Üksik- ja väikeseeriatootmise planeerimine: määratlus, näide ja meetodid

Avaleht » Ressursid » Üksik- ja väikeseeriatootmise planeerimine: määratlus, näide ja meetodid

Hinnanguline lugemisaeg: 15 minutit

Üksik- ja väikeseeriatootmise planeerimine määrab algusajad ja jagatud ressursid töödele, mille operatsioonid järgivad erinevaid etteantud tehnoloogilisi marsruute. See hoiab iga töö protsessisammud õiges järjekorras ja takistab konkureerivatel operatsioonidel kasutamast sama ressurssi samal ajal. Tulemus näitab tootmismeeskondadele, mis võib järgmisena käivituda ja mis peab ootama.

Mida üksik- ja väikeseeriatootmise planeerimine otsustab

Mehaanilise töötluse tootmises võib üks tellimus vajada freesimist ja seejärel puurimist, teine aga puurimist enne freesimist. Mõlemad tellimused konkureerivad samade masinate pärast, kuid nende järgmine kasutatav masin on erinev. Tellimuste sorteerimine tarnekuupäeva järgi ei ütle veel freespingi operaatorile, milline operatsioon võib alata.

Ajakava lahendab kolm omavahel seotud otsust: milline operatsioon on valmis, milline ressurss seda töödelda saab ja millal see saab käivituda. Valmidus sõltub varasematest operatsioonidest ja tootmise sisenditest. Ressursi saadavus sõltub muust sellele ressursile juba määratud tööst. Ühe määramise muutmine võib seetõttu mõjutada mitut tellimust nende tehnoloogiliste marsruutide hilisemates etappides.

Üksik- ja väikeseeriatootmise planeerimine on tootmise ajakava koostamise eriprobleem. Tootmise ajakava koostamine hõlmab ka keskkondi, kus tehnoloogilised marsruudid on lihtsamad või korduvamad. Job shop’i eristamine on oluline, sest üks kogu tehast hõlmav tellimuste järjekord ei suuda täielikult kirjeldada operatsioonide tasandi järjekorda igal töökeskusel.

Job shop, flow shop, paindlik job shop ja tellimuspõhine tootmine

Mõiste	Mida see kirjeldab	Praktiline küsimus
Job shop (üksik- ja väikeseeriatootmine)	Tööd läbivad jagatud ressursse oma kindlaksmääratud operatsioonide järjekorras	Kuidas saavad erinevad marsruudid kasutada samu masinaid ilma kokkupõrgeteta?
Flow shop (ühtse marsruudiga tootmine)	Tööd läbivad masinad samas järjekorras	Mis järjekorras peaksid tööd seda ühist marsruuti läbima?
Paindlik job shop	Operatsiooni saab täita ühel mitmest sobivast masinast	Millise sobiva masina ja algusaja peaks iga operatsioon saama?
Tellimuspõhine tootmine	Tootmise käivitab kliendi tellimus	Millal tuleks konkreetse tellimuse tootmine vabastada?

Klassikaline job shop’i mudel määrab igale operatsioonile kindla masina. Paindliku job shop’i planeerimine lisab ajalise planeerimise ülesandele masina valiku. Tellimuspõhine tootmine kirjeldab tootmise käivitajat, seega võib ettevõte olla nii tellimuspõhine kui ka korraldatud job shop’ina.

Google’i OR-Tools’i dokumentatsioon näitab selgelt kahte põhipiirangut: operatsioon järgneb oma eelkäijale ja masin töötleb korraga ainult ühte operatsiooni. Tootmissaalis lisavad sellele põhimudelile täiendavaid tingimusi töökalendrid, materjalid ja inimesed.

Üksik- ja väikeseeriatootmise planeerimise näide: tööde A ja B ristuvad marsruudid

Järgnevad arvud on hüpoteetilised illustratsioonid. Ajahetkest 0 alates on saadaval kaks töökeskust: freesimine M ja puurimine D. Kumbki töötleb korraga ühte operatsiooni. Selguse huvides ei ole selles näites seadistusaega, kalendripause, materjalipuudust ega ühist operaatorit ning iga operatsioon kulgeb katkestusteta.

Konflikt on lihtne: A ja B vajavad samu masinaid vastupidises järjekorras, mistõttu B peab freesimist ootama ka siis, kui puurimine on vaba.

Töö	Esimene operatsioon	Teine operatsioon	Töötlemisaeg kokku
A	Freesimine M: 2 ajaühikut	Puurimine D: 1 ajaühik	3 ajaühikut
B	Puurimine D: 1 ajaühik	Freesimine M: 1 ajaühik	2 ajaühikut

Kui planeerija lõpetab töö A täielikult enne töö B alustamist, kasutab A freesimist ajavahemikus 0 kuni 2 ja puurimist ajavahemikus 2 kuni 3. B kasutab seejärel puurimist ajavahemikus 3 kuni 4 ja freesimist ajavahemikus 4 kuni 5. Tööd lõpevad ajahetkel 5, kuigi puurimine oli A esimese freesimisoperatsiooni ajal vaba.

Marsruutide kattumise lubamine annab järgmise teostatava ajakava:

Töökeskus	Aeg 0 kuni 1	Aeg 1 kuni 2	Aeg 2 kuni 3
Freesimine M	A, esimene osa	A, teine osa	B
Puurimine D	B	Jõudeolek	A

Kogu töö lõpeb nüüd ajahetkel 3. See on illustreeritud mudeli minimaalne ajakava kogukestus (makespan): freesimine peab töötlema 3 ajaühikut tööd ühel masinal, seega ei saa ükski teostatav ajakava lõppeda varem. B lõpetab puurimise ajahetkel 1, kuid ei saa freesimist alustada enne, kui A vabastab masina M ajahetkel 2. Puurimise jõudeaeg ei tähenda, et planeerija unustas mõne operatsiooni: A freesib veel ja B on puurimise juba läbinud.

Töötlemisaeg kokku on 5 ühikut, kuid see jaguneb kahe masina vahel. See summa ei ole tehase tegelik möödunud lõpetamisaeg. Teisalt jätaks mõlema töö paigutamine arvutustabelis ajahetkele 0 ilma üksikuid operatsioone kontrollimata varjatuks nende hilisema konkureerimise freesimise pärast.

Aega kuni viimase töö lõpuni nimetatakse ajakava kogukestuseks (makespan). See on kasulik mõõdik, kui eesmärk on kogu see tööde hulk kiiresti valmis saada. See ei näita, kas konkreetse kliendi tellimus valmib piisavalt vara. See vahe muutub oluliseks, kui B-l on kiireloomuline tähtaeg.

Kus ilmneb üksik- ja väikeseeriatootmise planeerimine SkyPlanneris

SkyPlanneris muutuvad A ja B tehnoloogilised marsruudid järjestatud tööetappideks koos sobivate töökeskustega: A vajab freesimist ja seejärel puurimist, B aga puurimist ja seejärel freesimist. Seadista tootmismudelis töökeskused, vahetused, operaatorid, prioriteedid ja materjalid ning sisesta tööde marsruudid ja kestused. Planeerimismootor arvestab määratud tööetappide järjestust ja valib iga sammu jaoks parima saadaoleva sobiva töökeskuse. SkyPlanneri tootmise planeerimise tarkvara koostab diskreettootmise töödele automaatselt ajakava, võttes arvesse materjalide saadavust, vahetusi, prioriteete ja tarnetähtaegu. Planeerijad otsustavad, tehisintellekt järgib eelseadistatud prioriteete.

Kui A ja B on Gantt-vaates paigutatud, käivitab Reschedule all – SkyPlanneri ümberarvutusnupp, mida tuntakse ka nimega King Button – Arcturuse planeeritud töö ümber arvutama; Gantt-vaade näitab tekkinud määranguid ja järjestust. Reschedule all ei tõsta töid vahekaardilt Planeerimata ajakavasse. Tee tööde esmane paigutus enne ümberplaneerimise hindamist. Töövoo uurimiseks proovi SkyPlannerit demoandmetega või kasuta SkyPlanner Assistantis tehisintellekti toel alustamist; broneeri demo, et arutada oma marsruute ja prioriteete.

Sisendid, mis muudavad üksik- ja väikeseeriatootmise ajakava kasutatavaks

Algoritm suudab järjestada tootmismudeli, mille ta saab. Planeerija esmane ülesanne on muuta see mudel tootmist peegeldavaks. A ja B puhul alusta marsruutidest, seejärel kontrolli saadavust ja tellimuse infot, mis ajakava mõjutab.

Kontrollitav sisend	Mida kindlaks teha	A ja B diagnostika
Protsessi järjekord	Operatsioonide järjestus peegeldab tegelikke tootmise sõltuvusi	A vajab freesimist enne puurimist; B vajab vastupidist
Kestused	Igal aktiivsel operatsioonil on positiivne ja usutav kestus	A freesimise kestust ei saa tühjaks jätta, kui hinnatakse selle valmimiskuupäeva
Töökeskuse sobivus	Igal tööetapil on vähemalt üks sobiv töökeskus	B freesimisetapp vajab töökeskust, mis suudab seda operatsiooni teha
Tööaja saadavus	Vahetused ja ressursside saadavus vastavad tegelikult teostatavale tootmisajale	M peab A-le määratud ajavahemikus tegelikult saadaval olema
Operaatorid	Tootmismudel kajastab olulist operaatorite saadavust	A ja B puhul ei saa eeldada sõltumatut töötamist, kui mõlema jaoks on vaja sama inimest
Materjalid	Vajalike materjalide saadavus on kajastatud	B ei pruugi puurimist alustada, isegi kui D on vaba
Prioriteedid ja tarnekuupäevad	Soovitud äriline eelistus ja lubatud kuupäev on fikseeritud	Kui B on kiireloomuline, peab see eelistus olema enne ümberarvutamist nähtav

SkyPlanneris ei saa tööd planeerida, kui mõnel tööetapil pole ühtegi sobivat töökeskust. Kui B freesimisetapil pole sobivat töökeskust, ei paranda ajakava korduv ümberarvutamine puuduvat marsruuti. Kontrolli esmalt selle etapi sobivust. Kontrolli ka, kas B jääb olekusse Planeerimata, mis on eraldi küsimus planeeritud tööde ümberjärjestamisest.

Alustamine loob töökeskused, tooted ja voogud. Voogudes seotakse järjestatud protsessisammud, kestused ja töökeskuste tehnoloogiline marsruut. Vooguks valmis toodetav toode vajab oma aktiivsete operatsioonide jaoks positiivseid kestusi ja tehnoloogilist marsruuti. Kontrolli need alustalad üle, enne kui hindad saadud Gantt-vaate põhjal ajakava kvaliteeti.

Järgmiseks kontrolli piiratud võimsusega planeerimist: määratud töö vajab vaba võimsust. Masin, mis on märgitud kogu päeva vältel saadaolevaks, annab teistsuguse pildi kui masin, mis on saadaval vaid kindla vahetuse ajal. Kui operaator on jagatud, vajab A ja B illustreeriv paralleelne ajakava ka seda täiendavat võimsuse kontrolli.

Seo tellimuste andmed planeerimismudeliga

Olemasolevad ERP- ja MES-süsteemid annavad tellimuste, toodete ja tootmise andmekonteksti. SkyPlanner liidestub mis tahes ERP- või MES-süsteemiga oma avatud REST API kaudu. Kasuta integratsiooniteed, et välja selgitada, kuidas asjakohased tootmisandmed planeerimissüsteemini jõuavad ja milline süsteem neid haldab.

A ja B puhul lepi kokku, kust pärinevad nende marsruudid, kestused, materjaliinfo ja tarnekuupäevad. Kui ERP-i tarnekuupäev muutub, kuid planeerimismudelis säilib eelmine kuupäev, hindab planeerija hoopis teistsugust tootmisküsimust. Andmete omanikuvastutus ja järjepidevad uuendused kuuluvad ajakava hindamisse visuaalse tulemusega võrdselt.

Tootmise ajakava koostamise meetodid ja eesmärk, mida need teenivad

Ajakava koostamise meetodid erinevad selle poolest, kui suure osa probleemist nad arvesse võtavad. Kohalik dispetšimeetod valib järgmise valmis operatsiooni mingi kriteeriumi alusel. Matemaatiline optimeerimismudel arvestab määratud piiranguid ja eesmärki. Automaatne tootmise ajakava koostaja seob planeerimisarvutused tehase hooldatud tootmismudeliga.

Lähenemisviis	Kasulik lähtepunkt	Kaalutav kompromiss
Esimesena saabunud, esimesena teenindatud	Hoia saabumisjärjekord arusaadav	Varakult alanud pikk operatsioon võib hilisemat kiireloomulist tööd edasi lükata
Varaseim tähtaeg	Pööra tähelepanu lähenevatele tähtaegadele	Kiireloomuline töö võib endiselt oodata eelnevat operatsiooni või ressurssi, mis pole saadaval
Lühim töötlusaeg	Edenda lühikesi valmis operatsioone	Pikem töö võib jääda ootele, isegi kui selle kliendilubadus on oluline
Kriitiline suhtarv	Võrdle tähtajani jäävat aega allesoleva töötlusajaga	Suhtarv vajab ajakohastatud hinnanguid allesoleva töö kohta
Varu	Võrdle tähtajani jäävat aega miinus allesolev töötlusaeg	Väike varu viitab kiireloomulisusele, kuid ei kõrvalda ressursikonflikte
Matemaatiline optimeerimine	Uuri määratletud eesmärki, näiteks kogu valmimisaega (makespan)	Vastus sõltub mudelisse kaasatud piirangutest ja eesmärgist
Automaatne tootmise ajakava koostamine	Arvuta tööde jaotus ümber ajakohasena hoitud tehnoloogiliste marsruutide, saadavuse ja prioriteetide põhjal	Valed sisendandmed annavad endiselt vale pildi tootmisest

Lühimal töötlusajal (SPT) on põhilises ühe masina mudelis konkreetne garantii: kui sõltumatud tööd on korraga saadaval, töötlusajad on teada ja töö kulgeb katkestamata ilma järjestusest sõltuvate seadistusaegadeta, minimeerib see keskmist läbimisaega ja keskmist lõpetamata toodangu varu. See garantii ei laiene automaatselt üksik- ja väikeseeriatootmisele, kus marsruudid ristuvad. Washingtoni Ülikooli job shop’i ajakava koostamise õppematerjalid selgitavad ühe masina tulemust ning SPT rolli lõpetamata toodangu vähendamisel.

A/B näites on B lühikese puurimisoperatsiooni valimine esimesena vaid osa otsusest. A võib freesimist endiselt hõivata, kui B sinna jõuab. Planeerija peab vaatama ette järgmise jagatud ressursini, mitte hindama järjestust ainult esimese operatsiooni lõpuaja järgi.

Stabiilse ja lihtsa töökoormuse korral võib läbipaistev dispetšimeetod olla kasulik. Ristuvate marsruutide ja sagedaste muudatuste korral vajab planeerija viisi, kuidas järgnevaid mõjusid korduvalt hinnata.

Enne väljundite võrdlemist sõnasta eesmärk selgelt. Lisaks kogu valmimisajale (makespan) hõlmavad eesmärgid hilinemist (kui kaua pärast tähtaega tööd valmivad) ja läbimisaega (aeg vabastamisest valmimiseni, sh ooteaeg). Kas püüad kogu seda rühma kiiresti valmis saada, kaitsta B kliendikuupäeva või leida, millist lubadust olemasolev võimsus toetada suudab? Võrdle ajakavasid sama eesmärgi ja samade tootmissisendite alusel. Parem kogu valmimisaeg üksi ei suuda vastata kõigile kolmele küsimusele.

Mis muutub, kui B on kiireloomuline või masin ei ole saadaval?

Oletame, et B tähtaeg on samas hüpoteetilises näites aeg 2. Ülaltoodud kattuvas ajakavas valmib B ajal 3. Oma varasema tähtaja täitmiseks võib planeerija anda talle freesimise enne A-d:

Töö	Esimene operatsioon	Teine operatsioon	Valmimine
B	Puurimine D: 0 kuni 1	Freesimine M: 1 kuni 2	Aeg 2
A	Freesimine M: 2 kuni 4	Puurimine D: 4 kuni 5	Aeg 5

Freesimine ootab tahtlikult ajavahemikus 0 kuni 1, et see oleks vaba, kui B puurimise lõpetab. B täidab illustreeriva tähtaja, kuid kogu komplekt valmib hiljem. Seega ei ole kõigi masinate võimalikult varajane hõivamine kiireloomulise tellimuse puhul alati õige otsus.

See on prioriteetide kompromiss. Planeerija valib, milline kohustus on olulisem, ja kontrollib mõju A-le. SkyPlanneris annavad eelseadistatud prioriteedid automaatsele ajakava koostamisele suuna; seejärel vaatab planeerija Gantt-vaate üle tootmiseesmärgi ja olemasolevate ressursside suhtes.

Oletame nüüd, et M muutub A planeeritud freesimisintervalli ajal kättesaamatuks. Saadavuse uuendamine muudab teostatavaid võimalusi nii A kui ka B jaoks, kuigi kummagi marsruut pole muutunud. Kui mõni teine masin on tõeliselt sobiv, muutub masina valik oluliseks. Kui ükski pole sobiv, tuleb puuduv freesimisvõimsus lahendada enne, kui kumbki töö saab oma marsruudi läbida.

Piirav ressurss võib samuti tellimuste koosseisuga muutuda. Freesimine piirab näite kattuvust, kuid puurimismahukate tööde lisamine muudab D koormust. Vaata tootmise kitsaskohad üle praeguse töökoormuse kontekstis. Ära järelda järgmist kitsaskohta ainult eelmise nädala ajakava kõige koormatumast masinast.

Uuendatud ajakava üle vaadates jälgi mõjutatud tööd läbi selle ülejäänud operatsioonide. B puhul aitab varasem puurimise lõpp ainult siis, kui freesimine saab järgneda. A puhul aitab vaba puurimisaken ainult pärast freesimise lõppu.

Mida kontrollida enne arvutustabelist edasi liikumist

Arvutustabel suudab kujutada A ja B operatsioonide järjekorda, kestusi ja töökeskuste hõivatust. Väikese ja stabiilse mudeli korral saab planeerija konflikte otse üle vaadata. Töö muutub raskemini hallatavaks, kui muudatus nõuab paljude sõltuvate operatsioonide, ressursikalendrite ja kliendiprioriteetide ülevaatamist.

Hinda järgmist tööriista esindusliku tootmisstsenaariumi abil. Kaasa A ja B-sugused ristuvad marsruudid, üks kiireloomuline tähtaeg ja saadavuse muutus. Vaata esmalt üle sisendmudel, seejärel ajakava. Viimistletud ajajoon ei korva puuduvat freesimismarsruuti ega valet vahetust.

Kasulik hindamisjärjekord on:

1. Seo iga operatsioon eelneva operatsiooni, kestuse ja sobiva töökeskusega.

2. Kontrolli materjalide ja ressursside saadavust kavandatud tootmisperioodil.

3. Selgita välja, kuidas uued tööd ajakavasse paigutatakse, ja eralda see olemasoleva töö ümberarvutamisest.

4. Määra prioriteedid ja tarnetähtajad, mis otsust kujundavad.

5. Vaata Gantt-vaates üle iga töö edenemine ja jagatud ressursside töökoormus.

6. Muuda üht sisendit ja uuri tagajärgi nii kiireloomulisele tellimusele kui ka ülejäänud tööle.

Avaldatud Eskomatici lepingulise mehaanilise töötluse lugu toob esile kasuliku tööalase tähelepaneku: käsitsi hallatavad tööjärjekorrad olid vaid osa raskusest. Piiratud materjalinähtavus muutis puudujääkide ette nägemise keerulisemaks. Eskomatic kirjeldab selgemaid Gantt-vaate tööjärjekordi ja automaatset koormuse planeerimist, mis toetavad tarnetähtaegade määramist. Nende puhul oli oluline see, et koos oli näha nii eesootav töö kui ka selle teostamiseks vajalikud tingimused.

Oma hindamisel too need kaks poolt kokku: kas meeskond saab järjekorrast aru ja kas järjekord kajastab tegelikult olemasolevaid materjale ja võimsust? A ja B puhul tähendab see, et tuleb selgitada nii seda, miks B ootab M-i, kui ka seda, kas kumbki töö saab olemasolevate sisenditega alata.

Alusta SkyPlanneri prooviperioodi, et tutvuda demoandmete või tehisintellektiga toetatud funktsiooniga Getting Started. Broneeri demo tüüpiliste marsruutide, töökeskuste saadavuse ja prioriteedi muutusega, et näha, kuidas planeerimise töövoog sinu tootmises toimib.

Korduma kippuvad küsimused

Mis on üksik- ja väikeseeriatootmise (job shop) planeerimine?

Job shop’i planeerimine määrab, millal iga operatsioon jagatud ressursil töötab, hoides samal ajal iga töö tehnoloogilise marsruudi järjekorra paigas. Selle eripära on erinevate marsruutide vastastikune mõju: näites võib B puurimise lõpetada, kuid peab siiski freesimist ootama, sest A hõivab selle. Hinda ajalist paigutust operatsioonide tasandil, mitte ainult tellimuste kuupäevade põhjal.

Mille poolest erineb job shop’i planeerimine flow shop’i planeerimisest?

Flow shop’i mudelis on töödel sama masinate järjestus. Job shop’i mudelis on igal tööl oma määratud järjestus. Kui nii A kui ka B vajaksid freesimist ja seejärel puurimist, jagaksid nad flow shop’i marsruuti. Selles artiklis on nende marsruudid vastupidised ning see tekitab freesimise töökeskuses job shop’i planeerimise konflikti.

Mis on paindliku job shop’i planeerimine?

Paindliku job shop’i planeerimine võimaldab operatsiooni teha ühel mitmest sobivast masinast. Otsus hõlmab nii masina valikut kui ka ajalist paigutust. Kui B saab kasutada teist sobivat freesimise töökeskust, tekib täiendav planeerimisvõimalus. Sobivus peab tähendama masinat, mis suudab operatsiooni tegelikult teostada, mitte pelgalt masinat, millel on vaba aega.

Kas job shop’i tootmine on sama mis tellimuspõhine tootmine?

Ei. Tellimuspõhine tootmine tähendab tootmist, mille käivitab kliendi tellimus, job shop aga kirjeldab tööd, mis on korraldatud erinevate operatsioonimarsruutide ja jagatud ressursside ümber. Kliendipõhised A ja B võivad olla tellimuspõhised tööd job shop’i marsruutidega. Tellimuspõhine tehas võib kasutada ka ühist marsruuti, seega ei määra tellimus kui käivitaja planeerimise topoloogiat.

Milliseid andmeid vajab job shop’i ajakava?

Alusta järjestatud operatsioonide, positiivsete kestuste ja sobivate töökeskustega, seejärel lisa tööaja saadavus, operaatorid, materjalid, prioriteedid ja tarnetähtajad. SkyPlanneris takistab sobiva töökeskuseta tööetapp (workstage) töö ajakavasse paigutamist. Kui B puudub Gantt-vaatest, kontrolli enne ümberplaneerimise tulemuse hindamist tehnoloogilist marsruuti ja algset paigutust.

Millist job shop’i planeerimismeetodit peaks tootmise planeerija kasutama?

Vali meetod eesmärgi ja muutuste sageduse järgi. Lihtsad dispetšerlusmeetodid võivad toetada stabiilseid otsuseid; omavahel mõjutavad marsruudid nõuavad tähelepanu järgnevate ressursside konfliktidele. A ja B puhul erineb lühema kogu valmimisajaga (makespan) ajakava sellest, mis kaitseb B varasemat tähtaega. Võrdle meetodeid samade sisendite ja sama kliendiprioriteediga.

Kas job shop’i ajakava saab koostada Excelis?

Jah, arvutustabel suudab esitada marsruute, kestusi ja töökeskuste hõivatust, kuid see peab kontrollima operatsioonide järjestust ja ressursikonflikte, mitte ainult tellimuste kattuvaid kuupäevi. Kui muudatused mõjutavad korduvalt sõltuvaid operatsioone, hinda, kui palju käsitsi ühitamist mudel nõuab ja kas planeerija suudab uuendatud ressursimääranguid ja valmimiskuupäevi usaldusväärselt selgitada.

Kas Reschedule all paigutab ajakavasse ka vahekaardil Unscheduled olevad tööd?

Ei. Reschedule all arvutab ümber Gantt-vaates juba paigutatud tööd; see ei paiguta töid vahekaardilt Unscheduled. A ja B puhul kontrolli esmalt paigutust: kas näed mõlemat tööd Gantt-vaates? Kui B jääb olekusse Unscheduled, lahenda selle algne paigutus enne kahe marsruudi võrdlemist. See eristab puuduva töö järjestamisküsimusest, nii et planeerija hindab tööd, mis ümberarvutusse tegelikult kuulub.