Операционный менеджмент на предприятии. Учебное пособие

41

календарных планов – графиков работ (составление расписаний работ)

и диспетчирования (текущий учет, контроль и регулирование хода работ).

Расписание определяет время, место и последовательность выполнения работ. Составление расписаний ведется на короткие отрезки времени (неделя, сутки, смена или час) и охватывает горизонты планирования до 3 месяцев.

Основными целями составления календарных расписаний являются следующие: минимизировать время ожидания потребителя; минимизировать длительность производственного цикла; поддерживать низкие уровни запасов; минимизировать себестоимость изготовления; эффективно использовать оборудование и персонал.

Имеются определенные различия в технике составления расписаний для переменных, повторяющихся и постоянных процессов. Поскольку «работа на заказ» преобладает во всех отраслях производства, что диктуется требованиями «рынка покупателя», сосредоточим внимание на краткосрочном планировании переменных процессов. Далее сформулируем основные особенности составления расписаний для повторяющихся и постоянных процессов.

Объектом планирования при составлении краткосрочных расписаний являются работы, выполняемые в рабочих центрах. В производственной сфере это цех, участок, технологический комплекс, единица оборудования, рабочее место.

Особенностью краткосрочных расписаний является то, что они находятся на самом нижнем уровне иерархии в системе планов фирмы, поэтому максимально приближены к процессу исполнения принятых на всех уровнях управленческих решений и тесно взаимосвязаны (обратной связью) с системой текущего контроля и регулирования хода работ в фирме (диспетчирование).

Системы краткосрочного планирования и контроля должны:

принимать к исполнению поток поступающих заказов без нарушения ограничений по мощности индивидуальных рабочих центров;

определять обеспеченность рабочих центров инструментом и материалами прежде, чем назначать им исполнение заказа;

определять длительность цикла и календарные сроки выполнения каждой работы, а также вести контроль за их соблюдением;

контролировать ход выполнения всего комплекса работ рабочего процесса по всем рабочим центрам;

42

обеспечивать обратную связь в загрузке рабочих центров и исполнении работ с учетом ресурсной обеспеченности;

вести эффективный учет, контроль и анализ затрат времени

иресурсов (использование оборудования, персонала, материалов) на выполнение работ.

При любой степени автоматизации система составления и контроля краткосрочных расписаний должна обеспечивать необходимую точность в выполнении требований каждого заказа, прежде всего по срокам поставки. Это означает, что требуется наличие соответствующей информационной базы для целей как планирования, так и контроля.

При любом способе составления расписаний и ведения контроля необходимо иметь следующие базы данных:

1)файлы планирования состоят из главного списка элементов,

который содержит информацию обо всех материалах и конструктивных элементах товара, которые производятся на фирме или закупаются на стороне;

2)файлы маршрутов, в которых приводятся технологические маршруты прохождения каждого компонента через рабочий центр (цех);

3)файлы рабочих центров, которые содержат полную информацию о рабочих центрах, в том числе их мощности (производительности);

4)файлы контроля отслеживают реальное выполнение плана по каждому заказу, для чего фактические данные, полученные в результате натурных измерений на объекте управления, сопоставляются с плановыми, полученными из файлов планирования;

вслучае обнаружения отклонений фактических значений показателей от плановых вступает в действие подсистема регулирования, которая может инициировать, в частности, отработку процедуры перепланирования, т.е. внесения изменений в составленные расписания работ для рабочих центров.

По содержанию процедура составления расписаний заключается в назначении допустимых по условиям заказа и необходимых по условиям процесса сроков выполнения работ. При составлении расписаний ставится цель достижения заданного результата процесса с наилучшим использованием необходимых для этого ресурсов (с наименьшими общими затратами).

Подход к составлению расписаний может быть различным в зависимости от того, как ставится задача – спланировать выполнение комплекса работ относительно заданного срока запуска (определить

43

срок выпуска) или же к заданному сроку выпуска (определить срок запуска). Соответственно различают:

-прямое составление расписаний, которое предполагает планирование операций в прямой последовательности, соответствующей ходу техпроцесса (“выталкивание” работ);

-обратное составление расписаний, которое предполагает планирование операций в последовательности, обратной ходу техпроцесса (“вытягивание” работ).

Различие состоит в алгоритме расчета календарных сроков по межзвенным передачам в технологической цепи. Планирование поставок как рабочего задания для предыдущего звена основывается на определении потребности последующего звена: поставщик своим предложением удовлетворяет спрос потребителя.

Работы, составляющие поток заказов, разнообразны, имеют свою специфику и требуют выполнения в рабочих центрах с определенной специализацией. Поэтому для составления расписания необходимо

назначение работ в рабочие центры с учетом их специализации. Но рабочие центры, требуемые для выполнения определенной работы, не

влюбой момент доступны: они могут быть заняты другими работами или могут находиться не в работоспособном состоянии. Поэтому назначение работ в рабочие центры нужно проводить с учетом их текущего состояния в момент, предполагаемый для запуска работы.

Множество работ одновременно могут претендовать на использование одного рабочего центра (как и любого ресурса). Поэтому для составления расписания необходимо определить

последовательность запуска работ в рабочий центр исходя из их приоритетности. Но работы могут иметь равные приоритеты или не иметь таковых - по внешним факторам, таким как срок поставки по контракту. Тогда порядок следования работ в рабочем центре необходимо задавать с учетом внутренних факторов и целей, таких как минимум цикла обработки всех заказов в очереди, максимум и равномерность загрузки мощностей во времени. Таким образом, составление расписания включает две составляющие:

1 - назначение работ в рабочие центры; 2 - задание последовательности запуска работ в рабочем центре.

Возможны значительные изменения в поступлении потока заказов на выполнение работ, связанные с краткосрочными колебаниями спроса и влиянием других внешних факторов. Поломки машин, невыходы на работу персонала, проблемы качества, дефицит материалов и другие внутренние сбои также возможны. Все это осложняет процесс календарного планирования работ. Поэтому

44

технологическое обоснование длительности и назначение календарного срока еще не гарантируют выполнения работы в этот срок; требуется постоянный контроль сроков и, когда это нужно, регулирование хода работ (иногда и потока заказов), в том числе путем перепланирования назначений в рабочие центры, последовательности выполнения работ и промежуточных сроков.

Правила составления расписаний

Для составления расписаний работы могут быть использованы различные методы: оптимизационные, вероятностные и эвристические. Самыми простыми и самыми применимыми методами являются эвристические - это методы построения расписаний на основе эмпирического опыта и выработанных в практике приемов и правил выбора последовательности работ. Примером может служить «метод 4-х правил». Для составления эффективных расписаний требуется знать и соблюдать набор определенных правил; при их использовании составление расписаний становится надежным и формальным средством рациональной организации рабочих процессов во времени. К ним относятся следующие.

1.Правило кратчайшей операции. В этом случае первой в обработку при образовании очереди поступает деталь с минимальным временем обработки.

2.Правило наибольшего оставшегося времени. В этом случае первой в обработку при образовании очереди поступает деталь с наибольшей суммой времени, оставшегося до конца цикла обработки.

3.Правило наибольшей трудоемкости (противоположно 1

правилу).

4.Правило напряженной (дефицитной) детали. В этом случае менеджер назначает специальный операционный приоритет детали, при котором она обрабатывается первой в любом случае, если образуется очередь на обработку.

В качестве примера также можно привести 10 правил корректного составления расписаний, используемых при работе с диалоговой компьютерной системой «оптимизированные производственные технологии» (OPT):

 использование ресурсов местами (подразделениями), не являющимися узкими, определяется не их собственной мощностью, а другими ограничениями, существующими в системе;

 привлечение ресурса не является синонимом его использования;

 час, потерянный в узком месте, - это час, потерянный во всей системе;

45

час, сэкономленный в месте, не являющемся узким, есть

мираж;

перемещение партии может не быть и во много раз не должно быть эквивалентно процессу обработки партии;

процесс обработки партии должен быть изменяемым, а не фиксированным;

пропускную способность и приоритет необходимо рассматривать одновременно, а не последовательно;

«закон Мерфи» известен, и его опасное воздействие может быть изолировано и минимизировано;

общезаводская мощность не должна балансироваться;

сумма локального оптимума не равна сумме глобального оптимума.

Многие из этих правил формализованы в математических методах и моделях. Могут использоваться также другие методы составления расписаний.

Выбор метода зависит от объемов заказов, специфики процессов

истратегий, принятых фирмой (это и стратегия удовлетворения спроса - уровень сервиса в обслуживании потребителей, это и стратегия развития фирмы - товара, процесса, технической и кадровой политики). Выбор метода также зависит от глубины и широты охвата системой работ, представляющих рабочий процесс, что зависит от выдвигаемых целей. Можно поставить цель минимизировать или ограничить время простоев машин, на которых выполняются дорогостоящие операции, и в то же время минимизировать стоимость заделов, находящихся в рабочем процессе.

Назначение работ в рабочие центры

Назначение работ предполагает планирование загрузки рабочих центров (цех, участок, рабочее место) и осуществляется в два этапа:

1 – проверяется загрузка рабочих центров с учетом их мощности, для этого используется метод, известный под названием «контроль вход-выход»;

2 - осуществляется назначение работ с учетом действительной загрузки центров, для чего используются загрузочные графики Ганта и метод назначений (в виде постановки и решения задачи линейного программирования).

Контроль вход-выход

Является техникой, позволяющей гибко управлять протеканием рабочих процессов на основе точной подгонки расписания под состояние объекта управления, что позволяет увеличить интенсивность прохождения материального потока через рабочий

46

центр. Если работа прибывает быстрее, чем это было предусмотрено, рабочий центр оказывается перегруженным и растут заделы, если работа прибывает с меньшей скоростью поступления, чем это было предусмотрено, рабочий центр оказывается недогруженным и график выполнения заказа нарушается (происходит задержка по срокам). Средства, доступные оперативному управлению и необходимые для гибкого регулирования рабочего потока (процесса) следующие:

корректировка состояния центра;

изменение загрузки и количества оборудования;

изменение входа рабочего центра;

изменение объемов субконтрактов и производительности центров.

Графики Ганта являются наглядными средствами, которые помогают описать использование ресурсов, таких как загрузка рабочих центров и сверхурочное время.

Загрузочный график Ганта показывает рабочее время (время занятости) и время простоев, анализ которых позволяет принять оперативные меры по регулированию загрузки рабочих центров. Например, когда один из рабочих центров становится перегруженным, рабочие из низко загруженного центра могут быть временно переведены в перегруженный; ожидающие выполнения работы могут быть распределены по другим рабочим центрам; некоторые работы из высоко загруженных центров могут быть переданы в центры, загруженные не полностью; гибкое многофункциональное оборудование также может быть перераспределено между центрами.

Загрузочный график Ганта имеет несколько главных ограничений по использованию: он не учитывает разнообразия производственных ситуаций, таких как отказы оборудования или ошибки персонала, которые требуют повторения работы и корректировки расписания; он должен оперативно пересчитываться при появлении новых работ и при пересмотре их временных оценок.

Временной график Ганта используется для управления работами в процессе их выполнения; он указывает, выполняется ли работа по расписанию, опережает или отстает от расписания. Как правило, на практике рассматривается временной график, размещающий работы по ходу их выполнения на вертикальной оси и время их выполнения на горизонтальной оси, он представляет собой простейший вариант цикловых графиков

Метод назначений представляет специальный класс моделей линейного программирования, в которых рассматриваются задачи назначений работ в зависимости от имеющихся ресурсов (назначения

47

работ по станкам, контрактов по поставщикам, людей по проектам, продавцов по территориям и т. п.). Целью является достижение минимума суммарных денежных затрат или времени, необходимых для выполнения комплекса работ. Назначению подлежит только одна работа (или рабочий) на одну машину (или проект). Задача назначения может быть представлена денежными или временными затратами, связанными с каждым конкретным назначением. Денежные записи (занесения) представляют оценки затрат фирмы, которые возможны при назначении соответствующей работы на определённую машину.

Метод предназначен для того, чтобы найти самые низкие затраты, соответствующие условиям каждого отдельного назначения. Как правило, задачи назначения определяют порядок максимизации выручки или минимизации потерь, выбирая соответствующие назначения.

Задание последовательности работ

Задание последовательности работ предполагает определение порядка, в котором работы должны быть выполнены в каждом рабочем центре. Рассмотрим основные подходы к решению данной проблемы.

Правила приоритетов используются при планировании и подготовке диспетчерских сводок (листов) о порядке выполнения работ (обработки партий) в рабочих центрах. Разработано большое число этих правил, как статических, так и динамических. Правила приоритетов находят особенно широкое приложение в сложных по маршрутам движения потока дискретных процессах, в которых обработка ведется партиями различной величины, а производство ориентировано на независимый спрос. Правила приоритетов помогают минимизировать среднее время протекания процесса, среднее время завершения изготовления, среднее время пролеживания (ожидания) и максимизировать выход.

Наиболее известными правилами приоритетов являются следующие:

FIFO (первым пришел, первым обслужен) - первой запускается работа, прибывающая в рабочий центр первой;

EDD (ранняя по дате выполнения) - первой запускается работа с ранней датой выполнения;

SPT (кратчайшее время выполнения) - первой запускается работа с минимальным временем выполнения;

LPT (наиболее продолжительное время выполнения) - первой запускается работа, наиболее продолжительная по времени выполнения.

48

Результаты каждого правила оцениваются следующими измерителями эффективности его использования:

среднее время завершения работы как отношение суммы потоков времен к числу работ;

среднее число работ в системе как отношение суммы потоков времен к общему времени процесса;

среднее ожидание работы как отношение общего опоздания (в днях) к числу работ.

Как видим, LPT характеризуется наихудшими значениями всех показателей, SPT является наилучшим по значению двух показателей (наименьшее среднее время завершения и наименьшее среднее число работ в системе), EDD - по значению одного показателя (самая низкая средняя запаздываемость). Сравнительный анализ результатов показывает, что ни одно из правил нельзя признать наилучшим одновременно по всем критериям (измерителям).

Правило SPT обычно является наилучшим при минимизации времени потока работ и минимизирует среднее число работ в системе; его главный недостаток состоит в том, что продолжительные работы будут постоянно отодвигаться назад, подчиняясь приоритету краткосрочных работ; потребители могут отнестись к этому отрицательно, и поэтому возникнет необходимость ввести дополнительное регулирование прохождения продолжительных работ

врабочем центре.

Правило FIFO не дает преимуществ по большинству критериев (и показывает средние результаты); однако оно имеет преимущество справедливости для потребителя, что очень важно в обслуживающих (сервисных) системах.

Критическое отношение. Представляет собой другой тип правила последовательности и дает хорошие результаты по критерию среднего времени запаздывания работ.

Критическое отношение (CR) - это индекс, получаемый как отношение времени, оставшегося до директивного срока окончания работы относительно текущей даты, к оставшемуся рабочему времени (времени выполнения работы). В противоположность правилам приоритетов критическое отношение динамично; оно может быть получено на любую дату и пересчитываться достаточно часто. Критическое отношение дает приоритет тем работам, которые должны быть выполнены, чтобы не нарушить расписание поставок. Работа с низким критическим отношением (CR < 1.0) является работой, отстающей от расписания; если CR = 1.0, работа находится в границах расписания; если CR > 1.0, работа опережает расписание.

49

Правило критического отношения полезно при решении ряда задач, возникающих в процессе составления производственных расписаний: при определении статуса специфических работ; при определении относительных приоритетов среди комплекса работ; при установлении зависимости между величиной запаса на складе и порядком выполнения комплекса работ; при регулировании приоритетов и пересмотре расписаний по мере их изменения и выполнения работ.

Правило Джонсона: расписание N работ на две машины.

Может быть использовано для минимизации общего времени процесса обработки путем поиска оптимальной последовательности запуска группы работ (две и более) через две единицы оборудования (рабочих центров); также минимизирует общее время их простоев.

Правило Джонсона включает четыре шага:

1 - все работы должны быть перечислены и представлены все требуемые времена выполнения работ на машинах;

2 - отбирается работа с наикратчайшим временем выполнения; если наикратчайшее время приходится на первую машину, работа расписывается первой; если наикратчайшее время приходится на вторую машину, работа записывается в расписание последней; при равенстве времен решение принимается на основе экспертной оценки;

3 - если работа расписана, исключаем её из рассмотрения; 4 - шаги 2 и 3 распространяются на оставшиеся работы, двигаясь

в направлении середины последовательности.

Другие задачи и методы. Оптимальное расписание N работ по трем машинам может быть получено по правилу Джонсона, если выполнено хотя бы одно из двух условий:

1)наименьшая продолжительность, выполняемая на машине 1, является такой большой, как наибольшая продолжительность, выполняемая на машине 2;

2)наименьшая продолжительность выполнения работы на машине 3, по крайней мере, так велика, как наиболее продолжительное выполнение работы на машине 2.

Когда встает задача расписания N работ на M машин, нахождение оптимальной последовательности может выполняться с помощью эффективной эвристической процедуры, предложенной Кемпбеллом, Дюдеком и Смитом, которая известна под названием CDS-алгоритм. Алгоритм CDS распространяет правило Джонсона N/3 на общую проблему N/M и обеспечивает рациональное решение.

50

Известен метод В.А. Петрова или метод двойных параметров: определение последовательности запуска партий деталей в обработку.

Метод Петрова позволяет определить последовательность запуска деталей в обработку на основании расчета для каждой детали параметров А ,В, .

m

2

A ti

i 1

m

B ti

где m - количество операций техпроцесса, если i – четное число,

если i – нечетное число, то среднее значение прибавляется и к параметру А, и к параметру В.

Δ= А- В (46)

Тогда очередность обработки определяется в виде четырех последовательностей:

-Δ↑,+ Δ↓;

-Δ↓,+ Δ↑.

Для каждой последовательности рассчитывается Тц и выбирается последовательность с минимальной Тц.

Процедуры, разработанные В.А. Петровым, предназначены для использования в рамках оперативного управления производством на цеховом уровне; с практической точки зрения их результативность значительно выше, чем при использовании ординарных правил запуска SPT, EDD и других; одновременно эти процедуры проще, чем CDS - алгоритм.

Решение об оптимальной последовательности запуска партий отыскивается для деталей различных наименований с одинаковыми технологическими маршрутами по критерию минимума совокупной длительности цикла обработки.

Другие методы, которые направлены на математическое решение задач оптимизации последовательности работ, используют теорию очередей и компьютерное моделирование (например, метод матричного выбора, метод Парамонова Ф.И. и др.).