Инжиниринг

Эффективное управление производственными потоками при наличии ограничений на пропускную способность технологических ресурсов

Одной из наиболее эффективных и признанных в мире методологий управления производством при наличии внутренних ограничений на пропускные способности ресурсов является методология, предложенная доктором Голдраттом. Эта методология основана на разработанной им же теории ограничений (ТОС1). Практическим пособием по применению этой теории можно считать широко известную монографию доктора Голдратта «Цель: процесс постоянного совершенствования». В данной статье предпринята попытка дать некоторые полезные комментарии к этой фундаментальной методологии, которые по мнению автора будут способствовать ее продвижению в области производственного менеджмента в России.
27 мая 2008

1. Анализ загрузки ресурса – внутреннего ограничения (CCR2)

Проанализируем загрузку технологического ресурса (например, обрабатывающего центра) производственными заказами. Пусть перечень заказов на 03.01.08 г. (т.е. на некоторую текущую дату – TD) имеет вид:

1) заказ 1 (WO1) – 20 ч, (общее штучное время обработки деталей заказа WO1 на данном обрабатывающем центре – Тшт,1);

2) заказ 2 (WO2) – 10 ч (Тшт,2);

3) заказ 3 (WO3) – 7 ч (Тшт,3).

Итого загрузка на 03.01.08 г. – 37 ч (Тшт,1+Тшт,2+Тшт,3).

Ресурс (обрабатывающий центр) работает ежедневно в 2 смены: в течение 15 ч «гонит стружку» и 1 ч уходит на профилактическое обслуживание и переналадки (15+1=16 ч). Тогда график загрузки ресурса заказами (на TD) можно представить в виде двухступенчатой диаграммы (см. рис. 1). На основании графика загрузки можно определить дату (время), когда ресурс сможет принять на обработку новый заказ – второй день от TD (03.01.08 г.), т.е. 05.01.08 г.

Одним из ключевых параметров при управлении производством «под заказ» (МТО) в ТОС является длина веревки, связывающей конечную дату исполнения всего заказа (например, сдача готовой машины клиенту) и дату отпуска материалов (RM4) на исполнение этого заказа. При этом действует основное жесткое правило: материал отпускается со склада и склад тут же «ЗАКРЫВАЕТСЯ НА АМБАРНЫЙ КОДОВЫЙ ЗАМОК» до подхода новой «веревки» от нового заказа.

Как же правильно определить длину этой веревки? Пусть сложившийся по отрасли срок исполнения заказа (от даты отпуска материалов до даты сдачи готовой машины заказчику) – 6 месяцев (SLT5). SLT – это тот срок, который продажи уверенно пообещают клиенту предприятия сегодня – на TD (например, 03.01.08 г.) Производственный буфер (РВ6) – это то время, за которое заказ реально может быть исполнен в условиях данного конкретного производства. РВ и есть искомая (в ТОС) длина в веревки.

Обычно

PB ≤ SLT. (1)

Задача менеджменту предприятия – добиться на основе использования ТОС превращения нежесткого ограничения (1) в очень жесткое:

PB << SLT, (2)

т.е. значительно укоротить длину веревки, и тогда обеспечен успех на рынке в данной отрасли.

На рисунке 2 показано, как работает «веревка» для нового заказа, принятого 03.01.08 г. (TD), с учетом наличия внутреннего ограничения (самого загруженного технологического ресурса – CCR).

Принцип расчета даты пропуска нового заказа (ДПНЗ) на ограничении (CCR) достаточно подробно рассмотрен выше (см. рис. 1). От этой даты (ДПНЗ) нужно отнять РВ/2 (половину веревки) и определить искомую дату отпуска основ-ных материалов (RM) для нового заказа, который может быть исполнен в дату ДПНЗ+PB/2. Логика здесь такова: материал до ограничения (CCR) должен дойти за первую часть производственного буфера веревки и за оставшуюся часть – до конца производственного цикла. «Географическое» положение ограничения – CCR (на маршруте), как правило, не имеет большого значения, т.к. установлено, что все машинное время (включая сборку) не занимает больше 10% от РВ, а 90% РВ – это нахождение заказа в очередях на обработку. Тогда для простоты (ввиду статистической природы производственных процессов усложнение здесь неуместно) можно принять, что обе эти части («до» CCR и «после» CCR) равны и, следовательно, составляют половину длины веревки – РВ/2.

Между датой окончания заказа (DD7) и датой по стандартному времени исполнения заказа (SLT) есть некоторый запас – SLACK. Этот запас и определяет наше конкурентное преимущество на рынке: если SLACK ≥ 0, у нас все в порядке, а если SLACK < 0, мы работаем хуже конкурентов в отрасли, и нужны срочные изменения в управлении производством вплоть до достижения положительного значения SLACK.

Так, например, если в соответствии со схемой на рис. 2 дата отпуска материалов формально уходит левее TD (например, получится 20.12.07 г.), то это означает, что материал следует запустить немедленно. Вместе с тем, продажам необходимо срочно искать новые заказы для эффективного использования ресурса – внутреннего ограничения, т.к. появилась явная угроза его простоя. Ресурс будет стоять и ждать подхода материала по открытому новому заказу, т. к. на это нужно время РВ/2, а отрезок времени от TD до ДПНЗ становится меньшим, чем РВ/2. Эта «отрицательная» разница времени как раз и составит время простоя ресурса-ограничения. С ростом числа заказов точка ДПНЗ (рис. 2) сдвигается правее, и отрезок времени от TD до ДПНЗ становится больше РВ/2: простой ресурса-ограничения устранен.

Описанный выше принцип расчета даты отпуска материалов – строго по «веревке РВ/2» и контроль за SLACK-запасом по времени исполнения заказа есть основа эффективного управления производством по ТОС.

На рисунке 3 наглядно показано, как можно определить половину длины веревки – РВ/2, и как эта длина явно связана с уровнем незавершенного производства в маршрутном потоке между технологическими ресурсами 1…3.

Новый заказ «водружается» на верхнюю точку стопы заказов перед ресур-сом 1 и далее движется (согласно маршруту) по стопам заказов перед ресурсами 2, 3.

Что значит, если мы уменьшим половину длины веревки на рисунке 3? Это значит, мы уменьшим высоту стоп заказов перед ресурсами (см. рис. 4).

Новая ситуация с запасами работы перед ресурсами (на рис. 4) может вызвать простои ресурсов 1 и 2. Но если они не являются ограничениями производственного потока, то пусть простаивают и ждут новых заказов для их скорейшей обработки и направления к ресурсу-ограничению 3, перед которым всегда должен быть запас работы – только этот ресурс и не должен простаивать.

Исходная ситуация с запасами работы на рисунке 3 – это типичная ситуация в производственных цехах, когда требование загрузки всех ресурсов – основной показатель эффективности, определяющий мотивацию персонала. Этот локальный показатель «эффективности» прямо ведет к росту длины веревки, т.е. к большим срокам производства, росту уровня незавершенного производства (должен быть запас работы перед каждым ресурсом, иначе не выполнятся сдельные показатели мотивации оператора, наладчика в нормо-часах, и не сформируется фонд их заработной платы).

Таким образом, правильный оптимальный расчет длины веревки с учетом наличия внутреннего ограничения позволяет как ускорить производственный цикл (обеспечить рост конкурентоспособности и, как следствие, рост объемов продаж), так и одновременно сократить затраты на излишние запасы материалов в производственном потоке.

2. Управление производственным потоком с внутренним ограничением

Все заказы в производственном потоке получают приоритет исполнения по шкале времени от даты отпуска материалов на этот заказ (ДПНЗ–РВ/2 – см. рис. 2) до даты его окончания плюс SLACK-запас (ДПНЗ+РВ/2+SLACK). Первая треть этого периода есть малая приоритетность – зеленый заказ, вторая треть есть средняя приоритетность – желтый, третья есть высокая приоритетность – крас-ный, после конечной даты – черный, (опаздывающий заказ).

Каждый технологический ресурс в маршрутной системе следит только за открытыми заказами в состоянии «перед ним» (на основании регулярной информации из MRP-системы) и ждет их подхода для назначения на обработку в строгом соответствии с описанной системой приоритетов (сначала – «красный», потом – «желтый», потом – «зеленый»). Если есть опаздывающие «черные», то это самый высший приоритет – исполняется перед «красным» заказом. Производственный персонал специально мотивируется на минимизацию количества красных заказов перед технологическими ресурсами (и только на это!). Такие заказы допустимо иметь только перед внутренним ограничением и здесь их нужно и можно эффективно экспедировать, т.к. не нужно распылять внимание производственных менеджеров на весь производственный поток. Все остальные технологические ресурсы, как ресурсы-«не ограничения» должны «избавляться» от красных зака-зов немедленно по их появлению непосредственно перед ними.

При такой организации управления производственным потоком действует только один глобальный показатель эффективности работы предприятия: исполнение обещанного клиенту срока исполнения заказа. Чем выше эта точность, тем большей будет доля рынка, и тем большим будет доход предприятия от продаж. Когда эта точность достигается при общем устойчивом снижении количества «красных» заказов (их становится не более 10% от общего числа заказов в производстве), можно говорить о снижении времени производственного цикла на эту «красную» треть производственного буфера РВ. При этом можно явно перейти на такой сокращенный производственный буфер с новым расчетом длины веревки в соответствии с подходом на рис. 2. Тогда конкурентные преимущества предприятия возрастут еще более существенно.

Если внимательно проанализировать предложенную методологию управления производством с учетом наличия внутреннего ограничения, то нетрудно понять, что крайне нежелательно перемещение этого ограничения по производственному потоку: середина веревки длиной РВ/2 каждый раз привязывается к одной временной точке – дате начала пропускной способности одного и того же ресурса (рис. 2). Когда же ресурс-ограничение «гуляет» по потоку, то правильно управлять отпуском материала будет чрезвычайно сложно. Кроме того, экспедировать «красные» заказы придется в разных местах производственного потока, а это для менеджеров уже гораздо сложнее, чем концентрироваться на конкретном ресурсе (следить за его состоянием, обслуживать его лучшими специалистами и т.д.). Поэтому формулируется несколько неожиданное управленческое предложение: обязательно иметь одно внутреннее постоянно действующее ограничение, а если его явно нет, то его необходимо явно создать.

3. Планирование загрузки ресурсов в проектах технического перевооружения

Управленческое предложение, сформулированное в конце предыдущего раздела, следует учитывать при планировании годовой загрузки технологических ресурсов в проектах технического перевооружения предприятий. При формирова-нии в проекте загрузки ресурсов производственной годовой программой выпуска изделий коэффициенты загрузки технологического оборудования не должны быть все одинаково максимальными (0,8…0,9), т.к. при этом рост очередей в производственном потоке сведет на нет выгоду от «высокой локальной эффективности» в виде непрерывной работы оборудования. Возрастут сроки исполнения заказов, вырастет объем незавершенного производства и затрат на его поддержание (см. пример на рис. 3), что, в конечном итоге, приведет к снижению прибыльности бизнеса.

Значительно более оптимально с точки зрения именно ускорения производственных потоков (сокращения циклов производства) – иметь в проекте значения коэффициентов загрузки большинства единиц оборудования в пределах 0,5…0,7 (или даже 0,5…0,6), а по одному виду (группе) оборудования (или конкретной единице оборудования) – иметь максимальное значение коэффициента загрузки в пределах 0,8…0,9. Таким образом, и создается ограничение именно на данном наиболее планово загруженном технологическом ресурсе, что соответствует требуемому управленческому решению ТОС иметь в производственном потоке по-стоянное (по месту в маршруте) ограничение. Понятно, что таким внутренним ограничением в большинстве случаев целесообразно назначить наиболее дорогостоящий технологический ресурс: каждый процент его загрузки требует максимальных для реализации проекта инвестиционных затрат. Например, если несколько единиц оборудования стоят до 300000$, то 1% их 100-процентной загрузки стоит не более 3000$:

300000$/100%=3000$. (3)

Тогда как для единицы оборудования стоимостью, например, 900000$ этот показатель составит 9000$:

900000$/100%=9000$. (4)

Поэтому кандидатом на щадящую загрузку (0,5…0,7) в производственном потоке и должны быть ресурсы по (3), а кандидатом на максимальную загрузку ресурс-ограничение по (4).

Полученное правило распределения значений коэффициентов загрузки единиц технологического оборудования в проектах техперевооружения позволяет при их реализации построить эффективную систему управления производственными потоками (на основе ТОС).

4. Управление производственными потоками при наличии склада готовой продукции

Управление производством типа «под заказ» (МТО) мало отличается от управления производством «на склад» (MTS8). Основные его принципы сохраняются. Отличие состоит только в сути приоритетов исполнения заказов перед каждым ресурсом: черный – красный – желтый – зеленый. Если в МТО – это цвета за-каза на шкале времени от даты запуска материала до даты его окончательного исполнения, то в MTS цвета заказа вводятся в зависимости от степени проникновения в уровень (буфер) запаса изделия (по этому заказу) на складе готовой про-дукции (см. рис. 5). Количество изделий на складе готовой продукции включает в себя и количество этих изделий, которые уже находятся в стадии производства (заказы, которые открыты раньше текущего заказа).

Например, склад готовой продукции (рис. 5) содержит 80 штук полностью готовых изделий (лежат на площадях склада) и 10 шт. изделий, которые находят-ся в стадии производства (т.е. не находятся пока на площадях склада). Уровень (буфер) необходимых запасов изделия на складе равен 90 (80+10) штукам. При уменьшении буфера изделия на складе с 90 до 60 шт., что соответствует проникновению в буфер до 30 шт. (или до 33%), соответствующий текущий заказ в производстве на пополнение склада получит зеленый цвет.

Проникновение в буфер от 30 до 60 шт. или от 33 до 66% (запас от 60 до 30 шт.) придает заказу в производстве желтый цвет. И, наконец, проникновение в буфер от 60 до 90 шт. – от 66 до 100% (запас от 30 шт. до 0) придает заказу в производстве красный цвет. Если же запас на складе стал равным 0, то заказ в производстве получит черный цвет.

Цвета заказов на пополнение склада динамически изменяются при движении в производственном потоке (как и в МТО), но только не в связи с текущей датой исполнения заказа на шкале времени «дата отпуска материалов для заказа – дата исполнения заказа», а в связи с текущим состоянием буфера изделия на складе (который «истощают» текущие продажи).

Пусть в нашем примере на рис. 5 некий заказ на 8 штук изделий получил цвет «зеленый», т.к. проникновение в буфер склада изделия (по данному заказу) на момент его запуска в производственный поток составляло 15 шт. (т.е. до 33%). По мере продвижения заказа «8 шт.» по потоку (от первой точки маршрута к по-следующим) проникновение в буфер склада этого изделия составило 50 шт. (т.е. от 33% до 66%) – продажа изделия со склада идет очень успешно. Тогда этот заказ «8 шт.» с момента (даты) указанного проникновения в буфер получит статус «желтый» в той точке маршрута, в которой он находится по соответствующей дате. И если проникновение в буфер склада не изменится до конца маршрута (сохранится на уровне 50 шт.), то цвет заказа «8 шт.» в производстве останется «желтым» и не изменится вплоть до его полного исполнения – поступления на склад 8 штук готовых изделий. В противном случае рассматриваемый заказ «8 шт.» будет изменять свой цвет в зависимости от текущего изменения степени проникновения в буфер склада изделия. Дата открытия заказа «8 шт.», т.е. дата отпуска материалов на этот заказ и его поступления в производство определяется в соответствии с правилами, изложенными в разделе 2 для МТО (см. рис. 2), а его цвет в момент открытия – по состоянию буфера запаса изделия на складе.

5. Программное обеспечение процесса управления производством по ТОС

Описанный выше алгоритм управления производственными потоками на основе теории ограничений (ТОС) реализован программным обеспечением SYMPHONY, которое разработано компанией INHERENT SIMPLICITY (Израиль) по спецификации (техническому заданию) доктора Голдратта.

Таким образом, данное программное обеспечение – это наиболее полная реализация его идей в области управления производством (в том числе, и самых новых идей).

Программное обеспечение SYMPHONY – это инструмент управления производственным потоком, структура которого должна быть подготовлена в MRP-системе. Поэтому SYMPHONY не противопоставляется MRP-системе, а, напро-тив, успешно ее дополняет при построении современного производственного менеджмента.

Инженерно-консалтинговая компания «Солвер» является официальным партнером консалтинговой корпорации GOLDRATT CONSULTING по внедрению ТОС на российских предприятиях. Методология ТОС служит основой создания систем управления производством при реализации индустриальных проектов.