ERP

Однажды ответив на вопросы: что производить? и как производить? - предприятие возвращается к ним вновь и вновь. Неопределенное будущее, быстро меняющееся настоящее требуют мощных и гибких инструментов. Основной принцип здесь таков: заблаговременно вычислить все, что можно вычислить, и предсказать посредством моделирования то, что заранее рассчитать нельзя.

Конкурентная борьба за снижение цен и издержек (минимизация запасов, себестоимости и т. д.), за точность сроков выполнения заказов и уровень качества повышает роль систем планирования производственных процессов. Как в живой природе, так и в бизнесе выживают не самые большие или сильные, а самые эффективные. Иными словами, те организмы, которые максимально точно оценивают состояние окружающей среды и быстро реагируют на ее изменения, гибко и экономично управляя своими внутренними ресурсами. На предприятии подобные функции выполняют информационные системы, в частности те, что отвечают за планирование.

Движение рынка от поточного массового выпуска изделий, лозунг которого - "пытаемся продать все, что произвели", к позаказному с его девизом "производим то, что сможем продать", - не могло не сказаться на подходах к управлению производством и его планированию. От классического "планирования необходимых материалов" (MRP - Material Requirements Planning) акценты смещаются к улучшенному "синхронному планированию и диспетчеризации" (APS - Advanced Planning and Scheduling).

Рассматривая АPS как продолжение и развитие метода MRP (и MRP II), можно отметить бо/льшую сложность и совершенство метода APS, в котором явным образом выделяются два инструмента планирования: Плановик и Диспетчер. Продолжая аналогию с выживанием организмов в природе, можно сказать, что Плановик следит за внешней средой, а Диспетчер занимается оптимизацией внутренних ресурсов. Естественно, что для построения детальных планов и тот и другой нуждаются в достаточном объеме актуальных данных, снабдить которыми их в состоянии современные ERP-системы.

Во многих ERP-решениях метод APS реализован с помощью какого-либо интегрированного модуля. В этой статье системы ERP и APS рассматриваются раздельно. Дело в том, что, во-первых, APS может поставляться как отдельный продукт и интегрироваться с различными ИС предприятия (не обязательно ERP). Во-вторых, цель ERP-систем - отнюдь не выполнение абсолютно всех функций управления предприятием, а в основном учет изменений в состоянии объектов управления (транзакционный подход).

Планирование необходимых материалов

Традиционно функцией MRP в ERP-системах является расчет материальных ресурсов, необходимых для выпуска определенного количества изделий на протяжении некоторого периода.

Такой расчет основан на том, что каждое изделие имеет свой уникальный состав - структуру изделия*1 (СИ, а в англоязычной литературе - BOM или Bill of Material). Если есть потребность (заказ клиента, прогноз спроса и т. д.) в изделиях данного вида на определенный период времени, то по его СИ рассчитываются время выполнения операций и объем необходимых материалов и комплектующих.

_____

*1 На многих предприятиях применяют аналогичный по смыслу термин "технологический маршрут и спецификации"

Как любой инструмент, метод MRP имеет свою область применения и свои ограничения. В его основе лежит идея последовательного расчета: сначала потребностей верхнего уровня (на готовую продукцию), затем, с учетом этих данных, - потребностей нижележащего уровня (полуфабрикаты) и т. д. MRP довольно надежен и прост во внедрении и эксплуатации. Обратной стороной простоты алгоритма MRP являются:

- отсутствие учета производственных мощностей при планировании материалов. В итоге планирование с использованием MRP превращается в циклический процесс - правильно рассчитали материалы, но столкнулись с дефицитом мощностей; устранили этот дефицит, но получили нехватку в материалах и т. д.;

- вероятность того, что MRP может запланировать что-то на уже прошедший период, т. е. указать, например, что операцию нужно было сделать три дня назад;

- неспособность самостоятельно передвинуть сроки выполнения отдельных операций в случае нехватки материалов либо мощностей. Обычно MRP выдает пользователю предупреждения, на основании которых тот должен принимать самостоятельные решения.

Эти особенности метода MRP, равно как и упомянутые выше тенденции развития рынка, привели к появлению методологии APS. В результате изменился не только сам инструмент планирования, но и область его применения.

APS vs. MRP

Для того чтобы лучше понять особенности обоих подходов, сравним их. В основе расчетов APS, как и в MRP, лежит расчет потребностей в материалах на основании СИ. Но в APS этот расчет идет не по уровням, а по всей структуре - сначала одного изделия, затем другого и т. д.

На рис. 1 показано, каким образом одни и те же заказы могут планироваться методами APS и MRP (цифрами обозначена последовательность планирования). Видно, что APS позволяет проследить исполнение каждого заказа по всем его уровням (переделам), в то время как MRP обезличивает все заказы. С другой стороны, MRP лучше приспособлен к тому, чтобы объединять партии изделий внутри одного уровня.

Последовательность планирования APS и MRP

Отсюда вывод: для разных типов производства один подход может оказаться предпочтительнее другого2, и иногда лучше иметь в своем арсенале оба инструмента с возможностью переключаться от одного к другому либо комбинировать их.

Синхронное планирование и диспетчеризация

Как было сказано выше, APS включает в себя два инструмента - Плановик и Диспетчер. Для простоты понимания назовем результаты их работы (планы) соответственно Планом и Расписанием. На практике Плановик обычно занимается формированием плана снабжения и межцеховой кооперацией, а Диспетчер- внутрицеховым пооперационным планированием.

Плановик охватывает весь горизонт планирования (обычно полгода-год) и ориентирован на построение планов для удовлетворения внешних потребностей. Задача Диспетчера - создать Расписание, которое, во-первых, не нарушило бы План, а во-вторых, оптимально использовало бы ресурсы предприятия. Обычно Расписание составляется на короткий промежуток времени (от смены до недели).

В основе логики работы Плановика лежат сетевые модели, в основе Диспетчера - имитационные модели, о которых вкратце будет рассказано ниже (см. также "Введение в исследование операций". 6-е изд.: Пер. с англ. - М.: Издательский дом "Вильямс", 2001).

Планирование в APS. Задача Плановика APS - определить и удовлетворить все потребности. Плановик называет реалистичную дату удовлетворения потребностей с учетом производственной ситуации и запасов (существующих и предполагаемых в будущем). Кроме того, он выдает рекомендации на закупку материалов и перемещение их между складами.

Исходная информация (см. рис. 2) для Плановика - это внешние потребности и внутренние мощности предприятия. Потребности могут быть сформулированы в виде заказов клиента, прогнозов, заказов на перемещение изделий между складами предприятия, заявок на пополнение страхового запаса. Под мощностями, или возможностями, понимают расписание функционирования рабочих центров, производственные ресурсы и их группы. В процессе планирования принимается во внимание состояние запасов на складах и в местах складирования, структура изделий, ожидаемые поступления материалов и полуфабрикатов от поставщиков и из собственных цехов, ожидаемые отгрузки готовой продукции.

Интеграция APS и ERP

Результатом работы Плановика является План, содержащий достижимый уровень удовлетворения каждой потребности и необходимое для этого время. Подобно MRP метод APS учитывает ограничения как по материалам, так и по мощностям, выделяемым на выполнение каждой операции.

Для того чтобы План можно было легко скорректировать при изменении реальной ситуации (неточность прогноза, срыв поставки, поломка станка и т. д.), он не детализируется до конца. Детализация Плана на ближайшую перспективу (смена - неделя) представляет собой задачу, решаемую Диспетчером.

Логика работы Плановика. Плановик - это программный продукт, который моделирует реальное производство с помощью заранее определенного набора взаимосвязанных операций, характеризующихся своими нормативами, ресурсами и потребляемыми материалами (сетевая модель). Для формирования такой "сети" достаточно задать дату заказа клиента и знать СИ. Это позволяет Плановику в момент приема заказа определить для каждой его позиции реалистичную дату отгрузки.

Делает он это следующим образом. Планирование начинается от запрошенной клиентом даты поставки и движется назад, в обратной последовательности операций. При этом резервируются материалы и мощности, необходимые на выполнение каждой из них. Если на пути встретилось изделие, которое, в свою очередь, необходимо изготовить на том же предприятии (т. е. полуфабрикат), то оно планируется аналогичным образом. И так - до закупаемых материалов. Последовательность операций берется из СИ. Затем на основе структуры каждого изделия находится критический путь (см. рис. 3) - последовательность таких операций, задержка любой из которых приводит к срыву сроков исполнения всего заказа.

Логика работы Плановика

Если подобное "планирование назад" оказалось неудачным (т. е. мы перешли границу "сегодня" и должны были бы начать работу над заказом где-то в прошлом), то начиная с нынешней даты планирование осуществляется уже вперед - в прямой последовательности операций, лежащих на критическом пути. В результате определяется новая (более поздняя, но и более реальная) дата выполнения заказа.

Естественно, что алгоритм работы Плановика может настраиваться (в некоторых пределах) для решения бизнес-задач конкретного предприятия. К примеру, если для предприятия важна минимизация запасов, то на языке Плановика это означает, что к операциям, которые не лежат на критическом пути, нужно приступать как можно позже, т. е. "подтягивать" их к обещанной дате заказа. В том случае, если предприятие использует дорогостоящее оборудование и важна его максимальная загрузка, те же операции нужно начинать как можно раньше (но это приведет к увеличению запасов). Таким образом, Плановик APS - это гибкий и мощный инструмент, который может быть применен для решения очень широкого круга задач.

Диспетчеризация в APS. Диспетчер в APS отвечает за создание Расписания - детализированного списка операций с учетом того, где, что и когда будет делаться в ближайшую смену (сутки, неделю). Для этого он использует информацию (см. рис. 1) о заданиях, поставленных в производство, об уровне запасов по складам и местам складирования, об ожидаемых поступлениях материалов от поставщиков и из собственных цехов, о планируемых отгрузках потребителям, имеющихся ресурсах и их группах. Получив План, модуль Диспетчер уточняет, исходя из существующей загрузки ресурса, время запуска в производство, правила выбора ресурсов на основании их возможностей (квалификации) и необходимого качества продукции, время наладки с учетом того, какое изделие обрабатывалось на данном станке до этого и какое будет обрабатываться после, последовательность выполнения заданий по каждому ресурсу, правила выбора заданий из списка на основе заданного критерия (минимальное время наладки, срочность заказа и т. д.).

Логика работы Диспетчера, использующего имитацию. Если Плановик ориентирован на своевременное выполнение заказов клиентов, то Диспетчер действует таким образом, чтобы оптимально справиться с очередью заданий, созданной Плановиком.

На рис. 4 показана типичная производственная задача, которую призван решать Диспетчер. Плановик вычислил время старта и длительность выполнения для трех производственных заданий. Имеется три группы ресурсов (групп станков), каждая со своей производительностью, временем наладки в зависимости от обрабатываемого задания (матрица наладки), графиком заданий и планово-предупредительных работ, качеством обработки и т. д.

Очередь заданий, которую обрабатывает Диспетчер

Естественно, что изначально Диспетчер ничего не "знает", его нужно настроить под конкретное предприятие: правильно определить в каждом цехе типичные очереди заданий и описать в терминах Диспетчера ресурсы, группы ресурсов (ресурсная модель), а также сформулировать правила их работы с очередями заданий. Всего для работы с очередью заданий существует четыре стандартных типа правил (разрешается дописывать и свои собственные):

- правило запуска задания, указывающее, какое задание в очереди к ресурсу нужно запустить первым;

- правило последовательности, задающее порядок прохождения очереди к ресурсу (например, первым вошел - первым вышел);

- правило распределения группы ресурсов, определяющее, какой именно ресурс из нескольких альтернативных назначить на выполнение операции;

- правило выбора из очереди, по которому ресурс выбирает себе задание из тех, что поставлены в очередь.

Имея ресурсную модель и правила работы с очередями заданий, а также сами задания (План), Диспетчер строит Расписание. Оно создается путем имитации событий (так называемое имитационное моделирование, заранее проигрывающее возможные последовательности шагов).

Под событиями понимаются:

- постановка производственного задания в очередь к ресурсу, 2 начало его выполнения на ресурсе, 2 освобождение ресурса (окончание выполнения).

Диспетчер движется вперед по шкале времени, от события к событию, создавая Расписание цеха. Получив набор заданий и даты начала операций, он начинает создавать Смены. Смены представляют собой список первых операций по каждому заказу. Если для операции хватает и мощностей, и материалов, Смена обновляется и в нее записывается время окончания каждой такой операции. После этого Диспетчер переходит к следующему событию. Так каждый заказ выполняется по своему маршруту с учетом динамики всей системы.

Помимо работы с очередью Диспетчер используется еще и для изоляции заданий, поставленных в производство, ото всех остальных. Утвержденные производственные задания, прошедшие диспетчеризацию, считаются запущенными и в дальнейшем Плановиком не изменяются, а учитываются в следующих циклах планирования. Эти утвержденные производственные задания образуют так называемую "зону льда", т. е. фиксированного плана, в то время как остальные запланированные задания образуют "зону слякоти" - плана, допускающего некоторые корректировки.

Сравнение альтернативных планов. Подходящий план вовсе не обязательно окажется оптимальным. Иногда бывает полезно увеличить Смены или привлечь дополнительных рабочих, или часть работ отдать на сторону (аутсорсинг) и т. д. Основная выгода моделирования состоит в том, что при этом можно просмотреть результаты различных вариантов планирования, не трогая реальное производство.

Сравнение альтернативных планов (его еще называют анализом "что, если...") - это мощный инструмент для проверки, обоснования и принятия среднесрочных решений. Отслеживая, например, на протяжении определенного периода такие параметры, как число выполненных в срок заказов, уровень запасов, процент загрузки мощностей и т. д., можно вычислять экономический эффект того или иного решения.

Обещание даты выполнения заказа. Использование APS позволяет поставщику дать реалистичный ответ на самые разные вопросы заказчика: "Когда я могу получить N штук изделия Y?"; "Сколько штук изделия Y я смогу получить на дату N?" и т. д. Вместе со сведениями о текущем состоянии производственного задания APS может дать реалистичный прогноз относительно сроков его завершения. В этом процессе, называемом CTP (Capable-to-promise, "можем обещать"), учитываются и запасы, и производственные мощности. Более простая процедура - АТР (Available-to-promise, "есть в наличии") - строит обещание только с учетом запасов.

Реалистичное обещание даты выполнения заказа можно строить не только в пределах одного завода, но и с учетом функционирования цепочки поставок, комбинируя, допустим, несколько APS-систем для планирования деятельности разных участников такой цепочки. К примеру (см. рис. 5), можно создавать модели ряда предприятий (участников цепочки поставок либо входящих в холдинг) и надстраивать одну APS-систему над другой.

APS в цепочке поставок

Общая схема построения планов с помощью APS. Мы рассмотрели все компоненты APS, необходимые для построения общей схемы планирования на предприятии (см. рис. 6). Хорошим примером здесь может служить автоматизация выдачи сменно-суточного задания на каждую бригаду с учетом всех потребностей и запасов.

Общая схема планирования в APS

Рассмотрим подробнее каждый пункт данной схемы.

1. Обещание - прогноз даты отгрузки заказа непосредственно в момент его приема (CTP) либо через некоторое время, необходимое на оценку выгодности заказа, согласование и т. д. APS рассчитывает дату отгрузки на основании реальной производственной ситуации и структуры изделия, на которое принимается заказ.

2. Планирование - функция расчета всех потребностей и способов их удовлетворения, выполняемая Плановиком. При этом проводится анализ загрузки оборудования и уровня запасов, создаются и анализируются альтернативные планы.

3. Утверждение - функция формирования производственных заданий, заказов поставщику и заказов на перемещение материалов с целью удовлетворения потребностей. Обычно утверждение делается на короткий промежуток времени (неделя, месяц), с тем чтобы в случае необходимости можно было гибко перепланировать остальные, еще не утвержденные задания.

4. Диспетчеризация - функция создания детализированного списка операций, выполняемая Диспетчером и имеющая своим результатом Расписание. Можно проводить анализ загрузки оборудования, запасов, очередей заданий и создавать альтернативные расписания. В итоге диспетчеризации выдаются задания участкам и бригадам (например, сменно-суточные).

5. Выполнение - это функция реализации полученного Расписания и фиксации фактического ее состояния.

Все перечисленные функции выполняются на предприятии с определенной периодичностью, разными людьми и в соответствии с процедурами, которые разрабатываются в ходе каждого конкретного проекта внедрения системы APS-планирования.

Заключение

В сегодняшних условиях жесткой конкуренции возможность давать заказчику реалистичные обещания сроков отгрузки изделий может самым положительным образом повлиять на успешность предприятия. Комбинируя функции планирования и имитационного моделирования, содержащиеся в APS-решениях, c грамотным менеджментом, можно существенно улучшить сервис и снизить издержки, а в конечном итоге - повысить прибыльность компании. Впрочем, не следует забывать, что наличие современных информационных систем является необходимым, но не достаточным условием успешного развития и процветания бизнеса, особенно если подобные системы уже есть у ваших конкурентов.

Иногда можно услышать вопрос: "Зачем нам ERP-система, не лучше ли купить еще одну производственную линию?". Отвечая на него, не лишне вспомнить про "богатую ресурсами" Россию и "бедную" Японию. В конечном счете не обладание ресурсами, а способы управления ими определили текущее состояние экономики той и другой страны.

С автором, консультантом компании "Фронтстеп СНГ", можно связаться по адресу: alexey.chernyak@frontstep.ru.