Dobór buforów czasowych oraz ich umiejscowienie w harmonogramie produkcji

Transkrypt

1 Marek Kozik Instytut Automatyki Politechnika Śląska ul. Akademicka 2A 44-1 Gliwice Jolanta Krystek 1 Instytut Automatyki Politechnika Śląska ul. Akademicka 2A 44-1 Gliwice Tomasz Trznadel Instytut Automatyki Politechnika Śląska ul. Akademicka 2A 44-1 Gliwice Dobór buforów czasowych oraz ich umiejscowienie w harmonogramie produkcji 1. WPROWADZENIE Realny harmonogram pracy jest podstawą działania przedsiębiorstwa produkcyjno-usługowego. Dzięki niemu można zaplanować czas dostarczenia produktu i/lub usługi, oszacować koszty, określić potrzebne zasoby, zaplanować zysk. Możliwość szybkiego i rzetelnego harmonogramowania jest również bardzo ważna na etapie ofertowania. Sprawdzenie, jaki jest możliwy termin wykonania zlecenia może uchronić przedsiębiorstwo przed podjęciem się realizacji zlecenia, którego terminowe zakończenie jest trudne lub nawet niemożliwe do zrealizowania. W środowisku produkcyjnym (szczególnie produkcji powtarzalnej) w skutecznie zarządzanym przedsiębiorstwie wykonywane czynności są standaryzowane, materiały wejściowe muszą spełniać określone wymagania, a pracownicy przeszkoleni. Znany jest średni lub dokładny czas wykonywania danej czynności, a dla częściej występujących problemów przygotowane są procedury postępowania. Bardzo dużą rolę odgrywa również wszechobecna automatyzacja i robotyzacja produkcji. Dzięki temu można z dużym prawdopodobieństwem określić czasy wykonywania poszczególnych czynności, a dane te są niezmiernie istotne do prawidłowego ułożenia harmonogramu. Problem pojawia się w sytuacji, kiedy nie można dokładnie określić czasu trwania poszczególnych czynności. W wielu przypadkach zlecenia produkcyjne, szczególnie te dotyczące złożonych zadań, traktowane są jako nowe i niepowtarzalne, a sposób zarządzania nimi jest podobny do przypadku zarządzania projektami [1]. Dużym błędem ze strony osoby odpowiedzialnej za ułożenie harmonogramu jest założenie, że można dokładnie określić czas wszystkich czynności. Przeprowadzono analizę przedsiębiorstwa prowadzącego działalność usługową od 23 r. Przeważającą (podstawową) działalnością firmy jest działalność archiwizacyjna. Przedsiębiorstwo oferuje usługę masowej, cyfrowej archiwizacji dokumentów (digitalizację, ucyfrowienie) metodą skanowania. Usługa ta obejmuje cały kompleks czynności, który rozpoczyna się przyjęciem dokumentacji papierowej (dokumentacji fizycznej) od danego klienta. Następnie dokonuje się jej ręcznej, fizycznej segregacji i przygotowania do masowego skanowania. Powstałe obrazy dokumentów zostają odpowiednio pogrupowane, opisane i zindeksowane za pomocą specjalistycznego oprogramowania. Przygotowana w ten sposób baza danych zostaje zapisana na trwałym nośniku. Zauważono, że w omawianym przedsiębiorstwie pierwotnie ułożony harmonogram nie odzwierciedla rzeczywistego przebiegu produkcji (wykonywania zleconej usługi). W przeważającej liczbie zleceń harmonogram nie był dotrzymywany (opóźnienia dochodziły nawet do 1%). W związku z tym postanowiono przeanalizować cały proces od momentu ofertowania, poprzez przyjęcie zlecenia, ułożenie harmonogramu, realizację kolejnych etapów usługi, do zakończenia zlecenia. W niniejszym artykule skupiono się wyłącznie na obserwacji procesu skanowania. 1 jolanta.krystek@polsl.pl 48 Logistyka 2/215

2 Więcej Częstość 3,24% 52,97% 69,57% 81,3% 86,28% 9,1% 92,83% 94,87% 96,7% 96,93% 97,63% 98,13% 98,42% 98,71% 98,9% 99,14% 99,18% 99,4% 99,52% 99,59% 99,66% 99,71% 99,71% 99,74% 1 Logistyka - nauka 2. ANALIZA PRZEDSIĘBIORSTWA W analizowanym przedsiębiorstwie produkcyjnym przeprowadzono eksperyment polegający na obserwacji czasu skanowania dokumentów pogrupowanych w tzw. operaty. Skanowanie odbywa się na trzech różnych typach skanerów skanerze płaskim (klasyczny skaner z szybą), skanerze szczelinowym (szybki skaner z podajnikiem o dużo większej wydajności aniżeli skaner płaski) oraz skanerze wielkoformatowym (charakteryzującym się bardzo długim czasem skanowania). Z otrzymanych danych sporządzono wykresy histogramy, które przedstawiają częstość wystąpienia (powtarzania) określonego czasu skanowania. Histogramy dla skanowania szczelinowego ( skanów w 417 partiach) (rys. 1) oraz płaskiego (37726 skanów w 1282 partiach) (rys. 2) mogą służyć za źródło danych statystycznych, natomiast ze względu na niewielką liczebność próby dla skanowania wielkoformatowego (345 skanów w 29 partiach) (rys. 3) wiarygodność wniosków wyciągniętych na jej podstawie jest obniżona. Dane o czasie skanowania pochodzą z systemu informatycznego przedsiębiorstwa, z raportów stanowiskowych pracowników. Czasy trwania poszczególnych skanowań są wartościami uśrednionymi (stosunek czasu trwania do liczby zeskanowanych dokumentów danego typu skanowanych jeden po drugim w ramach operatu). Dodatkowo, czasy trwania skanowania zaokrąglono w górę do 2 sekund dla skanowania szczelinowego, do 5 sekund dla skanowania płaskiego, natomiast do 1 sekund dla czasów skanowania wielkoformatowego (ze względu na niewielką liczbę próbek oraz dłuższy czas skanowania jednego dokumentu). W dalszych rozważaniach przyjęto, że w procesie skanowania dokumentów, czas skanowania jest zmienną losową. Na ten czas wpływają następujące czynniki: jakość skanowanych dokumentów, czas potrzebny na przygotowanie dokumentów, doświadczenie i sprawność manualna operatorów, drobne awarie i zacięcia urządzeń, wielkość skanowanej partii oraz szeroko pojęty czynnik ludzki. Skanowanie szczelinowe Częstość Łączna wartość % Czas skanowania (sekunda) Rys. 1. Histogram dla skanowania szczelinowego Logistyka 2/215 49

3 Więcej Częstość 13,33% 13,33% 16,67% 16,67% 16,67% ,67% 5 63,33% ,33% 8 83,33% 86,67% 96,67% 96,67% 96,67% Więcej Częstość 4,91% 9,13% 19,27% 39,8% 59,59% 73,32% 81,36% 86,66% 91,58% 94,15% 96,1% 97,27% 97,66% 97,82% 98,44% 98,75% 98,83% 99,6% 99,22% 99,3% 99,38% 99,69% 99,69% 99,69% 99,77% 1 Logistyka - nauka Częstość Łączna wartość % Czas skanowania (sekunda) Rys. 2. Histogram dla skanowania płaskiego 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1,5 Skanowanie wielkoformatowe Częstość Łączna wartość % Czas skanowania (sekunda) Rys. 3. Histogram dla skanowania wielkoformatowego 3. PROPONOWANE ROZWIĄZANIA W związku z tym, że czasy skanowania są zmiennymi losowymi, zaleca się wykorzystanie metody, która uwzględnia niedeterministyczny czas trwania zadań w harmonogramie. Proponuje się zastosowanie metody znanej z łańcucha krytycznego, której autorem jest E. Goldratt. Metoda ta stosowana w harmonogramowaniu projektów pokazuje jak radzić sobie z opóźnieniami w projekcie, które głównie powodowane są przez czynnik ludzi. Wymieniane są takie czynniki jak [2]: syndrom studenta klasyczne dla studentów odkładanie spraw na ostatni możliwy termin, 41 Logistyka 2/215

4 prawo Parkinsona wyznaczając dla zasobu ludzkiego czas pracy dla określonego zadania niemal pewne jest, że nie ukończy on wykonywania zadania przed tym czasem, przeszacowanie i niedoszacowanie czasu trwania zadania, syndrom programisty polega na nieustającym dopracowywaniu stworzonych aplikacji komputerowych i modyfikacji ich kodu źródłowego, niekoniecznym ze względu założeń projektowych i korzyści ekonomicznych, wielozadaniowość przy założeniu wykonywania kolejnych trzech zadań A, B, C, gdzie każde z nich trwa 5 dni, zostaną one odpowiednio ukończone w 5, 1 i 15 dniu. Gdy zasób zacznie wykonywać je w sposób wielozadaniowy (po części z każdego zadania każdego dnia) może okazać się, że wszystkie zadania zostaną ukończone jednego ostatniego dnia, wybieranie nieodpowiednich kooperantów i dostawców materiałów niezbędnych do realizacji projektu, ograniczone zasoby bardzo często, ze względu na oszczędności lub fizyczny brak zasobów nie jest możliwe optymalne przydzielenie zadań do zasobów. Łańcuch krytyczny jest to zbiór zadań, który prowadzi do najdłuższej ścieżki finalizującej projekt po bilansowaniu zasobów. Łańcuch krytyczny określa przewidywany termin zakończenia projektu. Zasoby wymagane przez zadania łańcucha krytycznego są określane jako "krytyczne" [3]. Projekt podczas realizacji jest obarczony znaczną niepewnością, co może prowadzić do licznych przerw w harmonogramie. Niepewność ta wynika z wielu możliwych źródeł: działania mogą trwać krócej lub dłużej niż pierwotnie zakładano, zasoby mogą stać się niedostępne, zaopatrzenia materiałowe mogą przybyć z opóźnieniem, ustalone czasy i terminy mogą zostać zmodyfikowane, niektóre zadania mogą zostać odwołana, inne mogą zostać dodane ze względu na zmiany w zakresie projektu [4]. Zabezpieczenie przed niedotrzymaniem czasu trwania zadań będących w łańcuchu krytycznym, który został skrócony z powodu agresywnego oszacowania jego czasu trwania (np. %), umieszczane jest na końcu łańcucha krytycznego jako bufor projektu (ang. project buffer). Wspomniany bufor projektu powinien zabezpieczać czas realizacji projektu, jaki został ustalony np. z klientem. Bufory zasilające (ang. feeding buffers) umieszczane są w miejscach, w których zadania z łańcucha niekrytycznego dołączają do łańcucha krytycznego. Ich zadaniem jest zabezpieczenie łańcucha krytycznego przed zakłóceniami pochodzących od zadań spoza tego łańcucha. W badanym przedsiębiorstwie, w związku z tym, że czas skanowania jest zmienną losową, przyjęto w harmonogramie czasy, dla których dane historyczne wskazały, że przynajmniej % wszystkich skanowań danego typu zostało zakończone przed zakładanym czasem (przyjęto przedział, dla którego łączna wartość procentowa wynosi przynajmniej %). Dodatkowo harmonogram został zabezpieczony poprzez bufory, które powstały z różnicy pomiędzy czasem, dla którego dane historyczne wskazują, że 8% wszystkich skanów (t 8 ) danego typu zostało wykonanych w zadanym lub krótszym czasie a czasem, dla którego % wszystkich skanów (t ) danego typu zostało wykonanych w tym lub krótszym czasie. Tabela. 1. Czasy trwania skanowań w zależności od typu zastosowanego skanera Typ zadania Skanowanie szczelinowe Skanowanie wielkoformatowe Czas skanowania dla t Czas skanowania dla t Logistyka 2/

5 W harmonogramie przedstawionym na rysunku 4, za czasy trwania zadań, przyjęto czasy, dla których według danych historycznych zostało wykonane 8% skanów. Dodatkowo przyjęto założenie o nieograniczoności zasobów. Skanowanie szczelinowe Czas 12 x 8 sek. = 16 min. Przyjęcie dokumentów Rozszycie dokumentów Czas 6 x 35 sek. = 35 min. Zszycie dokumentów Oddanie dokumentów Skanowanie wielkoformatowe Zasób C Czas 1 x 1 sek. = 25 min. Rys. 4. Harmonogram wg ścieżki krytycznej (zadania ścieżki krytycznej zostały wyróżnione czerwoną obwódką) W harmonogramie przedstawionym na rysunku 5 za czasy trwania zadań przyjęto czasy, dla których, w oparciu o danych historyczne, szansa ich realizacji w tym lub krótszym terminie wynosi %. Do harmonogramu dołożone zostały bufory, których celem jest zapewnienie terminu realizacji projektu dla czasu 8%. Dodatkowo wprowadzono ograniczenia dostępności zasobów. Skan. szczelinowe Czas 12 x 4 sek. Przyjęcie dokumentów Rozszycie dokumentów Czas 6 x 25 sek. = 25 min. Zszycie dokumentów Oddanie dokumentów Bufor projektu (zlecenia) Skanowanie wielkoformatowe Zasób C Czas 1 x 9 sek. = 15 min. Bufor zasilający Rys. 5. Harmonogram wg łańcucha krytycznego (zadania łańcucha krytycznego zostały wyróżnione czerwoną obwódką) 4. WNIOSKI W analizowanym problemie wydaje się, że oszacowanie czasu trwania zadania nie stanowi problemu (są to czynności powtarzalne), a mino posiadania dokładnych wartości czasu trwania skanowań, danych o spóźnieniach, brakach i reklamacjach, produkcja nie jest poprawnie harmonogramowania. Ze względu na występujące w produkcji zakłócenia (ryzyko) w postaci: różne typy dokumentów (wiążące się z tym różne typy czynności), różny stan dokumentów, różne formaty dokumentów (A, A1, A2, A3, A4, nietypowe), zszywanie, rozszywanie, bindowanie, introligacja, różne tempo (produktywność) skanowania tego samego dokumentu przez różnych pracowników, należy uwzględnić błędy i reklamacje, brak wiedzy o dokładnej liczbie stron i typów dokumentów do skanowania przed rozpoczęciem skanowania, nowe zlecenia, które wpływają na obecny harmonogram, rotacja pracowników, planowana i nieplanowana absencja pracowników, 412 Logistyka 2/215

6 awarie i przeglądy urządzeń, proponuje się budowę harmonogramu, który w zależności od parametru będzie minimalizował lub maksymalizował wybrany wskaźnik jakości. Może to być przykładowo: minimalizacja spóźnienia, minimalizacja kary umownej, maksymalizacja zysku. W osiągnięciu założonego celu pomocna może okazać się metoda łańcucha krytycznego, która pokazuje jak radzić sobie z zadaniami, których rzeczywisty czas trwania jest trudny do oszacowania. Praca finansowana ze środków przewidzianych na BK-265/RAu1/214/t.9. Streszczenie Artykuł dotyczy zasad doboru buforów czasowych wraz z ich umiejscowieniem w harmonogramie produkcji. Autorzy proponują wykorzystanie metody, która uwzględnia niedeterministyczny czas trwania zadań w harmonogramie, zgodnie z teorią łańcucha krytycznego. Słowa kluczowe: łańcuch krytyczny, harmonogramowanie produkcji, bufor projektu Selection of time buffers and their location in production schedule Abstract Article concerns the principles of selection time buffers along with their position in the production schedule. The authors propose the use of a method that takes into account the non-deterministic duration of the tasks in the schedule, according to the theory of critical chain. Keywords: critical chain, production scheduling, project buffer LITERATURA [1] Marcińczuk B., Skołud B.: Harmonogramowanie z ograniczeniami projektów współbieżnych. XV Konferencja IZIP (mat. konferencyjne), Zakopane 212. [2] Goldratt E.: Łańcuch krytyczny. Werbel, Warszawa, 2. [3] Raz T., Barnes R., Dvir D. A Critical Look at Critical Chain Project Management. Project Management Journal, Vol. 34, No. 4, 23, s [4] Herrolelen W., Leus R.: Robust and reactive project scheduling: a review and classification of procedures. International Journal of Production Research, vol. 42, no. 8 (Apr.), s Logistyka 2/