Rozvrhování kusové a malosériové výroby: definice, příklad a metody

Domov » Zdroje » Rozvrhování kusové a malosériové výroby: definice, příklad a metody

Odhadovaný čas čtení: 15 minut

Rozvrhování výroby typu job shop přiřazuje zakázkám časy zahájení a sdílené výrobní zdroje, přičemž operace těchto zakázek se řídí odlišnými stanovenými technologickými postupy. Zachovává pořadí procesních kroků každé zakázky a brání tomu, aby si konkurující operace zabíraly stejný výrobní zdroj ve stejnou chvíli. Výsledek ukazuje výrobním týmům, co může běžet dál a co musí počkat.

O čem rozhoduje rozvrhování kusové a malosériové výroby

V obráběcím provozu může jedna zakázka vyžadovat frézování a poté vrtání, zatímco jiná vyžaduje vrtání před frézováním. Obě zakázky soupeří o stejné stroje, ale jejich další použitelný stroj se liší. Seřazení zakázek podle data dodání samo o sobě obsluze frézky neřekne, která operace může začít.

Rozvrh řeší tři propojená rozhodnutí: která operace je připravena, který výrobní zdroj ji může zpracovat a kdy může proběhnout. Připravenost závisí na předchozích operacích a výrobních vstupech. Dostupnost výrobního zdroje závisí na další práci, která je mu již přidělena. Změna jednoho přiřazení proto může ovlivnit několik zakázek dále v jejich technologických postupech.

Rozvrhování job shop je specifický problém v rámci rozvrhování výroby. Rozvrhování výroby zahrnuje také prostředí s jednoduššími nebo více opakujícími se technologickými postupy. Rozlišení job shop je důležité, protože jediné pořadí zakázek pro celý závod nemůže plně popsat pořadí operací na každém pracovišti.

Kusová a malosériová výroba, flow shop, její flexibilní varianta a výroba na zakázku

Pojem	Co popisuje	Praktická otázka
Job shop	Zakázky procházejí vlastními stanovenými posloupnostmi operací napříč sdílenými výrobními zdroji	Jak mohou různé technologické postupy využívat stejné stroje bez kolizí?
Flow shop	Zakázky procházejí stejnou posloupností strojů	V jakém pořadí mají zakázky touto společnou posloupností projít?
Flexibilní job shop	Operace může využít jeden z několika přípustných strojů	Který přípustný stroj a jaký čas zahájení má každá operace dostat?
Výroba na zakázku	Výrobu spouští zákaznická objednávka	Kdy má být výroba uvolněna pro konkrétní zakázku?

Klasický model job shop přiřazuje každé operaci předem určený stroj. Rozvrhování flexibilního job shop k problému časování přidává výběr stroje. Výroba na zakázku popisuje spouštěč výroby, takže závod může pracovat na zakázku a zároveň být organizován jako job shop.

Dokumentace Google OR-Tools jasně ukazuje dvě základní omezení: operace navazuje na svou předchozí operaci a stroj zpracovává v jednu chvíli jen jednu operaci. V reálném provozu k tomuto základnímu modelu přidávají další podmínky pracovní kalendáře, materiál a lidé.

Příklad rozvrhování kusové a malosériové výroby: zakázky A a B s křížícími se postupy

Následující čísla jsou hypotetické ilustrace. Dvě pracoviště, frézování M a vrtání D, jsou k dispozici od času 0. Každé zpracovává vždy jednu operaci. Pro přehlednost příklad neobsahuje žádný čas seřízení, přestávky v kalendáři, nedostatek materiálu ani sdílenou obsluhu a každá operace probíhá nepřerušeně.

Konflikt je jednoduchý: A a B potřebují stejné stroje v opačném pořadí, takže B musí čekat na frézování, i když je vrtání volné.

Zakázka	První operace	Druhá operace	Celková doba zpracování
A	Frézování M: 2 časové jednotky	Vrtání D: 1 časová jednotka	3 časové jednotky
B	Vrtání D: 1 časová jednotka	Frézování M: 1 časová jednotka	2 časové jednotky

Pokud plánovač dokončí celou zakázku A dříve, než zahájí B, A využije frézování od 0 do 2 a vrtání od 2 do 3. B pak využije vrtání od 3 do 4 a frézování od 4 do 5. Zakázky jsou hotové v čase 5, přestože vrtání bylo během úvodní frézovací operace A volné.

Povolením překryvu technologických postupů vznikne tento proveditelný rozvrh:

Pracoviště	Čas 0 až 1	Čas 1 až 2	Čas 2 až 3
Frézování M	A, první část	A, druhá část	B
Vrtání D	B	Nečinné	A

Veškerá práce se nyní dokončí v čase 3. To je minimální makespan ilustrovaného modelu: frézování musí na jednom stroji zpracovat 3 časové jednotky práce, takže žádný proveditelný rozvrh nemůže skončit dříve. B dokončí vrtání v čase 1, ale nemůže zahájit frézování, dokud A neuvolní M v čase 2. Nečinný interval vrtání neznamená, že plánovač na nějakou operaci zapomněl: A stále frézuje a B už vrtání využila.

Celková doba zpracování je 5 jednotek, ale je rozložena na dva stroje. Tento součet není uplynulá doba dokončení v závodě. Naopak umístění obou zakázek na čas 0 v tabulkovém procesoru bez kontroly jednotlivých operací by skrylo jejich pozdější soupeření o frézování.

Doba do dokončení poslední zakázky se nazývá makespan. Je užitečným měřítkem, pokud je cílem rychle dokončit celou tuto sadu práce. Neříká však, zda se zakázka konkrétního zákazníka dokončí dostatečně brzy. Na tomto rozlišení záleží, jakmile má B naléhavý termín.

Kde se rozvrhování kusové a malosériové výroby objevuje v systému SkyPlanner

Ve SkyPlanner se technologické postupy zakázek A a B stanou seřazenými výrobními fázemi s přípustnými pracovišti: A potřebuje frézování a poté vrtání, B potřebuje vrtání a poté frézování. Ve výrobním modelu nastavte pracoviště, směny, obsluhu, priority a materiály a pro zakázky zadejte technologické postupy a doby trvání. Rozvrhovač respektuje definované pořadí výrobních fází a pro každý krok vybírá nejvhodnější dostupné přípustné pracoviště. Software SkyPlanner pro rozvrhování výroby automaticky rozvrhuje práci v diskrétní výrobě s ohledem na dostupnost materiálu, směny, priority a termíny dodání. Rozhodují plánovači, AI se podřizuje přednastaveným prioritám.

Jakmile jsou A a B umístěny v diagramu Gantt, tlačítko Reschedule all, přepočítávací tlačítko SkyPlanner známé také jako King Button, spustí v Arcturus přepočet naplánované práce; diagram Gantt zobrazí výsledná přiřazení a pořadí. Reschedule all nepřesouvá zakázky ze záložky Unscheduled do rozvrhu. Před posouzením přeplánování proto nejprve určete počáteční umístění zakázek. Chcete-li si postup prohlédnout, vyzkoušejte SkyPlanner s demo daty nebo využijte Getting Started s pomocí AI v SkyPlanner Assistant; domluvte si ukázku a probereme vaše vlastní technologické postupy a priority.

Vstupy, díky nimž je rozvrh kusové a malosériové výroby použitelný

Algoritmus dokáže uspořádat práci podle výrobního modelu, který dostane. Prvním úkolem plánovače je zajistit, aby tento model odpovídal skutečnému provozu. U zakázek A a B začněte technologickými postupy, poté ověřte dostupnost a informace o zakázkách, které ovlivní rozvrh.

Vstup ke kontrole	Co ověřit	Diagnostika A a B
Pořadí procesu	Posloupnost operací odpovídá skutečným výrobním závislostem	A vyžaduje frézování před vrtáním; B pravý opak
Doby trvání	Každá aktivní operace má kladnou, věrohodnou dobu trvání	Dobu frézování zakázky A nelze ponechat prázdnou, pokud se posuzuje datum jejího dokončení
Přípustná pracoviště	Každý pracovní krok má alespoň jedno vhodné pracoviště	Frézovací krok zakázky B vyžaduje pracoviště, které tuto operaci zvládne
Pracovní dostupnost	Směny a dostupnost výrobních zdrojů odpovídají skutečnému výrobnímu času	M musí být skutečně k dispozici v intervalu přiděleném zakázce A
Obsluha	Výrobní model zohledňuje relevantní dostupnost obsluhy	Pokud je pro A i B potřeba stejný pracovník, nelze předpokládat, že poběží nezávisle
Materiály	Je zachycena dostupnost potřebného materiálu	B nemusí být schopná zahájit vrtání, ani když je D volné
Priority a termíny dodání	Je zaznamenána zamýšlená obchodní preference a slíbený termín	Pokud je B urgentní, musí být tato preference viditelná před přepočtem

V systému SkyPlanner nelze zakázku naplánovat, pokud některý pracovní krok nemá žádné vhodné pracoviště. Pokud frézovací krok zakázky B nemá žádné vhodné pracoviště, opakovaný přepočet rozvrhu chybějící technologický postup nenapraví. Nejprve zkontrolujte vhodnost pracovišť pro tento krok. Zkontrolujte také, zda B nezůstává nenaplánovaná, což je jiný problém než změna pořadí již naplánované práce.

Getting Started vytvoří pracoviště, výrobky a výrobní toky. Toky propojují uspořádané kroky procesu, doby trvání a technologický postup po pracovištích. Vyráběný výrobek připravený pro tok potřebuje kladné doby trvání a technologický postup pro své aktivní operace. Tyto základy ověřte dříve, než podle výsledného Gantt posoudíte kvalitu rozvrhování.

Dále zkontrolujte plánování s omezenou kapacitou: přidělená práce potřebuje dostupnou kapacitu. Stroj vedený jako dostupný po celý den dá jiný obraz než stroj dostupný jen během určité směny. Pokud se obsluha sdílí, vyžaduje ilustrativní paralelní rozvrh zakázek A a B také tuto další kontrolu kapacity.

Propojte data zakázek s modelem rozvrhování

Stávající systémy ERP a MES poskytují datový kontext pro zakázky, výrobky a výrobu. SkyPlanner se s libovolným systémem ERP nebo MES integruje prostřednictvím svého otevřeného REST API. Pomocí cesty integrace určete, jak se příslušná výrobní data dostanou do plánovače a který systém je udržuje.

U zakázek A a B se dohodněte, odkud pocházejí jejich technologické postupy, doby trvání, informace o materiálu a termíny dodání. Pokud se v ERP změní termín dodání, zatímco plánovací model si ponechá původní datum, plánovač řeší jinou výrobní otázku. Vlastnictví dat a jejich konzistentní aktualizace patří do hodnocení rozvrhování spolu s vizuálním výsledkem.

Metody rozvrhování a cíl, kterému slouží

Metody rozvrhování se liší tím, jak velkou část problému zohledňují. Lokální dispečerská metoda vybírá další připravenou operaci podle určitého kritéria. Matematický optimalizační model zohledňuje zadaná omezení a cíl. Automatický systém pro rozvrhování výroby propojuje výpočty rozvrhu s udržovaným výrobním modelem továrny.

Přístup	Užitečné výchozí řešení	Kompromis, který je třeba posoudit
První příchozí, první obsloužený	Pořadí podle příchodu zůstává srozumitelné	Dlouhá operace na začátku může zdržet pozdější urgentní práci
Nejbližší termín dodání	Pozornost se věnuje blížícím se termínům	Urgentní zakázka může stále čekat na předchůdce nebo na nedostupný výrobní zdroj
Nejkratší doba zpracování	Přednostně posouvá krátké připravené operace	Delší práce může čekat, i když na ní záleží závazek vůči zákazníkovi
Kritický poměr	Porovnává čas zbývající do termínu dodání se zbývající dobou zpracování	Poměr vyžaduje aktuální odhady zbývající práce
Časová rezerva	Porovnává čas zbývající do termínu dodání po odečtení zbývající doby zpracování	Malá časová rezerva signalizuje naléhavost, ale neodstraňuje konflikty o výrobní zdroje
Matematická optimalizace	Zkoumá definovaný cíl, například makespan (celkovou dobu dokončení)	Výsledek závisí na omezeních a cíli zahrnutých v modelu
Automatické rozvrhování výroby	Přepočítává přiřazení na základě udržovaných technologických postupů, dostupnosti a priorit	Nesprávné vstupy stále vedou k nesprávnému obrazu výroby

Nejkratší doba zpracování (SPT) má v základním modelu jednoho stroje konkrétní záruku: pokud jsou nezávislé zakázky k dispozici současně, doby zpracování jsou známé a práce probíhá nepřerušeně bez seřízení závislých na pořadí, minimalizuje průměrnou průběžnou dobu i průměrnou rozpracovanou výrobu. Tato záruka se automaticky nevztahuje na job shop s křížícími se technologickými postupy. Výukové materiály University of Washington k rozvrhování v job shopu vysvětlují výsledek pro jeden stroj i roli SPT při snižování rozpracované výroby.

V příkladu s A a B je výběr krátké vrtací operace zakázky B jako první jen součástí rozhodnutí. A může frézování stále obsazovat, když k němu B dorazí. Plánovač se musí podívat dopředu na další sdílený výrobní zdroj a nesmí posuzovat pořadí jen podle času dokončení první operace.

Při stabilním a jednoduchém zatížení může být užitečný transparentní dispečerský přístup. Při křížících se technologických postupech a častých změnách potřebuje plánovač způsob, jak opakovaně vyhodnocovat dopady na následné operace.

Než začnete porovnávat výstupy, výslovně určete cíl. Vedle makespanu patří mezi cíle také zpoždění (o kolik zakázky skončí po termínu dodání) a průběžná doba (čas od uvolnění do dokončení včetně čekání). Chcete rychle dokončit celou tuto skupinu, ochránit zákaznický termín zakázky B, nebo zjistit, který slib lze s dostupnou kapacitou splnit? Rozvrhy porovnávejte vůči stejnému cíli a stejným výrobním vstupům. Samotný lepší makespan nedokáže odpovědět na všechny tři otázky.

Co se změní, když je B urgentní nebo když je stroj nedostupný?

Předpokládejme, že B má v tomtéž hypotetickém příkladu termín v čase 2. V překrývajícím se rozvrhu výše B končí v čase 3. Aby plánovač splnil dřívější termín, může jí přidělit frézování před A:

Zakázka	První operace	Druhá operace	Dokončení
B	Vrtání D: 0 až 1	Frézování M: 1 až 2	Čas 2
A	Frézování M: 2 až 4	Vrtání D: 4 až 5	Čas 5

Frézování záměrně čeká od 0 do 1, aby bylo k dispozici ve chvíli, kdy B dokončí vrtání. B splní ilustrativní termín, ale celá sada skončí později. Udržovat všechny stroje vytížené v nejdřívějším možném okamžiku proto není u urgentní zakázky vždy správné rozhodnutí.

Jde o kompromis mezi prioritami. Plánovač rozhodne, na kterém závazku záleží, a ověří dopad na A. V systému SkyPlanner dávají předem nastavené priority automatickému rozvrhování směr; plánovač pak Gantt vyhodnotí vzhledem k výrobnímu cíli a dostupným výrobním zdrojům.

Nyní předpokládejme, že M se stane nedostupným během plánovaného intervalu frézování zakázky A. Aktualizace dostupnosti změní možnosti proveditelné pro A i B, přestože se žádný technologický postup nezměnil. Pokud je skutečně vhodný jiný stroj, stává se relevantní výběr stroje. Pokud žádný vhodný není, je nutné chybějící kapacitu frézování řešit dříve, než kterákoli zakázka dokončí svůj technologický postup.

Omezující výrobní zdroj se také může měnit podle skladby zakázek. Frézování omezuje překryv v příkladu, ale přidání práce náročné na vrtání změní zatížení D. Úzká místa ve výrobě posuzujte v kontextu aktuálního zatížení. Další úzké místo neodvozujte pouze od nejvíce vytíženého stroje v rozvrhu z minulého týdne.

Při kontrole aktualizovaného rozvrhu sledujte dotčenou zakázku napříč jejími zbývajícími operacemi. U B pomůže dřívější dokončení vrtání jen tehdy, pokud na něj může navázat frézování. U A pomůže volný časový úsek pro vrtání až po dokončení frézování.

Co zkontrolovat, než přestanete vystačit s tabulkou

Tabulka dokáže zachytit pořadí operací, doby trvání a obsazenost pracovišť u zakázek A a B. U malého, stabilního modelu může plánovač konflikty kontrolovat přímo. Údržba se stává obtížnější, když změna vyžaduje znovu projít mnoho závislých operací, kalendářů výrobních zdrojů a zákaznických priorit.

K vyhodnocení dalšího nástroje použijte reprezentativní výrobní scénář. Zahrňte křížící se technologické postupy jako u A a B, jeden urgentní termín a změnu dostupnosti. Nejprve zkontrolujte vstupní model, potom rozvrh. Vyladěná časová osa nenahradí chybějící technologický postup frézování ani nesprávnou směnu.

Užitečný postup vyhodnocení je následující:

1. Přiřaďte ke každé operaci jejího předchůdce, dobu trvání a vhodné pracoviště.

2. Potvrďte materiály a dostupnost výrobních zdrojů pro zamýšlené výrobní období.

3. Ověřte, jak se nové zakázky dostávají do rozvrhu, odděleně od přepočtu stávající práce.

4. Nastavte priority a termíny dodání, které rozhodnutí určují.

5. Zkontrolujte postup každé zakázky v Gantt diagramu a vytížení sdílených výrobních zdrojů.

6. Změňte některý vstup a zkontrolujte dopady na naléhavou zakázku i na ostatní práci.

Zveřejněný příběh zákazníka Eskomatic z oblasti zakázkového obrábění přináší užitečné provozní zjištění: ruční fronty práce byly jen částí potíží. Omezený přehled o materiálu ztěžoval předvídání jeho nedostatku. Eskomatic popisuje přehlednější fronty práce v Gantt diagramu a automatické rozvrhování zatížení, které podporují stanovování termínů dodání. V jeho případě bylo důležité, že bylo možné zároveň vidět nadcházející práci i podmínky potřebné k jejímu provedení.

Při vlastním hodnocení spojte tyto dvě stránky: rozumí tým frontě práce a odpovídá fronta materiálům a kapacitě, které jsou skutečně k dispozici? U A a B to znamená vysvětlit, proč B čeká na M, a také zda může některá ze zakázek začít se vstupy, které jsou po ruce.

Spusťte zkušební verzi SkyPlanner a vyzkoušejte demo data nebo Začínáme s podporou AI. Objednejte si ukázku s typickými technologickými postupy, dostupností pracovišť a změnou priority a zjistěte, jak se postup rozvrhování uplatní ve vaší výrobě.

Často kladené otázky

Co je rozvrhování kusové a malosériové výroby?

Rozvrhování ve výrobě typu job shop určuje, kdy se jednotlivé operace provedou na sdíleném výrobním zdroji, a zároveň zachovává pořadí operací v technologickém postupu každé zakázky. Jeho typickým problémem je vzájemné ovlivňování různých technologických postupů: v příkladu může B dokončit vrtání, a přesto čekat na frézování, protože ho obsazuje A. Hodnoťte načasování na úrovni operací, nikoli jen termíny na úrovni zakázek.

Jaký je rozdíl mezi rozvrhováním kusové a malosériové výroby a rozvrhováním flow shop?

Model flow shop přiděluje všem zakázkám stejné pořadí strojů. Model job shop dává každé zakázce její vlastní stanovené pořadí. Kdyby A i B potřebovaly frézování a poté vrtání, sdílely by technologický postup typu flow shop. Jejich opačné technologické postupy v tomto článku vytvářejí konflikt rozvrhování typu job shop na frézovacím pracovišti.

Co je rozvrhování flexibilní kusové a malosériové výroby?

Rozvrhování ve flexibilním job shopu umožňuje provést operaci na jednom z více vhodných strojů. Rozhodování zahrnuje přiřazení stroje i jeho načasování. Pokud může B využít druhé vhodné frézovací pracoviště, vzniká další možnost rozvrhování. Způsobilost musí popisovat stroj, který operaci skutečně dokáže provést, nikoli pouze stroj s volným časem.

Je kusová a malosériová výroba totéž co výroba na zakázku?

Ne. Výroba na zakázku popisuje výrobu spuštěnou zákaznickou objednávkou, zatímco job shop popisuje práci organizovanou kolem odlišných technologických postupů operací a sdílených výrobních zdrojů. Zakázky A a B určené pro konkrétního zákazníka by mohly být zakázkami ve výrobě na zakázku s technologickými postupy typu job shop. Podnik s výrobou na zakázku může mít také společný technologický postup, takže samotný spouštěč v podobě objednávky topologii rozvrhování neurčuje.

Jaká data potřebuje rozvrh kusové a malosériové výroby?

Začněte seřazenými operacemi, kladnými dobami trvání a vhodnými pracovišti, poté doplňte pracovní dostupnost, obsluhu, materiály, priority a termíny dodání. V systému SkyPlanner operace bez vhodného pracoviště brání tomu, aby mohla být zakázka rozvržena. Pokud B v Gantt diagramu chybí, zkontrolujte technologický postup a počáteční umístění dříve, než začnete hodnotit výsledek přeplánování.

Kterou metodu rozvrhování kusové a malosériové výroby má plánovač výroby použít?

Metodu volte podle cíle a podle toho, jak často se situace mění. Jednoduché dispečerské metody mohou podpořit stabilní rozhodování; u vzájemně se ovlivňujících technologických postupů je třeba věnovat pozornost konfliktům na navazujících výrobních zdrojích. U A a B se varianta s kratším makespanem liší od té, která chrání dřívější termín zakázky B. Porovnávejte metody na stejných vstupech a se stejnou prioritou zákazníka.

Lze rozvrh kusové a malosériové výroby vytvořit v Excelu?

Ano, tabulka dokáže zachytit technologické postupy, doby trvání a obsazenost pracovišť, ale musí kontrolovat pořadí operací a konflikty ve výrobních zdrojích, nejen překrývající se termíny zakázek. Pokud změny opakovaně zasahují navazující operace, posuďte, kolik ručního slaďování model vyžaduje a zda plánovač dokáže spolehlivě vysvětlit aktualizované přiřazení výrobních zdrojů a termíny dokončení.

Rozvrhuje Reschedule all zakázky ze záložky Unscheduled?

Ne. Reschedule all přepočítá zakázky, které jsou již umístěny v Gantt diagramu; zakázky ze záložky Unscheduled neumisťuje. U A a B nejprve zkontrolujte umístění: vidíte obě zakázky v Gantt diagramu? Pokud B zůstává ve stavu Unscheduled, vyřešte její počáteční umístění dříve, než začnete porovnávat oba technologické postupy. Tím se oddělí chybějící zakázka od otázky pořadí, takže plánovač hodnotí práci, která je v přepočtu skutečně zahrnuta.