Оперативное планирование производства: как замкнуть план и факт

Обычная неделя на заводе. В понедельник планировщик собрал недельный план в Excel-книге, и цеха взяли его в работу. Во вторник пришёл срочный заказ. В среду встала линия, и за несколько часов очередь работ в цехе стала другой. Мастера переставили работы по-своему, чтобы люди и оборудование не стояли.

А в книге всё ещё понедельничный план. Планировщик правит его вручную и рассылает новую версию, но к этому времени в цехе всё поменялось ещё раз. Руководитель узнаёт, что отгрузка под угрозой, когда вмешиваться уже поздно.

В такую неделю план должен успевать за цехом. Этим и занимается оперативное планирование производства.

Мы построили систему для завода, где недельный план вели в Excel, а факт с линий шёл через бумажные журналы. К началу каждого дня или смены эта система пересчитывает невыполненную часть плана по факту.

Ниже разбираем, почему план расходится с цехом и как устроить цикл, где план, факт и прогноз не смешиваются.

Почему ломается план

По нашему опыту, зачастую дело не в алгоритме расчёта. Причин несколько, и для каждой есть понятный шаг:

Из этих шагов получается замкнутый цикл. Так он устроен в системе, которую мы построили для завода: план считают на неделю, а перед сменой пересчитывают остаток, и новый вариант снова проверяет планировщик.

Где недельный план расходится с цехом

У каждой из четырёх причин свой признак в цехе:

Правила знает только планировщик

Что происходит. Качество плана зависит от опыта одного человека. На заводе, для которого мы построили систему, записанные правила планирования умещались в несколько предложений. Остальное планировщик знал по опыту. Чтобы алгоритм планировал так же, неписаные правила планировщика приходится вынимать из головы и повторять в расчёте.

Как выглядит в цехе. Недельный план планировщик вёл в Excel. В нём же работали и остальные отделы, и всего на заводе было около 30 таких файлов. Часть правил пряталась в связках внутри Excel-книг. Такое планирование производства в Excel трудно проверить: чтобы найти правило, нужно знать, в какой книге и в какой формуле его искать.

Что меняет система. Правила записаны. Мы собрали их из встреч, таблиц и записи работы планировщика, и получились десятки правил. У каждого правила в системе есть источник в записях встреч и отметка, подтверждено оно или пока остаётся предположением.

Записанные правила нужны ещё и затем, чтобы люди доверяли расчёту. В нашей практике люди на заводе не очень доверяют тому, что алгоритм справится с их работой. Поэтому план должен быть объяснимым, а последнее слово остаётся за человеком.

Похожую историю описали авторы опубликованного исследования о внедрении APS (Advanced Planning and Scheduling, системы расширенного планирования) на производственном предприятии. Плану системы там не доверяли: приоритет заказам назначали в обход неё, а расписание постоянно переопределяли вручную. В итоге систему убрали (Eriksson, Carlsson, Olsson, 2022).

Оптимизируют одно узкое место вместо потока

Что происходит. Нам встречались попытки оптимизировать только узкое место, то есть экономить переналадки на самом загруженном участке. Так можно оставить без заготовок следующие линии. Сэкономленные переналадки видно сразу, а следующие участки встают позже, когда до них не доходит полуфабрикат.

Как выглядит в цехе. Однажды на заводе в выходные следующий участок потерял четыре смены, потому что предыдущий не успел дать ему полуфабрикат.

Что меняет система. Мы задали расчёту порядок целей, в котором нижняя цель не перевешивает верхнюю:

1. План выполним технологически.
2. Недельная потребность закрыта к сроку.
3. Следующие участки не остаются без полуфабриката.
4. Меньше переналадок и простоя на узком месте, объявленный цехам план не дёргается, лишний задел не копится.

Отметка в журнале не равна факту

Что происходит. Участок отметил партию как переданную, следующий участок её ещё не принял, а расчёт уже ставит туда работу без полуфабриката. На заводе факт с линий шёл через бумажные журналы, сменные задания и таблицы диспетчеров.

Как выглядит в цехе. Цифры с участков собирают и переписывают вручную. Отчёт план-факт производства появляется только после того, как кто-то сведёт эти цифры. Планировщик пересчитывает план по данным, которые уже устарели.

В исследовании о том, как планировщики перестраивают расписание, авторы отметили: у планировщиков много времени уходило на то, чтобы сообщать о новых заказах и поломках и договариваться о новом расписании (de Snoo и соавторы, 2011).

Что меняет система. Для нас отметка «передано» ещё не значит «получено». Запись в журнале тоже пока не подтверждённый факт.

Факт вносят один раз там, где он возник, и он сразу доходит до планирования, логистики и руководства. В такой системе планировщику не нужно ждать, пока цифры перепишут и сведут в таблицу.

До того как мы построили систему, на заводе было так (процент — по оценке сотрудника завода).

SCADA видит остановку, но не заказ

Что происходит. Сигнал от линии приходит без производственного смысла. Видно, что линия стоит, но не видно, каких заказов касается остановка. На заводе так было со SCADA, системой сбора сигналов с оборудования. Она показывала, работает линия или стоит, но не знала, какой заказ идёт на линии и почему линия встала.

Как выглядит в цехе. На заводе соседние участки узнавали об остановке линии не сразу.

Что меняет система. В нашей системе сигнал линии виден рядом с заказом и операцией на ней, а причину простоя вносит сотрудник. Остановку сразу видят на своих экранах все, кто связан с участком. Состояния оборудования система читает из существующей SCADA.

Как система пересчитывает план перед сменой

Система оперативного планирования производства, которую мы построили для завода, считает план на неделю. К началу дня или смены она берёт его невыполненную часть и пересчитывает по факту. Так смена начинает работу с заданиями, в которых уже учтено сделанное.

Чтобы пересчёт помогал цеху, мы строим такие системы на четырёх принципах:

• план, факт и прогноз не смешиваются;
• опубликованное расписание отделено от расчётного варианта;
• перемещение завершается не отправкой, а подтверждённой приёмкой;
• оптимизируется весь производственный поток, а не загрузка отдельного станка.

План, факт и прогноз. Пересчёт касается только того, что ещё не сделано. Начатая работа остаётся на месте, а в новый расчёт уходит остаток. На недельной шкале прошлые дни показаны по факту, а будущие по плану. Поэтому планировщик не путает сделанную работу с той, которую только собираются сделать. Если смешать их, пересчёт перенесёт и ту работу, которая уже идёт на линии, и мастеру придётся выяснять, что из задания ещё в силе.

Опубликованное и расчётное. Новый расчёт не уходит в цех сам. Планировщик видит, что в новом варианте изменилось по сравнению с действующим планом, правит этот вариант и публикует. Только после этого мастера и операторы получают задания. Вариант, который планировщик ещё не проверил, до них не доходит.

Так выглядит пересчёт на примере из системы завода: из 100 изделий сделано 40, в новый расчёт уходят 60, и в цех попадает только план, который проверил и опубликовал планировщик.

Приёмка. Перемещение партии не завершено, пока её не принял следующий участок: только тогда планировщик знает, с чем этот участок начнёт смену. В системе завода водитель погрузчика отмечает в приложении «Забрал, везу» и «Довёз и выгрузил», а мастер сразу видит, сколько доставлено и сколько ещё у отправителя.

Весь поток. Расчёт учитывает все участки сразу. Он не экономит переналадки на одном участке, если из-за этого следующие останутся без полуфабриката.

Расчёт не решает за человека, какое из спорных правил верно. На заводе утвердили ещё не все нормы и допуски, и предположение нельзя превращать в обязательное правило. Поэтому система держит подтверждённые правила отдельно от предположений. План, в котором учтены предположения, она помечает для ручной проверки, и без человека такой план в цех не уходит.

С таким циклом та же неделя проходит иначе. Во вторник срочный заказ попадает в расчёт вместе с остатком недели. Планировщик видит, какие работы сдвинулись, правит вариант и публикует его. В среду встаёт линия, и остановку сразу видят все, кто связан с участком. Сотрудник вносит причину простоя, а модуль планирования пересчитывает остаток, чтобы соседние участки не простаивали в ожидании. Руководитель видит отклонение раньше, чем оно станет сорванной отгрузкой.

Оборудованием и учётом такая система не управляет. Сигналы она читает из существующей SCADA, а 1С остаётся контуром регламентированного учёта.

Кто что видит в системе

Оператор на рабочем месте, мастер, оператор отдела технического контроля (ОТК), планировщик, логистика и руководитель видят одни и те же данные. Срез у каждого свой и зависит от его зоны ответственности.

Выпуск не нужно переписывать из журнала в таблицы: его отмечают прямо на рабочем месте.

В системе завода руководитель видит план-факт и экран рисков. Там видно, где сейчас заказ, сколько по нему сделано и сколько времени ему примерно осталось на текущей линии.

Рабочие места для цехов мы делали и в другом проекте, там информация стала поступать в цеха в 15 раз быстрее.

Чем считают расписание

Главный результат расчёта — объяснимое решение с понятными последствиями для следующих участков. Диаграмма Ганта только показывает такое решение на экране.

Когда правила записаны и факт приходит с рабочих мест, для автоматизации планирования производства остаётся выбрать инструменты. В системе завода мы разделили задачи так:

Расписание считает оптимизатор Timefold с учётом ограничений и критериев. Ограничения нарушать нельзя: план должен быть выполним технологически. А по критериям расчёт ищет вариант получше, например с меньшим числом переналадок и меньшим простоем на узком месте.

Правила допуска, совместимости и переналадки мы записали таблицами решений. У таблиц есть версия и проверочные примеры. Такое правило можно прочитать как обычную таблицу и изменить, а алгоритм переписывать не придётся. Когда на заводе утвердят новую норму, её можно будет поменять в таблице, и следующий расчёт её учтёт.

Рост совокупного выпуска — целевой эффект системы, его ещё не измеряли. Система записывает каждую операцию, простой и переналадку, и по этим данным завод посчитает, как изменился выпуск.

По стандарту ISA-95 учёт, управление цехом и управление оборудованием находятся на разных уровнях. Поэтому у учётной системы, системы управления цехом и автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУ ТП) разная ответственность.

Мы строим системы над 1С и ERP (системами планирования ресурсов предприятия) и не заменяем их. Источником мастер-данных остаётся ERP. Как устроены отдельные классы систем, можно посмотреть в статьях что такое MES и что такое APS.

С чего начинать

Первые шаги можно сделать до того, как выбирать систему оперативного планирования производства.

1. Поговорите с людьми. Узнайте, как планировщик, мастера, технологи и сотрудники участков работают сейчас: в каких системах или без них. На заводе мы провели 20 встреч — около 25 часов записей. Из расшифровок выделили около 1400 тезисов, и у каждого есть ссылка на место в записи. Записывайте разговоры: к спорному правилу потом придётся вернуться и проверить, кто и что о нём сказал.
2. Разберите Excel-книги. Дойдите до формул и до того, что пользователь делает руками. Так вы найдёте правила, которые записаны только в формулах. Мы разобрали рабочие книги завода именно так: для каждого элемента нашли место в новой системе или записали открытый вопрос.
3. Отделите подтверждённое от предположений. Отметьте у каждого правила источник и то, подтверждено оно или пока остаётся предположением. Так станет видно, какие правила можно сразу отдать расчёту, а какие сначала нужно проверить.
4. Начните с ежедневной картины производства. Мы считаем, что на первом этапе важнее оцифровать процессы и каждый день понимать состояние производства, чем обещать оптимизацию в процентах. Когда руководитель каждый день видит, где какой заказ и что мешает линиям, разговор об оптимизации идёт уже на цифрах самого завода.

Готовую систему проверяйте сквозным сценарием: партия проходит путь от начала операции до приёмки на следующем участке. По количеству экранов о системе мало что понятно. Систему для завода мы проверяли именно так: прогнали сквозной сценарий через шесть рабочих мест и мастера.

Такая проверка покажет, успеет ли план за цехом в неделю со срочным заказом и остановкой линии.