Возможности использования ERP-системы для поддержки оперативного планирования производства

Сергей Громов

Источник: http://offline.cio-world.ru/2006/52/286446/

Многие производственные предприятия сегодня используют ERP-системы для реализации стандартного цикла планирования. Однако базовая функциональность ERP не обеспечивает в должной мере задачи планирования производства на цеховом уровне (составления производственных расписаний).  В статье предлагается подход по использованию расширений стандартной функциональности ERP-системы (на примере Oracle E-Business Suite) для реализации алгоритмов расчета производственных расписаний и получения исполнимых производственных планов в едином пространстве ERP-системы.

Автоматизация процессов производственного планирования

Функциональность современных платформ ERP покрывает существенный объем задач производственного планирования. Исключение составляют уровни оперативного планирования производства (рис. 1) и некоторые задачи управления цепочками поставок (SCM), автоматизация которых, как правило, осуществляется с помощью специализированных приложений.

Вместе с тем, уровень оперативного планирования, как заключительный этап производственного планирования, непосредственно определяющий сценарий работы производящих цехов, играет важную роль в формировании адекватных задачам предприятия исполнимых производственных планов.

Чтобы проиллюстрировать значение этапа оперативного планирования в общем цикле производственного планирования, рассмотрим кратко основные задачи, которые решаются на различных этапах этого цикла. На этапе бизнес-планирования определяется миссия компании: ее ниша на рынке, оценка и определение прибылей, финансовые ресурсы. Результатом этапа является бизнес-план компании. На этапе формирования прогноза продаж формируется оценка объема и динамики продаж, необходимых для выполнения установленного бизнес-плана. Результатом является план продаж продукции. Этап календарного планирования производства заключается в формировании объемно-календарного плана выпуска продукции и его уточнения, исходя из потребности в материалах и производственных мощностях. В целом, объемно-календарный план производства направлен на обеспечение продукцией плана продаж, и его задача - определение номенклатуры, даты изготовления и количества выпускаемых изделий.

Календарный план производства, по сути, является укрупненным – непосредственно процесс производства на этом уровне планирования рассматривается в качестве некоего «черного ящика», на вход которого поступают сырье и материалы, а на выходе получается готовая продукция. Оценка исполнимости этого плана проводится исключительно в общем виде, исходя из возможностей поставки необходимого количества сырья и материалов и доступного фонда производственных мощностей. Такой способ оценки зачастую дает сильные искажения, и в результате далеко не вся продукция оказывается выпущенной к декларируемому сроку и в нужном объеме. Это происходит ввиду того, что при планировании не учитываются факторы, связанные непосредственно с производством: возможные (выполнимые) сменно-суточные задания; технологические особенности (специфические ограничения) конкретных единиц производственного оборудования, оснастки и приспособлений, задействованных при изготовлении продукции; текущий график ремонтов производственных линий или станков и другие. Учет этих факторов осуществляется на уровне формирования оперативных планов производства, и на основе оценки исполнения этих планов выполняется корректировка общего календарного плана.

Значимость этапа оперативного планирования связана также с решением вопросов определения реальной себестоимости продукции, требующего детального финансово-экономического анализа производства. Осуществить такой анализ, имея лишь приблизительное представление о распределении заданий во времени и по конкретному оборудованию, невозможно. В ведущих мировых странах для расчета себестоимости широко применяется так называемый АВС-анализ (Activity  функционально-стоимостной анализ), суть которого состоит в том,-Based Costing  что расходы и доходы предприятия «привязываются» к точкам его активности. Применительно к производству это означает привязку издержек и созданной прибавочной стоимости к конкретным единицам технологического оборудования и реализуемым на нем производственным заданиям. Выполнить такой расчет можно на основе детальных планов производства.

Рис.1. Общий цикл планирования
(пунктиром обозначены этапы производственного планирования, полностью не обеспечиваемые стандартной функциональностью ERP-системы).

Составление оперативных планов производства: проблемы, критерии, ограничения

В подавляющем большинстве случаев фактором, накладывающим разного рода ограничения при составлении производственных расписаний, является специфика технологических процессов. Приведем несколько примеров таких специфических ограничений.

• Специфические условия переналадок оборудования. Разветвленная цепь условий назначения переналадки.
• Наличие в рецептах продукции или полуфабрикатов побочных продуктов, которые используются в качестве ингредиентов при изготовлении другой продукции предприятия.
• Существование нескольких зависимых производственных заданий, которые необходимо планировать как единый технологический процесс. Это накладывает ограничения при выборе альтернативных ресурсов.
• Зависимость параметров производственных заданий и условий (правил) загрузки производственных мощностей. Например, может существовать правило, запрещающее запускать производственную линию на короткие задания.
• Ограничения на временные зазоры между технологическими переделами (особенно актуально для технологических процессов, в маршрутах которых имеют место термические операции).
• Ряд ограничений, связанных с внутрицеховой логистикой.

Кроме технологических ограничений, производственный процесс может содержать специфические особенности по доставке сырья и материалов от поставщиков и смежников, например по видам сырья с кратким сроком годности (характерно для пищевой отрасли).

Подобных ограничений очень много. Их характер обуславливается отраслевой спецификой, а иногда и спецификой конкретного предприятия, уникальностью его технологических процессов, компоновкой цехов. Игнорирование ограничений или заведомое упрощение задачи приводит к получению невыполнимого расписания в реальных производственных условиях.

На российских производственных предприятиях в большинстве случаев задача составления оперативных планов производства (эти планы называют также производственными расписаниями) ложится на плечи сотрудников планово-диспетчерских служб и отделов предприятия (плановиков). Имея многолетний опыт работы в данном направлении, эти специалисты применяют определенные правила и методы, позволяющие получать приемлемые производственные расписания. Чаще всего эти правила не имеют под собой точного научного обоснования или какой-либо строгой математической модели, то есть являются некоторой эвристикой, отражающей экспертные знания конкретного плановика. На некоторых предприятиях производственное расписание вообще предварительно не составляется, а на начало смены в цех поступает лишь укрупненное задание на смену, содержащее список позиций и их количество. Формирование производственных заданий (ПЗ) на рабочие места и принятие решения по моменту их запуска осуществляются диспетчером цеха по ходу производственной смены.

Экспертное решение задач оперативного производственного планирования имеет свои достоинства и недостатки. К положительным моментам можно отнести следующее:

• в результате получаются приемлемые и выполнимые планы на небольшом горизонте оперативного планирования (до двух дней, в зависимости от специфики конкретного предприятия) и в задачах небольшой размерности (для относительно небольшого числа технологических операций и единиц оборудования);
• плановики априорно учитывают специфику технологических процессов и ограничений по поставке сырья и материалов.

Недостатки:

• большой срок подготовки специалиста до уровня «предметного эксперта»;
• большие временные затраты на подготовку оперативного плана (до одного дня), отсутствие возможности проводить перепланирование в реальном масштабе времени, что накладывает ограничения на выбор периода оперативного плана;
• отсутствие формализованных критериев оценки получаемых планов – качество плана определяется экспертно, в соответствии с неформальными критериями (будет ли дефицит или перегруз склада готовой продукции, если реализовывать выпуск по предложенному варианту производственного расписания, много ли запланировано переналадок и др.);
• в случае модернизации, перестройки производства и изменения компоновки цехов у плановика отсутствуют четкие критерии формализации новых правил и ограничений планирования, может не хватить и эмпирического опыта;
• невозможно получить расписание для производственных подразделений с большим количеством взаимосвязанных технологических операций и сотнями единиц оборудования.

В то же время мировой и отечественной практикой сегодня уже накоплен опыт оптимизации оперативного производственного планирования, в том числе сформирован представительный список формализованных критериев оценки качества такого планирования (перечень основных критериев представлен, например, в материалах сайта www.mesa.ru). Обозначим некоторые критерии повышения качества оперативного плана производства:

• повышение степени исполнимости общего объемно-календарного плана производства;
• минимизация запаздывания работ;
• выполнение производственных заданий точно в срок;
• повышение коэффициента загрузки производственных мощностей;
• минимизация времени простоев оборудования;
• минимизация времени пролеживания заготовок;
• минимизация количества переналадок оборудования;
• снижение цеховой себестоимости продукции и полуфабрикатов;
• минимизация объемов незавершенного производства;
• минимизация затрат по межоперационному хранению;
• комбинированные критерии.

Решить задачи повышения качества оперативного планирования помогают системы автоматизации. Безусловно, все многообразие различных критериев и ограничений сложно изначально заложить в базовую функциональность автоматизированной системы оперативного производственного планирования. И все же такие системы представлены на рынке коммерческого ПО. К ним традиционно относятся, прежде всего, системы класса MES (Manufacturing Execution System).

Использование MES для описываемой проблематики возможно и, как правило, целесообразно, однако при этом необходимо отдельно проводить анализ применения конкретной MES для рассматриваемого предприятия. И нет гарантий, что существующие на рынке MES-системы заведомо учитывают в своей функциональности критерии и ограничения, характерные именно для конкретного рассматриваемого производства. Соответственно, нет и гарантий, что проект внедрения MES не будет подразумевать новых программных разработок, учитывающих специфические требования.

Кроме того, при внедрении MES одним из основных вопросов остается интеграция с ERP-системой. Далеко не все MES предоставляют возможность интеграции с ведущими ERP-системами. Например, решения по интеграции Oracle E-Business Suite с представленными на рынке западными или отечественными MES пока что не декларируются официально. Таким образом, открытие отдельного проекта по внедрению MES добавит существенные риски в общую задачу формирования единой информационной системы предприятия.

Помимо этого, следует учитывать и политические нюансы. Убедить руководителей производственных предприятий, которые ранее уже согласились на внедрение «тяжелой» ERP-системы, что для задач производственного планирования и диспетчеризации необходимо внедрять отдельную систему, будет довольно сложно.

Альтернативный подход: автоматизация процессов оперативного планирования производства с помощью решений, разработанных на основе современной ERP-платформы

Примером реализации такого подхода может служить решение, разработанное специалистами TopS BI на основе модуля Advanced Supply Chain Planning (ASCP) из линейки продуктов ERP-системы Oracle E-Business Suite.

Модуль ASCP предоставляет широкие возможности планирования потребности в материалах на различных горизонтах и этапах цикла планирования (оперативный уровень не является исключением). Использование этого модуля в качестве основы при разработке решения для автоматизации оперативного производственного планирования обусловлено следующими его преимуществами.

• Возможность одновременного учета производства продукции и движения материальных потоков согласно предварительно настроенным цепочкам поставок, масштаб которых может варьировать от внутрицехового и межцехового уровня до уровня взаимодействия предприятия со всеми его внешними поставщиками и смежниками.
• Возможность проводить сквозное планирование с учетом разных типов производства (одновременный учет как непрерывного, так и дискретного производства).
• Учет ограничений по производственным мощностям, вплоть до каждой единицы цехового оборудования.
• Возможность проводить расчет по так называемому “узкому месту” (учитываются только остродефицитные ресурсы).
• Учет стандартных технологических ограничений, определенных в нормативной системе на продукцию (например, строгая хронология производственных заданий на полуфабрикат и готовую продукцию).
• Возможность осуществлять перепланирование при возникновении случайных событий сбоя оборудования, брака продукции и сырья, срывов поставок сырья и др. Ограничивается временными затратами расчета расписания для конкретного цеха или предприятия.
• Удобный интерфейс пользователя. Интеграция по умолчанию с производственными модулями Oracle E-Business Suite.

Однако в стандартной функциональности модуля ASCP существует ряд ограничений, не позволяющих эффективно использовать его для автоматизации процессов оперативного планирования путем простой настройки базового программного обеспечения.

• Отсутствует возможность учета специфических отраслевых ограничений. Как правило, применение стандартных настроек не решает полностью проблем отраслевой специфики.
• Ограничен набор критериев качества планирования (максимальный оборот запасов; максимальная плановая прибыль; максимальная доставка в срок). Для реального производства этого явно недостаточно. Кроме того, все критерии имеют экономический характер, и нет ни одного так называемого цехового критерия.
• Набор предопределенных числовых показателей плана, заложенных в ASCP, не полностью покрывает перечень возможных критериев для процесса оперативного планирования. То есть значение не всех выбранных критериев может быть рассчитано численно (особенно актуально для цеховых и комбинированных критериев). Не для всех случаев есть механизм адекватной оценки качества полученного производственного расписания, что влечет принятие результата по умолчанию.
• Невозможно проследить процесс получения решения, алгоритм расчета расписания представлен бинарным кодом и разрабатывается сторонней компанией. Правка алгоритма невозможна.

В свете обозначенных проблем компания TopS BI предлагает использовать совместно с модулем ASCP так называемый корректор оперативного плана, который представляет собой программную разработку (расширение стандартной функциональности Oracle E-Business Suite), реализующую альтернативный алгоритм расчета производственного расписания.

Корректор оперативного плана состоит из двух частей: универсальной и изменяемой. Изменяемая часть дорабатывается в каждом конкретном проекте под индивидуальную специфику автоматизируемого предприятия.

На рис. 2 представлена общая схема использования модулей Oracle E-Business Suite и корректора при реализации процесса оперативного планирования производства.

Рис. 2. Схема использования корректора оперативных планов
(на примере проектного решения для предприятия с производством непрерывного типа).

Ввиду трудоемкости задач оперативного планирования предлагается следующий перечень мероприятий, определяющих общий регламент применения корректора оперативных планов производства с учетом его отраслевой специфики.

• Формализация бизнес-процесса формирования оперативного плана производства:
• анализ методов и средств, используемых специалистами предприятия при составлении производственного расписания;
• определение специализированных технологических ограничений;
• определение критериев составления расписаний.
• Разработка формальной постановки задачи оптимизации для процесса составления производственного расписания:
• формализация исходных данных для задачи оптимизации;
• определение вида получаемого решения (атрибутов оперативного плана);
• вывод формул или логических правил для специализированных технологических ограничений;
• вывод формулы целевой функции для расчета значений критериев качества оперативного плана;
• определение некорректных, исключительных ситуаций, связанных с исходными данными и самим процессом формирования производственного расписания.
• Доработка изменяемой части программного кода корректора планов в соответствии с требованиями оптимизационной задачи.
• Внутренне тестирование на тестовых наборах данных:
• проведение верификации блоков алгоритма корректировки;
• проверка адекватности получаемых планов;
• получение априорных значений параметров алгоритма корректировки;
• проверка работоспособности алгоритма на различных платформах (WIN NT, HP-UX);
• предварительная оценка затрат физического времени на формирование производственных расписаний;
• составление специалистами заказчика списка замечаний по качеству получаемых планов.
• Подготовка рабочих данных заказчика для проведения полномасштабного тестирования процесса оперативного планирования.
• Полномасштабное тестирование на рабочем наборе данных:
• анализ адекватности получаемых производственных расписаний;
• проверка полученного плана на предмет удовлетворения всех ограничений, заявленных в формальной постановке задачи;
• сравнение значений критериев по вариантам оперативного плана до и после этапа корректировки, анализ (в процентах) улучшения решения после корректировки;
• получение окончательных значений параметров алгоритма корректировки;
• оценка показателей затрат физического времени на процесс корректировки расписания.
• Передача корректора планов в промышленную эксплуатацию.

Чего удается достичь за счет применения корректора оперативных планов?

Реализуется возможность автоматизированного получения оптимальных, исполнимых производственных расписаний, учитывающих специфику технологических процессов конкретного предприятия. В данном случае предметный специалист освобождается от решения этой трудоемкой задачи.

Предприятие получает адекватную оценку исполнимости сформированного объемно-календарного плана производства. В конечном счете, достигается объективная характеристика возможностей и объемов производства продукции определенного типа на имеющихся конкретных единицах производственного оборудования, исходя из технологической специфики, графика доступности оборудования и других факторов. За счет этого появляется возможность анализировать исполнение различных вариантов объемно-календарного плана производства. Появляется возможность более точно рассчитать плановую себестоимость продукции в случаях, когда она сильно зависит от использования конкретных единиц производственного оборудования и специфики технологии производства, влияние которой проявляется только на цеховом уровне.

Использование модуля ASCP для составления исполнимых производственных расписаний на цеховом уровне обеспечивает целостность системы и реализацию всех этапов цикла планирования в едином информационном пространстве под управлением одной корпоративной информационной системы. Устраняется необходимость применять сторонние системы, ориентированные на задачи оперативного планирования производства, и, как следствие, не требуется интеграция различных решений с ERP-системой.

CIO, №9, сентябрь 2006