Planiranje maloserijske proizvodnje: opredelitev, primer in metode

Domov » Viri » Planiranje maloserijske proizvodnje: opredelitev, primer in metode

Predviden čas branja: 15 minut

Terminiranje job shop vsakemu nalogu, katerega operacije potekajo po različnih določenih tehnoloških postopkih, dodeli začetne čase in skupne vire. Ohranja zaporedje procesnih korakov vsakega naloga in prepreči, da bi konkurenčne operacije hkrati uporabljale isti vir. Rezultat proizvodnim ekipam pove, kaj se lahko izvede naslednje in kaj mora počakati.

Kaj določa terminiranje job shop

V obratu za strojno obdelavo lahko eno naročilo zahteva frezanje in nato vrtanje, drugo pa vrtanje pred frezanjem. Obe naročili tekmujeta za iste stroje, vendar je njun naslednji uporabni stroj različen. Samo razvrstitev naročil po datumu dobave frezalcu še ne pove, katera operacija se lahko začne.

Terminski plan razreši tri povezane odločitve: katera operacija je pripravljena, kateri vir jo lahko obdela in kdaj se lahko izvede. Pripravljenost je odvisna od prejšnjih operacij in proizvodnih vhodnih elementov. Razpoložljivost vira je odvisna od drugega dela, ki je temu viru že dodeljeno. Sprememba ene dodelitve lahko zato vpliva na več naročil dlje po njihovih tehnoloških postopkih.

Terminiranje job shop je poseben problem znotraj terminiranja proizvodnje. Terminiranje proizvodnje zajema tudi okolja s preprostejšimi ali bolj ponavljajočimi se tehnološkimi postopki. Razlikovanje job shop je pomembno, ker eno tovarniško zaporedje naročil ne more v celoti opisati zaporedja operacij na vsakem delovnem centru.

Job shop, flow shop, fleksibilni job shop in izdelava po naročilu

Pojem	Kaj opisuje	Praktično vprašanje
Job shop	Nalogi sledijo lastnim določenim zaporedjem operacij prek skupnih virov	Kako lahko različni tehnološki postopki uporabljajo iste stroje brez navzkrižij?
Flow shop	Nalogi sledijo istemu zaporedju strojev	V kakšnem zaporedju naj nalogi tečejo po tem skupnem tehnološkem postopku?
Fleksibilni job shop	Operacija lahko uporabi enega od več ustreznih strojev	Kateri ustrezni stroj in začetni čas naj dobi vsaka operacija?
Izdelava po naročilu	Proizvodnjo sproži naročilo stranke	Kdaj naj se proizvodnja sprosti za posamezno naročilo?

Klasični model job shop vsaki operaciji dodeli določen stroj. Fleksibilno terminiranje job shop časovnemu problemu doda še izbiro stroja. Izdelava po naročilu opisuje sprožilec proizvodnje, zato je lahko obrat hkrati v izdelavi po naročilu in organiziran kot job shop.

Dokumentacija Googlovega orodja OR-Tools jasno prikazuje obe temeljni omejitvi: operacija sledi svoji predhodnici, stroj pa naenkrat obdeluje samo eno operacijo. V proizvodnem obratu delovni koledarji, material in ljudje temu osnovnemu modelu dodajo še nadaljnje pogoje.

Primer terminiranja job shop: nalogi A in B s križajočima se tehnološkima postopkoma

Naslednje številke so hipotetični prikaz. Dva delovna centra, frezanje M in vrtanje D, sta na voljo od časa 0. Vsak obdeluje eno operacijo naenkrat. Zaradi jasnosti ta primer nima pripravljalnega časa, koledarskih premorov, pomanjkanja materiala ali skupnega operaterja, vsaka operacija pa teče neprekinjeno.

Navzkrižje je preprosto: A in B potrebujeta iste stroje v nasprotnem vrstnem redu, zato mora B čakati na frezanje, čeprav je vrtanje prosto.

Nalog	Prva operacija	Druga operacija	Skupni čas obdelave
A	Frezanje M: 2 časovni enoti	Vrtanje D: 1 časovna enota	3 časovne enote
B	Vrtanje D: 1 časovna enota	Frezanje M: 1 časovna enota	2 časovni enoti

Če planer dokonča ves nalog A, preden začne z B, A uporablja frezanje od 0 do 2 in vrtanje od 2 do 3. B nato uporablja vrtanje od 3 do 4 in frezanje od 4 do 5. Naloga se končata ob času 5, čeprav je bilo vrtanje na voljo med prvo operacijo frezanja naloga A.

Če dovolimo prekrivanje tehnoloških postopkov, dobimo ta izvedljiv terminski plan:

Delovni center	Čas 0 do 1	Čas 1 do 2	Čas 2 do 3
Frezanje M	A, prvi del	A, drugi del	B
Vrtanje D	B	Mirovanje	A

Vse delo se zdaj konča ob času 3. To je najkrajši skupni čas izvedbe (makespan) za prikazani model: frezanje mora na enem stroju obdelati 3 časovne enote dela, zato noben izvedljiv terminski plan ne more biti krajši. B konča vrtanje ob času 1, vendar ne more začeti frezanja, dokler A ob času 2 ne sprosti stroja M. Interval mirovanja vrtanja ne pomeni, da je planer pozabil na operacijo: A še vedno frezuje, B pa je vrtanje že opravil.

Skupni čas obdelave je 5 enot, vendar je razporejen na dva stroja. Ta vsota ni pretečeni čas dokončanja v obratu. Nasprotno pa bi postavitev obeh nalogov na čas 0 v preglednici brez preverjanja posameznih operacij prikrila njuno poznejše tekmovanje za frezanje.

Čas do dokončanja zadnjega naloga imenujemo makespan. To je uporabna mera, kadar je cilj hitro dokončati celoten sklop dela. Ne pove pa, ali se naročilo določene stranke konča dovolj zgodaj. To razlikovanje postane pomembno, ko ima B nujen rok.

Kje se terminiranje job shop pojavi v sistemu SkyPlanner

V sistemu SkyPlanner tehnološka postopka nalogov A in B postaneta urejeni delovni fazi z ustreznimi delovnimi centri: A potrebuje frezanje in nato vrtanje, B pa vrtanje in nato frezanje. V proizvodnem modelu nastavite delovne centre, izmene, operaterje, prioritete in material ter navedite tehnološke postopke in trajanja za naloge. Razporejevalnik upošteva določeno zaporedje delovnih faz in za vsak korak izbere najboljši razpoložljivi ustrezni delovni center. Program za terminiranje proizvodnje SkyPlanner samodejno terminira diskretna proizvodna dela ob upoštevanju razpoložljivosti materiala, izmen, prioritet in rokov dobave. Planerji odločajo, umetna inteligenca pa uboga prek vnaprej nastavljenih prioritet.

Ko sta A in B postavljena v Gantt, gumb Reschedule all, gumb za ponovni izračun v sistemu SkyPlanner, znan tudi kot King Button, sproži Arcturus, da ponovno izračuna razporejeno delo; Gantt prikaže nastale dodelitve in zaporedje. Reschedule all ne premakne nalogov iz zavihka Unscheduled v terminski plan. Pred vrednotenjem ponovnega terminiranja najprej vzpostavite začetno razporeditev nalogov. Za raziskovanje delovnega poteka preizkusite SkyPlanner z demo podatki ali uporabite z umetno inteligenco podprt uvod (Getting Started) v SkyPlanner Assistant; rezervirajte predstavitev in se pogovorite o svojih tehnoloških postopkih in prioritetah.

Vhodni podatki, zaradi katerih je terminski plan job shop uporaben

Algoritem lahko razporedi delo v proizvodnem modelu, ki ga prejme. Prva naloga planerja je, da ta model odraža dejansko stanje v obratu. Pri A in B začnite s tehnološkimi postopki, nato preverite razpoložljivost in podatke o naročilu, ki bodo vplivali na terminski plan.

Vhodni podatek za preverjanje	Kaj je treba vzpostaviti	Diagnostika za A in B
Zaporedje procesa	Zaporedje operacij odraža dejanske proizvodne odvisnosti	A zahteva frezanje pred vrtanjem; B zahteva obratno
Trajanja	Vsaka aktivna operacija ima pozitivno, verodostojno trajanje	Trajanja frezanja pri nalogu A ni mogoče pustiti praznega, medtem ko ocenjujemo datum njegovega dokončanja
Ustreznost delovnih centrov	Vsaka operacija ima vsaj en ustrezen delovni center	Za korak frezanja pri nalogu B je potreben delovni center, ki to operacijo zmore
Delovna razpoložljivost	Izmene in razpoložljivost virov ustrezajo času, v katerem je proizvodnja izvedljiva	M mora biti v intervalu, dodeljenem nalogu A, res na voljo
Operaterji	Proizvodni model odraža razpoložljivost ustreznih operaterjev	Ne smemo predpostavljati, da A in B tečeta neodvisno, če je za oba potrebna ista oseba
Materiali	Razpoložljivost potrebnih materialov je upoštevana v modelu	B morda ne more začeti vrtanja, tudi če je D prost
Prioritete in dobavni roki	Zabeleženi sta predvidena poslovna prednost in obljubljeni datum	Če je B nujen, mora biti ta prednost vidna pred ponovnim izračunom

V sistemu SkyPlanner naloga ni mogoče terminirati, če za katero koli delovno fazo ni nobenega ustreznega delovnega centra. Če za korak frezanja pri nalogu B ni ustreznega delovnega centra, večkratni ponovni izračun terminskega plana manjkajočega tehnološkega postopka ne bo popravil. Najprej preverite ustreznost tega koraka. Preverite tudi, ali B ostaja neterminiran, kar je ločena težava od spreminjanja vrstnega reda že terminiranega dela.

Getting Started zgradi delovne centre, izdelke in tokove. Tokovi povezujejo urejene procesne korake, trajanja in tehnološki postopek po delovnih centrih. Izdelek, pripravljen za tok, potrebuje za svoje aktivne operacije pozitivna trajanja in določene delovne centre. Te osnove preverite, preden na podlagi dobljenega prikaza Gantt ocenjujete kakovost terminiranja.

Nato preverite terminiranje z omejenimi kapacitetami: dodeljeno delo potrebuje razpoložljivo kapaciteto. Stroj, zabeležen kot razpoložljiv ves dan, bo dal drugačno sliko kot stroj, ki je na voljo samo med določeno izmeno. Če je operater skupen, ilustrativni vzporedni plan za A in B zahteva še to dodatno preverjanje kapacitete.

Povežite podatke o naročilih z modelom terminiranja

Obstoječi sistemi ERP in MES zagotavljajo podatkovni okvir za naročila, izdelke in proizvodnjo. SkyPlanner se z vsakim sistemom ERP ali MES povezuje prek odprtega REST API. S pomočjo poti integracije ugotovite, kako bodo ustrezni proizvodni podatki prispeli do terminskega planerja in kateri sistem jih vzdržuje.

Za A in B se dogovorite, od kod izvirajo njuni tehnološki postopki, trajanja, podatki o materialu in dobavni roki. Če se dobavni rok v sistemu ERP spremeni, planski model pa ohrani prejšnji datum, planer ocenjuje drugačno proizvodno vprašanje. Lastništvo podatkov in dosledno posodabljanje spadata v oceno terminiranja skupaj z vizualnim rezultatom.

Metode terminiranja in cilj, ki mu služijo

Metode terminiranja se razlikujejo po tem, kolikšen del problema upoštevajo. Lokalna metoda razporejanja izbere naslednjo pripravljeno operacijo po določenem merilu. Model matematične optimizacije upošteva določene omejitve in cilj. Samodejni program za terminiranje proizvodnje poveže izračune terminiranja z vzdrževanim proizvodnim modelom tovarne.

Pristop	Uporabno izhodišče	Kompromis, ki ga je treba preučiti
Prvi prispel, prvi obdelan	Vrstni red prispetja ostane razumljiv	Zgodnja dolga operacija lahko zakasni kasnejše nujno delo
Najzgodnejši rok	Pozornost namenite bližajočim se rokom	Nujen nalog morda še vedno čaka na predhodno operacijo ali nerazpoložljiv vir
Najkrajši čas obdelave	Prednostno izvedite kratke pripravljene operacije	Daljše delo lahko čaka, čeprav je zaveza do kupca pomembna
Kritično razmerje	Primerjajte čas do roka s preostalim časom obdelave	Razmerje zahteva posodobljene ocene preostalega dela
Časovna rezerva (slack)	Primerjajte čas do roka, zmanjšan za preostali čas obdelave	Majhna časovna rezerva kaže na nujnost, vendar ne odpravi konfliktov pri virih
Matematična optimizacija	Raziščite opredeljen cilj, kot je skupni čas izvedbe (makespan)	Odgovor je odvisen od omejitev in cilja, vključenih v model
Samodejno terminiranje proizvodnje	Ponovno izračunajte dodelitve na podlagi vzdrževanih tehnoloških postopkov, razpoložljivosti in prioritet	Napačni vhodni podatki še vedno dajo napačno sliko proizvodnje

Najkrajši čas obdelave (SPT) ima v osnovnem modelu z enim strojem določeno zagotovilo: kadar so neodvisni nalogi na voljo hkrati, so časi obdelave znani in delo poteka neprekinjeno brez pripravljalnih časov, odvisnih od zaporedja, minimizira povprečni pretočni čas in povprečno zalogo nedokončane proizvodnje. To zagotovilo se samodejno ne razširi na maloserijsko proizvodnjo (job shop) s križajočimi se tehnološkimi postopki. Učni zapiski o terminiranju maloserijske proizvodnje (job shop) Univerze Washington pojasnjujejo rezultat za en stroj in vlogo SPT pri zmanjševanju zaloge nedokončane proizvodnje.

V primeru A/B je izbira kratke operacije vrtanja pri nalogu B kot prve le del odločitve. A lahko še vedno zaseda frezanje, ko B pride do njega. Planer mora pogledati naprej do naslednjega skupnega vira in zaporedja ne presojati samo po času zaključka prve operacije.

Pri stabilni, preprosti obremenitvi je lahko uporaben pregleden pristop razporejanja. Pri križajočih se tehnoloških postopkih in pogostih spremembah pa planer potrebuje način, s katerim lahko večkrat oceni učinke na nadaljnje operacije.

Pred primerjavo izhodov jasno navedite cilj. Poleg skupnega časa izvedbe (makespan) so cilji tudi zamuda (kako dolgo po roku se nalogi zaključijo) in pretočni čas (čas od sprostitve do zaključka, vključno s čakanjem). Ali želite hitro zaključiti celotno skupino, zaščititi datum kupca pri nalogu B ali ugotoviti, katero obljubo lahko podpre razpoložljiva kapaciteta? Plane primerjajte glede na isti cilj in iste proizvodne vhodne podatke. Samo boljši makespan ne more odgovoriti na vsa tri vprašanja.

Kaj se spremeni, ko je B nujen ali stroj ni na voljo?

Recimo, da mora biti B v istem hipotetičnem primeru končan v času 2. V zgornjem prekrivajočem se planu B konča v času 3. Da bi izpolnil zgodnejši rok, mu lahko planer dodeli frezanje pred nalogom A:

Nalog	Prva operacija	Druga operacija	Zaključek
B	Vrtanje D: od 0 do 1	Frezanje M: od 1 do 2	Čas 2
A	Frezanje M: od 2 do 4	Vrtanje D: od 4 do 5	Čas 5

Frezanje namenoma čaka od 0 do 1, da je prosto, ko B konča vrtanje. B izpolni ilustrativni rok, vendar se celoten sklop konča pozneje. Zato ohranjanje zasedenosti vseh strojev v najzgodnejšem možnem trenutku pri nujnem naročilu ni vedno prava odločitev.

To je kompromis pri prioritetah. Planer izbere, katera zaveza je pomembnejša, in preveri učinek na A. V SkyPlanner prednastavljene prioritete dajejo to usmeritev samodejnemu terminiranju; planer nato pregleda Gantt glede na proizvodni cilj in razpoložljive vire.

Zdaj recimo, da M v načrtovanem intervalu frezanja pri A ni na voljo. Posodobitev razpoložljivosti spremeni izvedljive možnosti za A in B, čeprav se noben tehnološki postopek ni spremenil. Če je drug stroj resnično ustrezen, postane pomembna izbira stroja. Če nobeden ni ustrezen, je treba manjkajočo kapaciteto za frezanje odpraviti, preden lahko kateri koli nalog dokonča svoj tehnološki postopek.

Omejujoči vir se lahko spremeni tudi glede na sestavo naročil. Frezanje v primeru omejuje prekrivanje, vendar dodajanje dela z veliko vrtanja spremeni obremenitev stroja D. Ozka grla v proizvodnji pregledujte v kontekstu trenutne delovne obremenitve. Naslednjega ozkega grla ne sklepajte samo po najbolj zasedenem stroju v planu prejšnjega tedna.

Pri pregledu posodobljenega plana sledite prizadetemu nalogu skozi preostale operacije. Pri B zgodnejši zaključek vrtanja pomaga le, če lahko frezanje sledi. Pri A prosta reža za vrtanje pomaga šele po končanem frezanju.

Kaj preveriti, preden opustite preglednico

Preglednica lahko prikaže vrstni red operacij, trajanja in zasedenost delovnih centrov pri A in B. Pri majhnem, stabilnem modelu lahko planer konflikte pregleda neposredno. Delo postane težje vzdrževati, ko sprememba zahteva ponoven pregled številnih odvisnih operacij, koledarjev virov in prioritet kupcev.

Za oceno naslednjega orodja uporabite reprezentativen proizvodni scenarij. Vključite križajoče se tehnološke postopke kot pri A in B, en nujen rok in spremembo razpoložljivosti. Najprej preglejte vhodni model, nato terminski plan. Dovršena časovnica ne nadomesti manjkajočega tehnološkega postopka za frezanje ali napačne izmene.

Uporabno zaporedje ocenjevanja je:

1. Vsako operacijo povežite z njeno predhodnico, trajanjem in ustreznim delovnim centrom.

2. Potrdite materiale in razpoložljivost virov za predvideno proizvodno obdobje.

3. Potrdite, kako novi nalogi postanejo terminirani, ločeno od ponovnega izračuna obstoječega dela.

4. Določite prioritete in dobavne roke, ki opredeljujejo odločitev.

5. V prikazu Gantt preglejte potek posameznega naloga in obremenitev skupnih virov.

6. Spremenite en vhodni podatek in preverite posledice tako za nujno naročilo kot za preostalo delo.

Objavljena zgodba podjetja Eskomatic s področja pogodbene strojne obdelave ponuja koristno operativno ugotovitev: ročne čakalne vrste del so bile le del težave. Omejena preglednost nad materialom je otežila predvidevanje primanjkljajev. Eskomatic opisuje preglednejše čakalne vrste del v prikazu Gantt in samodejno razporejanje obremenitve, ki podpirata določanje dobavnih rokov. V njihovem primeru je bilo pomembno, da so hkrati videli prihajajoče delo in pogoje, potrebne za njegovo izvedbo.

Pri lastnem vrednotenju združite obe strani: ali ekipa razume čakalno vrsto in ali ta ustreza dejansko razpoložljivim materialom in kapacitetam? Pri nalogih A in B to pomeni, da je treba pojasniti, zakaj B čaka na M, in ali se lahko katerikoli od obeh nalogov začne z vložki, ki so trenutno na voljo.

Začnite preizkus SkyPlanner in raziščite predstavitvene podatke ali uvajanje Getting Started s pomočjo umetne inteligence. Rezervirajte predstavitev z reprezentativnimi tehnološkimi postopki, razpoložljivostjo delovnih centrov in spremembo prioritete ter si oglejte, kako se potek terminiranja uporablja v vaši proizvodnji.

Pogosto zastavljena vprašanja

Kaj je terminiranje maloserijske proizvodnje (job shop)?

Terminiranje v modelu job shop določa, kdaj se posamezna operacija izvede na skupnem viru, pri tem pa ohranja zaporedje v tehnološkem postopku vsakega naloga. Njegov značilni izziv je medsebojni vpliv različnih tehnoloških postopkov: v primeru lahko B konča vrtanje, a vseeno čaka na frezanje, ker ga zaseda A. Ocenjujte časovno razporeditev na ravni operacij, ne le datumov na ravni naročil.

Kakšna je razlika med terminiranjem v modelu job shop in flow shop?

Model flow shop daje nalogom isto zaporedje strojev. Model job shop daje nalogom lastna, določena zaporedja. Če bi A in B oba potrebovala frezanje, nato pa vrtanje, bi imela skupen tehnološki postopek v smislu modela flow shop. Njuna nasprotna tehnološka postopka v tem članku povzročata konflikt pri terminiranju v modelu job shop na delovnem centru za frezanje.

Kaj je terminiranje v fleksibilnem modelu job shop?

Terminiranje v fleksibilnem modelu job shop omogoča, da se operacija izvede na enem od več primernih strojev. Odločitev zajema dodelitev stroja in časovno razporeditev. Če lahko B uporabi še en ustrezen delovni center za frezanje, to prinese dodatno možnost pri terminiranju. Primernost mora označevati stroj, ki operacijo dejansko lahko izvede, ne le stroja, ki ima prosti čas.

Ali je proizvodnja v modelu job shop isto kot izdelava po naročilu?

Ne. Izdelava po naročilu opisuje proizvodnjo, ki jo sproži naročilo kupca, model job shop pa opisuje delo, organizirano okoli različnih tehnoloških postopkov operacij in skupnih virov. Nalogi A in B, prilagojena kupcu, bi lahko bila nalogi v izdelavi po naročilu s tehnološkimi postopki po modelu job shop. Tudi tovarna z izdelavo po naročilu lahko uporablja skupen tehnološki postopek, zato sprožilec v obliki naročila še ne določa topologije terminiranja.

Katere podatke potrebuje terminski plan v modelu job shop?

Začnite z urejenimi operacijami, pozitivnimi trajanji in primernimi delovnimi centri, nato dodajte delovno razpoložljivost, operaterje, materiale, prioritete in dobavne roke. V SkyPlanner delovna faza brez primernega delovnega centra prepreči, da bi bil nalog razporejen. Če B ni v prikazu Gantt, preverite tehnološki postopek in začetno umestitev, preden presojate rezultat ponovnega terminiranja.

Katero metodo terminiranja v modelu job shop naj uporabi planer proizvodnje?

Metodo izberite glede na cilj in pogostost sprememb. Preproste metode razporejanja lahko podprejo stabilne odločitve; pri medsebojno vplivajočih tehnoloških postopkih pa je treba paziti na konflikte pri virih v nadaljnjih korakih. Pri A in B se plan s krajšim skupnim časom izvedbe (makespan) razlikuje od plana, ki varuje zgodnejši rok naloga B. Metode primerjajte na istih vhodnih podatkih in ob isti prioriteti kupca.

Ali je terminski plan v modelu job shop mogoče izdelati v Excelu?

Da, preglednica lahko prikaže tehnološke postopke, trajanja in zasedenost delovnih centrov, vendar mora preverjati zaporedja operacij in konflikte pri virih, ne le prekrivanja datumov naročil. Kadar spremembe večkrat vplivajo na odvisne operacije, presodite, koliko ročnega usklajevanja model zahteva in ali planer zanesljivo lahko pojasni posodobljene dodelitve virov in datume dokončanja.

Ali Reschedule all razporedi naloge iz zavihka Unscheduled?

Ne. Reschedule all znova izračuna naloge, ki so že umeščeni v prikaz Gantt; nalogov iz zavihka Unscheduled ne umesti. Pri A in B najprej preverite umestitev: ali na prikazu Gantt vidite oba naloga? Če B ostane v stanju Unscheduled, rešite njegovo začetno umestitev, preden primerjate oba tehnološka postopka. Tako ločite manjkajoči nalog od vprašanja zaporedja, planer pa ocenjuje delo, ki je dejansko zajeto v ponovnem izračunu.