Paulina GOLINSKA*

Marek FERTSCH*

Paweł PAWLEWSKI*

Poprawa efektywności sterowania przepływem produkcji w warunkach niepewności-sTUDIUM PRZYPADKU

Efektywne sterowania przepływem produkcji wymaga stosowania odpowiednich mechanizmów śledzących przebieg procesu oraz umożliwiających regulowanie tego przebiegu w przypadku wystąpienia zakłóceń. We współczesnych przedsiębiorstwach często występują zakłócenia wywołujące odchylenia w przebiegu sterowania przepływem produkcji, przewyższające możliwości regulacyjne buforów wbudowanych w system produkcyjny. W poniższym artykule autorzy omawiają zagadnienia związane z poprawą efektywności sterowania przepływem produkcji w przedsiębiorstwie budowy maszyn w warunkach niepewności, w tym dokonują klasyfikacji głównych źródeł zakłóceń. Autorzy zaproponują również metodę śledzenia przebiegu przepływu produkcji, umożliwiającą uruchomienie mechanizmów regulacyjnych zapobiegających wystąpieniu kryzysu w systemie produkcyjnym.

Słowa kluczowe: system produkcyjny, sterowanie przepływem produkcji, niepewność

1. Sterowanie przepływem Produkcji-Główne problemy

1.1. Wprowadzenie

Przedsiębiorstwa funkcjonują w warunkach dynamicznie zmieniającego się otoczenia konkurencyjnego, gdzie pogłębia się zróżnicowanie potrzeb klientów i wzrasta zapotrzebowanie na coraz bardziej zindywidualizowane wyroby. Równocześnie w przemyśle budowy maszyn występuje nacisk na skracanie czasów dostaw wyrobów finalnych i nieustanne obniżanie kosztów wytwarzania przy jednoczesnym zachowaniu wysokiej jakości. Efektywne sterowania przepływem produkcji wymaga stosowania odpowiednich mechanizmów śledzących przebieg procesu oraz umożliwiających regulowanie tego przebiegu w przypadku wystąpienia zakłóceń.

Tradycyjne metody planowania i sterowania przepływem produkcji, nie zawsze są skuteczne w sytuacji niepewności, gdy określenie prawdopodobieństwa wystąpienia danego zakłócenia nie jest możliwe. Złożoność systemu produkcyjnego, rozumiana jako liczba relacji pomiędzy elementami systemu, powoduje trudności w śledzeniu procesu produkcyjnego, a co za tym idzie odpowiednio szybkiej identyfikacji zdarzeń niekorzystnych wymagających uruchomienia mechanizmów regulacyjnych. Nieefektywne śledzenie procesów może spowodować znaczne straty oraz pogorszyć efektywność procesów produkcyjnych a nawet zagrozić utrzymaniu ciągłości działania systemu produkcyjnego.

1.2. Charakterystyka systemu produkcyjnego

W analizowanym przedsiębiorstwie budowy maszyn mamy do czynienia z hybrydą [7,8] tradycyjnego modelu produkcyjnego opartego na linii produkcyjnej dla wydziałów zajmujących się obróbką wstępną (wydział produkcyjny D1 i D2) oraz lean management w obszarze montażu finalnego (wydział D3). System produkcyjny charakteryzuje wysoka stabilizacji produkcji, rozumiana jako przypisanie poszczególnych maszyn i urządzeń do wykonywania stałych zadań produkcyjnych określonych asortymentem produkcji i operacji [1].

W analizowanym systemie produkcyjnym:

• tygodniowe plany produkcyjne przygotowywane są z kilkutygodniowym stałym wyprzedzeniem;

• liczba szt. wyrobów zaplanowanych do wykonania na dzień/tydzień roboczy jest stała;

• poszczególne grupy produktów cechuje duże podobieństwo technologiczne;

• produkty cechuje duże podobieństwo konstrukcyjne powstają w oparciu o ten sam szablon, ale jest zróżnicowana, jeśli chodzi o pewne atrybuty - wyposażenie, kolor;

• występują bufory służące kompensowaniu odchyleń w przebiegu produkcji wynikających z uwarunkowań technologicznych;

• ze względu na wysoka stabilizację systemu produkcyjnego pojemność buforów jest znacznie ograniczona;

• kontrola przebiegu produkcji odbywa się na poziomie wyróżnionych w systemie punktów kontrolnych (PPK), w których zbierane są informacje o bieżącym przebiegu produkcji;

• dane nt. przebiegu przepływu produkcji gromadzone są w produkcyjnej bazie danych przedsiębiorstwa;

• montaż finalny wyrobów jest zasilany w komponenty w oparciu o koncepcję Just In Time.

Podczas analizy danych spływających z produkcji do centralnej bazy danych zidentyfikowane następujące problemy:

• zakres fluktuacji występujących w przepływie produkcji przekracza znacząco możliwości buforowania systemu produkcyjnego;

• ze względu na dużą liczbę danych spływających do produkcyjnej bazy danych, informacje te nie są na bieżąc analizowane, co powoduje, iż podczas wystąpienia zakłóceń w systemie produkcyjnym często nie podejmowane są działania regulacyjne;

• brak możliwości określenia horyzontu czasowego, w którym zostanie wykonana cały blok zleceń <POIN 1;POIN N>, gdzie POIN oznacza numer zlecenia produkcyjnego przypisanego przez system informatycznych na poziomie Głównego Harmonogramu Produkcji do każdego z planowanych do wykonania w danym horyzoncie czasowym wyrobów finalnych;

• ze względu na zmiany sekwencji POIN w ramach poszczególnych bloków oraz mieszanie się sekwencji również pomiędzy kolejnymi blokami występują trudności w utrzymaniu ciągłości dostaw JIT części na potrzeby montażu finalnego.

Model analizowanego systemu produkcyjnego przedstawia Rys. 1.

Rys. 1. Model systemu produkcyjnego

Sekwencja w niniejszym artykule rozumiana jest jako zestaw POIN`ów o kolejnych numerach kolejki w statusie startowym.

Produkcyjna baza danych:

• przechowuje informacje zbierane w poszczególnych punktach kontrolnych PPK, których od kilkunastu do kilkudziesięciu znajduje na każdym z wydziałów D1, D2, D3;

• zestaw informacji zbierany (przechowywany) w bazie danych obejmuje:

a) identyfikator PPK;

b) identyfikator produktu POIN;

c) sekwencję poszczególnych POIN przechodzących przez kolejne PPK;

d) datę i czas, kiedy dany POIN zakończył operację na danym PPK.

Ze względu na fakt, iż produkcyjna baza danych jest replikowana (odświeżana), co 1-2 minuty istnieje potencjalna możliwość śledzenia przebiegu sterowania przepływem produkcji w czasie rzeczywistym w trybie on-line, pod warunkiem zastosowania strategii obserwacji umożliwiającej ograniczenie natłoku informacji.

1.3. Warunki niepewności - klasyfikacja głównych źródeł zakłóceń

W niniejszym artykule warunki niepewności zdefiniowane są jako warunki, w których prawdopodobieństwo wystąpienia danego typu zakłócenie w systemie produkcyjnym nie może zostać obliczone i/lub nie istnieje możliwość identyfikacji poszczególnych typów zakłócenia, które mogą się pojawić. Występowanie warunków niepewności powoduje znaczne trudności w procesie podejmowania decyzji w obszarze sterowania przepływem produkcji.

W literaturze przedmiotu opisywane są przypadki trzech głównych grup czynników wpływających istotnie na zakłócenie przepływu produkcji [2] związanych z:

• czasami dostaw

• czasami wykonania operacji technologicznych i pomocniczych

• zmiennością popytu.

Ze względu na fakt, iż w analizowanym przedsiębiorstwie produkcja realizowana jest głównie w oparciu o zamówienia składane przez klientów ze znacznym wyprzedzeniem czasowym, pominięto w dalszych analizach grupę czynników związanych ze zmiennością popytu jako źródłem niepewności w systemie produkcyjnym. Szczegółowa analizę wpływu niepewności na przebieg produkcji znaleźć można w [4,5,6], gdzie autorzy dokonują również klasyfikacji dostępnych technik i metod buforowania pozwalających na redukcję niepewności w systemach produkcyjnych działających w oparciu o logikę MRP. W wymienionych powyżej pozycjach literaturowych nie jest jednak rozważana sytuacja, gdy istniejące w przedsiębiorstwie warunki organizacyjne uniemożliwiają stworzenie dodatkowych buforów, jak to ma miejsce w przypadku analizowanego przedsiębiorstwa.

W analizowanym systemie produkcyjnym występują problemy związane z pojawianiem się zakłóceń pomiędzy momentem sporządzenia Głównego Harmonogramu Produkcji (GHP) a momentem obserwacji tj. odczytem przebiegu produkcji dla bloku zleceń na wybranym PPK. Historia zdarzeń w ramach systemu produkcyjnego, które wystąpiły pomiędzy uruchomieniem produkcji zgodnie z GHP a rzeczywistym przepływem w momencie obserwacji na PPK jest dana, jednak nie istnieje możliwość ad hoc oszacowania istotności wpływu danego zakłócenia. Na rysunku nr.2 (Rys.2.) przedstawiono zaproponowane podejście do monitorowania przepływów materiałowych i informacyjnych w ramach analizowanego przedsiębiorstwa, w celu identyfikacji i klasyfikacji istotnych źródeł zakłóceń.

Rys.2. Schemat obserwacji przeływów materiałowych i informacyjnych w warunkach niepewności

Dla zaznaczonego na Rys.2. obszaru występowania zakłóceń dokonano szczegółowej analizy danych zawartych w bazie produkcyjnej. Po dokonaniu zgrubnej identyfikacji źródeł zakłóceń w analizowanym systemie produkcyjnym dodatkowo przeprowadzono wywiady z brygadzistami, aby zweryfikować wiarygodność dostępnych danych. Sporządzoną przez autorów klasyfikację istotnych zakłóceń procesu sterowania przepływem produkcji prezentuje Rys.3. Za istotne zakłócenia uznano takie wydarzenia, które powodują nieprzewidziane wydłużenie procesu produkcji i uniemożliwiają terminową realizację zleceń klientów.

Rys.3. Specyfikacja istotnych zakłóceń procesu sterowania przepływem produkcji

W przypadku wyżej wymienionych zakłóceń nie można obliczyć prawdopodobieństwa ich wystąpienia, a więc w systemie produkcyjnym pomimo jego wysokiej stabilizacji mamy do czynienia z warunkami niepewności.

2.POPRAWA EFEKTYWNOŚCI STEROWANIA PRZEPŁYWEM PRODUKCJI

2.1. Efektywności sterowania przepływem produkcji

Całość procesu sterowania przepływem produkcji można traktować jako celowy etapowany proces obejmujący realizację następujących funkcji: planowanie, ewidencjonowanie, kontrolowanie i korygowanie[9].

Główny harmonogram produkcji sporządzany jest w oparciu o zamówienia spływające od klientów. Istotnym elementem realizacji strategii przedsiębiorstwa jest realizacja zamówień klientów na czas, z tego też powodu za główny wyznacznik efektywności sterowania przepływem produkcji przyjęto realizację zleceń produkcyjnych zgodnie z założonym harmonogramem. Współczynnik efektywności sterowania przepływem produkcji (WESP) zdefiniowano następująco:

• WESP jest równy stosunkowi ilość wyrobów finalnych (POIN) wytworzonych w sekwencji zgodniej z GHP do całkowitej liczby wyrobów finalnych (POIN) wykonanych w danym horyzoncie czasowym;

• w systemie idealnym sekwencja POIN`ów w PPK końcowym powinna odpowiadać sekwencji POIN`ów w PPK startowym, wiec współczynnik WESP powinien równać się jedności.

W analizowanym systemie produkcyjnym sekwencja POIN'ów w PPK końcowym nie odpowiada sekwencji w PPK startowym zarówno, jeśli chodzi o kolejność i spójność, ponieważ dany blok POIN jest rozbity na szereg małych sekwencji poprzedzielanych małymi sekwencjami z innych bloków POIN.

2.2. Śledzenie przepływu produkcji

W oparciu o dane dotyczące przepływu procesu produkcyjnego zewidencjonowane w produkcyjnej bazie danych autorzy zaproponowali podejście umożliwiającą poprawę wskaźnika WESP.

Zaproponowany został zestaw wskaźników umożliwiających obserwację przebiegu przepływu produkcji na poszczególnych produkcyjnych punktach kontrolnych informujących o konieczności podjęcia działań korekcyjnych w wypadku wystąpienia zakłóceń o poziomie przewyższających zdolności kompensacyjne buforów wbudowanych w system produkcyjny.

Zdefiniowano następujące wskaźniki:

• Rozrzut sekwencji (RS) jest to różnica między numerem maksymalnym POIN'u z sekwencji obserwowanej w kolejce w PPK końcowym, a numerem minimalnym POIN'u z sekwencji obserwowanej w kolejce w PPK końcowym. RS cząstkowy może być mierzony dla dowolnego PPK;

• Kolejność sekwencji (KS) jest to liczba par kolejnych POIN`ów, które są w PPK końcowym w kolejności zgodnej z kolejnością w PPK startowym;

• Jakość sekwencji (JS) jest to procent, o jaki Rozrzut (R) różni się od sekwencji startowej. Jeżeli liczebność sekwencji startowej wynosiła n, a rozrzut RS wyniósł również n to jakość sekwencji JS wynosi 100%, czyli

JS = n / RS

W oparciu o opisane powyżej wskaźniki możliwe jest śledzenie przepływu produkcji oraz podjęcie działań regulacyjnych w sytuacji wystąpienia znaczących zakłóceń, tj. przekroczenia przez wskaźnik JS krytycznej zdefiniowanej wartości granicznej. Ze względu na ilość danych spływających z systemu produkcyjnego do produkcyjnej bazy danych, opracowane zostało narzędzie informatyczne umożliwiające prezentację ww. wskaźników w formie graficznej.

Zaproponowaną przez autorów metodę śledzenia przepływu produkcji można przedstawić w postaci następujących kroków:

1. Zdefiniuj blok POIN, dla którego ma być dokonana ocena WESP

2. Wczytaj sekwencję na PPK startowym;

3. Dokonaj obliczeń JS na danego PPK

4. Przedstaw wyniki w postaci graficznej;

5. Jeśli JS na danym PPK przekracza dla bloku POIN poziom krytyczny pokaż rozkład szczegółowo RS i KS;

6. Jeśli rozkład RS i KS pokazuje, że problem dotyczy liczby POIN mniejszej od założonego poziomu krytycznego uruchom procedury regulacyjne, jeśli nie pkt.7;

7. Jeśli rozkład RS i KS pokazuje, że problem dotyczy liczby POIN większej od zdefiniowanego poziomu krytycznego uruchom procedury kryzysowe;

8. Jeśli problem został rozwiązany przejdź do pkt. 2, jeśli nie prześlij do działu planowania produkcji informację o konieczności zmiany GHP;

9. Dokonaj obliczeń JS dla kolejnego PPK

10. Jeśli dany PPK jest ostatni w systemie produkcyjnym dokonaj łącznej oceny WESP dla całego procesu.

11. Powrót do pkt.1.

3. Podsumowanie

Powyższy artykuł prezentuje opracowaną przez autorów koncepcje poprawy efektywności sterowania przepływem produkcji w warunkach niepewności w systemie produkcyjnym cechującym się wysoką stabilizacją organizacji struktury produkcyjnej. Badania nie zostały jeszcze zakończone i autorzy zamierzają poszerzyć ich zakres o aspekty związane z monitorowaniem przepływu surowców w ramach łańcucha dostaw.

LITERATURA

1. Boszko J., Struktura organizacyjna przedsiębiorstw i drogi jej optymalizacji, Waszawa, WNT, 1973.

2. Brennan L., Gupta S.M., A structured analysis of material requirements planning systems under combined demand and supply uncertainty, International Journal of Production Research, vol. 31, pp. 1689-1707, 1993.

3. Burbidge J.L., The New Approach to Production, Production Engineer, Dec. 1961, pp. 3-19, 1961.

4. Guide V.D.R ., Shiverasta R., A review of techniques for buffering against uncertainty with MRP systems, Production, Planning and Control vol. 11, pp.223-233,2000.

5. Ho C.J., Carter P.L., An investigation of alternative dampening procedures to cope with MRP system nervousness, International Journal of Production Research, vol. 34, pp. 137-156, 1996.

6. Koh L.S.C., Saad S.M., Uncertainty under MRP-planned manufacture: review and categorization, Journal of Production Research vol.31, pp. 2399-2421, 2002.

7. Ohno T., Toyota Manufacturing system., Beyond Large-Scale Production, Productivity Press, Portland, 1988.

8. Womack J.P, Jones D.T., Roos D., The machine that change the world, the story of lean production, Haperperennial, N.Y., 1991.

9. Wróblewski K.J., Podstawy sterowania przepływem produkcji,Warszawa, WNT, 1993.

* Instytut Inżynierii Zarządzania Politechniki Poznańskiej

2

Paulina GOLINSKA, Marek FERTSCH, Paweł PAWLEWSKI

3

Poprawa efektywności sterowania przepływem produkcji w warunkach …

Logistyka 1/2007

---