Zasoby krytyczne a synchronizacja przepływu jednej sztuki - analiza z zastosowaniem oprogramowania Asprova APS

Wielokrotnie w planowaniu produkcji napotykamy zagadnienie związane ze specyficzną metodą łączenia pracy maszyn i narzędzi specjalnych, które warunkuje możliwość wykonania danego elementu.
Ilość wariantów ścieżek technologicznych, dodatkowe parametry wpływające na czas zajętości maszyn, zależności czasów przygotowawczo-zakończeniowych od zmian używanych narzędzi czyli parametry, które należy uwzględniać przy budowie harmonogramu, niezwykle utrudniają jego realistyczne stworzenie, a czasami zupełnie uniemożliwiają takie zadanie.

Bardzo często w procesie produkcyjnym można odnaleźć operację, która wymaga synchronizacji pomiędzy zasobem głównym, operatorem, narzędziami, oprzyrządowaniem i półfabrykatem, który przez taki proces przechodzi.

Problem ten najczęściej pojawia się w dwóch wariantach.
Pierwszy występuje, gdy łączymy dwa zestawy elementów ze sobą, jak ma to miejsce, np. w przypadku wtryskarek i form.
Drugi, znacznie bardziej skomplikowany przypadek, pojawia się przy specyficznych typach zasobów, np. piecach tunelowych, w których przepływają pojedyncze formy.


Rys. 1. Przepływ procesu.

Synchronizacja czasów pojawia się na styku wszystkich zaangażowanych zasobów, ale sednem problemu jest moment gdy pojawia się więcej zleceń produkcyjnych, które mogą być względem siebie zależne.

Realizując przepływ jednej sztuki przez proces produkcyjny, potrafimy dokładnie odwzorować zajętość wszystkich zasobów zaangażowanych w proces. Harmonogram prac tych zasobów może zostać wyliczony jako pierwszy warunkując budowę całego planu produkcji lub alternatywnie - może zostać wyliczony w oparciu o cały wcześniejszy (lub późniejszy) plan produkcji.

Dzięki zaawansowanym technikom harmonogramowania złożonych i zależnych od siebie zestawów zasobów możemy zintegrować wiele przenikających się procesów technologicznych w jeden harmonogram, uzyskując możliwość optymalizacji ogólnozakładowego procesu produkcji .


Rys. 2. Procesy krzyżowe

Podstawowym problemem dla harmonogramowania zasobów krytycznych jest wymagany poziom szczegółów, który należy uwzględnić dla uzyskania wiarygodnego wyniku. Dla przykładów opisanych wcześniej takie zagadnienie składa się z kilku elementów:
1. Optymalizacji przepływu jednej sztuki (jednej partii dla zasobów tunelowo-wsadowych).
2. Uwzględnienia przepływu zasobu podrzędnego połączonego z partią (np. forma dla wtryskarek).
3. Synchronizacji przejścia półfabrykatów przez proces względem pozostałych operacji.
4. Uwzględnienia faktycznego przepływu półfabrykatów przez proces z rozbiciem na wartość dodaną i czas oczekiwania.

Najprostszym modelem do przedstawienia jest przepływ jednej sztuki przez proces, który można prześledzić nawet na najprostszej mapie procesu. Niewielkie problemy pojawiają się w momencie, gdy badamy zasoby tunelowo-wsadowe, które nie są rozbite na poszczególne stanowiska. Znacznie bardziej komplikuje to opis schematu przepływu strumienia wartości w całym procesie.

Mechanizmy przepływu jednej sztuki zdarzają się bardzo często w produkcji, lecz prawie nigdy nie są uwzględniane w harmonogramowaniu. Najczęściej ma to związek z ograniczeniami narzędzi do harmonogramowania. Jedna operacja technologiczna na sto sztuk staje się setką operacji na jedną sztukę, znacznie komplikując obliczenia (jeżeli mowa byłaby o przepływie jednej partii to należy jeszcze uwzględnić parametry opisowe partii, które najczęściej powinny być obliczane dynamicznie). Dobre narzędzia APS, takie jak Asprova, nie mają problemu z uruchomieniem planowania na poziomie jednej sztuki (partii).

Istotnym problemem w opisie takiego procesu jest uwzględnienie zasobów podrzędnych, które w połączeniu z przepływem jednej sztuki znacząco zwiększają samą ilość parametrów ograniczających produkcję. Dlatego do tego celu należy użyć narzędzi zaawansowanego harmonogramowania, tj. takich, które planują przy ograniczonych mocach przerobowych zasobów wraz z wszystkimi parametrami opisującymi ich pracę (logistyka produkcji, przepływy materiałów, zależności międzyprocesowe).

Jeżeli przeanalizujemy przepływ jednej sztuki na prostym stole obrotowym to szybko zauważymy, że za każdym razem jest wykorzystywany przynajmniej jeden dodatkowy element, a w bardziej skomplikowanych przypadkach nawet więcej.



Rys. 3. Operacja na stole obrotowym

W takim przypadku możemy mówić nie tylko o harmonogramowaniu krytycznego zasobu jaki tworzą poszczególne stanowiska i stół obrotowy, ale również o innych narzędziach, które pojawiają się w ramach procesu. Jeżeli naszym ograniczeniem byłaby rzeczywista ilość stanowisk, to za każdym razem obecność danej sztuki w procesie byłaby ściśle związana z ilością dostępnych podzasobów.

Najprostszym rozwiązaniem byłaby blokada zasobu na czas potrzebny na przejście przez cały proces.



Rys. 4. Blokada zasobu

Takie rozwiązanie często może się sprawdzić, ale w przypadku gdy nie ma ścisłego podziału na operacje w kolejnych krokach przetwarzania, nie pozwala na pełne odwzorowanie problemu.

Po odpowiedniej rezerwacji zasobów należy pamiętać o tym, że procesy bardzo rzadko są nieokreślone i zawsze należy je do czegoś odnieść. Tutaj pojawia się kolejny złożony problem związany z połączeniem przepływu jednej sztuki (partii) względem całości produkcji, która zazwyczaj odnosi się do całego zamówienia.

Powiązanie początku bieżącej operacji z końcem poprzedniej jest możliwe tylko dla operacji opiewających na taką samą ilość sztuk lub gdy procesy są względem siebie zsynchronizowane.



Rys. 5. Połączenie koniec-start


W przeciwnym wypadku należy powiązać procesy w sposób względny, zależny od podziału na partie z uwzględnieniem czasu przepływu przez zasoby krytyczne. Powiązanie musi być dwukierunkowe, tak by uwzględniać precyzyjny podział obu operacji. Jeżeli uprościmy jedną z operacji, otrzymamy efekt zbliżony do zamierzonego.



Rys. 6. Relacyjne dzielenie operacji


Jednak tylko pełne połączenie może odzwierciedlić pełny przepływ jednej sztuki (partii) w ramach operacji krytycznych.



Rys. 7. Pełne powiązanie między operacjami


Stworzenie takiego połączenia pozwoli nam na płynne przejście z jednej operacji do drugiej wraz z uwzględnieniem czasów logistycznych na produkcji. Bez ingerencji w układ pomiędzy czasami operacji przed i po zasobie krytycznym z przepływem jednej sztuki sam harmonogram pracy zasobu krytycznego, może służyć jedynie za symulację potencjalnych możliwości, gdyż z automatu taki zasób w całości staje się wówczas wąskim gardłem, które w takiej sytuacji jest nie do usunięcia.

Ostatnim krokiem, który tak naprawdę pozwoli nam na pełne rozwiązanie problemu jest podział na czas zwiększający wartość i czas strat. Odnosząc się do filozofii Lean możemy powiedzieć, że bardzo często w zasobach krytycznych mamy do czynienia ze stratą typu pierwszego, czyli taką której nie możemy w żaden sposób usunąć, bo wynika ona wprost z fizycznych ograniczeń.



Rys. 8. Czas zakończenia


Przy zastosowaniu pełnego połączenia i uwzględnieniu rzeczywistych strat możemy otrzymać poprawną symulację.



Rys. 9. Rzeczywisty przepływ


Krytyczny punkt w procesie wyróżnia kilka parametrów:
1.Podzasoby są zajęte przez cały sumaryczny czas przepływu przez zasób główny
2.W głębokiej analizie kosztów (czasowo-finansowej) wartość dodana występuje tylko przez moment nieprzerywalnego procesu, np. przez pierwsze 10 minut z 30 minutowej operacji
3.Zasoby można ponownie wykorzystać dopiero po czasie cyklu, który może być zmienny dla każdej ze sztuk
4.Pojawia się zjawisko wymuszonej synchronizacji procesu, która może nawet uszkodzić poszczególne produkty (np. zbyt długo chłodzone elementy stalowe).

Uwzględniając wszystkie powyższe kryteria, metody i warunki opisane wcześniej, możemy stwierdzić, że jesteśmy w stanie przy wykorzystaniu APS stworzyć wiarygodny harmonogram uwzględniający zasób krytyczny.

Oczywiście wiele zależy od typu produkcji.
Jeżeli cała produkcja jest kontrolowana (nie ograniczana) przez zasób krytyczny, może okazać się, że wystarczy stworzyć harmonogram obejmujący tylko operację krytyczną, a całe przedsiębiorstwo zwiększy swoją zdolność o kilkanaście procent. Jeżeli uwzględnienie operacji krytycznej jest warunkiem koniecznym, ale nie wystarczającym do stworzenia pełnego harmonogramu, należy zaprojektować system ciągnąco-pchający (pull-push), uwzględniający procedury przepływu partii, parametry procesów i wiele innych elementów, które pozwolą opanować w pełni naszą produkcję.




Rys. 10. Rzeczywisty harmonogram dla operacji krytycznej


Droga, którą powinniśmy wybrać zależy od tego co chcemy osiągnąć.

Krzysztof Orlicz

Źródła:
Asprova APS
Advanced sequence optimization in Asprova APS.
James P. Womack, Daniel T. Jones: Zobaczyć całość. Wydawnictwo: Lean Enterprise Institute, 2007
Mike Rother, Rick Harris: Tworzenie Ciągłego Przepływu. Wydanie drugie. Wydawnictwo: Lean Enterprise Institute, 2008