3.3.Система расширенного планирования (aps)

Эти системы появились как замена MRP планирования, не позволяющего планировать и отслеживать закупки для конкретного заказа. Точного определения систем APS не существует. Можно, однако, утверждать, что системы APS направлены на устранение недостатков систем ERP путем совместного использования новых информационных технологий и профессионального опыта управленцев. Как правило, эти системы пытаются создавать лучшие планы, рассматривая все факторы, которые ограничивают возможности предприятия по поставке продукции в срок. В простейших случаях основные факторы, называемые ограничениями, представляют собой мощности рабочих центров и доступные материальные ресурсы. Приемы работы систем APS основаны на одновременном рассмотрении материальных потребностей и производственных мощностей для того, чтобы оценить имеющийся план или сгенерировать новый. Некоторые системы APS, кроме того, улучшают этот план путем создания детализированного производственного графика, который оптимизирует очередность выполнения работы по критерию пропускной способности при ограничениях на сроки выполнения заказов.

Структура модели систем APS

Обычно системы APS представляют собой композицию из 4-х различных процессов. Во всех четырёх процессах довольно часто используются одни и те же подходы к планированию, но входных данные и ограничения отличаются. Поскольку производители систем APS используют различную терминологию для описания этих шагов, имеет смысл описать модель в рамках единого подхода. На рис. 2 показаны четыре шага модели APS.

Рис. 2. Структура модели APS

Планирование производственной цепочки (Supply Chain Planning – SCP)

Это высший уровень системы планирования. Подход к планированию предполагает рассмотрение факторов как внутри, так и вне предприятия. Могут включаться такие внешние факторы, как мощности смежников и поставщиков, уровень спроса со стороны покупателей продукции, варианты организации транспортировки.

На уровне SCP рассматриваются и оптимизируются ресурсы и процессы предприятия, включающие техническую подготовку, размещение в запасах, распределение по сети.

С помощью SCP вырабатываются допустимые планы с учетом ограничений на производственные мощности по всей производственной цепочке. Цель данного шага заключается в обеспечении координации планов и графиков, базирующихся на использовании этих ресурсов.

Планирование деятельности предприятия (Enterprise Planning)

На этом шаге бизнес-планы, производственные мощности и материальные ресурсы оптимизируются с целью удовлетворения рыночного спроса или спроса отдельных заказчиков. На этом уровне рассматриваются основные производственные ресурсы и материальные потребности и получается сначала допустимый план, который затем улучшается с учетом других ограничений и целей предприятия. В качестве ограничений обычно рассматриваются мощности производства и распределительной сети, доступность материальных ресурсов и других наиболее важных ресурсов, а в качестве целей может рассматриваться степень удовлетворения спроса заказчиков, прибыль, уровень запасов и т.п. Вообще, этот шаг объединяет и оптимизирует выполнение функций, традиционно выполняемых модулями:

• планирование потребностей в ресурсах (Resource Requirements Planning – RRP);

• объемно-календарное планирование мощностей (Rough-Cut Capacity Planning – RCCP);

• разработка графика выпуска продукции (Master Production Schedule  – MPS);

• планирование потребностей распределенной сети (Distribution Requirements Planning – DRP);

• планирование материальных потребностей (Material Requirements Planning – MRP).

Производственное планирование (Production Scheduling)

Используя полученный ранее план работы предприятия как входной, модуль производственного планирования имеет дело с доступными материальными ресурсами, детализированной информацией о мощностях и информацией о состоянии хода производства для того, чтобы решать задачу календарного планирования, имея главной целью выполнения сроков завершения заказов. В ходе производственного планирования, которое имеет календарный характер, используются те же самые цели и ограничения, что и на предыдущем уровне, но информация более детализирована. Материальные ресурсы привязаны к конкретным операциям, на которых они используются, с тем, чтобы повысить точность определения краткосрочных материальных потребностей. Производственное планирование выполняет также функцию регулирования для более высокого уровня с тем, чтобы скорректировать сроки и количества при реализации материальных потребностей внутри предприятия и от смежников.

Оценка возможности выполнения (Available To-Promise – ATP)

Этот шаг является средством обеспечения функционирования трех предыдущих уровней. Он специально введен в систему, чтобы повысить точность определения обещаемых заказчикам дат выполнения заказов. При решении этой задачи используется информация из уже имеющегося производственного плана и о ресурсах, необходимых для производства уже имеющихся, но в не включенных в план заказов. Новая концепция вычисления ATP в реальном времени, т.е. на основе не статического, а динамически скорректированного производственного плана, иногда называется задачей о возможности выполнения заказов на основе доступных мощностей (capable-to-promise или capacity-to-promise – CTP).

Системы APS представляют собой сегодня скорее обобщённую модель, чем интегрированные продукты, предлагаемые фирмами-производителями. Они, безусловно, являются теми системами, которые в будущем потеснят системы класса ERP. Но сегодня их мощь недостаточна велика, чтобы это произошло для всех типов производства. В результате они используются совместно с уже имеющимися системами планирования. Наиболее часто в качестве общего модуля используется модуль типа «Состав изделия» из традиционных систем ERP. Многие фирмы-производители разрабатывают свои системы APS в расчете на использование модуля «Состав изделия» и модуля для создания планируемых заказов. Системы APS работают на основе этой информации, чтобы осуществлять регулирование поведения производства в условиях динамичной внешней среды.

Объемное планирование и графикование (planning and scheduling)

Одна из наиболее дискутируемых тем в системах APS – это различия между объемным планированием (planning) и графикованием (scheduling). Существует мнение о том, что достижение лучшей точности выполнения требуемых сроков возможно только на пути детализированного и графикования. Существует и противоположный взгляд, что более важно определить набор работ в ходе объемного планирования. Можно согласиться, однако, с тем, что наиболее существенное различие между объемным и и графикованием заключается в длительности горизонта и степени детализации. Поскольку все системы APS созданы для того, чтобы быстро генерировать объемные планы и и графики, методология планирования может быть сформирована так, чтобы решать задачу с меньшей детализацией данных на длительный горизонт (от 3-х до 12-ти месяцев) или с более детализированными данными на короткий период (от 1-ой до 6-ти недель). Нельзя утверждать, что какой-либо из двух подходов оперирует в принципе с большим объемом данных – оба подхода позволяют работать примерно с одним и тем же объемом. Даже в условиях роста производительности ЭВМ попытки решать задачу графикования, определяя с точностью до минут состояние очереди в рабочем центре, материальные потребности и переналадки оборудования на длительный период, может потребовать слишком больших затрат процессорного времени. Не касаясь даже проблемы процессорного времени, можно утверждать, что степень детализации в графиковании может уменьшаться по истечении какого-то интервала, например, 2-3 недели.

В итоге, и графикование можно определить следующим образом: это процесс определения очередности использования материальных и производственных ресурсов до уровня операций на ближайший временной период (как правило, меньше месяца) с целью обеспечения заданных сроков выполнения заказов.

Графикование в APS отличается от моделей CRP и SFC в системах ERP, так как здесь учитываются ограничения на мощности и другие ограничения для того, чтобы повысить точность составления и реализации графиков. Методология строится так, что, как правило, построение графика в APS производится в несколько шагов. На первом шаге строится допустимый опорный график. На последующих шагах он улучшается или оптимизируется с учетом целей и ограничений.

В системе APS объёмное (и объёмно-календарное) планирование определяется следующим образом: это процесс достижения баланса материальных и производственных ресурсов с целью наилучшего удовлетворения спроса со стороны заказчиков.

Методология планирования сфокусирована, главным образом, на датах выполнения заказов и количествах изделий. В ходе процесса планирования можно рассматривать такие факторы, как последовательность обработки на уровне рабочих центров для того, чтобы анализировать баланс мощностей, но в итоге генерируются производственные планы с точностью до дней или недель. Планирование в системе APS отличается от планирования в ERP тем, что здесь учитываются ограничения на мощности и цели предприятия. Так же, как и график, объемный план строится в итерационным способом – сначала получается допустимый план, а затем выполняется его пошаговое улучшение.

.

Основные концепции систем APS

Как правило, следующие концепции обязательно заложены в системы APS:

• принятие решений с учетом ограничений (Constraints);

• оценка возможностей выполнения (ATP);

• оптимизация решений;

• моделирование в ходе принятия решений;

• управление материальными ресурсами и изменениями;

• управление составом ресурсов;

• моделирование;

• решение задач очередности выполнения с учетом переналадки.

Разумеется, не все продукты APS в одинаковой степени базируются на перечисленных концепциях. Имеются различия и в их реализациях.

Принятие решений с учетом ограничений

Учет ограничений – это одна из наиболее трудных областей в системах APS для управленцев. Методология APS использует методы принятия решений с учетом ограничений, чтобы промоделировать производственные и распределительные системы. Как правило, принятие решений с учетом ограничений предполагает объединение в одной модели ограничений, правил и показателей, которые влияют на физические и финансовые возможности построения бизнес-планов:

• Ограничения на ресурсы (limitations) задаются или на обобщенном уровне (доступные материальные ресурсы, производственные мощности) или на детализированном уровне, например, минимальное число рабочих, необходимых для выполнения определенной работы.

• Правила (rules) на верхнем уровне могут, например, определять механизмы поглощения информации о заказах и прогнозируемом спросе, а на глубоком уровне, правила могут, например, задавать необходимость технического обслуживания оборудования после заданного времени работы.

• Показатели (objectives) обычно используются, чтобы описать планы, они могут, например, быть такими: уровень страховых запасов, уровень обслуживания заказчиков, объем продаж.

Большинство продуктов в APS используют некоторую комбинацию ограничений на ресурсы, правил и показателей, выступающих в роли ограничений. Пользователь сам может задать численное значение ограничения, так же, как и вес, чтобы показать относительную важность этих ограничений.

В последних системах вводятся следующие приемы управления системой ограничений:

• включение или отключение ограничения;

• изменение очередности оценки ограничений;

• приписывание весов и численных значений;

• рассмотрение ограничений в качестве жестких или нежестких.

Разделение ограничений на жесткие и нежесткие присутствует, как правило, во всех системах APS. Нежесткие ограничения, как правило, вызываются соображениями, отличными от физических, например, стремлением минимизировать затраты на переналадку или поддержание требуемого уровня страховых запасов. Жесткие ограничения, как правило, тесно связаны с физическими процессами, например, ограничения на мощность оборудования или доступность материальных ресурсов. Большинство методик в системах APS используют два или три приближения для оценки ограничений. На первом шаге, как правило, определяется допустимый план или график — это попытка удовлетворить требуемые сроки выпуска без нарушения жестких ограничений (в ряде программных систем это достигается в два шага). На втором шаге при соблюдении всех ограничений предпринимается попытка улучшить план или график. Поэтому второй шаг называется оптимизирующим.

Нежесткие ограничения могут быть задействованы, начиная со второго шага. Большинство систем APS используют итерационные, интерактивные средства для решения задачи, позволяющие управленцу активно воздействовать на процесс и принимать по ходу процесса решения о том, какие ограничения и в какой степени могут быть изменены.

Концепцию ограничений в системах APS не следует путать с теорией ограничений (Theory of Constraints). Теория ограничений представляет собой подход, на котором базируется так называемая «синхронизация» производства. Некоторые фирмы-производители, такие как i2Technologies, Thru-Put Technologies and Berclain включили концепции синхронизации производства и теории ограничений в свои продукты. Синхронизация производства представляет собой методологию, которая основана на том, что движение материальных потоков в ходе производства происходит быстро и непрерывно в соответствии с внешним спросом.

В основу теории ограничений положена идея о том, что существуют несколько операций или рабочих центров, которые являются «узкими местами». Улучшение плана (графика) достигается при сфокусированном внимании на планировании работы «узкого места». Затем «узкое место» становится точкой отсчета, от которой строится новый план (график). Сторонники теории ограничений считают, что эти алгоритмы намного эффективнее и требуют меньшей работы с данными, так как основные усилия сосредоточены на ограниченном количестве операций или рабочих центров. В первую очередь такой подход применяется для планов глубокого уровня, так как теория ограничений связана с управлением промежуточными складами и запуском заказов и базируется на оценке пропускной способности этих «узких мест».

Системы APS, которые базируются на аппарате теории ограничений, применяются для управления мелкосерийным и индивидуальным производством со сложным и многоуровневым составом изделий, использующем дорогое оборудование. В сложном машиностроении подход на основе теории ограничений оказывается эффективным потому, что другой подход, основанный на использовании методов оптимизации, может привести к поиску оптимального плана на множестве, включающем миллионы вариантов. Кроме того, в случае использования на отдельных участках дорогостоящего оборудования, главное внимание сосредоточено на том, чтобы повысить пропускную способность за счет лучшего планирования работы именно этого оборудования.

Теория ограничений, однако, не может применяться для многономенклатурных сборочных линий. Несмотря на то, что сборочная линия может оказаться «узким местом», требуются другие методы, чтобы определить лучшую очередность сборки различных изделий, особенно, если маршруты их сборки сильно отличаются. Для многономенклатурного производства более подходят методы, основанные на статистических испытаниях, поисковые методы или методы математического (в частности, линейного) программирования.

Оценка возможности выполнения

Одной из наиболее удобных для пользователей систем APS является функция возможности выполнения (ATP). Несмотря на то, что ATP часто включалась в системы ERP, точность ее реализации была недостаточна. Концепция ATP является более продвинутой, чем ATP в системах ERP. ATP использует планирование в реальном времени, чтобы немедленно оценивать возможности включения нового заказа в текущий план, а затем на этой основе определить обещаемую дату выпуска. Фирма ProMIRA в своем программном продукте, использует прием под названием «виртуальные запасы» (virtual inventory) в ходе решения задачи CTP. Виртуальными запасами считаются материальные ресурсы, которые должны поступить в будущем от поставщиков. В процессе решения задачи ATP могут также учитываться такие факторы, как предпочтительные заказчики, штрафы за задержку выполнения заказов. В развитых системах такие вычисления, совмещаемые с оптимизацией планов, выполняются в течение секунд в ходе процесса обработки поступающих заказов.

Несмотря на то, что многие признают полезность ATP, их применение наталкивается на сопротивление. Идея, что подразделениям, занимающимся сервисом или работой с заказчиками, придется с целью повышения эффективности активно участвовать в планировании производства, выглядит слишком радикально для большинства производственников. Однако новые технологии ATP прививаются вместе с другими функциями систем APS. Дело в том, что применение систем APS снижает трудоемкость работ по планированию, вызванную неточностью планов. Высвободившееся время можно потратить на решение задачи CTP совместно со службами, работающими с заказчиками.

Оптимизация

Безусловно, многие руководители хотели бы иметь оптимальные планы. Но, прежде чем обсуждать методы оптимизации, полезно определить само понятие оптимизации плана. Для многих управленцев оптимальным является план, который позволяет выполнить все заказы в требуемые сроки. С точки зрения авторов систем APS, оптимизация — это систематическое стремление к улучшению плана или графика с учетом ограничений. Отличия в постановке задачи оптимизации ощущаются, например, когда от требования выполнить заказы в срок совершается переход к нежестким ограничениям, которые могут порождать и целевые функции, например, минимизация запасов или максимизация доходов. В современных системах APS применяется широкий спектр алгоритмов оптимизации.

Наиболее часто встречаются следующие подходы:

• Линейное программирование. Задача оптимизации решается для линейной целевой функции при линейных ограничениях и ограничениях на переменные. Этот алгоритм иногда используется, чтобы найти опорный план.

• Алгоритмы типа случайного поиска. Мощная группа методов, основанная на принципе генерирования, анализа и отбора лучшего варианта плана. При этом лучший текущий план может явиться для следующей итерации базовым, в окрестности которого будет продолжен поиск.

• Алгоритмы, основанные на теории ограничений.

• Эвристические алгоритмы. Развитая группа методов, доступная благодаря мощности современных ЭВМ. Это, как правило, алгоритмы неслучайного поиска, которые заключаются в просмотре переменных в положительном и отрицательном направлении с целью улучшить план. При этом активно используется специфика задачи. Одна из особенностей реализации эвристических алгоритмов: фирмы-производители систем APS часто продают их в виде «черных ящиков», не раскрывая их содержания.

Большинство оптимизационных алгоритмов, возможно, за исключением линейного программирования, сравнивают каждый новый план. В ходе этого сравнения должны оцениваться отличия в таких показателях, как уровень запасов, загрузка оборудования, уровень поставок в сочетании с другими показателями (см. рис. 3).

Для того чтобы выполнить сравнение, планы должны быть сопоставимы. Сопоставление может базироваться на затратах, весовых коэффициентах или натуральных единицах. Используются как абсолютные, так и относительные затраты. В системах можно встретить специальные панели, на которых показаны изменения показателей. Эти панели позволяют плановикам визуально оценивать влияние изменений на план или отдельные показатели.

В линейном программировании оптимальное решение получается на основе специального математического аппарата. Следует отметить, однако, что этот аппарат может применяться только лишь для простейших производственных процессов. Например, если целевая функция состоит в максимизации прибыли, она представляет собой линейную форму, где переменные — прибыль от продажи единиц продукции. Для производства с 1000 видами продукции целевая функция становится слишком громоздкой. Решение задачи для многих заказов с учетом ограничений становится достаточно серьезной проблемой.

В ходе решения задач оптимизации часто сравнению подвергаются тысячи, а то и сотни тысяч вариантов планов. Как правило, в большинстве методов, достигается область, в которой потенциальные возможности улучшения плана невелики и требуемое время на одно и то же улучшение возрастает экспоненциально. В некоторых системах, например, в Red Pepper Software, графически показан процесс оптимизации и предполагается, что на основе этой информации он прекращается вручную. Однако такой подход в определенной степени рискован, так как целевая функция может иметь локальные оптимумы (см. рис. 4).

Для преодоления проблемы, связанной с возможным попаданием в локальные оптимумы, в системы должны закладываться специальные приемы, тесно связанные с природой объекта оптимизации.

Моделирование и поддержка принятия решений

Одно из основных применений систем APS, особенно тех, что ориентированы на планирование верхнего уровня, является поддержка принятия решений. В отличие от ранних MRP-систем в системы APS включены две функциональные возможности – планирование с учетом ограничений на мощности и моделирование.

Как правило, сегодня эти системы используются совместно. Необходимые для APS данные передаются из MRP-систем для того, чтобы выполнить анализ типа «что будет, если», т.е. промоделировать работу предприятия.

Возможности систем APS позволяют сегодня исследовать изменения плановых решений с целью поиска наилучшего решения, базирующегося на доступных материальных ресурсах и мощностях. Результатом такого моделирования является, как правило, скорректированный план (график), который затем передается в систему MRP. Одновременно может формироваться список покупных изделий, материалов, полуфабрикатов. В ходе моделирования может быть исследовано влияние таких факторов, как новые виды продукции или новые заказы.

Развитие средств моделирования шло различными путями. Такие фирмы-производители, как Enterprise Planning Systems и ProMIRA разработали в рамках систем MRP функциональные решения, которые быстро могли выполнить анализ материальных потребностей. Другие, например, Scheduling Technology Corporation (STC) и Numetrix дополнили свои функциональные возможности средствами моделирования в условиях ограничений, что сразу же повысило требования к мощности вычислительных систем.

Сегодняшние возможности компьютеров позволяют прогнать многие варианты планов для сложных производственных структур за минуты. Практически все системы APS обладают возможностями моделирования и они непрерывно совершенствуются. Диапазон возможностей широк – от ведения многочисленных копий планов для пошагового сравнения у Enterprise Planning Systems до возможности анализа затрат для различных планов у Red Pepper. Многие продукты имеют встроенные панели, которые показывают результаты оптимизации и организуют их передачу для имитационного моделирования. Сейчас системы моделирования обеспечиваются мощными и простыми пользовательскими интерфейсами с традиционными функциями и отдельными базами данных.

Потенциал систем APS в области моделирования еще не исчерпан. Сейчас они ориентированы, в основном, на поддержку принятия тактических решений, связанных с появлением новой продукции или новых заказов.

Потенциальные возможности распространяются на решения стратегического характера, такие, как строительство новых заводов, объединение предприятий, поведение рынка. Обучение персонала часто требует средств моделирования именно такого уровня. Безусловно, сфера моделирования стратегических решений достаточно узка, т. к. эти средства предназначены для высшего управленческого звена. Одно из направлений развития средств моделирования в системах APS заключается в обеспечении поддержки принятия решений на всех уровнях управления.

Планирование материальных ресурсов

Несмотря на то, что системы APS ведут свое происхождение от систем MRP, до сих пор ведутся дискуссии относительно того, как должно быть организовано. В то время как большинство производителей включают средства планирования с учетом материальных ресурсов в системы APS, другие проявляют осторожность, оставляя эти функции системам ERP. В системы APS такие фирмы, как Manugistics, Taylor, SynQuest, CSC и Optimax включают только функции выдачи рекомендаций о корректировке дат поставок в материально-техническом снабжении, ранее рассчитанных в модуле MRP. Другие фирмы, такие как i2Technologies, Chesapeake, Fygir, Numetrix, Red Pepper включают планирование материальных потребностей по наиболее важной номенклатуре в их модели. Для производственных систем с несложным составом изделий часто оказывается возможным полностью спланировать материальные потребности на верхнем уровне. Для сложных производственных систем с многоуровневым составом изделий сегодня это невозможно из-за ограничений на вычислительные мощности. Однако, в связи с ростом производительности вычислительных систем эти ограничения в ближайшем будущем будут ослаблены.

Еще одно направление развития систем APS состоит в том, что системы MRP становятся частью систем APS. В системах таких фирм, как Thru Technology, Berclain, ProMIRA, Enterprise Planning Systems, Computer Associates и Pritsker из APS берется фактический спрос, материальные спецификации, маршруты и уровень запасов, а затем выполняются все работы по планированию материальных потребностей. Такой подход приводит, безусловно, к большому обмену данными между APS и ERP. Чтобы минимизировать обмен, модуль MRP в APS становится альтернативным модулю MRP в системе ERP.

Состав ресурсов

Системы, в которых выполняется планирование верхнего уровня с учетом материальных ресурсов и мощностей, выполняют декомпозицию состава продукции с учетом того, как каждая компонента связана с процессом производства, который описывается маршрутами. Поэтому для управления необходимо одновременное поддержание состава изделия (bill of material) и маршрутной технологии ( routins), которые вместе называются составом ресурсов (bill of resources) или составом производства (bill of manufacture). В зависимости от того, как моделируется производственная система, состав ресурсов может представлять собой совокупность одноуровневых элементов для DCE или структуру для конечных изделий. С помощью анализа состава продукции в системах APS синхронизируется производство конечных изделий и компонент.

В ряде систем состав ресурсов используется для того, чтобы преодолеть одну из проблем, связанных с системами MRP. В системах MRP величина производственного цикла статична и основана на оценках. Методология обработки состава ресурсов в системах APS позволяет определить эту величину с учетом фактических ограничений на производственные мощности, которые могут оказывать серьезное влияние на сроки обеспечения материальных потребностей и уровни запасов.