляемых приоритетов

Очередь производственных заданий, передаваемых от участка 2 к участку 3 (рисунок 13), ограничена (лимитирована), но в отличие от случая, изображенного на рисунке 4, сами задания могут меняться местами в этой очереди, т.е. изменять последовательность своего поступления в зависимости от их текущего (вычисляемого) приоритета. Фактически это означает, исполнитель сам не может выбрать с какого задания начинать работу, но в случае изменения приоритета заданий ему, возможно, предстоит, недоделав текущее задание (превратив его в текущий НЗП), переключиться на выполнение наиболее приоритетного. Конечно, в такой ситуации при значительном числе заданий и большом числе станков на производственном участке необходимо использовать MES, т.е. проводить локальную оптимизацию материальных потоков, проходящих через участок (оптимизировать исполнение заданий, уже находящихся в обработке). В результате для оборудования каждого участка, не являющегося единственной точкой планирования, составляется локальное оперативное производственное расписание, которое подвергается коррекции каждый раз, как только изменяется приоритет исполняемых заданий. Для решения внутренних оптимизационных задач используются свои критерии, именуемые «Критерии загрузки оборудования». Задания, ожидающие обработки между участками, не связанными «Супермаркетом», упорядочиваются по «Правилам выбора из очереди» (рисунок 15), которые, в свою очередь, могут тоже изменяться в течение времени.

Если Правила вычисления приоритетов заданиям назначаются «извне» по отношению к каждому производственному участку (Процессу), то Критерии загрузки оборудования участка определяют характер прохождения внутренних материальных потоков. Эти критерии связаны с использованием на участке оптимизационных MES-процедур, предназначенных исключительно для «внутреннего» пользования. Они выбираются непосредственно диспетчером участка в режиме реального масштаба времени, рисунок 15.

Правила выбора из очереди назначаются на основании значений приоритетов исполняемых заданий, а также с учетом фактической скорости их исполнения на конкретном производственном участке (участок 3, рисунок 15).

Диспетчер участка может, учитывая текущее состояние производства, самостоятельно изменять приоритеты отдельных технологических операций и, используя MES-систему корректировать внутреннее производственное расписание. Пример диалога по изменению текущего приоритета операции приведен на рис.16.

Рис. 16.

Чтобы вычислить значение приоритета конкретного задания, выполняемого или ожидающего своей обработки на конкретном участке, проводится предварительное группирование заданий (деталей, входящих в определенный заказ) по ряду признаков:

1. Номер сборочного чертежа изделия (заказа);
2. Обозначение детали по чертежу;
3. Номер заказа;
4. Трудоемкость обработки детали на оборудовании участка;
5. Длительность прохождения деталей данного заказа через станочную систему участка (разница между временем начала обработки первой детали и окончанием обработки последней детали данного заказа).
6. Суммарная трудоемкость операций, выполняемых над деталями, входящими в данный заказ.
7. Время переналадки оборудования;
8. Признак обеспеченности обрабатываемых деталей технологической оснасткой.
9. Процент готовности детали (число завершенных технологических операций);
10. Число деталей из данного заказа, которые уже прошли обработку на данном участке;
11. Общее число деталей, входящих в заказ.

Ориентируясь по приведенным признакам и вычисляя ряд специфических показателей таких как напряженность (отношение показателя 6 к показателю 5), сравнивая значения 7 и 4, анализируя соотношения показателей 9, 10 и 11, локальная MES-системы производит расчет текущего приоритета для всех деталей, оказавшихся в одной группе.

Заметим, что детали из одного заказа, но находящиеся на разных участках, могут иметь и различные значения вычисляемого приоритета.

Логистическая схема Метода вычисляемых приоритетов применяется в основном в многономенклатурных производствах мелкосерийного и единичного типов. Представляя собой «вытягивающую систему» планирования и используя локальные MES для обеспечения высокой скорости прохождения заказов через отдельные производственные участки, эта логистическая схема использует децентрализованные вычислительные ресурсы для поддержания эффективности процессов в условиях изменяющихся приоритетов исполняемых заданий.

Рис. 17. Пример детального производственного расписания
для рабочего места в MES

Отличительной особенностью этого метода является то, что MES система позволяет в пределах производственного участка составлять детальные расписания выполняемых работ ,,. Несмотря на определенную сложность в реализации, метод вычисляемых приоритетов обладает значительными преимуществами:

• текущие отклонения, возникающие в ходе производства, компенсируются средствами локальных MES на основании изменяющихся приоритетов выполняемых заданий, что значительно повышает пропускную способность всей системы в целом.
• не требуется фиксировать (локализовать) положение РОП и лимитировать НЗП;
• имеется возможность оперативно контролировать серьезные сбои (например, поломка оборудования) на каждом участке и пересчитывать оптимальную последовательность обработки деталей, входящих в различные заказы.
• наличие на отдельных участках локальных производственных расписаний позволяет проводить оперативный функционально-стоимостной анализ производства .

В заключение заметим, что рассмотренные в данной статье типы «вытягивающих» логистических систем обладают общими для них характерными признаками, это:

1. Сохранение во всей системе в целом ограниченного объема устойчивых запасов (оборотных заделов) с регулированием их объема на каждом этапе производства независимо от действующих факторов.
2. План обработки заказов, составленный для одного участка (единственной точки планирования), определяет (автоматически «вытягивает») планы работ других производственных подразделений предприятия.
3. Продвижение заказов (производственных заданий) происходит как от последующего в технологической цепочке участка к предыдущему на израсходованные в процессе производства материальные ресурсы («Супермаркет»), так и от предыдущего участка к последующему по правилам FIFO или по вычисляемым приоритетам.

ЛИТЕРАТУРА

1. Jonson J., Wood D., Murphy P. Contemporary Logistics. Prentice Hall, 2001.
2. Гаврилов Д.А. Управление производством на базе стандарта MRP II. — СПб.: Питер, 2003. — 352 с.
3. Вумек Д, Джонс Д. Бережливое производство. Как избавиться от потерь и добиться процветания вашей компании. — М.: Альпина Бизнес Букс, 2008, 474 с.
4. Hallett D. (перевод Казарина В.) Pull Scheduling Systems Overview . Pull Scheduling, New York, 2009. pp.1-25.
5. Голдратт Э. Цель. Цель-2. — М.: Баланс Бизнес Букс, 2005, с. 776.
6. Dettmer, H.W. Breaking the Constraints to World-Class Performance. Milwaukee, WI: ASQ Quality Press, 1998.
7. Goldratt, E.. Critical Chain. Great Barrington, MA: The North River Press, 1997.
8. Фролов Е.Б., Загидуллин Р.Р. . // Генеральный директор, №4, 2008, с. 84-91.
9. Фролов Е.Б., Загидуллин Р.Р. . // Генеральный директор, №5, 2008, с. 88-91.
10. Zagidullin R., Frolov E. Control of manufacturing production by means of MES systems. // Russian Engineering Research, 2008, Vol. 28, No. 2, pp. 166-168. Allerton Press, Inc., 2008.
11. Фролов Е.Б., Загидуллин Р.Р. Оперативно-календарное планирование и диспетчирование в MES-системах. // Станочный парк, №11, 2008, с. 22-27.
12. Фролов Е.Б., . // Генеральный директор, №8, 2008, с. 76-79.
13. Мазурин А. ФОБОС: Эффективное управление производством на уровне цеха. // САПР и графика, №3, март 2001, с. 73-78. — Компьютер Пресс.

Евгений Борисович Фролов , д.т.н., профессор, Московский государственный технологический университет "СТАНКИН", кафедра "Информационные технологии и вычислительные системы".

Новый флагманский продукт 1С отличается более аналитическим подходом к автоматизации предприятий - вместо реализации множества отдельных функций разработчики пытаются выбрать наиболее успешные и перспективные методики и разработать функционал, позволяющий применять данные методики на предприятии. Наиболее ярким примером такого подхода являются возможности «1С:ERP» по планированию и контролю производства, построенные на базе теории системных ограничений. Для эффективного использования этого функционала требуется, в первую очередь, разобраться не в возможностях программы, а понять все принципы и предпосылки теории системных ограничений. В этой статье будет дан обзор всех ключевых моментов данной теории, нашедших своё применение в 1С:ERP.

Теория ограничений, «Барабан-буфер-веревка»

Согласно теории ограничений, предложенной Э.Голдраттом, в каждом производстве можно выделить небольшой перечень рабочих центров , являющихся «узкими местами», производительность которых ограничивает производительность всего производства в целом. Для достижения максимальной производительности производства эти «узкие места» должны быть использованы максимально эффективно и, по возможности, расширены.

Концептуально теория ограничений предлагает концентрироваться именно на обеспечении максимальной пропускной способности производства и на максимальной скорости выпуска готовой продукции. Для достижения этих целей, предлагается отказаться от ряда привычных и неэффективных производственных традиций.

Традиционно большинство компаний концентрируются на максимальной загрузке всех рабочих центров, это приводит к накоплению больших запасов полуфабрикатов, которые не успевают обрабатываться на узких местах производства. Это имеет сразу два негативных последствия. Первое - риск устаревания, порчи, или потери надобности в накопленных запасов полуфабрикатов, что является прямой потерей денег. Второе - необходимость большего объема оборотных средств, которые «замораживаются» в запасах полуфабрикатов. Также традиционно компании стремятся увеличить объемы обрабатываемых партий полуфабрикатов, чтобы сократить временные затраты, необходимые для переключение на выпуск другой продукции, т.к. в этом случае производительное время работы для каждого рабочего центра будет выше.

Теория системных ограничений предлагает, насколько это возможно, не накапливать запасы полуфабрикатов, а обеспечить максимально быстрое прохождение изделий через все стадии производственного процесса, в том числе - путем уменьшения партий обработки материалов. Такой подход позволяет добиться меньшего времени производства от исходных материалов до конечной продукции. Запасы полуфабрикатов при данном методе зачастую могут не создаваться, что также решает проблемы заморозки и риски списания этих полуфабрикатов. Далее будет дано описание методологии производственного планирования по теории системных ограничений.

«Барабан-буфер-веревка». Применение принципов теории ограничении в управлении производством

Для максимально эффективного использования узких мест («ключевых рабочих центров») необходимо придерживаться следующих правил:

• Ограниченные ресурсы никогда не должны простаивать.
• Необходимо сократить накладные расходы времени в работе «узких мест». Например, если требуется переналадка между выпуском разных изделий - порядок производства разных партий изделий можно определить таким образом, чтобы сократить время переналадок.
• Если возможно исполнение отдельных производственных операций на других рабочих центрах, не являющихся узкими местами, - целесообразно пытаться переводить эти операции на другие станки.
• Если случается определенный процент брака в производстве - операции контроля качества целесообразно проводить до обработки полуфабрикатов в «узких местах», т.к. иначе их ресурс будет тратиться на обработку заведомо бракованных изделий.

Для реализации первых двух из перечисленных принципов (самых важных) служит методика «Барабан-буфер-веревка» (ББВ). Основные шаги использования методики следующие:

1. Определить рабочие центры, являющиеся «узкими местами». Методика называет эти узкие места барабанами.
2. Обеспечить наиболее эффективную загрузку барабанов. Для этого следует составить детальное расписание обработки разных изделий на ключевых рабочих центрах. Простои ключевых рабочих центров при этом должны быть исключены или сведены к возможному минимуму. Расписание стоит составить таким образом, чтобы сократить время переналадок, если они необходимы между обработкой разных изделий.
3. Подчинить выполнение работы на прочих рабочих центрах работе барабана. Это означает, что запуск производства изделия должен планироваться таким образом, чтобы оно успело поступить на барабан не позже запланированного времени начала обработки на барабане. Т.е. время запуска производства изделий зависит от времени их прохождения через барабан. В методике ББВ говорится что «барабан» дергает за «веревку», чтобы производство изделия началось на первом рабочем центре (т.н. «тянущая» схема производства).

Определение размеров буферов

Для понимания методики ББВ очень важно понять роль буфера. По разным причинам график производства может быть сорван. Буфер позволяет застраховаться от того, чтобы проблемы на других участках привели к срыву графика работы барабана (и соответственно, срыву общего графика производства). Размер буфера должен быть подобран таким образом, чтобы детали всегда вовремя приходили для обработки на барабан. В методике ББВ «буфером» называют всю продолжительность производственного цикла перед барабаном, а не только запас времени, добавляемый для надежности к среднему значению времени обработки (что, может быть, лучше согласуется с традиционным пониманием слова «буфер»). Т.е. время выполнения отдельных производственных операций перед узким местом суммируется и обозначается одним числом - размером буфера.

Одним из принципиальных моментов всей концепции является выбор размера буфера. Размер буфера должен определяться не путем простого суммирования времени выполнения всех входящих в него операций, а добавлением значительного временного запаса. Целевой размер буфера должен быть подобран таким образом, чтобы даже при срывах производства на участках, «спрятанных» в буфер - общее время выполнения всех операций не превысило времени буфера. На практике это означает, что буфер может превышать чистое технологическое время выполнения включенных в него операций в три и более раз, т.к. именно многократный запас времени обеспечивает необходимую гарантию своевременного выполнения всех операций.

Главная цель выбора размера буфера - своевременное выполнение всех включенных в него операций, чтобы срыв производства в буфере не привел к простою на узком рабочем месте, расположенном после буфера, т.к. простой узкого рабочего места снижает общий объем выпуска всего производства.

Важно понять, что выделение буфера с большим запасом времени не приводит к увеличению времени обработки с ростом объема партий продукции. Время производства = время буфера + время работы барабана*число изделий (партий изделий).

Пример Пусть этап производства выполняется на трех последовательных РЦ с производительностью: РЦ1 - партия до 5шт. за 1 час, РЦ2 - 1 шт/ч, РЦ3 - партия до 3 шт. за 4 ч. Таким образом, РЦ1 и РЦ2 обладают большей производительностью и входят в буфер перед РЦ3. Время этого буфера должно быть рассчитано на подготовку полной партии запуска, допускающей одновременную обработку на РЦ3. Т.к. РЦ3 обрабатывает одновременно партии из 3х изделий, то время буфера должно быть рассчитано для 3х изделий. Чистое время выполнения технологических операций в буфере - 4 часа. Для указанных условий производство одной партии из 3 изделий займет 4+4=8 ч., производство двух партий из 6 изделий займет 4+4*2=12ч. С увеличением числа выпускаемых изделий - первое слагаемое, показывающее операции спрятанные в буфер (4ч) будет неизменным. Пример проиллюстрирован на рисунке.

Если увеличить буфер до 12ч, то в приведенных уравнениях вырастет только одно слагаемое, время на выпуск 6 и 8 изделий.составит 16 и 20ч, соответственно. Т.е. буфер показывает однократные затраты времени перед узким рабочим местом на выпуск произвольного количества изделий.

Таким образом, буфер показывает однократные затраты времени перед узким рабочим местом на выпуск произвольного количества изделий. В целом, выделение запаса времени в буфере может не только не увеличить, но скорее всего даже сократит общее время производства. Причина в следующем: на большинстве производственных предприятий существует огромная разница между суммарным чистым временем обработки и полным временем нахождения изделия в производстве. Первое значение для большинства видов продукции составляет от нескольких минут до часа на единицу, второе может доходить до нескольких недель и даже при самых лучших условиях производства измеряется несколькими днями. Это является следствием того, что каждая единица продукции гораздо дольше ждет своей очереди, чем подвергается непосредственной обработке. Время буфера перед узким рабочим местом - лишь «узаконивает» простой изделия в ожидании на обработку. Но за счет того, что благодаря буферу будет исключен простой узкого рабочего места всего производство - реальное время обработки партии изделий может сократиться.

Тут могут возникнуть сомнения не замедлит ли время буфера выпуск изделий при условии производства малых партий. Принципиально, буфер может замедлить среднее время выпуска малой партии изделий. Однако наличие буфера будет гарантировать что партия действительно будет выпущена за указанное время. Отсутствие запаса в буфера - позволяет планировать выпуск быстрее, но такой оптимистичный план не всегда получится выполнить.
Если признать концепцию, что время выполнения работ в буфере должно быть взято с запасом, то возникает еще одно преимущество. В ББВ отсутствует необходимость в высокой точности нормирования времени выполнения всех технологических операций в буфере. Время на переналадку станков и перемещение деталей между рабочими центрами можно вообще не учитывать, т.к. буфер обеспечивает достаточный временной запас. Таким образом, задача планирования графика производства значительно упрощается и сводится только к планированию расписания работы барабана.

Стоит подчеркнуть, что методика ББВ не просто позволяет не тратить времени на пооперационное планирование, а прямо говорит, что такое планирование может быть вредным. Если у рабочего центра, «спрятанного» в буфере есть избыточная мощность - он должен делать операции в том порядке, в котором детали будут поступать на барабан. Иначе его локальная оптимизация может привести к срыву поступления деталей на барабан. Целесообразно оптимизировать порядок выполнения работ только для тех рабочих центров, которые имеют лишь небольшой запас мощности, по сравнению с барабаном. Для таких рабочих центров по возможности нужно сокращать число переналадок и простоев.

Методика ББВ предлагает называть буфером не только работы, выполняемые перед барабаном, но и работы, выполняемые после барабана, до выпуска готовой продукции. В «1С:Управление предприятием» эти буферы названы: буфер до и буфер после. Задавая запас времени в буфере после можно так же, как и для буфера до, отказаться от детального пооперационного планирования и гарантировать выпуск продукции к запланированному времени.

Управление буферами

Ключевая задача управления буферами - контроль задержек производства и реагирование на те из них, которые могут привести к задержке передачи полуфабрикатов для обработки на барабане.

Время буфера предлагается задавать минимум с тройным запасом относительно чистого производственного времени и для оценки состояния буфера его делят на три зоны: зеленую, желтую и красную. Такое деление позволяет быстро понять какие производственные задания находятся под угрозой срыва. Пока буфер находится в зеленой зоне - всё нормально. Когда буфер в желтой зоне - возможно, производство будет выполнено не вовремя, желателен контроль. Буфером красной зоны необходимо заниматься срочно, чтобы исключить задержку передачи заготовки на барабан.

Если доля каждой зоны равна трети времени буфера (в «1С:Управление предприятием» это именно так) -

контроль производства будет очень простым:

• В нормальной ситуации производство может уже закончится пока буфер находится в зеленой зоне.
• Если производство даже не начато, пока буфер в желтой зоне - можно успеть выполнить его даже с запасом по времени. Но запас в таком буфере уже не избыточен. Производство обязательно должно быть начато до перехода буфера в красную зону.
• Даже при попадании буфера в красную зону можно обеспечить своевременное выполнение производства, если всеми силами обеспечить максимально быстрое выполнение работ, входящих в буфер. За производством, попавшим в красную зону, нужен строгий контроль для обеспечения его максимально быстрого выполнения.

Таким образом, для каждой из трёх зон буфера есть четко определенная стратегия реагирования.

Важно подчеркнуть, что время буфера не должно расходоваться зря. Т.е. не должно быть успокоенности, что производство, которое простаивает при нахождении буфера в зеленой зоне - это нормальное явление. Принципиально важно защититься от «синдрома студента» и выполнять производственные задания в конце времени буфера. Запас времени в буфере служит не для обеспечения неспешной работы рабочих центров, входящих в буфер, а для защиты барабана от возможных проблем, таких как проблема на рабочем центре, работающем прямо перед барабаном. Если работа на РЦ перед барабаном возникнет при нахождении буфера уже в красной зоне - это приведет задержке передачи производства на барабан. Поэтому производство должно начинаться сразу и выполняться пока буфер находится в зеленой зоне. Попадание буфера в красную зону означает большие риски срыва производственного плана, поэтому частое попадание в красную зону является поводом для изучения и устранения проблем, являющихся причиной для этого.

Как было указано выше, изначально время буфера предлагает выбирать с тройным запасом. При стабильном выполнении производства в зеленой зоне буфера - время буфера можно уменьшить, если это необходимо для ускорения выпуска партии изделия.

Упрощенная методика, УББВ

Для большого количества производственных предприятий ограничением предприятия в целом являются не производственные мощности, а рыночный спрос. Производственные мощности в этих компаниях позволяют выпускать больше, чем требует рынок. В такой ситуации, когда производственные возможности превышают потребности в производстве - методику «барабан-буфер-веревка» можно упростить. Эту упрощенную методику принято называть «упрощенный Барабан-буфер веревка», УББВ.

В обычной методике ББВ ограничением является барабан, соответственно все производственные мощности до него можно не планировать детально, т.к. они с запасом успеют выполнить необходимые операции до передачи производства на барабан. В случае, когда ограничение (рыночный спрос), расположено за рамками производство - всё производство можно не планировать детально, а управлять им как общим буфером, контролирующим своевременный выпуск из производства.

Таким образом, в методике УББВ предлагается не планировать производство в рамках периода, т.к. известно что производственные мощности могут с запасом выполнить производственный план. В УББВ необходимо только проконтролировать, что производство, обладающее избыточной мощностью, будет закончено к указанному сроку. Поэтому, в УББВ контроль производства сводится только к контролю статуса буфера, аналогично его контролю в ББВ. Задачей планирования в УББВ является только определение размера буфера: достаточно большого, чтобы обеспечить своевременный выпуск продукции, и не слишком большого, чтобы не завышать общие сроки производства.

Как и в случае с ББВ, в методике УББВ следует контролировать частоту попадания буфера в красную зону. Если это происходит часто - порядок действий должен быть следующим:

1. Необходимо изучить причины попадания в красную зону буфера.
2. Если причина во внутренних проблемах самого производства - следует их устранить.
3. Если причина в малом времени буфера и рыночный спрос позволяет его увеличить (т.е. большее нормативное время производства не приведет к снижению спроса) - следует выбрать время буфера с большим запасом.
4. Если время буфера невозможно увеличить и причина задержек в малом запасе производственных мощностей, относительно потребностей в готовой продукции - возможны два варианта действий:

• В ситуациях, когда производительность всех участков производства приблизительна равна - потребуется увеличить производственные мощности (если важно снизить риск возможного срыва производства).
• В случае наличия рабочего центра с пропускной способностью заметно меньше, чем у других РЦ - следует перейти к методике ББВ, т.к. она позволяет добиться оптимального производственного планирования и большей точности контроля производства.

Дополнительная литература

В рамках данной статьи невозможно полностью раскрыть все аспекты теории ограничений и перечислить все ситуации, в которых она может быть применима. Для более полного её понимания предлагаем следующие книги:

• Элияху Голдратт «Цель»,
• Детмер, Шрагенхайм «Производство с невероятной скоростью»,
• Детмер «Теория ограничений Голдратта».

Теория ограничений в функционале 1с:erp.

Для поддержки теории ограничений и методик ББВ и УББВ функционал управления производством предлагает следующий порядок работы:

• На каждом этапе производства может быть выделено узкое место - ключевой вид рабочих центров , для которого указывается информация о его удельной производительности. Для всех работ, выполняющихся перед ним и после него - задается обобщенное время выполнения, за которое они могут быть выполнены - буферы.
• Время выполнения производства на каждом этапе определяется как время обработки всех изделий на ключевом виде рабочих центров, плюс время буферов до и после. Для расчета времени обработки изделий на ключевом виде рабочих центров - учитываются разные параметры его функционирования: удельная производительность, расписание работы, кратность выпуска, возможность одновременной обработки разных изделий в условия синхронного и асинхронного начала обработки различных изделий (примеры - высокотемпературные печи и сушильные камеры, соответственно).
• На каждом этапе производства может быть составлено детальное расписание барабанов, чтобы оптимизировать их работу (например, сократить число переналадок). Контроль буферов по каждому производственному заданию (маршрутному листу) может выполняться по светофорной системе, согласно методике ББВ. Альтернативно контроль производства в рамках этапа может идти по методике УББВ.

Возможны ситуации, когда для производства разной номенклатуры требуется разное соотношение времени обработки на разных рабочих центрах, т.е. для одной продукции требуется больше времени на одном РЦ, а для другой - на другом РЦ. В таких случаях в этапах производства в программе можно задать несколько видов рабочих центров, и необходимое время их работы для выпуска одной партии продукции. Узкое место в каждом интервале планирования программа определит автоматически, в соответствии с тем, какой из видов РЦ будет работать на пределе своей мощности в данном интервале.

Разделение производства на этапы

Система планирования и контроля производства в ERP построена не только для оптимизации пропускной способности производства. Она также направлена на решение других задач: разграничение зон ответственности сотрудников, контроль промежуточных результатов производства (в т.ч. для учета затрат) и т.п. Различные задачи имеют противоречивые цели.

Так, с точки зрения оптимизации производительности желательно определить единственное узкое место всей производственной цепи.

С точки зрения организационного контроля производства и других аспектов планирования:

• Нежелательно объединять в общий производственный буфер операции, выполнение которых происходит в разных цехах, т.к. непонятно кто будет нести ответственность при несвоевременном выполнении операций в буфере.
• Для длительного производственного процесса может быть необходимо установить промежуточные точки, к которым необходимо передать в производство дополнительные материалы. Передача материалов к самому началу производства может быть связана с заморозкой оборотных средств ради слишком ранней поставки, такая передача может задержать старт производства в связи с необходимостью ожидания материалов от поставщика. Могут быть и другие причины.
• Теория системных ограничений предполагает сведение к минимуму накоплений больших партий продукции для передачи на следующий этап производства, т.к. такие укрупнения партий обработки могут быть полезны, в общем случае, только для ускорения работы узкого места. Но при территориальном разнесении разных производственных цехов будет слишком расточительно перемещать между ними отдельно каждую заготовку изделия. С точки зрения экономии издержек - рациональнее планирования подготовку определенной партии продукции в первом цехе и транспортировка партии целиком. Таким образом, планирование производства во втором цехе должно вестись от времени поступления партии продукции из первого цеха.

Таким образом, т.к. у управления производством есть множество дополнительных целей и задач, то для их решения приходится разделять производство на этапы и устанавливать контрольные временные точки, в которые должно начинаться или заканчиваться выполнение каждого этапа. Каждый этап производства рассматривается как независимая производственная система, для которой создается и контролируется план производства. Для планирования производства на каждом этапе используется логика планирования теории системных ограничений: оценивается максимальный объем производства на узком рабочем месте данного этапа. Для контроля плана выполнения производства - используется методика ББВ, где барабан определяется как узкое место данного конкретного этапа.

Подводя итог возможностям ERP по разделению производства на этапы, можно сказать следующее:

• При необходимости максимизации выпуска любой ценой и отсутствии других ограничивающих условий для производства - можно обозначить всё производство единым этапом, найти на нём самый медленный участок и планировать производство по максимальному теоретическому объему выпуска.
• Для сложных производств невозможно выделить единственное узкое место и подчинить его максимальному использованию все остальные процессы: не менее важными являются задачи планирования поставок материалов, снижения стоимости за счет объединение партий транспортировки между этапами, повышение управляемости за счет разграничения зон ответственности. Для решения всех этих задач необходимо рассматривать производство как череду отдельных этапов, планирование которых должно вестись независимо. Уже при планировании и контроле отдельного этапа - можно полностью использовать все принципы теории системных ограничений. Вид рабочих центров - рабочие центры, обладающие одинаковыми производственными возможностями (но, возможно, разной производительностью). Т.к. для планирования производства всё равно на каком из одинаковых РЦ будет выполняться производство - указывается вид РЦ.

Лисин Н.Г., Одиноков С. И.

Всем известно, что в типовом решении 1С:ERP реализована революционная методика планирования производства. Но как она соотносится с классическими методиками MRP, APS, ТОС (ББВ)?

Правда ли, что 1С:ERP использует методы теории ограничений ТОС («Барабан-буфер-веревка» )?

Попробуем ответить на этот вопрос, не перегружая читателя тоннами выкладок, формул и прочих теоретических изысканий, как это принято в учебниках.

Рассматривать будем только межцеховое планирование (так называемый уровень «глобального диспетчера»); внутрицеховое планирование и управление партиями запуска-выпуска (маршрутными листами) в этой статье не затрагиваем.

Прежде чем приступить к обсуждению этого вопроса, вкратце напомним, в чем суть, преимущества и возможная область использования методов расчета сквозных межцеховых графиков производства MRP/CRP, APS, ББВ (ТОС, DBR).

MRP/CRP/RCCP (Material Requirements Planning, Capacity Requirements Planning, Rough-Cut Capacity Planning )

График межцеховых передач изделий рассчитывается от плановой даты выпуска изделия по заказу назад во времени (справа -> налево ). При этом программа исходит из структуры дерева продукции (дерево конечной продукции разворачивается назад во времени простым разузлованием) и суммарного времени выполнения всех операций над полуфабрикатами (компонентами) в цехах.

На каждый интервал времени (день, смена) программа записывает, какие производственные мощности нужны для выполнения каждого заказа (в этом состоит методика CRP). Потребность фиксируется «постфактум», вне зависимости от доступности в процессе планирования – другими словами, есть ли в смене (дне, неделе) доступное время работы оборудования с учетом ремонтов и занятости на других заказах.

Можно сделать так, что записываться будут потребности во времени работы только тех мощностей, которые признаны логистами потенциально узкими местами. Это позволит не перегружать систему информацией (методика RCCP ).

Также в системе CRP/RCCP содержится информация о доступном фонде времени работы производственных мощностей в каждом интервале, а именно:

• время работы видов рабочих центров (ВРЦ , групп однотипного оборудования) с учетом остановки на ремонты,
• и время работы трудовых ресурсов (работников) по цехам c учетом отпусков и больничных.

После того как все заказы распланированы по межцеховым перемещениям, логистсмотрит отчет – сопоставление требуемой планом потребности во времени работы мощностей (поинтервально) и доступного фонда времени работы мощностей.

Дефициты времени работы мощностей и трудовых ресурсов выявляются поинтервально:

Дефицит мощности на интервал = Суммарная потребность во времени работы мощности по всем заказам на интервал – Доступный фонд времени работы мощности на интервал

• Положительное значение – дефицит
• Отрицательное значение – профицит (избыток мощности).

Если есть дефицит хотя бы в одном интервале, то условно считается, что вся совокупность заказов неисполнима. В таком случае производят соответствующие манипуляции с датами выпуска заказов (смещение в будущее для разгрузки производства) и их дальнейшее перепланирование с тем, чтобы сбалансировать загрузку и устранить дефициты.

Таким образом, методика MRP/CRP/RCCP позволяет увидеть дефициты мощностей «постфактум» после процедуры планирования, но не предлагает выполнить распределение заказов по оси времени, чтобы эти дефициты устранить. Такая разводка заказов по датам делается логистами вручную на основании их опыта и приоритетов заказов. Далее все заказы перепланируются и снова проверяются на наличие дефицитов.

Таких итераций может быть несколько; они осуществляются до тех пор, пока график производства не станет хотя бы приблизительно сбалансирован по мощностям (т.е. не будут устранены все дефициты).

Задача расчета возможной даты выполнения нового заказа решается крайне приблизительно - график и потребные мощности нового заказа накладываются на уже рассчитанную поинтервально загрузку мощностей по имеющимся заказам. Затем логисты проверяют, какая новая загрузка мощностей получилась, и не вышла ли она за пределы доступного фонда мощностей:

• если нет, дата заказа признается исполнимой,
• если да , логист подбирает такую дату выпуска по новому заказу, чтобы суммарный график производства был исполним; если заказ важный, то другой заказ можно вручную отодвинуть во времени вперед, тем самым освободив место для нового заказа.

Такая схема не вызывает особых проблем, если, исходя из принятых заказов клиентов, производство по мощностям загружено не более, чем на 70% . Иначе говоря, «главное продать, а произвести всегда сможем». Неточность планирования сглаживается оставшимися 30% доступного времени работы мощностей.

Задачи оптимизации загрузки, минимизации НЗП и переналадок решают локальные цеховые диспетчера “на местах” согласно своему чутью и опыту – для этого у них есть пространство для маневра, так как график производства “дырявый” и он не загружает на 100% мощности в горизонте планирования.

Это нормальная ситуация на предприятиях, где ограничением объема продаж за любой период является рынок, а не производство, что влечет за собой постоянную недозагрузку производства.

Другое дело, если ограничением продаж за период является производство, либо мощности производства примерно соответствуют среднему объему заказов клиентов за период. Сразу надо сказать, что такая ситуация, возможно, говорит о несбалансированности предприятия с рынком, а также наличии серьезных проблем с точным планированием производства с максимально плотной его загрузкой, которая позволяет выполнять как можно большее количество заказов за период.

При сезонном характере спроса планирование может быть выстроено не оптимально: в сезон низкого спроса производство недогружено, а в сезон высокого спроса - аврал.

Поскольку в таких ситуациях выполняется планирование с максимально плотной загрузкой производства, такое планирование рискованно, так как всегда есть вероятность не выполнить заказ в срок из-за, например, поломки оборудования или брака. Сложно оптимизировать производство, укрупнять партии и минимизировать переналадки, возможна «нервозность», авральность производства. Интересы производственников (оптимизировать производство и работать ритмично) начинают противоречить интересам коммерсантов (продать как можно больше и быстро выполнять срочные заказы, в том числе на новые виды продукции).

Для полноты изложения отметим, что при более пристальном рассмотрении вопроса методология CRP распадается на два подраздела:

• RCCP (Rough-Cut Capacity Planning ). Предварительное планирование производственных мощностей. Процедура быстрой проверки дефицитов нескольких ключевых мощностей (потенциально «узких» мест). Смысл выделения этой процедуры только в высокой ее скорости, так как проверяются не все мощности, а очень ограниченный их перечень.

• FCRP (Finite Capacity Resource Planning ). Окончательное планирование производственных мощностей. Процедура проверки дефицитов всех производственных мощностей.

APS (Advanced Planning and Scheduling)

В ситуации, когда потенциальным ограничением продаж продукции является производство, решением (достаточно относительным) является метод APS.

Главное отличие APS от MRP/CRP заключается в следующем: при расчете графика межцеховых передач полуфабрикатов программа опускается до технологических операций и планирует операции на конкретные единицы оборудования, захватывая время их работы. Продвинутые APS-системы захватывают также время работы персонала и прочие ограничения производства (время работы оснастки и т.д.).

Самый первый и приоритетный заказ захватывает время работы мощностей из доступного фонда времени работы мощностей. Следующий заказ захватывает то, что осталось от первого и так далее, пока не будут распланированы все заказы.

При поступлении нового заказа его можно поставить в конец очереди -он захватит те мощности на временной оси, которые остались от всех имеющихся заказов. А можно его «втиснуть» в середину очереди - он опять же захватит те мощности на временной оси, которые остались от всех имеющихся заказов, стоящих в очереди перед ним, но не будет учитывать мощности заказов, стоящих в очереди после него. В этом случае, разумеется, требуется перепланирование всех заказов, стоящих в очереди позже.

Чтобы захватить время работы мощности, программа анализирует временную ось и ищет свободное время работы мощностей, оставшееся после плановых ремонтов и других, более приоритетных заказов. При этом программа старается соблюдать критерии оптимизации производства - она минимизирует время переналадок, размер НЗП, максимизирует партии передаваемых изделий, снижает себестоимость производства и т. д.

Можно сказать, что APS-система строит сквозное (по всем цехам) пооперационное расписание работы оборудования для выполнения заказа на уровне глобального диспетчера, снимая эту задачу с цеховых диспетчеров.

Планирование может производиться:

• Справа-налево (операции назначаются на временную ось как можно позже, туда, где есть свободное время мощностей). Минусы: срыв графика операций подразделением неминуемо приводит к просрочке даты выполнения заказа. В результате возникает необходимость перепланирования и, как следствие, смещение дат выпуска по заказам, либо сверхурочная/авральная работа. Нервозность графика, перенасыщенность дедлайнами, высокая «напряженность» производственных партий.
• Слева - направо (операции назначаются на временную ось как можно раньше, туда, где есть свободное время мощностей, но не раньше даты начала производства, отмеченной в заказе). Минусы: потребности в материалах наступают раньше, чем это реально нужно для выполнения заказа. В целом, это более оптимальный режим, особенно при недозагруженном производстве и неограниченном сроке хранения продукции. Лучше начать выполнять заказ заранее, чтобы гарантированно успеть к сроку.

Как показывает схема, при планировании «как можно раньше» для выполнения заказа остается запас времени, равный разнице между датой выпуска, желаемой клиентом, и датой выпуска, рассчитанной предприятием.

Если нужно посчитать минимальную дату исполнения заказа, то наиболее эффективно эта задача решается в режиме «слева-направо». Заказ вставляется в очередь заказов (очередь на захват мощностей) и захватывает мощности, которые остались от заказов, стоящих в очереди перед ним. Поскольку этапы производства распределяются по доступным временным интервалам слева направо, программа определяет:

• расчетную дату запуска заказа в производство (дата начала выполнения самого первого этапа в структуре продукта) – дату, на которую есть свободная мощность для выполнения самой первой операции;
• расчетную дату выпуска по заказу – дату, которая получилась в результате последовательного захвата мощностей операциями заказа слева-направо, начиная с первой операции.

Проще говоря, при поступлении нового заказа программа старается расположить его на временной оси как можно левее - там, где есть свободное место работы оборудования (с учетом уже распланированных более приоритетных заказов) для самой первой операции по заказу. Место найдется в любом случае - это и будет дата запуска заказа. Затем ищется временная точка (свободная мощность) для следующей операции и так далее. В конце концов, программа «выходит» на последнюю операцию и также планирует ее на доступное время оборудования – это будет дата выпуска по заказу.

Казалось бы, чего еще желать? Такая система представляется идеальной. График загружает производство на максимальную мощность, производство согласно графику работает ритмично (без авралов и простоев), реализация за период выводится на максимально возможный объем, клиенты довольны – в результате точного планирования заказы выполняются в срок, моментально определяются возможные сроки выполнения заказа.

Однако не все так просто. В теории – красиво. А на практике возможны проблемы:

• В результате распределения операций заказов по времени работы оборудования может (к примеру) наблюдаться следующая картина: первый заказ с выпуском на 10-е число номенклатуры Х 10 шт. распределился на три дня с запуском 7-го, а второй заказ с выпуском на 20-е число той же номенклатуры и количества запускать надо уже завтра – он распылился на двадцать дней. Диспетчеру цеха такой график может показаться странным. Зачем запускать 2-го числа, если сдавать 20-го, а цикл производства длится три дня? Такой график может получиться из-за оптимизации переналадок, а также по другим не вполне понятным диспетчеру причинам.
  • Налицо неравномерное сложно пересекающееся распределение операций заказов разных приоритетов во времени, не всегда очевидное диспетчерам, а значит, существует опасность ухода диспетчеров от этого графика. Многие, вероятно, потребуют у глобального диспетчера просто дать график сдачи изделий по заказам, «а какие операции когда запускать - с этим мы сами разберемся». Все-таки на уровне глобального диспетчера (межцеховой график) сложно учесть все внутрицеховые нюансы.
• Срыв исполнения в срок любой плановой операции, брак, задержка в поставке материала, болезнь работника и тому подобное приводит к каскадной невыполнимости всех последующих операций, максимально плотно распланированных во времени (именно плотно, а иначе зачем APS?). В таких ситуациях необходимо немедленно перепланировать график, так как он стал неактуальным – весь график, по всем цехам и заказам.
  • Перепланирование может выполняться с разной периодичностью, например, в конце каждой смены или суток. В результате, график может перестроиться до неузнаваемости. А перестройка графика - это не только изменение требований к ближайшим переналадкам и потребности в оснастке (что «бьет» по цехам и вспомогательному производству), но и изменение расчетных дат выпуска по заказам (что «бьет» по клиентам, с которыми приходится договариваться на более поздние сроки). Все это порождает нервозность и высокую напряженность как на самом производстве, так и в отделе продаж.
• APS требует точности нормативных данных, в том числе учета множества параметров производства. Данных по этим параметрам у технологов может не оказаться – зачастую они не формализованы и находятся в головах у мастеров цехов (локальных диспетчеров). Ели нюансы не учтены, график будет неисполним. Оцифровка и структуризация таких нормативных данных (пооперационных маршрутных карт) со всеми параметрами, необходимыми для расчета производственных расписаний, а также поддержание актуальности этой информации для среднего машиностроительного, приборостроительного предприятия является задачей невероятной организационной сложности!
• APS – система абсолютно детерминирующая, формализующая всю работу цеха «сверху» с максимальной детальностью (вплоть до операций) с уровня глобального диспетчера (ПДО). Локальные диспетчеры исполняют график операций, спущенный сверху. Именно график операций, а не график сдачи изделий. В этом графике операций не учитываются производственные параметры, которые неизвестны программе-планировщику, но которые напрямую влияют на расчет исполнимого графика . Примеры (разумеется, это лишь малая часть):
• 
  • Токарь Иванов сегодня не в настроении и ему не нужно доверять ответственную деталь, а токаря Козлова нельзя подпускать к старому станку – у него повышенная конусность и он запорет заготовку.
  • На одном из наших проектов APS – система, как оказалось, не умеет соединять станки в производственную линию как один поточный РЦ (таково требование технологии), с удалением этих станков из фонда доступной мощности. Описать эту совокупность РЦ как один РЦ тоже нельзя – для других изделий они планируются отдельно…
  • Проблема с сопряженными деталями: нельзя сверлить крышку пока не просверлен корпус, хотя крышка и корпус находятся в разных ветках дерева продукции и соединяются лишь на сборке.
  • Сложности возникают с передачей по кооперации на сторону или в другие цеха при нехватке мощностей.
  • Печь может работать не только в синхронном, но и в асинхронном режиме. Она выводится на заданную температуру, а дальше заготовки закладываются и вынимаются не синхронно (одной загрузочной партией), а в разное время, согласно длительности термообработки каждой заготовки.
  • Такие ситуации опытный локальный диспетчер разруливает без проблем, тогда как программа на это не способна. Для этого требуется искусственный интеллект. Вот почему системы, которые дают диспетчеру ориентировочный график сдачи изделий и оставляют простор для творчества при планировании операций внутри цеха, более устойчивы и менее нервозны. APS-система во многом лишает диспетчера цеха возможности маневра и самостоятельности в учете нюансов.
• APS-системы основаны на сложнейшей математике – в частности, генетических алгоритмах. Самые простые APS-системы используют эвристические жадные алгоритмы. В любом случае, воспроизвести (просчитать) результаты планирования вручную невозможно, как невозможно объяснить опытному логисту, почему программа распланировала именно так, хотя есть другой, более оптимальный план. Действительно, никаких гарантий, что программа найдет в тысяче вариантов планов самый оптимальный, нет.
• И наконец, посчитаем, сколько плановых операций APS-система должна планировать на месяц вперед.
  • Например, 1000 заказов на готовую продукцию в месяц, по каждому – 1000 операций по всем цехам. Получаем миллион операций, которые необходимо рассчитывать, оптимизировать и записывать в базу данных, скорее всего, ежедневно, а значит на процедуру планирования при трехсменном режиме работы отводится полчаса - час.

Итак, основными недостатками APS-систем являются:

• Невозможность учесть все производственные параметры для точного расчета графика. Если для MRP неточный график – это нормально, то для APS – губительно, так как подразумевает неисполнимость графика и его постоянное перепланирование. А это нервозность и неритмичность производства.
• Организационная сложность в создании, оцифровке нормативной системы (спецификаций, маршрутных карт). Приведение того, что есть на предприятии, к формату, который требует APS, непрерывная поддержка актуальности этих данных.
• Высокая требовательность к быстродействию и объемам хранилищ данных.

Если эти недостатки не проявляются на конкретном производстве, то APS-система является абсолютной рекомендацией к использованию.

В последнее время много говорится о том, как сложно разработать универсальную APS-систему для всех отраслей. Наиболее успешно работают узкоспециализированные APS-системы, «заточенные» под конкретные отрасли и учитывающие все особенности конкретных производств.

MES (Manufacturing Execution System)

Для полноты картины отметим еще MES-системы. Провести четкую грань между APS и MES-системой не всегда просто. Этой теме посвящено множество исследований.

Например, APS-систему можно условно считать MES-системой, если все предприятие состоит из одного цеха, а перепланирование цеха возможно по итогам выполнения каждой операции с тем, чтобы получить точный измененный план операций после выполнения каждой операции.
.

Характерными особенностями MES-систем можно считать:

• Планирование операций на уровне локального диспетчера только внутри цеха. В качестве исходных данных используется график сдачи изделий цехом.
• Перепланирование графика в автоматическом режиме (например, каждые 15 минут) по итогам выполнения операций предыдущей версии графика. В любом случае, перепланирование выполняется с периодичностью, равной средней длительности операций. В результате, диспетчер (и рабочие на рабочих центрах) видят непрерывно актуализируемый график операций по рабочим центрам с учетом того, чем сейчас заняты РЦ.
• Точный расчет расписаний работы оборудования в краткосрочном горизонте (несколько смен) с учетом всех производственных параметров. То есть получается реально исполнимый график, не требующий корректировки диспетчером из-за неучтенных нюансов. При большом количестве операций диспетчер просто не сможет просматривать и корректировать все плановые операции каждые 15 минут.
• Прямая связь с оборудованием – передача сигналов с оборудования в MES-систему о текущих режимах работы оборудования, фактическом старте и завершении операций. Это важно, так как требования к оперативности и точности ввода фактических данных очень высоки.

MES-системы наиболее эффективны, когда являются узкоспециализированными (это позволяет учесть в системе специфические производственные параметры), встроены в конкретное производственное оборудование и поставляются с ним.

ТОС, ББВ/DBR (Теория ограничений систем, «Барабан-буфер-веревка», «Drum, buffer, rope»)

Данная методика является поистине революционной и не сразу была признана корифеями. Создана всемирно известным исследователем, родоначальником Теории ограничений, Элияху Голдраттом.

Данная гениальная методика бросает вызов традиционным методикам и призвана не только устранить недостатки APS и MRP, но и объединить их достоинства.

Методика «барабан-буфер-веревка», что это?

ББВ основана на следующих очевидных предпосылках:

1. Производство чаще всего не является полностью сбалансированным. Пропускную способность производства для каждого вида продукции ограничивает лишь один вид производственного ресурса (мощности). Например, некий уникальный дорогой станок. Исключение - поточные и непрерывные производства, в которых каждый РЦ потока полностью сбалансирован с другими РЦ. Но это не случай ТОС, и даже не случай, когда требуется детальное планирование производства.
2. Нет смысла детально планировать каждый производственный участок. Достаточно точно распланировать участок с узким производственным ресурсом - «барабаном ». Это будет основной такт производства. График работы барабана соблюдается неукоснительно. Он должен быть загружен непрерывно с минимумом переналадок. Это значит, что производство загружено максимально.
   • Очевидно, что остановка барабана - эта остановка деятельности всего предприятия. Рассчитать дату выполнения заказа очень просто: для этого нужно назначить обработку заказа на один РЦ - барабан – захватив время его работы. Расписание обработки заказов на один рабочий центр можно составить в Excel.
3. Все остальные участки автоматически будут подлаживаться под основной такт барабана, так как их пропускная способность выше, чем требуется для обеспечения такта работы барабана. Поэтому график работы участков не нужен. Достаточно запускать исходные материалы в начальные участки за некоторое время до поступления на барабан и требовать с участков немедленно обрабатывать и отправлять изделия дальше соответствующим участкам-получателям, выполняющим следующие операции.
   • Принцип запуска материалов в производство до выхода изделий на барабан - это «веревка ». Веревка «дергает» материалы со склада в соответствии с тактом барабана, причем только в том количестве, которое нужно для барабана. Ни в коем случае нельзя выдавать материалов больше, чем требуется барабану - в противном случае участки начнут увеличивать партии с целью оптимизировать производство, и их пропускная способность станет меньше, чем у барабана. Иными словами, барабан перестанет быть узким местом.
4. График должен быть таким, чтобы перед барабаном всегда находилась непустая очередь изделий. Это обеспечит непрерывность его загрузки. Чтобы очередь была непустой, исходные материалы надо запускать в производство гораздо раньше, чем того требует длительность обработки до барабана. Например, время такого опережения запуска материалов может быть в 3 раза больше длительности обработки до барабана. Такое время опережения называется временным «буфером ».
5. Нет смысла контролировать своевременность сдачи всех изделий цехами. Достаточно контролировать, какие изделия вышли из «зеленой зоны» - т. е. не поступили в очередь к барабану своевременно согласно производственному циклу. Такие изделия/заказы требуют контроля и вмешательства диспетчера.
   • Используется принцип светофора. Если заказ в «зеленой зоне», не обращаем на него внимания. Если заказ в «желтой зоне» - т. е. прошло уже 1/3 буфера, но не более 2/3 буфера, а заказ так и не вышел к барабану - начинаем разбираться, почему возникла задержка. Если заказ в «красной зоне» - т. е. прошло более 2/3 буфера, а заказ так и не вышел к барабану - срочно вмешиваемся, иначе расписание работы барабана нарушится. Разумеется, за счет других заказов в очереди барабан, скорее всего, не остановится, что говорит о большой устойчивости системы.

Между барабаном и выпуском готовой продукции могут быть выпуски промежуточных полуфабрикатов - в этом случае при планировании необходимо учитывать «завершающий буфер». Другими словами, от обработки на барабане до выпуска готового изделия проходит некоторое фиксированное время, которое учитывается (добавляется) при планировании. Например, если продукцию по заказу надо выпустить 10-го числа, а завершающий буфер – 3 дня, то работа барабана для обработки заказа планируется на 7-е число.

К сожалению, ББВ тоже не является абсолютно универсальной методикой.

ББВ отлично работает, если в производстве есть ярко выраженный узкий рабочий центр для каждого вида продукции, который не мигрирует при изменении ассортимента выпускаемой продукции. Если узкое место сложно «поймать» или оно мигрирует, то с ББВ будут проблемы.

Итак, мы рассмотрели 3 основные методики планирования. Каждая из них имеет свои плюсы и минусы. У каждой есть свои ограничения. Возможно ли найти универсальную методику, своего рода «золотую середину», обладающую плюсами всех остальных методик, но лишенную их недостатков?

Решаема ли эта задача? Не сродни ли она попыткам средневековых алхимиков превратить свинец в золото или изобрести вечный двигатель?

Поиски “философского камня” в 1С:ERP…

Алгоритм планирования производства 1C:ERP

Мы не будем описывать все нюансы. Опишем лишь основные моменты, составляющие суть алгоритма межцехового планирования производства в 1С:ERP.

Для каждого производственного подразделения временная ось разбивается на равные интервалы. Например, сутки или недели – это самые востребованные варианты. Причем для каждого подразделения интервал настраивается индивидуально.

В заказе на производство задаются желаемые дата запуска и выпуска:

• Раньше желаемой даты запуска (реквизит “дата начать не ранее” ) программе запрещено планировать выполнение графика по заказу.
• Выпуск изделия должен быть запланирован не позже желаемой даты выпуска. По сути, это дата, желаемая клиентом.

В каждом подразделении описываются виды рабочих центров (ВРЦ), имеющиеся в подразделении, а также доступный суммарный плановый фонд времени работы ВРЦ с учетом ремонтов.

ВРЦ состоит из отдельных РЦ, но при планировании учитывается суммарный фонд времени ВРЦ.

В спецификации на этап производства указывается:

• в каком подразделении выполняется этап,
• рабочее время каких ВРЦ этого подразделения необходимо захватить при выполнении спецификации этапа.

В спецификации этапа следует указывать только потенциально узкие места (ВРЦ) подразделения. В этом случае график межцеховых передач по заказу будет строиться согласно захвату времени работы этих ВРЦ, без учета тех ВРЦ, которые не являются узкими местами.

Методика планирования слева – направо или справа – налево определяется в отдельно взятом заказе на производство. Исходя из этого параметра, уже можно отнести 1С: ERP к системам APS класса, т.к. алгоритм MRP подразумевает расчет графика производства только справа – налево

Программа выполняет последовательное планирование заказов по очереди заказов. Очередь заказов определяется приоритетом заказа, в рамках заказов с одним приоритетом очередь определяется в соответствии с датой ввода документа. Очередь заказов рассчитывается в рамках одного подразделения – диспетчера.

В соответствии с параметром «Размещение выпуска» система осуществляет поиск интервала планирования для размещения этапов производства левее даты потребности назад во времени или правее даты «Начать не ранее» вперед по времени, которая будет являться точкой отсчета.

После этого планирование осуществляется вправо или влево в соответствии с размещением выпуска до полного размещения заказа в производстве. При этом этапы захватывают время работы ВРЦ, указанных в его спецификации, и делает это захваченное время недоступным для всех последующих менее приоритетных заказов.

Одной из самых сложных задач на производстве является планирование производственного процесса и обеспечение оперативного управление на его основе. Существует несколько различных подходов. Мы в рамках данной статьи остановимся на сущности и преимуществах подхода разработанного теорией ограничения «Барабан-буфер-канат».

Сущность метода заключается в максимальном упрощении задачи: планирование производственных заданий только для одного ресурса, являющегося ограничением и обеспечение синхронной работы всех остальных участков. Понятно, что от объема выпуска этого ограничивающего ресурса и зависит выпуск всего завода, поэтому нет необходимости обеспечивать оптимальную загрузку всех остальных центров и планировать их работу.

Термином «барабан» в ББК обозначается производственных график внутренний ресурс ограниченной мощности (РОМ), определяющий производительность предприятия в целом. Так ограничение устанавливает темп или ритм работы всей компании, предохраняя от перепроизводства и перегрузки в неограничениях. Это позволяет обеспечить гибкость и высокую степень реакции системы.

«Буфер» в ББК это защитный механизм, позволяющий максимально использовать мощность ограничивающего ресурса (ликвидировать возможные простои) и выполнять заказы клиентов в срок. Однако это не предметы, а время. Буфер предназначен для того чтобы незавершенные производство поступало за определенное время до запланированного начала обработки. Одновременно предусмотрен механизм контроля над расходованием буфера и продвижением заготовки, детали, узла или изделия по производственной цепочке.

«Канат» — это средство коммуникации позволяющее обеспечить синхронность отпуска материалов и скорость работы ограничения. Такой механизм позволяет избежать излишков материалов в производственной системе, ускорить производство, сократить запасы и время выполнения заказа. Фактически это план отпуска материалов со склада, который корректируется в зависимости от режимов работы ограничения.

Данный механизм планирования позволяет:

• Контролировать и управлять выполнением заказов в установленные сроки.
• Сократить время производственного цикла.
• Сократить количество незавершенного производства в системе.

Еще одним преимуществом данного метода является его гибкость: ББК можно использовать как при производстве на заказ, так и при производстве на склад.

В отличие от других систем ББК нацелен на генерацию дохода, а не на снижение производственных запасов. При этом использование этого метода позволяет увидеть узкие места в производстве, и сфокусировано принимать меры по решению возникших проблем. При этом эффект от таких мер будет моментальным и ощутимым. Так применение метода быстрой переналадки (SMED) из бережливого производства для ресурса ограниченной мощности (РОМ), мгновенно повысит объем выпуска всего предприятия. Таким образом, подходы Теории Ограничений не противоречат, а дополняют существующие методики существенно усиливая эффект от их применения.

В любой организации и деятельности есть внутренняя простота, но мы склонны все усложнять. Кажется, чем сложнее, тем более значимое и продуманное. Этот эффект приводит к тому, что простое обрастает множеством дополнений, и сложная структура начинает тратить все силы на одновременное поддержание и обслуживание всей структуры, а не на достижение целей. Малозначительных элементов и факторов может добавляться сколько угодно, но действительно продуктивная работа системы зависит от нескольких ключевых в данный момент. И более эффективной систему делает управление ключевыми факторами влияния и укрепление слабых звеньев цепи.

Что такое Теория ограничений:

• философия бизнеса;
• технология управления потоком;
• технология повышения прибыльности производства;
• методика нахождения решений;
• технология управления изменениями.

Теория ограничений (Theory of Constraints, TOC) - это методология менеджмента, разработанная Элияху Моше Голдраттом в 1980-е годы, но популярная и в наши дни. Суть ее в том, чтобы обнаружить ключевое ограничение системы и управлять им. Усилия прикладываются для управления небольшим количеством аспектов системы. Цель при этом - ускорить получение прибыли. Эффект от управления ключевыми ограничениями значительно превышает результаты одновременного воздействия на множество проблемных областей системы. Теория ограничений - это бизнес-концепция, но фактически принцип TOC можно применить для любой сферы жизни и деятельности.

Где применяется TOC?

• Производство.
• Строительство.
• Управление коллективом.
• Продажи.
• Разработка новых продуктов.
• Маркетинг.
• Закупки.
• Дистрибуция.
• Ритейл.
• Разные отрасли бизнеса.
• Учреждения, оказывающие услуги.
• Самые разные рабочие задачи.

Какие возможности дает применение Теории ограничений?

• За 1-3 месяца повысить результативность бизнеса.
• Найти выгодные для всех сторон управленческие решения.
• Повысить уровень взаимодействия.
• Повысить уровень мотивации.
• Сократить производственный цикл.
• Увеличить количество заказов.
• Сократить сроки поставки.
• Управлять проектами, укладываясь в сроки и бюджет.
• Повысить пропускную способность учреждений.
• Улучшить качество услуг.
• Увеличить продажи и др.