Управление запасами в розничной торговле

 

Сергей Федеев

Вопрос оптимизации управления запасами в розничной торговле всегда стоит очень остро. С одной стороны, вас гнетут различные издержки, связанные с обращением товара, а с другой – над вами маячит тень потребителя, который хочет видеть «свой» товар на полке во что бы то ни стало. Как здесь найти компромисс, и что дельного может предложить вам чужой опыт?

В этой статье рассматривается только одна часть управления запасами. А именно, управление заказами. Приведенный здесь подход – не более чем направление, в котором можно двигаться. Здесь нет примеров (как в учебниках), нет конкретных формул. Все это предстоит сделать самостоятельно. А может быть, в случае полного неприятия, и не предстоит. Но задуматься, может быть, и заставит.

Вопрос оптимизации управления запасами в розничной торговле всегда стоит очень остро. С одной стороны на необходимость его решения «давит» стоимость хранения запасов и общие издержки обращения, с другой стороны – покупатель, который хочет видеть «свой» товар на полке и которому наплевать на ваше желание сэкономить.

Поиск компромисса для этих двух «страшных» сил – громадное поле для творчества в каждой из розничных компаний. Но во всем этом разнообразии подходов к управлению запасами можно выделить две основные крайности:

• «творческий подход» к формированию запасов
• «математический» подход.

«Творческий» подход подразумевает тщательную и кропотливую «ручную» работу над заказами, когда ответственный за заказ сотрудник компании принимает в расчет регламентированный перечень (это в лучшем случае, часто принимаются во внимание только «эфирные» озарения) условий для создания каждого заказа. Основой для этого метода служит предпосылка, что полностью предугадать спрос невозможно, поэтому и поставить на конвейер составление заказов невозможно. Указанная предпосылка часто верна. В части, что полностью предугадать невозможно.

«Математический» подход – это метод, при котором любой заказ рассчитывается автоматически, исходя из того или иного алгоритма.

Естественно, как и любые идеализированные модели, в чистом виде эти методы в природе не встречаются.

Но в настоящий момент подход большинства компаний ближе к «творческим» алгоритмам, чем к математическим. Это объясняется целым рядом факторов:

1. Спрос на многие товары в России действительно нельзя назвать регулярным. Постоянный рост рынка, быстрые структурные изменения не позволяют говорить о значимом объеме достоверной статистики. На что еще накладывается и долгое невнимание к информационным системам в торговле и управлению ассортиментом.
2. Существующие алгоритмы расчета оптимального размера заказа и товарного запаса опираются на что угодно, кроме желания покупателя. А это для предприятий розничной торговли смерти подобно.
   Например, классическая формула (корень из двух произведений… и .т.д) составлена, как точное математическое равенство, при том, что розница оперирует вероятностными величинами.
3. Технологии работы многих компаний-поставщиков еще до сих пор оставляют желать много лучшего, что вносит такую степень неопределенности в работу розничной торговли, что большинство давно махнуло рукой на попытки создать хоть какие-либо алгоритмы.

Указанные ограничения привели к тому, что большинство заказов делаются вручную и по, так называемому, «стоковому» алгоритму (когда заказ делается не в фиксированный момент времени, а в момент падения запаса до безопасного запаса – «safety stock’а»). Подобные подходы и привели к устойчивому мнению, что автоматизация практически невозможна.

Отчасти, это верно. Автоматизация разовых закупок, маркетинговых товаров (согласно классификации, приведенной в «Торговый классификатор. 6 лучей к порядку?») действительно крайне затруднительно (сознательно избегаю слова «невозможна»). Но отсутствие инструментов не должно служить причиной от отказа от технологии в целом.

Есть и другие реалии. Для работы по «творческим» алгоритмам в больших компаниях необходимо либо держать очень большой штат «закупщиков» в каждом подразделении, что с учетом того, что «творчество» подразумевает высокую квалификацию, практически труднореализуемо, либо работу «творческих» закупщиков на распределительный центр (тогда оставляя много вопросов на «плечо» между распределительным центром и магазином.

В любом случае, такой объем «творческой» рутинной работы практически лишает «закупщиков» времени на работу с новыми товарами и маркетинговыми товарами.

Есть ли разумная альтернатива «творческим подходам»? Не знаю. Приведенный ниже алгоритм (или система) является не более чем, попыткой решения этой задачи, и не факт, что не тупиковой. Тем не менее, подобная система была практически опробована, и, не смотря на ряд недостатков, оказалось жизнеспособной (но это и могло оказаться просто случайностью :-)).

Итак. Попробуем снова, как бы со стороны, взглянуть на розничную торговлю. Эта отрасль не оперирует точными цифрами. Даже на товары повседневного спроса в магазинах с практически постоянным потоком покупателей существует разница в дневных продажах одного и того же товара. Но почему тогда в управлении запасами оперируют точными формулами?

С другой стороны (стороны покупателя), покупатель крайне будет недоволен, если, придя в магазин, не обнаружит каких-то товаров, в то же самое время он может смириться с временным (именно в данное конкретное время) отсутствием других. Таким образом, важным для выживания магазина служит понятие «товарного дефицита». Что нужно вкладывать в это понятие и как с ним бороться?

Существуют подходы (не надо смеяться, взято из реальной жизни), при которых «закупщики» караются за любой дефицит (т.е. отсутствие в продаже любого товара в любой день). Очень прогрессивный и инквизиторский подход. Особенно, если все-таки вспомнить, что объемы продаж – величины вероятностные. А как большинство, надеюсь, помнит из теории вероятностей, даже величины с небольшой дисперсией имеют вероятность (пуская и малую) возникновения далеко за пределами шести сигм (по нормальному закону). Т.е. даже теоретически устранение дефицита невозможно. Более того, даже соблюдение (пока остановимся на нормальном законе) запасов, исходя из правила 6 (3) сигм по всем товарам может вызвать астрономически большую стоимость запасов.

Опять мы стоим перед той же дилеммой – с одной стороны стоимость запасов и их обработки, с другой стороны – недовольство покупателя.

Возможен ли здесь компромисс? Наверное, да. Одним из выходов может стать четкое деление товаров на товары основы и прочие (опять же отошлю к «Торговому классификатору…»). Когда для товаров основы (которые, кстати, зачастую имеют гораздо меньшую дисперсию, чем «неосновные» товары) принимаются драконовские нормативы запасов («драконовские» принимаются в смысле тех самых 6 сигм), а для остальных товаров ставится более мягкий интервал вероятности их отсутствия в продаже.

Как мы помним из теории логистики, спрос – не единственное, что определяет управление запасами. Есть масса других факторов: выбранный алгоритм заказов (временной или от safety stock), возможности по обработке количества поставок собственным складом, емкость склада и торгового зала, периодичность заказов (в том числе и связанная со временем хранения), стабильность поставок.

Попробуем рассмотреть по порядку эти факторы.

Алгоритмы заказов уже здесь упоминались. Не смотря на привлекательность (на первый взгляд) алгоритмов с safety stock (алгоритмов SS), я бы порекомендовал в качестве основного все же выбирать алгоритмы заказов с фиксированным интервалом между заказами. Объясняется это очень просто. Желание ограничить число «дорогостоящих» «закупщиков» приводит к достаточно сильной их загрузке при составлении заказов. В ситуации с заказами с алгоритмом SS эта нагрузка еще становится и неравномерной, что может иметь и тяжелые для товара последствия в «пиковые» дни. В случае же с заказами с фиксированным интервалом времени между ними, такая нагрузка достаточно легко планируется. Кроме того, этим же способом мы более оптимально решаем и вторую из приведенных выше проблем – неравномерную загрузку склада. И поставщикам, и складу гораздо удобнее оптимизировать свои процессы, точно зная «точку» заказа и определяя от нее «момент поставки» (или наоборот), чем в случае, когда заказ может появиться в любое время. Пропускная способность склада дает и другую величину – сколько заказов в день он может обработать. Путем несложных вычисления и подгонок (в том числе и с учетом важности товаров) пропускная способность даст нам периодичности поставок для разных типов товаров.

Упомянутые емкости склада и торгового зала являются простым ограничением, которое при выбранном алгоритме заказов может оказаться существенным и вынудить оптимизировать технологии обработки заказов (для увеличения частоты), либо вынудить расширять площади, либо дать рекомендации по дальнейшему изменению этих площадей на других объектах.

Стабильность поставок. Эта величина, которая очень существенно влияет на величину товарных запасов. И опять же очень редко к ней подходят с точки зрения ее истинной, вероятностной, сущности. Тем не менее, на необъятных просторах нашей Родины время в пути является классической вероятностной величиной, при чем, в зависимости от операторов и местоположения, иногда с очень большой дисперсией.

А для определения необходимого товарного запаса у нас произойдет перемножение вероятности спроса и вероятности поставки. Поэтому надо учесть, что даже при использовании нормального закона с максимальной подстраховкой (3 сигмы) и там, и там, суммарная вероятность наличия товара в торговом зале будет несколько ниже «стандартной» величины. В случае же с одной сигмой вероятность дефицита еще больше увеличивается.

Но подробнее рассмотрим это ниже.

Если мы принимаем схему заказов с фиксированными (и уже определенными периодами между поставками), мы должны определить величину, до которой производится заказ.

Определяется эта величина сразу несколькими факторами. Во-первых, мы должны задать для каждого товара (естественно, просто согласно его положению в иерархии торгового классификатора) тот «доверительный интервал» (сколько сигм вешать в граммах J) для спроса и поставки (учитывая правило перемножения вероятностей)

Мы определяем величину среднего спроса (темп ухода) товара для периода, равного выбранному периоду между поставками. В зависимости от выбранной же гарантированности его наличия, устанавливаем величину вероятного объема продаж за период между поставками. Но эту величину мы должны умножить не на период между поставками, а на выбранный «доверительный» период между поставками.

Вполне естественно, что в результате всех этих махинаций, стоимость запасов может оказаться такой, что в компании не найдется ни одного камикадзе, взявшегося за обоснование этих цифр акционерам. В этом случае мы вступаем на путь моделирования – мы начинаем всячески «поигрывать» разными сигмами, для разных типов товаров, пока не получим всех устраивающую величину. Не исключено, что результатом этих манипуляций станет и «разбор» полетов, касающийся составляющих времени поставки, и оптимизация ассортимента компании (что является отдельной очень интересной темой).

Опять же, не следует забывать, что сама величина запасов будет еще определяться выставочным запасом («красота» которого зависит от количества выставленного на полке товара, и существенно влияет на объемы продаж). Он может внести свою лепту в увеличение (правда редко значительное) запасов. Также следует упомянуть и про наличие товаров в пути (когда период выполнения заказа превышает периодичность заказов – такой случай тоже не редок, и приводит к необходимости некоторых корректировок алгоритма, опять же из-за произведения вероятностей).

Вот, вкратце, и вся суть управления запасами, приближающая нас к противоположному «творческому» – «математическому» полюсу управления запасами. Естественно, что подобный алгоритм не решит всех задач, особенно в части маркетинговых, разовых и новых товаров, но зато может значительно сократить временные затраты (при неувеличении количества сотрудников) на рутинные процессы работы с запасами, освободив его для «творчества» по упомянутым «вредным» товарам.

В заключение следует отметить, что здесь содержится просто краткое описание алгоритма. Более детальная работа над ним – такой же индивидуальный пошив для любой компании, которым является и разработка большинства бизнес-процессов предприятий розничной торговли. Не исключено, что для описания некоторых величин этого алгоритма применимо распределение Релея, а не Гаусса (нормальное). Также нельзя забывать про сезонные функции продаж (которые могут быть, в том числе, и меандровыми), автоматический учет которых должен быть подкреплен существенным объемом статистики, либо «чутья» менеджеров. И вообще, существует множество вещей, над которыми предстоит работать при внедрении подобных алгоритмов. При практическом применении они часто упираются в возможности информационных систем и менеджеров. Но, с другой стороны, даже начало движения в этом направлении ощутимо меняет отношение к эффективности, статистике и данным, которые иногда просто не используются, оптимизации множества других процессов, связанных с управлением запасами и заказами.

Часто в реорганизации важно не содержание, а сам факт его проведения. :-)

https://cutt.ly/d3DkGJ2

Производственная логистика, или что такое «вытягивающее» планирование. Часть 2

 (Продолжение. Часть первая статьи - bit.ly/3CKGSwJ )

5. МЕТОД “БАРАБАН-БУФЕР-ВЕРЕВКА” (DBR).

Метод “Барабан-Буфер-Веревка” (DBR - Drum-Buffer-Rope) – один из оригинальных вариантов “выталкивающей” логистической системы, разработанной в ТОС (Theory of Constraints) [5],[6],[7]. Она очень похожа на систему лимитированных очередей FIFO, за исключением того, что в ней не ограничиваются запасы в отдельных очередях FIFO.

Рис.9. Структура метода “Барабан-Буфер-Веревка” (DBR).

Вместо этого устанавливается общий лимит на запасы, находящиеся между единственной точкой составления производственного расписания и ресурсом, ограничивающим производительность всей системы, РОП (в примере, приведенном на рисунке 9, РОП-ом является участок 3). Каждый раз, когда РОП завершает выполнение одной единица работы, точка планирования может запускать в производство еще одну единицу работы. Это в данной логистической схеме называется “веревкой” (Rope). “Веревка” – это механизм управления ограничением против перегрузки РОП. По существу, это график отпуска материалов, который предотвращает поступление работы в систему в темпе более высоком, чем она может быть обработана в РОП. Концепция веревки используется для предотвращения появления незавершенного производства в большинстве точек системы (кроме защищенных плановыми буферами критических точек).

Поскольку РОП диктует ритм работы всей производственной системы, то график его работы именуется “Барабаном” (Drum). В методе DBR особое внимание уделяется именно ресурсу, ограничивающему производительность, поскольку именно он определяет максимально возможный выход всей производственной системы в целом, так как система не может производить больше, чем ее самый маломощный ресурс. Лимит запасов и временной ресурс оборудования (время его эффективного использования) распределяется так, чтобы РОП всегда мог вовремя начать новую работу. Этот в рассматриваемом методе именуется “Буфером” (Buffer). “Буфер” и “верёвка” создают условия, предотвращающие недогрузку или перегрузку РОП.

Заметим, что в “вытягивающей” логистической системе DBR буферы, создаваемые перед РОП, имеют временной, а не материальный характер.

Временной буфер есть резерв времени, предусматриваемый для защиты запланированного времени “начала обработки”, с учетом разброса в прибытии на РОП конкретной работы. Например, если расписание РОП требует начать конкретную работу на участке 3 во вторник, тогда материал для этой работы должен быть отпущен достаточно рано, чтобы все предшествующие обработке РОП шаги (участки 1 и 2) были закончены еще в понедельник (т.е. за один полный рабочий день до требуемого срока). Буферное время служит для “защиты” наиболее ценного ресурса от простоев, поскольку потеря времени этого ресурса эквивалентна невозвратной потери в конечном результате всей системы. Поступление материалов и производственных заданий может осуществляться на основе заполнения ячеек “Супермаркета” Передача деталей на последующие этапы обработки после их прохождение через РОП уже не являются лимитируемым FIFO, т.к. производительность соответствующих процессов заведомо выше [6].

Рис.10. Пример организации буферов в методе DBR в зависимости от положения РОП.

Необходимо отметить, что только критические пункты в цепи производства защищаются буферами (см. рисунок 10). Такими критическими пунктами являются:

• сам ресурс с ограниченной производительностью (участок 3),
• любой последующий этап процесса, где происходит сборка детали, обработанной ограничивающим ресурсом с другими частями;
• отгрузка готовой продукции, содержащей детали, обработанные ограничивающим ресурсом.

Поскольку в методе DBR защита от возможных отклонений сосредоточена в наиболее критичных местах производственной цепи и устраняется во всех прочих местах, время производственного цикла может быть сокращено, иногда на 50 процентов или более, без ухудшения надежности в соблюдении сроков отгрузки продукции потребителям.

Рис.11. Пример диспетчерского контроля прохождения заказов в РОП в методе DBR.

Алгоритм DBR – это обобщение известного метода OPT [5],[7], который многие специалисты называют электронным воплощением японского метода “Канбан”, хотя на самом деле, между  логистическими схемами восполнения ячеек “Супермаркета” и методом “Барабан-Буфер-Веревка”, как мы уже видели, имеется значительная разница.

Недостатком метода “Барабан-Буфер-Веревка” (DBR) является требование существования РОП, локализуемого на заданном горизонте планирования (на интервале расчета расписания для выполняемых работ), что возможно только в условиях серийных и крупносерийных производств. Однако для мелкосерийных и единичных производств локализовать РОП, в течение достаточно длительного интервала времени, вообще говоря, не удается, что значительно ограничивает применимость рассмотренной логистической схемы для этого случая.
6. ЛИМИТ НЕЗАВЕРШЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА (НЗП).

 “Вытягивающая” логистическая система с лимитом незавершенного производства (НЗП) похожа на метод DBR. Отличие заключается в том, что здесь создаются не временные буферы, а задается некий фиксированный лимит материальных запасов, который распределяется на все процессы системы, а не заканчивается только на РОП. Схема приведена на рисунке 12.

Рис.12. Структура метода  лимита  незавершенного производства (НЗП).

Этот подход к построению “вытягивающей” системы управления- значительно проще рассмотренных выше логистических схем, внедряется легче, и ряде случаев является более эффективным. Как и в рассмотренных выше “вытягивающих” логистических системах здесь имеется единственная точка планирования, – это участок 1 на рисунке 12.

Логистическая система с лимитом НЗП имеет некоторые преимущества по сравнению с методом DBR и системой лимитированных очередей FIFO:

• неполадки, колебания ритма производства и другие проблемы процессов с запасом производительности не приведут к остановке производства из-за отсутствия работы для РОП, и не будут снижать общую пропускную способность системы;
• правилам планирования должен подчиняться только один процесс;
• не требуется фиксировать (локализовать) положение РОП;
• легко обнаружить местонахождение текущего участка РОП. К тому же, такая система дает меньше “ложных сигналов” по сравнению лимитированными очередями FIFO.

Рассмотренная система хорошо работает для ритмичных производств со стабильной номенклатурой выпускаемых изделий, отлаженными и неизменяемыми технологическими процессами, что соответствует массовым, крупносерийным и серийным производствам. В производства единичных и мелкосерийных, где постоянно запускаются в производство новые заказы с оригинальной технологией их изготовления, где сроки выпуска продукции диктуются потребителем и могут, вообще говоря, изменяться непосредственно в процессе изготовления изделий, тогда на уровне производственного менеджмента появляется множество организационных проблем. Опираясь лишь на правило FIFO в передаче полуфабрикатов от участка к участку, логистическая система с лимитом незавершенного производства в таких случаях теряет свою эффективность.

Важной особенностью рассмотренных выше “выталкивающих” логистических систем 1-4 является возможность вычисления времени выпуска (цикла обработки) изделий по известной формуле Литлла [4]:

Время выпуска = НЗП/Ритм,

где НЗП – объем незавершенного производства, Ритм – это количество изделий, выпускаемых в единицу времени.

Однако для производств мелкосерийных и единичных понятие Ритма производства становится весьма расплывчатым, поскольку этот тип производств никак нельзя назвать ритмическими. Более того, статистика говорит о том, что в среднем вся станочная системы в таких производствах остается наполовину недогруженной, что происходит за счет постоянных перегрузок одного оборудования и одновременного простоя другого в ожидании работы, связанной с изделиями, пролеживающими в очереди на предыдущих стадиях обработки. Причем простои и перегрузки станков постоянно мигрируют от участка к участку, что не позволяет их локализовать и применить ни один из перечисленных выше логистических схем вытягивания. Еще одной особенностью мелкосерийных и единичных производств является необходимость выполнения заказов в виде целого комплекта деталей и сборочных единиц  к фиксированному сроку. Это значительно усложняет задачу производственного менеджмента, т.к. детали, входящие в этот комплект (заказ), могут технологически подвергаться различным процессам обработки, и каждый из участков может представлять собой РОП для одних заказов, не вызывая проблем при обработке других заказов. Таким образом в рассматриваемых производствах возникает эффект так называемого “виртуального узкого места” (Virtual Bottle-Neck): вся станочная системы в среднем остается недогруженной, а ее пропускная способность низкой. Для таких случаев наиболее эффективной “вытягивающей” логистической системой является Метод вычисляемых приоритетов.

7. МЕТОД ВЫЧИСЛЯЕМЫХ ПРИОРИТЕТОВ

Метод вычисляемых приоритетов является своеобразным обобщением двух рассмотренных выше “выталкивающих” логистических систем: системы пополнения “Супермаркета” и системы с лимитированными очередями FIFO. Разница в том, что в данной системе уже не все пустые ячейки в “Супермаркете” пополняются в обязательном порядке, а производственные задания, оказавшись в лимитированной очереди, продвигаются от участка к участку не по правилам FIFO (т.е. не соблюдается обязательная дисциплина “в порядке поступления”), а по другим вычисляемым приоритетам. Правила вычисления этих приоритетов назначаются в единственной точке планирования производства, – в примере, приведенном на рисунке 13, это второй производственный участок, следующий непосредственно за первым “Супермаркетом”. На каждом последующем производственном участке функционирует своя собственная исполнительная производственная система [8],[9] (MES – Manufacturing Execution System), задача которой – обеспечить своевременную обработку поступающих на вход заданий с учетом их текущего приоритета, оптимизировать внутренний материальный поток и вовремя показать возникающие проблемы, связанные с этим процессом [10],[11]. Значительное отклонение в обработке конкретного задания на одном из участков может повлиять на вычисляемое значение его приоритета.

Рис.13. Структура метода вычисляемых приоритетов.

Процедура “вытягивания” осуществляется за счет того, что каждый последующий участок может начинать выполнять только те задания, которые имеют максимально возможный приоритет, что выражается в первоочередном заполнении на уровне “Супермаркета” не всех доступных ячеек, а лишь тех, что соответствуют приоритетным заданиям. Последующий участок 2, хотя и является единственной точкой планирования, определяющей работу всех остальных производственных звеньев, сам вынужден выполнять только эти наиболее приоритетные задания. Численные значения приоритетов заданий получаются за счет вычислений на каждым из участков значений общего для всех критерия. Вид этого критерия задается основным планирующим звеном (участком 2), а его значения каждый производственный участок самостоятельно вычисляет для своих заданий, либо вставших в очередь на обработку, либо находящихся в заполненных ячейках “Супермаркета” на предыдущей стадии.

Впервые такой метод восполнения ячеек “Супермаркета” стал применяться на японских предприятиях компании “Тойота” и получил название “Процедуры выравнивания производства” или “Хейдзунка” (Heijunka) [1],[3]. Ныне процесс заполнения “Ящика Хейдзунка” является одним из ключевых элементов “вытягивающей” системы планирования, используемой в TPS (Toyota Production System), когда приоритеты поступающих заданий назначаются или вычисляются вне выполняющих их производственных участков на фоне действующей “вытягивающей” системы восполнения “Супермаркета” (Канбан). Пример назначения одного из директивных приоритетов исполняемому заказу (аварийный, срочный, плановый, переходящий, прочее) приведен на рисунке 14.

Рис.14. Пример назначения директивного приоритета исполняемым заказам.

Другой вариант передачи заданий от одного участка к другому в данной “вытягивающей” логистической системе служит так называемое “вычисляемое правило” приоритетов.

Рис.15. Последовательность исполняемых заказов в методе вычисляемых приоритетов.

Очередь производственных заданий, передаваемых от участка 2 к участку 3 (рисунок 13), ограничена (лимитирована), но в отличие от случая, изображенного на рисунке 4, сами задания могут меняться местами в этой очереди, т.е. изменять последовательность своего поступления в зависимости от их текущего (вычисляемого) приоритета. Фактически это означает, исполнитель сам не может выбрать с какого задания начинать работу, но в случае изменения приоритета заданий ему, возможно, предстоит, недоделав текущее задание (превратив его в текущий НЗП), переключиться на выполнение наиболее приоритетного. Конечно, в такой ситуации при значительном числе заданий и большом числе станков на производственном участке необходимо использовать MES, т.е. проводить локальную оптимизацию материальных потоков, проходящих через участок (оптимизировать исполнение заданий, уже находящихся в обработке). В результате для оборудования каждого участка, не являющегося единственной точкой планирования, составляется локальное оперативное производственное расписание, которое подвергается коррекции каждый раз, как только изменяется приоритет исполняемых заданий. Для решения внутренних оптимизационных задач используются свои критерии, именуемые “Критерии загрузки оборудования”. Задания, ожидающие обработки между участками, не связанными «Супермаркетом», упорядочиваются по «Правилам выбора из очереди» (рисунок 15), которые, в свою очередь, могут тоже изменяться в течение времени. 

Если Правила вычисления приоритетов заданиям назначаются «извне» по отношению к каждому производственному участку (Процессу), то Критерии загрузки оборудования участка определяют характер прохождения внутренних материальных потоков. Эти критерии связаны с использованием на участке оптимизационных MES-процедур, предназначенных исключительно для «внутреннего» пользования. Они выбираются непосредственно диспетчером участка в режиме реального масштаба времени, рисунок 15.+ 

Правила выбора из очереди назначаются на основании значений приоритетов исполняемых заданий, а также с учетом фактической скорости их исполнения на конкретном производственном участке (участок 3, рисунок 15). 

Диспетчер участка может, учитывая текущее состояние производства, самостоятельно изменять приоритеты отдельных технологических операций и, используя MES-систему корректировать внутреннее производственное расписание. Пример диалога по изменению текущего приоритета операции приведен на рис.16.

Рис. 16. Пример назначение приоритета партии в MES 

Чтобы вычислить значение приоритета конкретного задания, выполняемого или ожидающего своей обработки на конкретном участке, проводится предварительное группирование заданий (деталей, входящих в определенный заказ) по ряду признаков: 

1. Номер сборочного чертежа изделия (заказа); 
2. Обозначение детали по чертежу; 
3. Номер заказа; 
4. Трудоемкость обработки детали на оборудовании участка; 
5. Длительность прохождения деталей данного заказа через станочную систему участка (разница между временем начала обработки первой детали и окончанием обработки последней детали данного заказа). 
6. Суммарная трудоемкость операций, выполняемых над деталями, входящими в данный заказ. 
7. Время переналадки оборудования; 
8. Признак обеспеченности обрабатываемых деталей технологической оснасткой. 
9. Процент готовности детали (число завершенных технологических операций); 
10. Число деталей из данного заказа, которые уже прошли обработку на данном участке; 
11. Общее число деталей, входящих в заказ. 

Ориентируясь по приведенным признакам и вычисляя ряд специфических показателей таких как напряженность (отношение показателя 6 к показателю 5), сравнивая значения 7 и 4, анализируя соотношения показателей 9, 10 и 11, локальная MES-системы производит расчет текущего приоритета для всех деталей, оказавшихся в одной группе. 

Заметим, что детали из одного заказа, но находящиеся на разных участках, могут иметь и различные значения вычисляемого приоритета. 

Логистическая схема Метода вычисляемых приоритетов применяется в основном в многономенклатурных производствах мелкосерийного и единичного типов. Представляя собой «вытягивающую систему» планирования и используя локальные MES для обеспечения высокой скорости прохождения заказов через отдельные производственные участки, эта логистическая схема использует децентрализованные вычислительные ресурсы для поддержания эффективности процессов в условиях изменяющихся приоритетов исполняемых заданий.

Рис. 17. Пример детального производственного расписания для рабочего места в MES

 Отличительной особенностью этого метода является то, что MES система позволяет в пределах производственного участка составлять детальные расписания выполняемых работ [9],[11],[13]. Несмотря на определенную сложность в реализации, метод вычисляемых приоритетов обладает значительными преимуществами: 

• текущие отклонения, возникающие в ходе производства, компенсируются средствами локальных MES на основании изменяющихся приоритетов выполняемых заданий, что значительно повышает пропускную способность всей системы в целом. 
• не требуется фиксировать (локализовать) положение РОП и лимитировать НЗП; 
• имеется возможность оперативно контролировать серьезные сбои (например, поломка оборудования) на каждом участке и пересчитывать оптимальную последовательность обработки деталей, входящих в различные заказы. 
• наличие на отдельных участках локальных производственных расписаний позволяет проводить оперативный функционально-стоимостной анализ производства [12]. 

В заключение заметим, что рассмотренные в данной статье типы «вытягивающих» логистических систем обладают общими для них характерными признаками, это: 

1. Сохранение во всей системе в целом ограниченного объема устойчивых запасов (оборотных заделов) с регулированием их объема на каждом этапе производства независимо от действующих факторов. 
2. План обработки заказов, составленный для одного участка (единственной точки планирования), определяет (автоматически «вытягивает») планы работ других производственных подразделений предприятия. 
3. Продвижение заказов (производственных заданий) происходит как от последующего в технологической цепочке участка к предыдущему на израсходованные в процессе производства материальные ресурсы («Супермаркет»), так и от предыдущего участка к последующему по правилам FIFO или по вычисляемым приоритетам. 

ЛИТЕРАТУРА 

1. Jonson J., Wood D., Murphy P. Contemporary Logistics. Prentice Hall, 2001. 

2. Гаврилов Д.А. Управление производством на базе стандарта MRP II. — СПб.: Питер, 2003. — 352 с. 

3. Вумек Д,, Джонс Д. Бережливое производство. Как избавиться от потерь и добиться процветания вашей компании. — М.: Альпина Бизнес Букс , 2008, 474 с. 

4. Hallett D. (перевод Казарина В.) Pull Scheduling Systems Overview. Pull Scheduling, New York, 2009. pp.1-25. 

5. Голдратт Э. Цель. Цель-2. — М.: Баланс Бизнес Букс, 2005, с. 776. 

6. Dettmer, H.W. Breaking the Constraints to World-Class Performance. Milwaukee, WI: ASQ Quality Press, 1998. 

7. Goldratt, E.. Critical Chain. Great Barrington, MA: The North River Press, 1997. 

8. Фролов Е.Б., Загидуллин Р.Р. MES-системы как они есть или Эволюция систем планирования производства. // Генеральный директор, №4, 2008, с. 84-91. 

9. Фролов Е.Б., Загидуллин Р.Р. MES-системы: вид сверху, взгляд изнутри. Критерии, которые мы выбираем. // Генеральный директор, №5, 2008, с. 88-91. 

10. Zagidullin R., Frolov E. Control of manufacturing production by means of MES systems. // Russian Engineering Research, 2008, Vol. 28, No. 2, pp. 166-168. Allerton Press, Inc., 2008. 

11. Фролов Е.Б., Загидуллин Р.Р. Оперативно-календарное планирование и диспетчирование в MES-системах. // Станочный парк, №11, 2008, с. 22-27. 

12. Фролов Е.Б., MES-системы: оперативный функционально-стоимостной анализ для нужд производственного предприятия. // Генеральный директор, №8, 2008, с. 76-79. 

13. Мазурин А. ФОБОС: Эффективное управление производством на уровне цеха. // САПР и графика, №3, март 2001, с. 73-78. — Компьютер Пресс. 

Об авторе: 

Евгений Борисович Фролов, д.т.н., профессор, Московский государственный технологический университет "СТАНКИН", кафедра "Информационные технологии и вычислительные системы".

Источник: https://bit.ly/39C2ejq

Производственная логистика, или что такое «вытягивающее» планирование. Часть 1

 Под “вытягивающей” логистической системой обычно понимают такую организацию материальных потоков, когда один потребитель последовательно вытягивает поставки, осуществляемые предыдущими звеньями поставщиков, включенными в общую цепочку. Ассоциируется такой подход с неким “паровозом”, вытягивающим за собой вагоны. Но в производственной логистике под “вытягивающей” логистической схемой на уровне организации и управления производством понимается ситуация, когда план работы, составленный только для одного производственного подразделения, автоматически порождает планы работ для всех остальных участков, включенных в технологическую цепочку. Это тот же “паровоз”, но здесь уже не требуется, чтобы он располагался непременно впереди всего состава!

Термин “Логистика” нередко связывают со складированием и перемещением грузов, т.е. логистикой поставок. При этом часто забывают, что к логистике относятся также и процессы планирования производства и управления производственными операциями, потоками материалов, внутри компании производителя.

В организационном отношении часть логистической системы, к которой относится управление внутрипроизводственными потоковыми процессами, образует производственную логистическую систему, которая является интегрированной совокупностью элементов в общей структуре действующей логистической системы.

Производственная логистика – обеспечение качественного, своевременного и комплектного производства  продукции в соответствии с хозяйственными договорами, сокращение производственного цикла и оптимизация затрат на производство. Цель производственной логистики заключается в точной синхронизации процесса производства и логистических операций во взаимосвязанных производственных и обеспечивающих подразделениях.

К общим задачам (функциям) производственной логистики относятся:

• планирование и диспетчирование производства на основе прогноза потребностей в готовой продукции (далее ГП) и заказов потребителей;
• разработка планов-графиков производственных заданий цехам и др. производственным подразделениям;
• разработка графиков запуска-выпуска продукции, согласованных со службами снабжения и сбыта;
• установление нормативов незавершенного производства и контроль за их соблюдением;
• оперативное управление производством и организация выполнения производственных заданий;
• контроль за количеством и качеством ГП;
• участие в разработке и реализации производственных нововведений;
• контроль себестоимости производства ГП.

Планирование и организация системы производственной логистики на предприятии используются как средство эффективного продвижения материального потока по рабочим позициям и упорядочения соответствующих рабочих процессов в пространстве и времени. Особенно это важно в условиях так называемого дискретного производства, которое типично для большинства предприятий промышленности. Дискретное производство характеризуется прерывностью производственного процесса на всем его протяжении. Именно дискретность усложняет движение материального потока от входа системы до ее выхода, что выражается в увеличении длительности производственного цикла, в возрастании величины межоперационных запасов всех видов, и в конечном итоге приводит к снижению производительности системы. Такое производство требует постоянного контроля всех процессов с тем, чтобы обеспечить требуемую производительность и, по возможности, ее повысить.

При организации движения материального потока в цепи поставок принято выделять два подхода [1]:

• o системы, движение материального потока в которых основано на принципе “выталкивания” материальных ресурсов предыдущим производственным звеном на последующее на всем пути их продвижения в цепи поставок, когда для каждого участка централизованно составляются индивидуальные планы производства и для этого резервируются определенные материалы и межоперационные заделы;
• o системы, движение материального потока в которых основано на принципе “вытягивания” материальных ресурсов последующим в технологической цепочке производственным звеном с предыдущего на всем пути их продвижения в цепи поставок.

Оба вида систем находят широкое использование на различных предприятиях и в различных типах экономики (рыночной, централизованно управляемой, переходной). Отметим, что обе системы нацелены на удовлетворение потребности последующего звена за счет соответствующей (по объему, срокам, качеству и т. д.) поставки от предшествующего звена.

Различие касается способов управления движением потоков и в первую очередь степени централизации планирования поставок по межзвенным передачам – централизованное и децентрализованное планирование.

Еще один принципиально важный признак, отличающий эти две логистические системы, заключается в том, что в своей основе они имеют различные подходы к установлению ритма, определяющего движение всего материального потока. Причина в том, что “выталкивающая” и “вытягивающая” системы ориентируются на различный характер потребительского спроса. “Выталкивающая” система ориентирована преимущественно на относительно постоянный спрос в течение довольно длительного промежутка времени. Поэтому в основе всех плановых расчетов она может использовать постоянные значения ритма изготовления продукции. Системы “вытягивающего” типа в качестве планового периода для определения средних оборотных заделов рассматривают периоды от одного до трех месяцев. Оперативное управление в этих системах производится на значительно меньшем горизонте планирования.

В задачах производственной логистики, в отличие от логистики поставок, в первую очередь ставится задача организации управления материальными потоками как внутри, так и между производственными подразделениями (цехами, участками). И то, что ассоциируется в цепочке поставок с “вытягивающей” системой со словами: “Один потребитель последовательно вытягивает поставки, осуществляемые другими звеньями, включенными в общую цепочку поставщиков” (что-то наподобие паровоза, тянущего за собой вагоны), в производственной логистике имеет несколько иной смысл. Под “вытягивающей” логистической схемой  на уровне организации и управления производством (Pull Scheduling) понимается ситуация, когда план работы, составленный только для одного производственного подразделения, автоматически порождает планы работ для всех остальных участков, включенных в технологическую цепочку. Это тот же паровоз, но здесь уже не требуется, чтобы он располагался непременно впереди всего состава!

1. “ВЫТАЛКИВАЮЩАЯ” ЛОГИСТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА (PUSH SCHEDULING)

“Выталкивающая” логистическая система – это такая организация движения материальных потоков через производственную систему, при которой материальные ресурсы подаются с предыдущей операции на последующую в соответствии с заранее сформированным жестким графиком поставок . Материальные ресурсы “выталкиваются” с одного звена производственной логистической системы на другое. Каждой операции общим расписанием устанавливается время, к которому она должна быть завершена. Полученный продукт “проталкивается” дальше и становится запасом незавершенного производства на входе следующей операции. То есть такой способ организации движения материальных потоков как бы игнорирует информацию о том, продолжится ли обработка данного продукта на следующей стадии, и в каком состоянии в настоящее время находится используемое для этой обработки рабочее место: занято ли оно выполнением совсем другой задачи или ожидает поступления продукта для обработки. В результате нередко появляются задержки в работе технологического оборудования и рост запасов незавершенного производства. Структура “выталкивающей” логистической системы приведена на рисунке 1.

Рис.1. Структура “выталкивающей” системы производственной логистики.

“Выталкивающая” система с централизованным планированием предполагает, что каждый производственный участок получает конкретные задания на плановый период (это могут быть комплекты деталей) и отчитывается о его выполнении перед централизованной системой управления предприятием. Результаты своей работы каждое производственное подразделение передает на склад. При таком планировании и участок, и централизованную систему управления интересуют только выполнение сроков и объемов планового задания. Каждое отдельный участок при таком виде планирования существует как бы изолированно. Его не интересует, что будет с изделиями, которые он отправляет на промежуточный склад, и есть ли там остатки продукции предыдущего месяца. При наличии остатков на складе возникает избыток запасов в системе, при задержке с пополнением запасов возникает дефицит, способный остановить производственный процесс. При возникновении изменений, например, спроса или поставок, планы должны оперативно пересматриваться, что резко увеличивает трудоемкость плановой работы. В отечественной практике этот вид планирования был до недавнего времени единственным; в условиях рыночной экономики он используется в основном на заготовительных предприятиях и предприятиях с массовым типом производства, производящих стандартизованную продукцию широкого назначения. “Выталкивающая” логистическая система является методологическим базисом для MRP-II и реализуется, как правило, на уровне современных ERP-систем [2].

2. “ВЫТЯГИВАЮЩАЯ” ЛОГИСТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА (PULL SCHEDULING)

“Вытягивающая” логистическая система – это такая организация движения материальных потоков, при которой материальные ресурсы подаются (“вытягиваются”) на следующую технологическую операцию с предыдущей по мере необходимости, а поэтому жесткий график движения материальных потоков отсутствует. Размещение заказов на пополнение запасов или изготовления материальных ресурсов (операционных заделов) или ГП происходит, когда их количество достигает определенного  критического уровня. Эта система основана на “вытягивании” продукта последующей операцией с предыдущей операции в тот момент времени, когда последующая операция готова к данной работе. То есть когда в ходе одной операции заканчивается обработка единицы продукции, посылается сигнал-требование на предыдущую операцию. И предыдущая операция отправляет обрабатываемую единицу дальше только тогда, когда получает на это запрос. (Just-in-Time) [1],[3].

Рис.2. Структура “вытягивающей” системы производственной логистики.

Дэвид Хэллетт [4] приводит следующее определение:

“Вытягивающая” система – это система, используемая для управления производством, в которой объем создаваемых операционных заделов (запасов) определенным образом ограничен.

Операционные заделы, – далее производственные запасы, – могут включать в себя сырье, незавершенное производство (НЗП), готовую продукцию, а также специально резервируемый фонд времени технологического оборудования.

Опираясь на это определение можно сказать, что любая логистическая методика, которая ограничивает уровень операционных заделов, будет создавать “вытягивание”.

Принято выделять 5 базовых типов “вытягивающих” логистических систем Pull Scheduling:

• Восполнение “Супермаркета”     (Supermarket Replenishment);
• Лимитированные очереди FIFO     (Capped FIFO Lanes)
• Метод “Барабан-Буфер-Веревка”   (Drum Buffer Rope)
• Лимит незавершенного производства    (WIP Cap)
• Метод вычисляемых приоритетов   (Priority Sequenced Lanes)

3. ВОСПОЛНЕНИЕ “СУПЕРМАРКЕТА”

Традиционные системы управления производством требуют значительных денежных ресурсов для того, чтобы поддерживать необходимые запасы материалов. Когда японский автомобильная компания “Тойота” перестраивалась после второй мировой войны, ей остро не хватало оборотных средств, и предприятие не могло позволить себе использовать “традиционную логистическую концепцию”. Руководство компании решило узнать, что происходит в мире, и задалось вопросом: “Какая отрасль лучше всего использует свои запасы?” Ответ был следующий: супермаркеты!

В настоящее время типичный супермаркет оборачивает свои запасы более 50 раз в год. Обычная производственная компания, которая использует “Выталкивающую” логистическую систему управления, оборачивает свои запасы от одного до десяти раз в год. Используя “Вытягивающую” логистическую систему и другие принципы “Бережливого производства” [3] Тойота достигла немыслимого для производственного предприятия показателя в 50-70 оборотов производственных запасов в год!

Принципиальная схема метода восполнения “супермаркета” приведена на рисунке 3.

Рис.3. Схема метода восполнения  “Супермаркета”.

Она действует следующим образом:

• Процесс-потребитель забирает исходные материалы из ячеек супермаркета тогда, когда ему это нужно.
• Для каждой изготавливаемого изделия (заказа) рассчитывается “точка восполнения” исходных материалов.
• Как только суммарное количество материалов в ячейках супермаркета и исполняемых заказах становится ниже “точки восполнения”, процессу-поставщику посылается новый заказ на их поставку. В качестве такого заказа может выступать пустой контейнер, карточка “Канбан”, световой сигнал, пустая ячейка “Супермаркета” и т.п. (Оформлять заказ на бумаге не обязательно, – подойдет даже простой вариант: “если видишь пустое место, то заполни его”).
• Для каждого восполняемого материала рассчитывается объем соответствующей партии. Количество изделий во всех новых заказах равно объему восполняемых материалов.
• Процесс-поставщик исполняет заказ на восполнение материалов.
• Заказанные материалы физически помещаются в соответствующие ячейки “Супермаркета”.

Заметим, что в данном случае формальное производственное расписание работ имеется только у процесса-потребителя. План работ для процесса-поставщика формируется автоматически в реальном масштабе времени самой “Вытягивающей” логистической системой. Это очень важный аспект “Вытягивающей” системы управления производством: “Не важно, сколько процессов управляется вытягивающей системой, главное, что в ней будет только одна точка планирования!”

Итак:

Единственная точка планирования выпуска готовой продукции – это один производственный участок, для которого в “вытягивающей” логистической системе происходит расчет основного расписания, определяющего работу всего производства в целом. Работа других участков, включенных в технологическую цепочку, автоматически планируются самой “вытягивающей” системой.

На величину точки восполнения, его объем и общий потенциальный производственный запас материалов по каждому изделию в системе влияют следующие переменные:

• усредненный спрос за период времени;
• время выполнения заказа от того момента, когда затребованное для восполнения материалы поступают в ячейки “Супермаркета”;
• размер партии восполняемых материалов;
• время, в течение которого процесс-потребитель сможет получить требуемые материалы из ячеек “Супермаркета”.

Увеличение любой из этих величин неминуемо вызовет увеличение общего потенциального объема производственных запасов.
Фактическая средняя величина запасов в ячейках “Супермаркета” в хорошо спроектированной системе большую часть времени будет составлять 10-15% от их общего потенциального объема, продиктованного планом выпуска готовой продукции.

Для того чтобы связать в “вытягивающей” системе управления несколько производственных участков следует использовать несколько “Супермаркетов”.

Рис.4. Структура метода восполнения  “Супермаркета”.

Каждый из трех “Супермаркетов” в этом примере независим от остальных и функционирует так же, как “Супермаркет” из примера, показанного на рисунке 4. Единственной точкой, где составляется производственное расписание, в этой системе будет участок 4. Проще всего определить это место таким образом:

Единственной точкой планирования производства в этой “вытягивающей” логистической системе будет процесс, который изымает продукцию из последнего (по технологии производства продукции) “Супермаркета”.

Следует отметить, что метод восполнения “Супермаркета” хорошо применим лишь в тех случаях, когда участок-потребитель имеет возможность выбирать из множества различных вариантов полуфабрикатов, расположенных в ячейках. В других ситуациях этот метод обычно бывает менее предпочтительным.

4. ЛИМИТИРОВАННЫЕ ОЧЕРЕДИ FIFO

Когда нет необходимости предоставлять участку-потребителю возможность выбора, лучше использовать не “Супермаркет”, а очередь FIFO (от английского First-In-First-Out – “первым пришел, первым вышел”, т.е. очередность в порядке поступления).

Рис.5. Структура метода лимитированных очередей FIFO.

На рисунке 5 показана “вытягивающая” логистическая система, которая связывает систему восполнения “Супермаркета” с лимитированными очередями FIFO. Единственная точка расчета производственного расписания находится на участке 2, потому что он следует непосредственно за последним “Супермаркетом системы”. Между участками 2 и 3 находится лимитированная очередь FIFO.

Лучший способ представить лимитированную очередь FIFO – это представить себе, как перемещаются по трубе теннисные мячики.

Рис.6.Последовательность  исполняемых заказов в  методе лимитированных очередей FIFO.

Диаметр трубы чуть больше, чем диаметр мячиков. Мячики могут свободно перемещаться по трубе, но никоим образом нельзя поменять их местами внутри трубы. По сути, здесь нет “полосы для обгона”. К тому же, длина трубы ограничена и одновременно в нее помещается только 3 мячика (это и есть лимит очереди FIFO). Участок 3 будет производить продукт F, поскольку у него нет другого выбора. Вот почему для участка 3 не нужен отдельный план работ на уровне самостоятельного производственного расписания. План действий этого процесса строго диктуется самой “вытягивающей” системой управления.

Рис.7. Пример лимитированной очереди FIFO.

То же самое справедливо и для участка 4. Заметим, что если Участок 2 закончит изготовление продукта, а очередь FIFO из заданий на участок 3, будет уже заполнена, то он прекращает свою работу во избежание переполнения этой очереди. Для Процесса 2 это будет сигналом, что он функционирует быстрее всей остальной системы. Аналогичным образом в случае, если участок 3 затребует следующее задание из предшествующей ему очереди FIFO и окажется, что она пуста, то и Процесс 3 тоже остановится. Такая система демонстрирует, какой процесс в данный момент времени является самым медленным.

Рис.8. Пример распределения операционных запасов в методе лимитированных очередей FIFO.

На рисунке 8 показано текущее состояние запасов на каждом участке (в примере предполагается, что каждый участок выполняет только одно текущее задание). Какое производственное звено в данный момент функционирует медленнее остальных? Сейчас это участок 3. Это так называемое текущее ограничение (Current Constraint) именуемое ресурсом, ограничивающим производительность все системы (РОП). Его легко обнаружить, определив процесс, у которого отношение величины запасов в предшествующей очереди FIFO к величине запасов в последующей очереди FIFO достигает максимального значения. Проще говоря, самый медленный участок образует перед собой наибольший объем незавершенного производства.  Д. Хэллетт [4] называет такую логистическую схему управлением “по завалам” (Management by Piles).
Поскольку все производственные участки, которые не являются текущим РОП, время от времени будут оставаться без работы, то должно быть определено правило, чем загружать свободные ресурсы в такие моменты времени. На практике для этого организуется некоторый буфер из дополнительных заданий, которые могут быть выполнены свободными ресурсами, что приводит к увеличению фактического объема НЗП.
Следует заметить, что в приведенной схеме время выполнения заказа в производстве связано с моментом запуска клиентского заказа на участке 2. Подсчет времени выполнения заказа всегда начинается в единственной точке планирования. Время выполнения заказа участком 1 на пополнение ячеек “Супермаркета” не влияет на время выполнения клиентского заказа, потому что предполагается, что все материалы, которые могут потребоваться участку 2, имеются в достаточном количестве в ячейках “Супермаркета”. Последнее обстоятельство может оказаться весьма жестким требованием для практической реализации описанной логистической схемы.

Преимущество “вытягивающей” логистической системы типа лимитированных очередей FIFO перед “Супермаркетами” заключается в следующем:

• в этой системе содержится меньше запасов;
• уменьшаются риски срыва сроков исполнения клиентского заказа;
• упрощается управление;
• имеется возможность находить процесс, лимитирующий общую производительность системы, – текущее ограничение РОП;

Лимитированные очереди FIFO можно использовать в массовых и крупносерийных производствах, где объем выпуска достаточно высок и технологический процесс постоянен для всего семейства выпускаемых продуктов.

https://bit.ly/39EgJ6l