Оптимизация планирования производства на основе методов математического моделирования.

1. Проблемы, с которыми сталкиваются промышленные предприятия во время составления оперативного плана производства

Управление производственным процессом в целом – это важнейший комплекс мероприятий, который направлен на определение задач предприятия и этапов их выполнения. Современные российские предприятия столкнулись с тем, что качественно производить продукцию и продавать ее покупателям уже недостаточно. Сейчас идет так называемое «время клиента», ведь именно клиенты – это главные игроки на рынке. А производители вынуждены подстраиваться под правила, которые они диктуют: это и требования к соблюдению сроков, и высокий уровень сервиса, и повышенная гибкость бизнеса и ассортимента.

Чтобы соответствовать таких высоким ожиданиям заказчиков, промышленным предприятиям необходимо решить 3 ключевые проблемы, связанные с планированием производства:

1. Соблюдение сроков,
2. Точность планирования,
3. Отказ от ручного управления.

С этими проблемами сталкиваются все виды производств, будь то дискретное или непрерывное, и неважно, работаете ли вы в В2В или В2С-сегменте рынка.

При планировании производства важно учесть большое количество факторов, ведь ошибка может повлечь за собой серьезные финансовые потери.

Наиболее частыми «больными местами» на большинстве производств являются:

• срыв сроков исполнения заказов – это то, о чем в первых строках упоминают представители большинства производственных предприятий, говоря о своих проблемах. Заданный несколько лет назад тренд на сокращение времени доставки привел к тому, что клиенты больше не хотят ждать. И если в В2С-сегменте это может привести к эмоциональному негативу со стороны клиента, то в В2В-сегменте любая просрочка «выливается» во вполне конкретные, измеримые и ощутимые штрафные санкции. Особенно это актуально для отраслей, в которых продукция не уникальна и производители мало отличаются друг от друга на рынке.
• высокая трудоемкость и низкая точность при составлении планов, производственные процессы непрозрачны, а технологические и ресурсные ограничения учтены не в полном объеме - вообще один из показателей эффективности планирования - это то, как быстро составляется план производства. Если у плановика нет инструментов для эффективного планирования, кроме таблиц Excel, приходится строить план, что называется «в крупную клетку», то есть часто абстрагироваться от деталей. Главная цель – предсказывать отгрузку с точностью хотя бы до недели. Но высокая точность планирования – это еще не ключ к успеху. Как мы уже говорили, это целый комплекс мероприятий, которые только в совокупности дадут положительный эффект. Также на промышленном предприятии важна исполнительская дисциплина, которая будет мотивировать рабочих работать по плану, то есть исполнять его. Если в плане производства на дату указано произвести 10 единиц продукции, а в цехе произвели 20, молодцы ли мы? Да, рабочий получил зарплату за эти детали, в цехе наладчику не пришлось перенастраивать оборудование, но ровно половина произведенной продукции ляжет на склад, потому что сейчас она не нужна, а непроизведенная по плану продукция, необходимая клиенту, не отгрузится в установленные сроки. Все это ведет к тому, что компания получит повышенные остатки на складах, за которые необходимо платить и их обслуживать, а также не выполнит заказ, из-за чего упустит прибыль.
• «Человекозависимый» план, когда главным источником информации для его составления является эксперт-плановик – абсолютно на всех промышленных предприятиях плановый отдел является тем самым звеном, которое связывает производство с всеми остальными бизнес-функциями: продажи, закупки, технологический отдел, отдел контроля качества и т.д. А если на предприятии сменные задания и планы составляются в Excel, то чаще всего у таких планов есть конкретное «лицо» и «имя» - это имя и лицо плановика, который ежедневно работает над его составлением. А теперь представим экстремальную ситуацию, с которой сталкивались на любом производстве - человек, ответственный за подготовку и передачу сменного задания в цех заболел, попал в больницу, не вышел на работу, уволился. Есть ли на предприятии человек-заменитель, который обладает тем же уровнем экспертности, а также необходимым запасом свободного времени? Уверена, что далеко не всегда. Вот эта зависимость плана от человека и является слабым местом всего процесса производственного планирования.
• Невозможность или большая сложность оперативного внесения изменений в план – исходя из предыдущих пунктов, мы понимаем, что составление плана производства – процесс трудоемкий и сильно зависимый от эксперта-плановика, а составленный без специального ПО план часто не отвечает требованиям к повышенной точности и не может учитывать все технические и технологические ограничения. А при этом живем и работаем мы в условиях очень реактивного рынка, предложение должно успевать за часто непрогнозируемыми изменениями спроса, чтобы бизнес оставался эффективным. Можно взять и другой пример: не вышедшая на смену бригада или рабочий, поломка оборудования, авария в цеху. Все эти примеры об одном и том же – скорости реакции планирования производства на любые внешние и внутренние изменения. Если на подготовку сменного задания один плановик тратит не меньше половины рабочего времени, то сможет ли он оперативно скорректировать план на следующую смену, приняв во внимание новые ограничения? Сможет, только план скорее всего уже никому не будет нужен, ведь столько времени у производства нет, любой простой стоит очень дорого.
• Простои оборудования, неоптимальная загрузка ресурсов, производство работает не ритмично – часто, особенно на крупных предприятиях с большим парком оборудования, менеджмент считает, что жесткие требования к точности планирования – это излишество, ведь станков много, можно не планировать загрузку каждого из них, а распределение заказов отдать на откуп начальникам цехов, бригадирам и старшим смены, они смогут вручную определить и указать необходимое оборудование в зависимости от его занятости и свободных остатков полуфабрикатов. К сожалению, это большая ошибка. С похожей ошибкой предприятия сталкиваются при борьбе с так называемыми «узкими местами» или «бутылочными горлышками» в производстве. Да, можно просто закупить дополнительное оборудование на самый проблемный участок. Но производительность от этого не вырастает пропорционально, поскольку скорее всего «узкое место» просто переместится, и проблемным станет уже другой участок. То есть можно бесконечно докупать новое оборудование, при этом не достигнув изначальной цели.

Все эти факторы неизбежно сказываются на финансовом результате предприятия, а также на его репутации перед клиентами: менее маржинальные заказы имеют больший приоритет перед высокомаржинальными; договорные обязательства нарушаются в части соблюдения сроков поставки; оборудование загружено неэффективно, много времени тратится на частые переналадки, а сменное задание не учитывает планово-предупредительные работы; растет себестоимость готовой продукции; скорость оборачиваемости продукции падает, склады перетарены, а продавать нечего, стоимость хранения и обслуживания неликвидных остатков только растет. Перечислив все самые болезненные моменты, с которыми сталкивается большинство производственных предприятий не только в России, но и по всему миру, мы переходим к следующему разделу нашего сегодняшнего разговора: как решить эти проблемы и…

2. Зачем промышленным предприятиям автоматизация

Важным аспектом при планировании производства и подготовке сменно-суточного задания является автоматизация и оптимизация рутинных производственных процессов. Зачем? Чтобы сократить издержки, увеличить прибыль и сократить репутационные риски перед клиентами. Все это возможно за счет технологических нововведений, например, внедрения специализированного ПО. Есть несколько классов систем управления производственным процессом, которые, каждая в своем роде, автоматизируют работу производственного предприятия.

• ERP-системы (enterprise resource planning) – это планирование ресурсов предприятия. Наверняка, многим из присутствующих эта система, как и ее возможности, известны не понаслышке. В наиболее широком смысле ERP представляет собой систему из всех базовых бизнес-процессов: финансы, персонал, цепочки управления поставками, подрядные услуги, закупки, продажи, а также производство и многое другое. ERP помогает эффективно управлять всеми этими процессами. В последние годы их развитие шагнуло далеко вперед, и теперь они могут поставляться в облаке, используют искусственный интеллект и машинное обучение, ERP-решения объединяют операции с партнерами и сетями по всему миру, обеспечивая сотрудничество в едином информационном поле, более гибко и быстро.
• APS-системы (advanced planning and scheduling) позволяют автоматизировать планирование, а также оперативно пересчитывать план в случае изменений как в отдельном заказе, так и во всей производственной цепочке. Но это не просто пооперационное внутрицеховое планирование, а синхронное, сквозное планирование всех ресурсов предприятия в едином цикле с учётом технологии и с высокой степенью детализации. Но одно из главных преимуществ систем такого класса - это быстрое получение оперативной информации и такая же быстрая реакция в виде перепланирования. Применение APS-систем на предприятиях позволяет увеличить скорость планирования, упростить работу по формированию сменных заданий и повысить точность обещанных клиентам сроков отгрузки.
• MES-системы (manufacturing execution system) – система управления производственными процессами. Часто работают на основе результатов детального пооперационного планирования систем класса APS для: активации и отслеживания состояния производственных мощностей; сбора информации от систем автоматизации, датчиков, оборудования, персонала, программных систем; контроля качества выпускаемой продукции; информирования персонала и оборудования перед началом работы; реагирования на требования по изменениям компонентов, применяемых в процессе производства, а также спецификации продукции.

Как мы видим, каждая из этих систем в отдельности, а тем более комплекс из них решают одну задачу - каждая в своей области автоматизируют работу производства. Зачем автоматизировать работу производства? Как раз для того, чтобы решить те проблемы, о которых мы подробно говорили в первой части статьи. ПО для автоматизации производства позволяет:

• освободить человека от выполнения сложных и трудоемких процессов;
• повысить эффективности труда и использования рабочих центров в цехе;
• улучшить качество продукции;
• повысить точность планирования за счет того, что в системе будут учтены все технологические и технические ограничения производства;
• сделать производственные процессы прозрачными и понятными для принятия решений;
• сократить время реакции на внутренние и внешние изменения;
• составить план, при котором производство будет работать ритмично и выпускать только востребованную продукцию.

Предприятие в целом в свою очередь получает такие положительные эффекты, как: повышение производительности, конкурентоспособности, эффективности и рентабельности производства. За счет внедрения новых технологий автоматизации процессов производства и оборудования предприятию удается упростить и усовершенствовать производственный процесс. Но может ли одна автоматизация решить все проблемы? Да, процессы могут быть автоматизированы, но работают ли они оптимально?

3. Отличия автоматизации от оптимизации, выявление потенциала оптимизации

Итак, про автоматизацию мы поговорили, она сильно упрощает рутинную, однообразную работу, делает ее точнее, быстрее, но делает ли эффективнее? Когда мы говорим про эффективность, часто упоминаем слово «оптимизация». Вообще, термины «автоматизация» и «оптимизация» пришли именно из производства и часто идут рука об руку. Но все-таки это не одно и то же. Ведь что такое оптимизация? Это слово происходит от латинского «optimum» – «наилучшее», это процесс нахождения максимума или минимума функции, или выбора наилучшего варианта из множества возможных. И если для распределения заказов по рабочим центрам с учетом имеющихся у предприятия ресурсов и составления графика производства существуют системы класса APS, о которых вы читали выше, то задачи формирования оптимизированного списка производственных заказов для запуска чаще всего либо решаются на верхнем уровне, либо не решаются вовсе. Да, часто, хотя и не всегда решения этого класса позволяют производить некую оптимизацию производственного плана по одному или нескольким критериям и строить последовательности операций, распределяя их по рабочим центрам, но все же задача именно математической оптимизации лежит за их рамками.

Оптимизация в широком смысле – это повышение эффективности конкретного процесса или его части. Если мы говорим о производстве, то это повышение эффективности производства. Но ошибочно думать, что оптимизация – это улучшение всего и сразу, это не так, ведь оптимизирован может быть только конкретный показатель, выраженный в деньгах, сроках, длительности. Например, расходы на выполнение цепочки операций, маржинальность заказа, длительность производственного цикла, отклонение от даты поставки. Как раз выбор способа производства и построение той последовательности производственных заказов, которые нам необходимо выполнить, и лежит в области задачи оптимизации.

Что мы имеем в виду под выбором способа производства, ведь на любом предприятии есть ресурсные спецификации и маршрутные карты, отклонение от которых недопустимо? Да, это так, но часто в ресурсных спецификациях есть вариативность, особенно, если мы говорим про те производства, которые работаю с «живыми» продуктами, например, древесина, натуральная кожа, продукты питания. Так как мы имеем дело с «живым» продуктом, часто предсказать точно сортность, в которой выйдет полуфабрикат, невозможно или очень сложно, поэтому надо рассматривать альтернативы. В зависимости от используемого полуфабриката может меняться не только потребление сырья, которым мы располагаем в наличии, но и производственный маршрут готового изделия.

Задачу выбора той самой ресурсной спецификации необходимо решать, чтобы:

• предприятию хватило полуфабриката для производства всех заказов;
• план оставался исполним с точки зрения доступности оборудования;
• были соблюдены все технологические ограничения;
• предприятие достигало поставленных целей в виде повышения прибыли и уровня клиентского сервиса.

4. Решение Odyssey Optimizer и его место в IT-ландшафте

Мы в Odyssey Consulting Group нашли способ решить одну из важнейших задач планирования, находящуюся на стыке систем управления ресурсами предприятия (ERP) и систем цехового планирования (APS, MES) и поэтому часто остающуюся без внимания.

Odyssey Optimizer - это комплексное предложение по оптимизации процесса построения последовательности заказов на производство и выбора спецификации, включающее в себя:

• консалтинг по построению математической модели и реинжинирингу процесса планирования;
• автоматизацию производственных процессов и интеграцию со смежными информационными системами.