Концептуальные основы автоматизации процессов планирования и управления позаказным производством

Современное стремление руководства ряда крупных предприятий кроме базовой автоматизации повысить информационную прозрачность производства стало находить отражение в создании многоуровневых систем управления. Наиболее развитые системы автоматизации производства имеют пять уровней [2]. Верхний из них – ERP – предназначен для интеграции в едином информационном пространстве территориально-распределенных предприятий, которые находятся в одной производственной цепи. 

Такое объединение позволяет не просто сократить время на поиск необходимой информации управленческого или учетного характера, важную роль также играет опережающее создание, передача и согласование планов сопряженных производств – совместное планирование, без которого процесс позаказно-го производства был бы крайне растянут во времени. Совместное планирование производств направлено на сохранение высокого ритма выпуска и обеспечение равномерной загрузки производственных мощностей. Тем не менее, широта ассортимента вызывает увеличение срока выполнения заказа. Во многих секторах машиностроения, как потребительских, так и производственных сроки поставки конкретного изделия порой бывают важнее стоимости, но у любой системы своевременности и позаказного производства есть границы [4].

Определение этих границ вполне может нести как теоретический характер при проектировании производства, так и прикладной при изучении возможностей участников рынка. Например, в потребительском секторе ряд игроков предпочитают сокращать сроки выполнения заказа и соответственно модельный ряд, в других случаях – в пределе – изделие «существует» на момент заказа в виде сырья, материалов, стандартных изделий (ресурсов, потребление которых идет достаточно равномерно) в момент получения заказа. При наличии знаний о производственном процессе делается вывод о том, на какой стадии возникает запас у того или иного производителя [2, 3].

Кроме обратной связи и сокращения времени прохождения «сигнала», интеграция производств на верхнем уровне обеспечивает отслеживание, хранение истории изделия, быстрый доступ к источнику появления тех или иных свойств изделия за счет потока электронных паспортов изделий. Если в рамках одного предприятия ERP-система играет скорее дисциплинирующую роль, то при работе в крупных системах – производственных объединениях, концернах и т. п. – позволяет и улучшить качество планов, и ускорить принятие решений. Вызвано это тем, что стоящие ниже системы автоматизации, в первую очередь системы планирования производства (PPS) можно более «тонко» настроить при наличии полной определенности, производство однотипных изделий, отличающихся только комплектацией может идти поточно, с одинаковыми трудо- и фондозатратами.

Планирование производства отличается тем, что именно на этом уровне в большинстве случаев вырабатывается выполнимая последовательность обработки заказов. В результате составляется точный (сменный, суточный) план производства на один или несколько отчетных периодов, исходя из полученных заказов. Допущением является то, что необходимые материалы, трудовые и другие ресурсы будут поставлены вовремя при любых условиях.

Наличие допущений на двух верхних уровнях приводит к тому, что планы обрабатываются по нескольку раз, производится последовательное уточнение на каждом уровне. Например, план производства из PPS возвращается в ERP для более точного определения моментов заказа материалов.

В особо сложных случаях, например при наличии непрерывного производства (как в металлургии или нефтехимии, где цена переналадки производства наибольшая среди всех возможных) прибегают к оптимизационным расчетам, учитывающим одновременно два уровня.

Системы, стоящие на уровень ниже PPS, например управление транспортом, управление складом, в свою очередь решают ряд специфических задач. В частности роль системы управления складом важна по следующим причинам. Во-первых, велика цена потерь, так как ресурс может быть дорогостоящим, а также утерянный материал мешает нормальной работе склада.

Во-вторых, поскольку склады не являются лидирующими звеньями производственного процесса, они обеспечивают непрерывность производства и согласование материальных потоков при условии, что соединенные со складом звенья производства работают с разными ритмами и партиями. Возможны существенные отклонения от средней интенсивности работы, которые обусловлены, например, влиянием внешних транспортных систем и внешних поставщиков.

В-третьих, в условиях гибкого позаказного производства склад обеспечивает не только выравнивание материального потока, буферный запас и перевалку. Значительная часть работ связана с сортировкой и комплектованием заказов отправляемых в производство. Даже при наличии необходимых материалов их поиск для отправки заказчику в необходимой комбинации способен вызвать сбой всего производства.

По перечисленным выше причинам к складским информационным системам предъявляются высокие требования. Прежде всего, система управления складом (WMS) должна находиться в информационном контакте со смежными транспортными системами или производствами на входе и выходе. Обмен информацией производится по мере ее возникновения, в режиме реального времени. Примером такого обмена может служить получение сигнала об отправке партии материалов от поставщика, или запуске партии материалов в производство. Полнота и своевременность предоставляемых сведений имеет большое значение. Так различие между поставщиками проявляется и в формате предоставляемой сопроводительной документации и в сроках ее предоставления. Результатом учета информации об отгруженных, но не доставленных материалах становится учета запаса, находящегося в движении при управлении запасом, а также индивидуальное планирование движения единиц материала [1].

Концептуально цель существования WMS-системы – согласование потока получаемых и отгружаемых материалов с минимальными потерями для производства и предприятия в целом. Решению этой задачи соответствует наличие следующих инструментов управления: приоритеты, используемые для принятия решений; алгоритмы распределения заданий механизмам и персоналу склада; настройка и оперативное управление складом на основе индикаторов; ручное управление операциями.

Приоритеты могут быть заданы в виде очередности состояний, которых необходимо избежать в зависимости от цены потерь. Цена обычно назначается или по продолжительности нежелательного состояния или по числу фактов его возникновения. Первый случай можно проиллюстрировать выбором между оплатой простоя транспорта и перегрузкой склада, выраженной в сверхурочной работе. Второй случай характерен для остановки производства.

Алгоритмы, применяемые при планировании работы оборудования склада можно отнести к двум группам: оптимизационные и эвристические. При этом использование исключительно оптимизационных алгоритмов в оперативном планировании бывает затруднительно из-за малого промежутка времени на принятие решения. Так при автоматическом определении материала попадающего на склад, например, системой распознавания штрих-кодов желательно направить получаемый материал для использования по кратчайшему пути. Время выработки решения составляет считанные секунды, пока к появившемуся в информационной системе грузу направляется транспортный механизм.

Для выработки решения за конечное время применяют эвристические методы, основанные на правилах перебора вариантов действий, где у каждого варианта есть своя стоимость или приоритет, на основе которых оценивается полезность возможных действий. Благодаря наличию эвристики есть возможность избегнуть оценки ранее принятых решений, сократить время операций незначительно улучшающих состояние склада в целом, повысить мобильность за счет отказа от оптимальности.

Благодаря наличию плановой информации WMS-система, содержащая эвристический алгоритм предоставляет определенный рейтинг задач, а также планов, операций, мест для размещения материалов и прочих значений, наглядно содержащих запас времени до наступления нежелательного события. Индикаторы используются для управления складом как в автоматическом, так и в ручном режиме. Примером основного индикатора является величина заполненности площади склада. При приближении к 80–90 % резко повышается время, затрачиваемое на сортировку и комплектацию материалов, малое значение заполненности не обеспечивает требуемую автономность производства. Используя знания о предстоящих событиях, оператор или алгоритм управления WMS компенсирует внешние воздействия, регулируя допустимую загрузку склада.

Ручное управление применяется в разном объеме в зависимости от ситуации – это может быть простое подтверждение команд, сгенерированных WMS, или создание собственных команд и заданий оператора.

Центральным моментом управления производством на всех уровнях является наличие актуальной информации, которая позволяет проводить материальные операции на максимальной скорости. Как было указано выше, при наличии системы управления в пределе быстрота реагирования производства на внешнее воздействие ограничивается только скоростью физического движения, так как информация, например, план может распространяться почти мгновенно.

Отсутствие информационной системы на одном из уровней управления или разрыв связей между уровнями конечно могут быть компенсированы ручной работой, но неизбежно сказываются или сокращением номенклатуры производства, уменьшением гибкости или увеличением времени выполнения заказа и потерь в запасах.

Список литературы и источников

1.    Волгин В.В. Запасные части. Особенности маркетинга и менеджмента: Анализ. Методика. Практикум / В.В. Волгин. – М.: Ось-89, 1997. – 128 с.
2.    Курсин Д.А. Система информационной поддержки эксплуатации сложных изделий / Д.А. Курсин // Формирование стратегии инновационного развития экономических систем: Тр. междунар. науч.-практ. конф. / Под ред. В.В. Глухова, А.В. Бабкина. – СПб.: Изд-во По-литехн. ун-та, 2008. – С. 231–234.
3.    Кристофер М. Логистика и управление цепочками поставок: Пер. с англ. / М. Кристофер; Под ред. В.С. Лукинского. – СПб.: Питер, 2004. – 316 с.
4.    Рыжиков Ю.И. Теория очередей и управление запасами / Ю.И. Рыжиков. – СПб.: Питер, 2001. – 384 с.