Опыт внедрения IT-Предприятие.MES на производствах с многопредметным потоком Владимир Михайлов Технический директор корпорация «Информационные технологии» кандидат технических наук

Структура ERP-системы IT-Предприятие Калькулирование плановой и фактической себестоимости Финансовое планирование и бюджетирование Бюджетирование и контроллинг Бухгалтерский учет Учет фактических затрат на основн. и вспомог. производство Учет ТМЦ, ТЗР и МБП Налоговый учет Главная книга. Баланс Бухгалтерская отчетность Учет основных средств и НМА Финансово-расчетные операции Учет дебиторов-кредиторов Финансовый анализ Информационная система руководителя (KPI, BSC) OLAP бизнес-анализ Анализ деятельностиУправление персоналом Управление кадрами Табельный учет Штатное расписание Расчет заработной платы Администрирование Управление доступом и безопасностью Администрирование и аудит информационной базы Конструкторы форм, запросов, интерфейсов, отчетов, моделей, базы данных, помощи и т.д. API-интерфейс программирования Управление закупками и материальными ресурсами Техническая подготовка производства Нормирование производственных ресурсов Управление сбытом Управление качеством Управление производством и загрузкой мощностей MRP II, MES Управление документооборотом материальных и финанс. потоков Контрактно-договорной учет Техническое обслуживание и ремонт оборудования Управление ценами Управление производством Логистика Управление делопроизводством Управление обучением Анкетирование Управление кадровым резервом Планиров. фонда оплаты труда Учет запасов (складской учет) Партионный и позаказный учет запасов Корпоративные средства учета и анализа, классификации, SCM, … САПР технолога/нормировщика 160 преднастроенных методик Учет МБП и спецодежды Прогнозирование Учет и отчетность по МСФО Оптимизация Учет путевых листов Связь с системой Клиент-Банк Средства развития системы Конструктор репликаций

Управление производством в IT-Предприятие базируется на стандартах и концепциях MRPII - стандарт планирования ресурсов производства в настоящее время является современным стандартом «де-факто» для управления промышленным предприятием MES - стандарт оперативного управления производством APS – концепция синхронного планирования производства MRP II, MES, APS

Статистика MPS - планирование выпуска MRP. Объемно-календарное планирование MES. Внутризаводское оперативное управление Маркетинг, Финансово- экономическая служба Производственный отдел управления закупок и производства Планирование загрузки производственных мощностей Объемно-календарное планирование Завод Прогнозирование групп Оптимизация портфеля заказов Цех Планирование продаж Производственно- диспетчерские бюро цехов и участков Управление продаж, Отдел транспортной логистики,… Производственно-диспетчерские управления заводов Планирование перемещений Планирование потребности в сырье и материалах Планирование потребности в трудовых ресурсах, … Уровни планирования, функции, роли

Иерархия планов Уровень планированияОбъектГори- зонт Интер- вал Оценка вы- полнения План продаж и операций (Sales & Operations Plan) Товарно-номенклатурная группа (Product line) 1-2 года Квартал или месяц Ежеквар- тально Главный календарный план производства (Master Production Schedule) Изделия независимого спроса и график «финальной сборки» (Independent Demand Items and Final Assembly Schedule) Квар- тал- год Месяц или Неделя Еже- месячно План потребности в материалах (Material Requirements Planning) Изделия зависимого спроса (Dependent Demand Items) 1-6 месяц ев Неделя или день Еже- недельно Оперативное управление производством (Production Activity Control or Shop Floor Control) Технологические операции (Operations) 1-4 Неде ли День, час, минуты Ежедневно Уровни планирования по MRP II

Предпосылки MES «Классического» MRPII становится недостаточно при: Низкий детерминизм процесса (на несколько дней и недель вперед) Уровень загрузки мощностей более 60%, 2-3 сменный режим работы Большая номенклатура продукции и полуфабрикатов Длительность выполнения ключевых операций более интервала планирования (смены, суток, …) Предприятие не всегда влияет на график поставок материалов (по MRP) Требуется обеспечить: Оптимальный план производства по заданному критерию(-ям) оптимизации Учесть многие производственно-экономические ограничения IT–Предприятие.MES

Управление производством. MES Функции* MES-системы: контроль состояния и распределение ресурсов (материалов, машин, инструментов, методик работ, ….) детальное оперативное планирование работ, основанное на приоритетах, и расчет оптимальной загрузки оборудования диспетчеризация производства управление производственным документооборотом документальное сопровождение производственного процесса сбор и хранение технологических и управляющих данных, циркулирующих в производственной среде предприятия между различными системами управление персоналом управление качеством продукции предоставление данных измерений, выявление критических точек управление производственными процессами техобслуживание производственных фондов отслеживание истории продукта анализ производительности составление отчетов о результатах производительности и сравнение фактических данных с прогнозируемыми результатами Функции* MES-системы: контроль состояния и распределение ресурсов (машин, инструментов, методик работ, материалов, оборудования) детальное оперативное планирование работ, основанное на приоритетах, и расчет оптимальной загрузки оборудования диспетчеризация производства управление производственным документооборотом документальное сопровождение производственного процесса сбор и хранение технологических и управляющих данных, циркулирующих в производственной среде предприятия между различными системами управление персоналом управление качеством продукции предоставление данных измерений, выявление критических точек управление производственными процессами техобслуживание производственных фондов отслеживание истории продукта анализ производительности составление отчетов о результатах производительности и сравнение фактических данных с прогнозируемыми результатами * По определению ассоциации MESA (Manufacturing Enterprise Solutions Association)

В докладе обощается опыт внедрения на: ОАО «Кременчугский колесный завод» ОАО «Артемовский завод по обработке цветных металлов» ЗАО «Никопольском заводе бесшовных труб «Нико- Тьюб» ОАО «Поли-Паке», г.Луганск ОАО «Арго» (металлообработка и производство жестетары), г.Черновцы ОАО «Кирскабель», г.Кирс Кировской области ОАО «Чувашкабель», г.Чебоксары Управление производством. MES

IT-Предприятие.MES – оперативное календарное управление производством Уровень планирования: цеха, участки, рабочие центры, хода Интервалы планирования: сутки, смены, часы, минуты Оптимизация MES – планов по критериям Максимизация загрузки оборудования – «производственная» группа критериев Минимизация нарушения сроков отгрузки – «рыночная» группа критериев Горизонт планирования: неделя, сутки Построение приоритетных очередей Выбор оптимального техпроцесса Выбор оптимального размера партии Распараллеливание по оборудованию Перепланирование производства по запросу Сменно – суточные задания На производство по рабочим центрам На перемещение полуфабрикатов между рабочими центрами На завоз материалов со складов Управление производством. MES...

Основной информацией для MES являются: Сквозной пооперационный технологический процесс производства продукции и полуфабрикатов, ДСЕ Рассчитанный MRP-план: объем, номенклатура, входимость и маршруты материалов/ полуфабрикатов и контрольные временные точки производства Профили и расписания рабочих центров с учетом текущей приоритетной загрузки Производственно-технологический регламент перемещения материалов и полуфабрикатов в производственной структуре предприятия Актуальные запасы полуфабрикатов и материалов в цехах и на складах и перспективный график завоза материалов на предприятие Управление производством. MES

Базовый аппарат математической оптимизации планирования в IT-Предприятие.MES В связи с тем, что универсальные алгоритмы математической оптимизации являются неполиномиально разрешимыми (так называемыми, NP-трудными с вычислительной точки зрения), то математической основой календарного планирования в системе IT-Предприятие® является комбинированное использование различных эвристических и оптимальных алгоритмов теории расписаний – специального раздела математической оптимизации Далее характеризуются подходы, алгоритмы и методы планирования, которые нашли применение для рассмотренного типа производства при выполнении указанных выше проектов. Управление производством. MES

Модели планирования в IT-Предприятие.MES Модель планирования по неограниченной загрузке - назначение на оборудование выполняется без анализа текущей загрузки оборудования. Модели планирования по ограниченной загрузке – назначение на оборудование выполняется без перегрузки оборудования в каждый календарный интервал. Варианты моделей планирования по ограниченной загрузке : Планирование «вперед» от текущей смены только невыполненных технологических операций Планирование «назад» от даты исполнения заказа от последней операции до первых технологических операций Первоочередное планирование «узкого места» (наиболее загруженных рабочих центров) и планирование «назад» и «вперед» от «узкого места» Модель «сглаживания» перегрузок оборудования с назначением работ на альтернативное оборудование... Управление производством. MES

Модели планирования в IT-Предприятие.MES –APS-планирование по каждому заказу с прогнозированием окна «обещания». Выполняется по модели с ограниченной загрузкой при включении заказа в план производства –Планирование от текущего наличия материалов и полуфабрикатов –Планирование с учетом графика поступления материалов на предприятие –«Ручное» (диалоговое) назначение заказа на оборудование, в т.ч. выбор предпочтительного с точки зрения плановика варианта техпроцесса Управление производством. MES

Приоритеты выбора рабочих центров Минимальное КО Минимальное время окончания выполнения операции Минимальное время начала выполнения операции Только основное оборудование По группе альтернатив, если время начала раньше на … ед.врем. По группе альтернатив, если время окончания раньше на … ед.врем. Прочие … Приоритетные очереди заданий По приоритетам заказов/клиентов и: критическому отношению срокам отгрузки срокам приемки остаточному времени выполнения минимизации штрафов за просрочку По приоритетам изделий По приоритетам оборудования исходя из: максимизации загрузки оборудования минимизация переналадок Прочие …. Оптимизация MES – планов Управление производством. MES

Оптимизатор MES – планов Управление производством. MES

MES – оперативное управление производством (календарное внутрицеховое планирование и учет) Управление производством. MES

Работа с MES планами - диаграммы Гантта Диаграммы Гантта Рабочего центра Заказа Техпроцесса Управление производством. MES

CRP-планы загрузки ресурсов Контроль загрузки ресурсов по результатам расчета MES плана Загрузка рабочих центров при наличии MES-плана 100 % Управление производством. MES

Сменно–суточные задания на производство по рабочим центрам Управление производством. MES

Сменно – суточные задания на передачу полуфабрикатов между рабочими центрами Управление производством. MES

Производство с типом производства «Многопредметный поток» Управление производством. MES

Характеристика предприятий с многопредметным потоком Управление производством. MES

Характеристика предприятий с многопредметным потоком (часть 1) Большая номенклатура однотипной выпускаемой продукции (иногда до десятков тысяч наименований, в пределе – каждый производственный заказ является индивидуальным изделием) Основной технологический процесс производства всей продукции состоит из цепочек практически однотипных операций Каждая операция (например, закалка) следует всегда после определенных предшествующих операций, и эта последовательность задается для всей номенклатуры продукции Для определенной продукции (большей части продукции) ряд операций могут исключаться из техпроцесса, причем это исключение определяется для различной продукции по-разному. При этом последовательность оставшихся операций не изменяется В техпроцессе производства каждой продукции длительность однотипных операций может существенно отличаться (иногда на порядок) Узкая специализация оборудования под каждую технологическую операцию Управление производством. MES

Характеристика предприятий с многопредметным потоком (часть 2) Наличие нескольких моделей оборудования с разной производительностью для выполнения одних и тех же операций Высокая производительность оборудования на каждой технологической операции Длительные и зачастую дорогостоящие переналадки оборудования на одной и той же технологической операции для выпуска различной продукции, причем длительность и стоимость переналадок не является статической, а динамически зависит от того, с какой, и на какую продукцию выполняется переналадка В различной выпускаемой продукции могут встречаться полностью однотипные операции в технологическом процессе Различные размеры производственных заказов по различной продукции (иногда партии выпуска могут отличаться в сотни и тысячи раз) Дискретный характер производственного процесса К данному типу могут быть отнесены отдельные производства на универсальном производстве Управление производством. MES

А. Параметризация техпроцессов В связи с однотипностью техпроцессов и коротким временем от поступления производственного заказа до его запуска в производства на предприятиях техпроцессы формируются на базе типовых параметризированных техпроцессов - конфигуратор техпроцессов. В результате время на утверждение техпроцесса заказа минимально. В техпроцессе заказа определяются: операционный маршрут производства по рабочим центрам технологическое и подготовительно-заключительное время по каждой операции время на переналадки нормы расхода материалов и выхода отходов. Управление производством. MES

В. Поуровневое планирование заказов Все основные технологические процессы представляются цепочками (а не последовательно-параллельными графами как в универсальном производстве) Однотипная последовательность операций На основании того, что все техпроцессы представляются цепочками, в модель планирования был заложен принцип «уровневого планирования» по слоям однотипных операций совмещенный с приоритетной очередью заказов из MPS-плана. В универсальном производстве применение данного принципа приводит к накапливанию больших межоперационных заделов и увеличению срока прохождения заказа в производстве. С учетом же указанных особенностей процесс построения приоритетных очередей заданий к рабочим центрам по уровням, а затем по приоритетам заказов приводит к «хорошим» планам. При этом, сначала назначаются все задания уровня А, затем уровня B, C, D и т.д. Внутри уровня приоритетная очередь строится по приоритетам заказов, к которым относится производственное задание (работа, деталеоперация). Управление производством. MES

Методы от «С» до «G» являются способом разрешения объективного противоречия между эффективностью производства (желанием спланировать производство равномерным потоком с минимальными переналадками) ориентацией на запросы клиентов (желанием отгрузить клиентам в срок либо как можно быстрее разнотипные заказы, что нарушает равномерный ход производства и вызывает частые переналадки). Противоречие решается на организационном уровне установкой директивных сроков отгрузки заказов (естественно, после процедуры оценки и согласования сроков выхода заказов из производства) и предоставлением возможности при указанном ограничении минимизировать переналадки с помощью используемых ниже методов. Управление производством. MES

С. Динамические методы построения приоритетных очередей В IT-Предприятие.MES используются эвристические правила, которые позволяют динамически изменять методы построения приоритетных очередей от условий. Для рассматриваемого типа производства используется следующий подход. При коэффициенте критического отношения КО 1 (присутствует ресурс времени) запускается алгоритм минимизации переналадок (максимизации загрузки оборудования внутри временного интервала) за счет использования временного ресурса и приоритетная очередь заданий к рабочим центрам строится исходя из приоритетов заданий. Управление производством. MES

D.Планирование от «узких» мест На производстве, как правило, один или несколько рабочих центров являются «узким местом» Если на предприятии есть ярко выраженные узкие места, то в IT-Предприятие.MES есть возможность строить производственные планы «от узкого места» (группа D рабочих центров на рисунке): сначала планируется загрузка рабочих центров группы D затем под них строятся планы загрузки рабочих центров до операции D по методике «планирование назад» после операции D строятся планы загрузки рабочих центров по методике «планирование вперед» Управление производством. MES

E.Как планировать «узкое» место – возможный полный перебор вариантов загрузки рабочих центров А как собственно строить загрузку самого «узкого» места ? В производстве присутствуют длительные и дорогостоящие переналадки оборудования «узкого места», длительность и стоимость переналадок не является статической, а динамически зависит от того, с какой, и на какую продукцию выполняется переналадка. Для минимизации переналадок на «узких местах» и максимизации загрузки мощностей в IT-Предприятие.MES может использоваться алгоритм полного перебора сочетаний «все операции техпроцесса для всех партий заказа по всем рабочим центрам узкого места» Для многономенклатурного универсального производства можно рекомендовать только для отдельных рабочих центров, т.к. применение этого подхода приводит к повышению вычислительной сложности расчетов. Для рассматриваемого типа производства, благодаря заранее известной структуре техпроцесса (цепочка), использование полного перебора ограничивает вычислительную сложность алгоритма оценкой N 2 /2, где N – количество заданий в приоритетной очереди. Управление производством. MES

F. Использование рабочих центров с неограниченной загрузкой В связи с узкой специализацией оборудования и высокой производительности под каждую технологическую операцию для ряда рабочих центров не являющихся узким местом используется модель «неограниченной» загрузки в сочетании с «ограниченной» загрузкой для соседних рабочих центров. При этом: снимается контроль над уровнем загрузки таких рабочих центров, считая, что любое производственное задание на них выполнимо в срок. Из опыта проектов, такое допущение на практике можно использовать, если рабочий центр загружен до 30-35% свой мощности. При более высоком проценте загрузки уже необходимо учитывать возникающие временные накладки, т.е. использовать модель «ограниченной загрузки» во времени. Управление производством. MES

Н. Динамические критерии оптимизации для «фоновых» производственных заказов Достаточно часто на предприятиях встречаются, так называемые, «фоновые» производственные заказы, т.е. заказы на восполнение складских запасов наиболее ходовой продукции. Такие заказы формируются на основании статистики потребления продукции со склада и не подтверждены реальными заказами клиентов. Принимаются допущения о том, что сдвиг во времени на несколько дней не критичен для таких заказов Для этих заказов были использованы критерии минимизации переналадок с уже назначенных на оборудование заказов Как только какой-либо такой заказ подтверждается реальным спросом, он переходит в категорию реальных заказов с директивным сроком исполнения. В этом случае для него динамически изменяется критерий оптимизации Управление производством. MES

I. Различные критерии оптимизации для различных уровней Возвращаясь к вопросам планирования «узких» мест, на одном из проектов былы использованы различные критерии оптимизации для различных уровней – для уровня А ( «узкого» места) был использован критерий минимизации переналадок, а для всех остальных уровней – критерий ориентированный на клиента (минимизация отклонений от директивных сроков). Управление производством. MES

G.Постоптимизационные алгоритмы Как показывает опыт авторов, достаточно эффективными методами может быть применение постоптимизационных алгоритмов, предназначенных для временных «сдвигов» уже спланированных операций. Сдвиги имеющих временной резерв операций к «узкому месту» как вперед, так и назад приводят к минимизация межоперационного пролёживания не затрагивая уже спланированные другие задания и рабочие центры. Управление производством. MES

Управление производством Спасибо за внимание! ? Вопросы Корпорация «Информационные технологии» Украина, 02140, Киев, пр.Бажана 14а Тел.: +38(044) Владимир Волевич Михайлов технический директор, к.т.н.