Управление производством по принципам теории ограничений. Теория ограничений: внутренняя простота и управление ограничениями. Метод критической цепи
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.
Главная особенность методологии в том, что совершая усилия над управлением малым количеством элементов системы, достигается эффект, который во много раз превышает результат одновременного влияния на все или большинство проблемных областей системы одновременно.
История создания теории ограничений
Ключевая фигура в создании и популяризации теории ограничений — доктор Элияху Голдратт. Он получил степень бакалавра наук в области физике в Тель-Авивском университете, а также степень магистра и доктора философии в Бар-Иланском университете. Позже Голдратт устроился на работу в компанию Creative Output, которая разрабатывала и продавала программное обеспечение — Оптимизацию Технологии Производства. ОТП стало первым ПО, обеспечивающее планирование мощности для производственных нужд. Программное обеспечение и его принципы стали первоосновой для создания теории ограничений, которая была представлена Голдраттом в 1984 году в бизнес-романе «Цель». Журнал «Times» добавил её в список « ».
В следующих книгах, выходящих с интервалами в несколько лет («Гонка», «Теория ограничений», «Цель II: Это не удача» и другие), Элияху развил заложенные им идеи и принципы ТОС. Стоит особо отметить книгу «Критическая цепь», опубликованную в 1997 г., в которой Голдратт адаптировал концепцию для целей проектного менеджмента.
А для продвижения концепции в 2012 году был основан The Theory of Constraints Institute, который воплощает цель жизни Голдратта: «Научить мир думать».
Но Голдратт и команда не единственные, чьими усилиями ТОС получила мировую известность. Среди ранних популяризаторов был Вольфганг Мевес, который в Германии выпустил серию работ о теории силового управления и энерго-кибернетической системы, которая, в свою очередь, была развитием теории бутылочного горлышка.
Что такое теория Голдратта
Теория ограничений систем (ТОС) — методология менеджмента, в основе которой лежит определение ключевого ограничения системы и управления ним для эффективности системы в целом. Одно из ключевых понятий — ограничения, факторы, которые определяют предел результатов системы.
В зависимости от системы отличаются и ограничения, но в целом можно выделить три большие группы:
- ограничение мощности — невозможность представить в конкретные сроки необходимый системе объём мощности
- ограничение рынка — количества заказов недостаточно для требуемого развития системы. Обычно с этим ограничением справляются, предлагая более выгодные сделки потребителям для стимулирования роста продаж
- ограничение времени — слишком долгое время реагирования системы на потребности рынка;
- ограничение парадигмы — когда сотрудники придерживаются убеждений, которые заставляют их действовать определенным образом, это может влиять на производство до такой степени, что становится само по себе ограничением. Примером такого ограничения служит убеждение в том, что загрузка рабочего механизма по максимуму говорит об эффективности работы, даже если это приводит к . В результате происходит неоптимальное использование ресурсов
- физическое ограничение — к примеру, слишком большая очередь производства, поступающая в машину, которая не способна обрабатывать вовремя такие объёмы
- ограничение политики компании — под политикой в этом контексте рассматривается руководство по проведению производственного процесса. В качестве примеров — правила, касающееся минимального размера партии, проходящее по конвейеру, количество деталей для заказа у поставщика, объем продукции, который должен быть достигнут для отправки на следующий этап производства. Если не отслеживать и контролировать эти ограничения, они могут мешать производственному потоку. Ограничения политики сложнее всего обнаружить, приходится анализировать их влияние на бизнес в целом. К тому же, правила зачастую используются сотрудниками на протяжении долгого времени и инерционность мышления помешает быстро избавиться от ограничения
- ограничение отдела продаж — чем сложнее процесс продаж, тем больше факторов, которые могут привести к его снижению. Например, нехватка инженеров по продажам выльется в малое количество демонстраций продукта, а значит количество продаж уменьшится.
Инженеры по продажам — специалист по продукту, который разбирается во всех его технических характеристиках и нюансах. В остальном его функциональные обязанности схожи с менеджером по продажам.
Пошаговое внедрение управления системой через ограничения
Достаточно пяти последовательных шагов, которые помогут сфокусировать усилия на том, что позволит быстро реорганизовать всю систему:
- Найти ограничение системы — в этом помогут вопросы: «В каком элементе системы самое слабое звено?» и «Какую природу (физическую или организационную) имеет найденное ограничение?».
- Ослабить влияние ограничения системы — для этого нужно понять, как без существенных дополнительных затрат выжать максимум из ограничивающего элемента. Это автоматически станет ответом на вопрос, как ослабить негативное влияние ограничителя на работу всей системы.
- Сосредоточить усилия на ограничении системы — на этом шаге приходит очередь настройки системы для максимально эффективной работы ограничивающего элемента. Последующий анализ может выявить, что ограничение перестало влиять на работу системы, то есть от него избавились. В этом случае можно пропустить 4 шаг и сразу перейти к финальному. Если же ограничение не исчезло, придётся продолжить последовательность.
- Снять ограничение — к этому шагу приходят, если первых двух не было достаточно для устранения ограничения. В рамках этапа может проводиться реорганизация, перераспределение полномочий, увеличение капитала и т.п. Решения по снятию ограничения предполагают достижение цели любыми средствами, а значит в большинстве случаев понадобиться колоссальное вложение финансовых ресурсов, времени, труда.
- Повторение цикла — при успешном избавлении от ограничения необходимо определить следующий элемент, сдерживающий 100%-ую работу системы. Чем больше ограничений вы сняли, тем важнее этот этап, ведь каждое внесенное в систему изменение влияет на каждый ее элемент, в том числе, уже снятые ограничения. Таким образом, постоянное самосовершенствование и самопроверка становятся важными инструментами Theory of Constraints.
Метод «барабан — буфер — верёвка».
О методе «барабан — буфер — верёвка» Голдратт написал в одной из первых своих книг по ТОС — . Изначально этот приём контроля производства был разработан для решения проблем описанной в «Цели» промышленной компании, но позже проник в реальную жизнь и стал полноценной технологией в рамках концепции теории ограничений.
В кратком виде метод включает в себя:
- «барабан» — разработка подробного план-графика работ для эффективного использования ограничения;
- «буфер» — создание защитного буфера, который предотвращает возможность простаивания ограничения;
- «верёвка» — организация механизма своевременного отпуска работы в производство.
Отдельно стоит рассказать про 3 вида буферов, используемых в DBR:
- буфер отгрузки — для обеспечения поставки заказов в срок;
- буфер ограничения — для обеспечения работы ограничения при сбоях в рабочем графике;
- буфер сборки — для своевременного получения сборочным цехом (расположенным в производственной системе после ограничения) необходимых для сборки ресурсов.
В классическом виде ББК подвергается заслуженной критике, которая приводит к появлению упрощенных модификаций технологии.
Возьмём для примера завод, выпускающий автомобили. Наличие детального плана-график работ упрощают процесс работы с ограничениями, но в то же время снижают гибкость завода. Если увеличивается объем заказов или появляются новые требования к ассортименту, организация не готова быстро среагировать на изменившуюся ситуацию, ведь для этого придется заново переделывать план-график. И чем больше масштабы производства, тем больше переменных нужно учитывать.
Кстати, с проблемой изменений рыночного спроса и сложности с реагированием на них столкнулся Генри Форд, который в 1913 создал первую в мире модель производственного потока.
Также принимая во внимание, что концепция «буфера — барабана — верёвки» была разработана в конце прошлого столетия, в сегодняшних условиях она не в состоянии учитывать все факторы.
Из сферы Drum-Buffer-Rope выпадает следующее:
Мыслительные процессы
Мыслительные процессы в теории ограничений можно рассматривать как группу из логических инструментов, с помощью которых (одного или нескольких) формируется согласованная система решения проблем и управления изменениями. Их главная цель — перевести интуитивное решение проблемы в формат, который можно обсудить рационально, подвергнуть сомнениям и модифицировать.
Мыслительные процессы используются также для преодоления пластов сопротивления переменам, вызванных ограничениями системы:
- несогласие с самой сутью проблемы
- несогласие с выбранным решением
- несогласие с преимуществом решения ограничения перед другими, и его выгодности страх рисков, вызванных внедренным решением
- страх непреодолимости ограничения.
Для использования инструментов Theory of Constraints Thinking Processes они должны следовать одной из трёх глобальных целей, достижение которых выражается в виде ответов на вопросы:
- Что изменить? — диагностика: оценка ситуации, определение основной проблемы или конфликта, и факторов, которые её/его создают. Инструмент — дерево текущей реальности
- На что менять? — разработка и принятие решений: определение взгляда на проблему и её решение, описание стратегии для достижения желаемого состояния. Инструменты — диаграмма разрешения конфликтов, дерево будущей реальности
- Что сделать для внедрения изменений? — планирование и тимбилдинг: разработка подробных планов и тактик, по которым будет ясно, что должно произойти, и которые синхронизируют усилия группы по реализации стратегии. Инструменты — дерево перехода, план преобразований.
Критерии проверки логических построений
Критерии проверки логических построений — это логические правила, которые помогают отличить объективное отражение действительности от субъективного. Без понимания правил невозможно успешное применение инструментов теории ограничений. На сегодня выделяют 8 критериев проверки логических построений.
С их помощью проверяют, доказывают или опровергают правильность выстроенных причинно-наследственных связей:
- ясность — ключевой параметр при анализе причинно-наследственных связей. Главный принцип соблюдения ясности — слушающий понимает говорящего. Критерий используется не только в коммуникации между сотрудниками, но и при построении логических деревьев — визуализации причинно-следственной взаимосвязи. Если не требуется дополнительных разъяснений по указанным причине и следствию, их взаимосвязь является явной, то критерий ясности соблюден
- наличие утверждения — под утверждением понимают причину или следствие в логических деревьях. Они должны быть выстроены логически правильно и содержать законченную мысль
- наличие причинно-наследственных отношений — у аудитории не должно быть сомнений в том, что указанная причина вызывает соответствующие следствия. Например, причина: «Автомобили столкнулись на скорости 100 км/ч», следствие: «Оба авто разрушены»
- достаточность приведенной причины — заявленная причина должна быть способна сама по себе вызвать описанное событие. К примеру, ограничения по пропускной способности конвейера недостаточно для простоя в производстве: помимо этого на него может повлиять отсутствие WIP-лимитов на предыдущих этапах производства, сниженная скорость переналадки, малое количество работников на линии и т.д.
- проверка наличия альтернативной причины — явление может быть вызвано одной из нескольких независимых причин. Для этого нужна проверка. К примеру, на этапе краш-теста автомобиля в случае провала происходит детальная проверка возможных причин неудачи: неправильная компоновка деталей, изначальный изъян корпуса, использование некачественных материалов и т.д.
- недопустимость подмены причины следствием — проще всего задать проверочный вопрос: «Действительно ли указанная причина вызывает появление данного результата, а не наоборот?»
- поиск проверочного следствия — если предложенные причинно-следственные связи построены верно, то может существовать неуказанный результат причины. К примеру, в следствии «уменьшение уровня продаж» сразу выделится причина «снижение количества вовремя выпущенной продукции». Сопутствующими причинами в этом случае станут срыв сроков поступления деталей на склад, поломка ключевого оборудования и т.п.
- отсутствие тавтологии — то есть банальное «зацикливание» логики. Например, утверждение «Наш завод стал выпускать меньше продукции, так как упал уровень продаж». Задав вопрос: «Почему упал уровень продаж?», исходя из утверждения получим ответ: «Потому что стали выпускать меньше продукции». Неподкреплённое фактами, цифрами и анализом, такое зацикливание вредно при построении логических деревьев.
Литература
"Теория ограничений Голдратта: системный подход к непрерывному совершенствованию" Уильям Детмер
Переосмысление ТОС Голдратта с точки зрения практического применения. Основной фокус — внедрение методологии и отдельных её инструментов в деятельность организации. Но и с теоретической точки зрения в книге есть что почитать: не зря Уильям 8 лет работал преподавателем на курсах по теории ограничений, управлению проектами, общему управлению качеством, системному анализу и системам управления.
«Критическая цепь» Элияху Голдратт
Легендарная создателя теории ограничений, в которой концепция ТОС впервые рассматривается с точки зрения проектного менеджмента. Поэтому «Критическая цепь» будет особенно полезна проектным менеджерам, как минимум в качестве знакомства с истоками методологии, ведь первое издание книги было выпущено в 1997 году.
"Цель: бизнес-комис" Элияху Голдратт
Первая работа Элияху, давшая начало серии книг и публикаций о теории ограничений. Несмотря на то, что датирована 1984 годом, бизнес-роман до сих пор читается с интересом. Одна завязка чего стоит: Алекс Рого, проектный менеджер, должен за 90 дней спасти провальный завод, иначе его закроют и сотни людей лишатся рабочих мест. К тому же, переиздание выполнено в модном формате комикса.
"Goldratt and the Theory of Constraints: The Quantum Leap in Management (QuiStainable Business Solutions)" Uwe Techt
В детально разбираются методы и инструменты теории ограничений: «барабан — буфер — верёвка», управление буферами, использование ограничений, корпоративная стратегия и другие. Всё это на основе реальных кейсов.
«Бизнес-инструменты для производственного предприятия. От основ до высшего пилотажа» Стив Новак
Автор отстаивает концепцию комбинации нескольких бизнес-инструментов из разных методологий, которые подбираются индивидуально в каждом конкретном случае. По сути — обзор большого количества методов и инструментов, среди которых и использующиеся в теории ограничений.
Вердикт
Теория ограничений предлагает сконцентрировать ресурсы компании на ключевых моментах — ограничениях системы, которые не дают ей реализовать максимальный потенциал.
В производстве вместо ограничений часто используется термин «бутылочное горлышко».
TOC Голдратта рассматривает процесс улучшений с научной точки зрения, и подразумевает, что каждая система — это группа взаимосвязанных активностей , одно или несколько из которых является ограничением (-ями), своеобразным «слабым звеном». На его устранение направлены методы и инструменты Theory of constraints.
Для любого производства сегодня особенно остро стоит задача выполнения заказов клиентов в минимально возможные сроки. При кажущейся простоте, выполнить эту задачу отнюдь нелегко. Сегодня существует множество подходов к управлению производством, но, зачастую, они слишком сложные, дорогостоящи, требуют длительного времени внедрения, и поэтому неэффективны. Есть ли альтернатива?
Мировые эксперты в области управления производством, разработавшие Теорию Ограничений (Theory of Constrains), утверждают, что, возможно, эти методики действительно работают на многих предприятиях по всему миру. Но, зачастую, их можно заменить куда более простыми и понятными решениями, построенными на базе инструментов Теории ограничений.
Ключевым вопросом в производстве является составление производственной программы и управление процессом для её реализации. Для этих целей Теория ограничений предлагает использовать инструмент «Буфер-Барабан-Веревка». Он базируется на следующей идее: объем выпуска продукции всего предприятия зависит от объема выпуска наименее производительного участка или станка. Излишки незавершенного производства НЗП или срыв сроков выполнения заказов чаще всего связано с тем, что остальные участки работают несогласованно с ограничивающим ресурсом.
Барабан
В связи с этим, необходимо синхронизировать работу всех участков, сосредоточив усилия на планировании работы ограничения-«барабане» (ограничение как барабан задает такт работы всего предприятия). Важным отличием такого подхода является то, что только для ограничения составляется подробный план и порядок работы, остальные участки работают по принципу «эстафетчика»: «получил задание - сделай его как можно быстрее».
Наличие свободных мощностей, обычно позволяет этим участкам сделать все вовремя. Заказы в плане работы ограничения расставляются в зависимости от срока выполнения. Это позволяет производить продукцию в срок необходимый клиенту.
Веревка
Чтобы избежать скопления НЗП в производственной цепочке, необходимо вовремя отпускать материалы со склада. В качестве такого времени предлагается использовать среднее время прохождения заказа от материалов до ограничения. Такой подход, с одной стороны, позволяет обеспечить ограничивающий ресурс заготовками в нужное время, а с другой, не создаст излишних запасов. Тем самым, мы как бы привязали канат: соотнесли темп работы ограничения и с темпом отпуска материалов в производство.
Буфер
В реальной жизни всегда есть место случайности, предсказать которые почти невозможно, но необходимо учитывать: сломался станок, рабочий не вышел на работу и т.д. Для борьбы с такими случайностями нужно управлять так называемым буфером.
Когда мы «привязали канат», то при расчете были использованы данные о среднем времени прохождения заказа. Если этот заказ поставить в приоритет, то срок его выполнения значительно уменьшится (практика показывает, что обычно это время составляет треть от среднего времени прохождения заказа). Поэтому если мы раздели все время на три зоны: зеленую, желтую, красную; и будем отслеживать, в какой зоне находится тот или иной заказ, то получим действенный инструмент управления.
Поясним на примере. Допустим время прохождения заказа от запуска материалов до ограничения составляет 9 дней. Разделим это время на три равные зоны по три дня. Сегодня утро 1.04.2011 - день отпуска сырья в производство, поэтому заказ находится в зеленой зоне. Пусть четвертого числа утром мы увидим, что заказ находится в желтой зоне. Это значит, что об этом заказе можно не беспокоиться. Если седьмого числа мы заметим, что заказ перешел в красную зону, то нужно беспокоиться о его выполнении. Прежде всего, необходимо определить, на какой операции находится заказ, и оценить вероятность завершения в срок. Если очевидно, что заказ не успевает, то необходимо ставить его в приоритет.
Для производственной системы достаточно создать и отслеживать три вида буферов:
Буфер ограничения, предназначенный для защиты ограничения от недогрузки;
. буфер отгрузки - защищает соблюдение сроки выполнения заказа;
. буфер сборки - защищает производственный поток, идущий от ресурса ограниченной мощности, от остановки вследствие недостатка комплектующих, которые поступают от других ресурсов.
Такая система позволяет своевременно получать информацию и управлять производством, фокусируя усилия там, где это необходимо.
До этого мы ни разу не говорили о том, как осуществить выполнение плана и повысить результативность предприятия. Остановимся коротко на этом вопросе. Если ограничивающий ресурс определяет выпуск всего предприятия, то все усилия необходимо сосредоточить на его максимальном использовании. Для этого могут пригодиться различные инструменты борьбы с потерями рабочего времени этого ресурса. Например, такие инструменты бережливого производства (Lean) как:
Система быстрой переналадки (SMED);
. система всеобщего ухода за оборудованием (TPM);
. система Poka Yoke - защита от ошибок персонала;
. визуализация;
. система 5S, и д.р.
В этом случаи эффективность этих инструментов повышается в разы и результатов не придется ждать годы.
Однако возникает закономерный вопрос. А почему бы сразу, если мы определили узкое место, не инвестировать средства и увеличить его мощность «расширив» или «расшив» его? Ответ прост. Обычно это требует значительных финансовых вложений и занимает длительное время и это могут позволить себе далеко не все предприятия. При этом инструменты, позволяющие максимально использовать ограничение, не требуют значительных финансовых вложений и эффект от их применения проявляется почти мгновенно. Очень часто применение таких инструментов, вообще снимают вопрос об инвестициях. Данный факт является еще одним аргументом в пользу максимального использования ограничения, вместо немедленных инвестиций.
Подведем итоги. Что предлагает Теория ограничений для производства?
Существенно упростить процесс планирования: подробный производственный план составляется только для ограничивающего ресурса.
. Сократить объем незавершенного производства в системе: все производство работает согласовано (вытягивание вместо выталкивания),
. Повысить количество заказов, выполняемых в срок: управление буферами.
. Сократить время выполнения заказов: контроль над временем выполнения заказов и анализ причин проникновения в красную зону буфера.
. Увеличить производственную мощность предприятия, благодаря максимальному использованию ограничивающего ресурса.
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:
- Номер сборочного чертежа изделия (заказа);
- Обозначение детали по чертежу;
- Номер заказа;
- Трудоемкость обработки детали на оборудовании участка;
- Длительность прохождения деталей данного заказа через станочную систему участка (разница между временем начала обработки первой детали и окончанием обработки последней детали данного заказа).
- Суммарная трудоемкость операций, выполняемых над деталями, входящими в данный заказ.
- Время переналадки оборудования;
- Признак обеспеченности обрабатываемых деталей технологической оснасткой.
- Процент готовности детали (число завершенных технологических операций);
- Число деталей из данного заказа, которые уже прошли обработку на данном участке;
- 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:
- Сохранение во всей системе в целом ограниченного объема устойчивых запасов (оборотных заделов) с регулированием их объема на каждом этапе производства независимо от действующих факторов.
- План обработки заказов, составленный для одного участка (единственной точки планирования), определяет (автоматически «вытягивает») планы работ других производственных подразделений предприятия.
- 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
- Jonson J., Wood D., Murphy P. Contemporary Logistics. Prentice Hall, 2001.
- Гаврилов Д.А. Управление производством на базе стандарта MRP II. — СПб.: Питер, 2003. — 352 с.
- Вумек Д, Джонс Д. Бережливое производство. Как избавиться от потерь и добиться процветания вашей компании. — М.: Альпина Бизнес Букс, 2008, 474 с.
- Hallett D. (перевод Казарина В.) Pull Scheduling Systems Overview . Pull Scheduling, New York, 2009. pp.1-25.
- Голдратт Э. Цель. Цель-2. — М.: Баланс Бизнес Букс, 2005, с. 776.
- Dettmer, H.W. Breaking the Constraints to World-Class Performance. Milwaukee, WI: ASQ Quality Press, 1998.
- Goldratt, E.. Critical Chain. Great Barrington, MA: The North River Press, 1997.
- Фролов Е.Б., Загидуллин Р.Р. . // Генеральный директор, №4, 2008, с. 84-91.
- Фролов Е.Б., Загидуллин Р.Р. . // Генеральный директор, №5, 2008, с. 88-91.
- 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.
- Фролов Е.Б., Загидуллин Р.Р. Оперативно-календарное планирование и диспетчирование в MES-системах. // Станочный парк, №11, 2008, с. 22-27.
- Фролов Е.Б., . // Генеральный директор, №8, 2008, с. 76-79.
- 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:
- Определить рабочие центры, являющиеся «узкими местами». Методика называет эти узкие места барабанами.
- 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.
- 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:
- Необходимо изучить причины попадания в красную зону буфера.
- Если причина во внутренних проблемах самого производства - следует их устранить.
- 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.
- 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.