CC BY
34
Финансы, налоги и бухгалтерский учет
УДК 658.1
И.В. Цомаева
УПРАВЛЕНИЕ ОПЕРАЦИОННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬЮ ПРЕДПРИЯТИЯ В УСЛОВИЯХ МЕЛКОСЕРИЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА СЛОЖНОЙ ПРОДУКЦИИ
В условиях неопределенности спроса на сложную техническую продукцию единичного и мелкосерийного производства методически трудно поставить задачу календарного планирования на ближайший плановый период. В работе представлена имитационная модель оперативно-календарного планирования, позволяющая в итерационном режиме строить планы-графики производства, ориентируясь на минимальный горизонт планирования. Для повышения эффективности оперативного управления производством построена оптимизационная модель календарного планирования, решение которой вполне осуществимо при современном программном обеспечении решения задач целочисленного программирования.
Многие ученые и практики, занимающиеся разработкой систем управления промышленными предприятиями, придают наиболее важное значение — формированию стратегического менеджмента. Однако это не совсем правильное понимание управления предприятием как системы. Крупнейший специалист в области стратегии М. Портер отмечает, что «операционная эффективность и стратегия одинаково важны для получения важнейших результатов ..., но работают они по-разному» [1]. Есть и более категоричные высказывания. «То, что разработка верной стратегии компании дает компании определенные конкурентные преимущества, скорее, является заблуждением. На самом деле формирование стратегии — это еще не залог успеха. В 70 % случаев проблемы возникают вследствие неправильной реализации» [2]. Имеется ввиду
реализация стратегии развития предприятия и производства.
Как отмечено в работе [3], отличительной чертой комплексной системы управления, рассматриваемой в их исследовании, является четкая взаимосвязь долгосрочной стратегии предприятия с текущей производственной деятельностью. При операционном планировании решаются две основные задачи. Первая из них относится к определению тех улучшений в бизнес-процессах, которые являются наиболее важными для реализации стратегии. Речь идет о планировании реализации нововведений, которые должны обеспечить снижение затрат, улучшить другие показатели деятельности предприятия в соответствии с планами достижения стратегических целей [9]. Другая задача связана с согласованием стратегии с операционными планами и бюджетами. Стратегический план по доходам переводится в прогноз продаж, который служит основой планирования производственных ресурсов — использования трудовых ресурсов, оборудования, мощностей. После составления оперативных планов производства формируются различные бюджеты.
Проблема согласования стратегического управления и операционной деятельности предприятия резко возрастает в условиях неопределенности спроса в единичном и мелкосерийном производстве технически сложной продукции. План продаж невозможно зафиксировать на достаточно длительный период, что приводит к усложнению формирования оперативных планов производства, т. е. решения проблемы оперативного управ-
ления для указанных условий. Из всей операционной деятельности предприятия здесь будет рассматриваться только данная проблема как наиболее трудная.
Единичный, мелкосерийный тип производства характеризуется изготовлением широкой номенклатуры изделий в единичных количествах. Так как производство многих изделий не повторяется во времени, то это не позволяет использовать стандартизированные конструктивно-технологические решения. Ка-лендарно-плановые нормативы, разрабатываемые приближенно, приводят к фактическому отклонению хода производства от предварительного плана. На каждой итерации планирования приходится корректировать план-график производства.
Другая проблема, которая возникает при оперативном управлении единичным производством, связана с тем, что приходится работать на фактический спрос, хотя могут быть сделаны заказы и заранее. Отсюда следует вывод о дополнительных трудностях для производства в условиях ориентации на фактический спрос, когда при появлении нового заказа приходится изменять построенные ранее планы-графики хода производства. Так, в американской системе «Р-контроль» [4] работа производства моделируется каждый вечер, чтобы к началу рабочего дня был составлен новый план-график хода производства.
Учитывая эти обстоятельства, в системах оперативного управления используют принцип планирования по узким местам [4—7 и др.] В настоящее время в научной литературе рассматривается довольно много подходов к развитию систем оперативного управления производством. Это объясняется и разнообразием условий производства. Следует отметить, что в основе этих подходов лежит задача календарного планирования С. Джонсона [8].
Суть задачи заключается в следующем. Необходимо составить план-график обработки заданного перечня деталей на определенном количестве станков (рабочих мест). Для каждой детали задана технологическая последовательность обработки по операциям (и станкам) и их длительность. При этом минимизируется время выполнения всех работ. Это обеспечит минимум незавершенного производства, простоя станков. Для такой задачи исследования операций до сих пор нет точного эффективного алгоритма ее решения.
Однако в реальных условиях единичного и мелкосерийного производства трудно выделить такую постановку задачи. Так, если при первоначальной постановке задачи был один перечень деталей, то через какое-то время появляются новые заказы, их также следует учитывать. Детали входят в узлы, изделия. Следовательно, сборка узла, изделия не может начинаться, пока все ее детали не будут готовы. Фактическое отклонение длительностей операций от первоначально зафиксированных приводит к изменению условий задачи и требованию перерасчета. Критерий оптимизации связан с повышением эффективности производства на основе более раннего выпуска и продажи наиболее рентабельной продукции. Таким образом, оперативное управление производством в условиях единичного и мелкосерийного производства сводится к непрерывному решению задачи календарного планирования (через смену, сутки, через несколько дней).
Представим формирование задачи календарного планирования на одном из этапов ее решения. Пусть на данном этапе рассматривается обработка Б наименований деталей, d = 1, 2, ..., Б, и узлов, и = 1, 2, ..., и, I изделий, I = 1, 2, ..., I. Фиксируется также входи-мость деталей в те или иные узлы или изделия: d е Би, d е Б{ ; узлов ие и в изделия i.
Чтобы упростить постановку задачи, уберем из описания продукции узлы и изделия следующим образом. Узел и собирается из нескольких деталей d е Би. Выберем среди них наиболее важную деталь, обозначенную парой индексов du. Последняя операция ее обработки будет операцией сборки узла и. При этом следует учесть, что эта операция может выполняться, если все детали d е Би полностью прошли обработку. Таким же образом можно учесть вхождение одних узлов в другие. Тогда аналогичным образом сборка изделия может быть представлена как последняя операция для детали (узла) di.
Следовательно, на начало расчетов определяется перечень всех деталей, имеющихся в производстве и подлежащих обработке. С учетом принципа планирования по узким местам, на основе опыта работы предприятия в предыдущих периодах фиксируется перечень ведущих групп оборудования (рабочих мест) п = 1, 2, ..., N. По каждой детали заданы перечни ведущих операций:
V = 1, 2, ..., wdu, ..., м?й1. Здесь трем индексам ^йи соответствует ведущая операция, на которой происходит сборка узла и, а сборке изделия I — При этом каждой паре индексов (й, V) поставлены в соответствие индекс п и длительность вышолнения операций ксЬп . Если по какой-то детали речь идет об обработке партии деталей (в соответствии с вхо-димостью детали в изделие), то будем считать, что в значениях ксЬпп это учитывается. Все операции по сборке узлов, изделий будем считать одной операцией по детали, представляющей соответствующие узлы и детали (что мы уже отметили), так как этот процесс, как правило, осуществляется на специально оборудованной взаимосвязанной группе рабочих мест.
Обозначим через ^ технологическую длительность производственного цикла (ДПЦ). Данный параметр включает длительности не только операций V, но и всех остальных. Это необходимо, чтобы организовать календарное планирование по ведущим операциям. Поэтому с каждой ведущей операцией связана еще следующая информация: ^ — ДПЦ от начала обработки детали й до первой ведущей операции V; ДПЦ от завершения ведущей операции V до следующей операции — tí К, К +1. При этом длительность С К, К + 1 не включает пролеживание детали по организационным причинам, которые возникнут в ходе решения задачи. Все операции по сборке узлов и изделий будем считать ведущими. Данная информация позволяет точно зафиксировать время выполнения ведущих операций и не допускать перегрузку мощностей соответствующих групп оборудования (рабочих мест).
Чтобы учесть загрузку мощностей ведущих групп оборудования, необходимо зафиксировать единицу времени (час, смена, сутки и др.) и рабочий календарь/ = 1, 2, ..., Т, выраженный в принятых единицах времени. Значение Т определяется максимальной ДПЦ по какому-то изделию и принятыми единицами времени планирования на предприятии. Тогда значения ксЬп будут отражать длительность ведущих операций в этих же единицах времени, а айкп — интенсивность использования ресурсов на группе оборудования п. Параметр айкп может быть выражен количеством станков из группы оборудования п, одновременно занятых вышолнением операции V, или количеством рабочих, одновременно выполняющих эту операцию на ра-
бочем месте п. Для сборочных процессов соответствующие параметры будут отражены через значения ксЬп и асЬп. Возможности группы оборудования (рабочего места) п отражаются количеством станков в группе, либо количеством рабочих Мп/.
Важным при организации календарного планирования является момент начала составления планов-графиков. Производство же идет непрерывно. Следовательно, в момент начала времени / = 1 обработка деталей может находиться на любой стадии. Поэтому все параметры, перечисленные ранее, задаются с тех этапов обработки деталей, узлов и изделий, на которых они находятся. Процесс календарного планирования как бы отражает продолжение хода производства, которое бышо начато ранее периода / = 1.
Итак, по всей товарной продукции на начало периода / = 1 заданы сроки ее выпуска — 5й , 5й, Д.. Эти сроки задаются с учетом ДПЦ, резерва календарного планирования (из-за пролеживания деталей), определяемого опытом реализации оперативных планов производства. Ясно, что данные параметры должны обеспечивать опережение по договорным срокам поставок продукции потребителям. Причем, значение 5й определяется самостоятельно, если деталь является товарной продукцией. Если она входит в какой-то узел, изделие, то только через параметры 5й, Д , т. е. с учетом длительности сборки изделия, узла.
Итак, с помощью достаточно простого преобразования информации задача календарного планирования сведена к составлению плана обработки как бы только одних деталей. Это позволяет упростить представление методического подхода к построению плана-графика хода производства, имитирующего реализацию производственного процесса на основе расчетных показателей приоритетов продукции-деталей с точки зрения первоочередности их запуска на обработку по операциям.
Расчеты проводятся по шагам Л = 1, 2, ... На каждом шаге в плане-графике фиксируется одна детале-операция. После этого пере-считывается часть информации. Приоритет деталей (^йЛ на первом шаге определяется следующим образом: (д = 5й — td (приоритет по дефициту времени). Выбирается та деталь, для которой значение (д наименьшее, а приори-
тет наибольший. Это значит, что если не фиксировать в плане-графике операции данной детали в первую очередь, то может быть сорван срок продажи продукции. Если значение бС1 отрицательно, это значит, что при данной технологии производства деталь не может быть готова к нужному сроку. Необходимо в исходной информации менять значения а^„, ксЬ,п, С № + 1 , Мп/ на основе организационных и технологических нововведений. Самое простое — увеличить сменность работы того оборудования (рабочих мест), на котором выполняются операции соответствующей детали и др. Таким образом, нельзя переходить к расчетам следующего шага при наличии отрицательных значений бС1.
Когда все бС1 > 0, то первая ведущая операция детали с наибольшим приоритетом фиксируется в плане-графике. Для следующего шага расчетов корректируется значение ^ (?с(2) = ^ — 4, — ЛЛп); с учетом значения ас1п, кС1п для соответствующего времени уменьшаются значения Мп/. Мощности используются с момента времени 4, до 4, + кС1п. Процесс построения плана-графика продолжается аналогичным образом. Проводить расчеты более чем на рабочую неделю, декаду не имеет смысла, так как план будет нарушен по различным причинам. Поэтому следует проводить расчеты заново, как только фактически значения плана-графика будут отличаться от плана на принятую единицу времени или изменяется множество рассматриваемых деталей.
Как отмечается в [2, 4—6 и др.], более эффективен относительный показатель приоритета продукции: бА = (5С — С / С Однако принятие решений с помощью указанных приоритетов (и других) не обеспечивает должного приближения к оптимальному графику хода производства. Параметры , О^ не учитывают, что будет происходить внутри плана-графика. Когда расчеты дойдут до «конфликта операций», уже будет поздно что-то исправлять. Тем более, что исправляя график в одном месте, появляются трудности в другом. Имитационный локальный подход к расчетам не обеспечивает нужных результатов.
Приведем пример планирования по приоритетам. В следующей таблице представлено оптимальное решение задачи календарного планирования для четырех деталей и трех станков. Цифрами обозначены номера деталей. Продолжительность операций задана длиной
клеточек таблицы. Последовательность обработки — слева направо. Конфликтная ситуация возникает на станке А. Какую деталь начать обрабатывать первой — третью или первую, значение б1Д < б31, т. е. приоритет имеет первая деталь. Однако если первую операцию первой детали поставить впереди третьей детали, то общее время выполнения всех работ существенно возрастет. Это говорит о том, что используемые имитационные модели приближенного решения задачи календарного планирования могут и не обеспечить хорошего приближения к оптимальному решению.
План-график обработки деталей, полученный с помощью использования оптимизационной экономико-математической модели
Станок Номера деталей и последовательность выполнения операций по их обработке
С 4 3 1 4 2
В 2 3 1 2 4
А 3 1 2 4 1
Время 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Поэтому представим как для условий единичного и мелкосерийного производства использовать системную модель оптимизации [5] с учетом особенностей указанного производства. Для упрощения представления такой модели будем полагать, что значения асъп, Ьсьп — целые числа.
Обозначим через х^п/ целочисленную переменную, принимающую значения 1 тогда, когда планируется обработка детали 4 на ведущей группе оборудования п в момент времени / по ведущей операции w. Если в момент времени / запуск не планируется, то указанная переменная принимает значение 0. Тогда выполнение ограничений по возможностям производства можно отразить следующим образом:
^ асСжпгХсСжпг - Мп/,
С, w, г
п = 1,2,..., N, / = 1,2,..., Т,
а^пг = а^п , г = / + 1 / + кСып — ^-Ь
аdwnr = 0, г Ф {/, / + 1, •••, / + к^п - 1}.
В модели необходимо предусмотреть выполнение следующего условия: запуск в производство (партии) деталей на ведущей операции w + 1 возможен только после выполне-
ния работ на предыдущей ведущей операции. Кроме того, следует учесть время обработки и пролеживания деталей между ведущими операциями:
^ , ж + 1 - ^ /х1жп/ - ^¿жп + , ж, ж + 1'
/ /
1 = 1, 2, ..., Б; w = 1, 2, ...,
Предусмотрено множество вариантов запуска детали 1 в производство по ведущей операции ж, но необходимо, чтобы был выбран только один из них:
Ъ
/
"dwnf
= 1, d = 1, 2,..., D; w = 1, 2,..., wdi.
Обеспечение сборки узлов можно учесть следующим образом:
^ /Хд, жди - 1, п/ ^ /х1и, п/ + , жди - 1, п +
+ t.
/
q, wqu - 1, wqu
< 0; q e Du.
на начальный период времени /. Однако более обоснованным является критерий минимизации уровня незавершенного производства, который обеспечивает данный производственный процесс. Этот показатель построен на основе первого, что видно и из самой функции цели:
( Л
S S frdi , wdi, nf d \ /
Cd ^ min.
Аналогичным образом ставится ограничение по сборке изделий, д е Б. При этом учитывается завершение обработки всех деталей д е Б (д е Б) до начала сборки узла и (изделия /).
Критерий оптимизации в данной задаче — минимальный срок завершения всех работ, которые были зафиксированы к исполнению
Здесь Сй — средняя себестоимость деталей, узлов 1 е Б до вхождения их в готовое изделие.
Решение представленной задачи позволяет увязать ее с технико-экономическим и финансовым планированием, если по каждой продукции дать оценку финансовых потерь (или эффектов) от задержки (ускорения) продаж продукции. Рост незавершенного производства увеличивает финансовые затраты на обеспечение прироста оборотного капитала, а ускорение продаж дает эффект от использования финансовых ресурсов. Все это можно учесть в показателях приоритетов продукции, что позволит существенно повысить качество оперативного управления на промышленном предприятии.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Porter, M. Whot is strategy? [Текст] / М. Porter // Harvard business review. — 1996. — november/december.
2. Ram, Ch. Why CEO is fail [Текст] / Ch. Ram, C. Geoffry // Fortune. — 21. — June 1999.
3. Каплан, Р. Награда за блестящую реализацию стратегии. Связь стратегии и операционной деятельности — гарантия конкурентного преимущества [Текст] / Р. Каплан, Д. Нортон. — М.: Олимп-Бизнес, 2010.
4. Козловский, В.А. Производственный и операционный менеджмент [Текст] / В.А. Козловский, Т.В. Маркина, В.М. Макаров. — СПб.: Специальная литература, 1998.
5. Титов, В.В. Оптимизация управления промышленной корпорацией: вопросы методологии и моделирования [Текст] / В.В. Титов. — Новосибирск: ИЭОПП СО РАН, 2007.
6. Goldratt, E.M. The general theory of constraints [Text] / Е.М. Goldratt - New Heaven, CT: Abraham Y. Goldratt institute, 1989.
7. Титов, В.В. Оптимизация оперативного управления производством в системе стратегического планирования предприятия [Текст] / В.В. Титов, Д.А. Безмельницын // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Серия «Экономические науки». — 2011. — № 5 (132). — С. 156—169.
8. Календарное планирование [Текст]. — М.: Прогресс, 1966.
9. Бабкин, А.В. Методика формирования производственной программы при стратегическом планировании развития предприятия [Текст] / А.В. Бабкин, Е.Д. Жеребов // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Серия «Экономические науки». — 2009. — № 4 (81). — С. 145—150.
