4. KRÓTKOOKRESOWE PLANOWANIE PRODUKCJI 4.1. Istota i zadania planowania krótkookresowego Krótkookresowe planowanie produkcji (ang. Short Term Planning) realizowane jest w trakcie bieżącego funkcjonowania systemu produkcyjnego. Z uwagi na charakter planowania w praktyce używa się często jego zamiennych określeń, jak: planowanie wykonawcze, bieżące, operatywne bądź ogólnie harmonogramowanie. Celem krótkookresowego planowania produkcji jest bieżące opracowywanie wykonawczych planów (harmonogramów): realizacji wyrobów gotowych (harmonogramy produkcji), realizacji składników (plany potrzeb materiałowych na surowce oraz komponenty kupowane i wytwarzane w przedsiębiorstwie), z uwzględnieniem strategii planowania ustalonej na poziomie planowania średniookresowego. W tym zakresie, podobnie jak hierarchicznie wyższy plan produkcji, również bieżąco ustalane plany (harmonogramy) produkcji powinny spełniać postulaty: skuteczności zaspokajanie potrzeb rynkowych w realizacji bieżącej sprzedaży (asortyment, ilość, termin dostawy), realności zbilansowanie z dostępnością zasobów materiałowych (zapasów) i zdolności produkcyjnej, efektywności minimalizacja kosztów drogą racjonalnego wykorzystania zasobów. Rezultatem planowania wykonawczego jest określenie zadań planistycznych dla poszczególnych komórek przedsiębiorstwa (produkcji i zaopatrzenia), udzielających odpowiedzi na pytania: co, ile i na kiedy produkować? (wyroby gotowe, elementy serwisowe), co, ile i kiedy wytwarzać? (elementy wytwarzane w przedsiębiorstwie), co, ile i kiedy kupować? (elementy sprowadzane z zewnątrz). Czyli ustalenie ilościowo-czasowych parametrów przepływów materiałowych w ramach realizowanych procesów produkcyjnych. 1
4.2. Parametry i normatywy planowania krótkookresowego Opracowanie planów krótkookresowych wymaga dysponowania przez planistów określonymi wielkościami planistycznymi nazywanymi normatywami planowania, określającymi zadania planistyczne w przekroju ilościowym i czasowym. Do podstawowych normatywów planowania zalicza się: wielkość serii i partii, cykl produkcji i zaopatrzenia oraz zapasy. Przepływ materiałów przez system wytwórczy przedsiębiorstwa w uproszczonym ujęciu zobrazowano na rys. 4-1. Rys. 4-1. Przepływ materiałów w relacji: dostawcy produkcja odbiorcy Parametrami określającymi przepływ materiałowy w przedsiębiorstwie są: parametr ilościowy (wielkość przepływu), obrazujący w przełożeniu na wymiar pieniężny wielkość zamrożonego kapitału obrotowego w zapasach materiałowych, parametr czasowy (szybkość przepływu), obrazujący w przełożeniu na wymiar pieniężny czas zamrożenia kapitału obrotowego w zapasach materiałowych. Normatywami planowania decydującymi o parametrze ilościowym przepływu są wielkości serii i partii [8, s. 41]. Seria produkcyjna (Batch Size) stanowi liczbę jednakowych wyrobów jednorazowo wspólnie wytwarzanych i rozliczanych. Partia (Lot Size) stanowi liczbę jednakowych elementów wyrobów wspólnie realizowanych i rozliczanych. Partia może przyjmować dwie postacie: partia produkcyjna liczba jednakowych elementów wyrobów finalnych jednorazowo wspólnie produkowanych, partia zakupu liczba jednakowych elementów wyrobów finalnych jednorazowo wspólnie kupowanych. Z kolei normatywami planowania decydującymi o parametrze czasowym przepływu są czasy realizacji zamówień i zleceń [76, s.165]. 2
Czas realizacji zamówienia (Delivery Time) dotyczy relacji zewnętrznych z odbiorcą i jest okresem czasu między złożeniem przez klienta zamówienia, a otrzymaniem przez niego gotowych produktów (inaczej nazywany czasem dostawy). Czas realizacji zlecenia (Lead Time) dotyczy z kolei relacji wewnętrznych przedsiębiorstwa (zadań planistycznych) i jest okresem czasu między rozpoczęciem a zakończeniem realizacji zlecenia na wykonanie serii lub partii. Z uwagi na wcześniejsze wyróżnienie dwóch rodzajów partii, czas realizacji zlecenia przyjmuje również dwie postacie: cykl produkcji okres czasu od rozpoczęcia do zakończenia realizacji serii lub partii produkcyjnej (czas realizacji zleceń wewnętrznych), cykl zaopatrzenia (czas dostawy) okres czasu od złożenia zamówienia w dziale zaopatrzenia do przyjęcia dostawy partii kupowanej (czas realizacji zamówień zewnętrznych). Istotny wpływ na długość czasu realizacji zamówień klientów ma, omówione wcześniej, środowisko produkcyjne w jakim przedsiębiorstwo funkcjonuje. Istotę jego oddziaływania na szybkość dostaw, z zaznaczeniem relacji między czasem dostawy a czasem realizacji produkcji i zaopatrzenia, przedstawiono na rys. 4-2. Rys. 4-2. Środowisko produkcyjne a czas dostawy i czas realizacji zleceń. Jak widać z rysunku, pomimo często długiego czasu realizacji fazy zaopatrzenia materiałowego (realizacja zleceń zakupu) oraz produkcji (realizacja zleceń produkcyjnych), długość czasu realizacji zamówień klientów (czasu dostawy) jest istotnie zróżnicowana 3
w zależności od środowiska produkcyjnego. Najkrótszym czasem dostaw charakteryzuje się środowisko produkcja na magazyn PNM, najdłuższym konstrukcja na zamówienie KNZ obejmująca, oprócz omówionych faz zaopatrzenia i produkcji, dodatkową fazę projektowania produktu. Scharakteryzowane i przedstawione na rys. 4-3 normatywy planowania wykonawczego: wielkość serii i partii oraz długość cyklu produkcyjnego i zaopatrzenia, kształtujące ilościowo-czasowe parametry przepływów materiałowych, obrazują ilość i czas ich przebywania w przedsiębiorstwie. Wielkości te są ze sobą ściśle skorelowane, wpływając na trzeci podstawowy normatyw planowania wielkość zapasów 1. Rys. 4-3. Ilościowo-czasowe normatywy planowania produkcji 4.3. Procedury planowania krótkookresowego Opracowanie krótkookresowych planów (harmonogramów) produkcji wymaga realizacji trzech procedur (rys. 4-4). Procedury te realizowane są na każdym poziomie planowania wykonawczego z różną dokładnością wynikającą z ustalonych dla danego poziomu parametrów planowania w przekroju przedmiotowym, podmiotowym i czasowym. Rys. 4-4. Procedury planowania krótkookresowego 1 Szerszy opis tych związków w temacie 5 4
Planowanie zadań (zleceń) Planowanie zadań stanowi nadrzędną wyjściową procedurę planowania, a jej rezultatem jest ustalenie planowanych do realizacji zadań (zleceń) w przekroju przedmiotowym (co i ile?). Proces przekształcania potrzeb klientów w zadania dla wewnętrznych komórek przedsiębiorstwa zilustrowano na rys. 4-5. Rys. 4-5. Przekształcanie potrzeb rynku w zadania wewnętrzne przedsiębiorstwa Punktem wyjścia w realizacji procesu przedstawionego na rysunku są potrzeby rynku reprezentowane przez prognozy popytu i zamówienia odbiorców. Zamówienie stanowi formalny dokument specyfikujący potrzeby klienta (asortyment, ilość, termin dostawy i in.). Dla zaspokojenia tych potrzeb tworzone są w przedsiębiorstwie pozycje planu, na które wystawiane są zlecenia produkcyjne i zakupu. Zlecenie produkcyjne dotyczące wyrobów jest dokumentem określającym parametry produkcji serii wyrobów (asortyment, ilość, termin realizacji i in.) i stanowi pozycję planu (harmonogramu) produkcji wyrobów adresowaną do montażu końcowego. Między omawianymi zleceniami a zamówieniami mogą wystąpić następujące relacje: zamówienie odpowiada ściśle wystawianemu zleceniu relacja występująca najczęściej w przypadku zamówień na wyroby indywidualne wytwarzane jednostkowo. zamówienie może tworzyć wiele zleceń (pozycji planu) relacja występująca w przypadku zamówień na różne asortymenty lub na ten sam wyrób z różnymi terminami dostaw (dotycząca najczęściej zamówień długookresowych), produkcja objęta jednym zleceniem może zaspokajać potrzeby wielu zamówień relacja występująca najczęściej w przypadku wielu zamówień na te same wyroby z jednakowymi lub zbliżonymi terminami dostaw. 5
W dalszej kolejności w oparciu o ustalony plan produkcji wyrobów tworzone są pozycje planu potrzeb materiałowych, na które wystawiane są zlecenia na produkcję i zakupy elementów składowych wyrobu. Zlecenie na produkcję tych elementów jest dokumentem określającym parametry produkcji partii elementów (asortyment, ilość, terminy rozpoczęcia i zakończenia produkcji i in.), natomiast zlecenie zakupu dokumentem określającym parametry zakupu partii elementów (asortyment, ilość, terminy zamawiania i dostawy i in.). Ustalone zlecenia zakupu dział zaopatrzenia przekształca następnie w zamówienia do dostawców, stając się dla nich klientem (odbiorcą) w zewnętrznym łańcuchu dostaw. Planowanie w czasie (terminowanie) Planowanie w czasie (terminowanie) stanowi drugą procedurę planowania wykonawczego, a jej rezultatem jest określenie terminów (okresów planowania) realizacji ustalonych zleceń w kategoriach: terminy zakończenia (spływu) produkcji serii wyrobów, terminy rozpoczęcia i zakończenia realizacji partii elementów kupowanych i produkowanych. Problematykę terminowania zadań (zleceń) w ujęciu ogólnym przedstawiono na rys. 4-6. Rys. 4-6. Planowanie w czasie (terminowanie) zleceń w horyzoncie planowania W analizowanym na rysunku sześciotygodniowym horyzoncie planowania przyjęto: dwutygodniowy normatywny czas realizacji planowanego zlecenia (cykl produkcji), tydzień 2, jako najwcześniejszy możliwy termin rozpoczęcia realizacji zlecenia, tydzień 6, jako najpóźniejszy dopuszczalny termin zakończenia realizacji zlecenia. Najwcześniejszy możliwy termin rozpoczęcia uwarunkowany jest dostępnością wolnej zdolności produkcyjnej. Natomiast najpóźniejszy termin zakończenia jest określony poprzez wymagany termin dostawy. Między tymi terminami istnieje względna swoboda lokowania 6
planowanego zlecenia w czasie. W tym zakresie wyróżnia się dwa przeciwstawne rodzaje (sposoby) terminowania: terminowanie w przód i wstecz. Terminowanie w przód (Forward Scheduling) zgodne z kierunkiem czasu i procesu produkcyjnego, polega na umieszczaniu realizacji zlecenia w czasie począwszy od najwcześniejszego możliwego terminu rozpoczęcia (co przedstawiono na rys. 4-7). Rys. 4-7. Ilustracja terminowania w przód Zaletą terminowania w przód jest zwiększona pewność wykonania zadań w pożądanych terminach końcowych, uzyskiwana przez tworzenie buforów (rezerw) czasowych w przykładzie rezerwa trzech tygodni. Negatywnym skutkiem jest zbyt wczesne angażowanie środków obrotowych oraz wydłużanie cyklu produkcji wyrobów. Terminowanie wstecz (Backward Scheduling) przeciwne do kierunku czasu i procesu produkcyjnego, polega na umieszczaniu realizacji zlecenia w czasie począwszy od najpóźniejszego dopuszczalnego terminu zakończenia (co przedstawiono na rys. 4-8). Rys. 4-8. Ilustracja terminowania wstecz 7
Pozytywnymi skutkami terminowania wstecz są: racjonalne (krótkookresowe) angażowanie środków obrotowych oraz krótkie cykle produkcyjne wyrobów. Podstawową wadą jest natomiast zwiększone ryzyko nieterminowego wykonania zadań w przypadku wystąpienia zakłóceń w realizacji produkcji (brak rezerw czasowych). W praktyce korzysta się zwykle z obydwu przedstawionych przeciwstawnych sposobów terminowania jak i z rozwiązań pośrednich. Rozwiązanie optymalne stanowi najczęściej pewien kompromis uwarunkowany różnymi czynnikami, jak np. dostępność zasobów zdolności produkcyjnej, terminowe potrzeby odbiorców i in. Planowanie obciążeń (bilansowanie) Po ustaleniu wielkości i terminów realizacji zleceń produkcyjnych należy sprawdzić realność ich wykonania, a w przypadku wystąpienia niezgodności podjęcie działań regulacyjnych. Realizowane jest to w trzeciej procedurze planowania wykonawczego planowania obciążeń (bilansowania). Celem procedury jest zbilansowanie pracochłonności zleceń z dostępną zdolnością produkcyjną w poszczególnych okresach planowania, czyli spełnienie poznanego już wcześniej (por. temat 3) warunku wystarczającego realizacji planu. Procedura bilansowania realizowana jest zwykle iteracyjnie z procedurą terminowania w układzie sprzężenia zwrotnego. Ustalane terminy zleceń determinują obciążenie wolnej zdolności produkcyjnej w określonych okresach planowania. Obciążenie zdolności determinuje z kolei realność ustalanych terminów i ewentualną konieczność ich korekty. Problematykę bilansowania obciążeń w ujęciu ogólnym przedstawiono na rys. 4-9. Rys. 4-9. Obciążenie zdolności produkcyjnej pracochłonnością planowanego zlecenia 8
W analizowanym na rysunku przypadku przyjęto: pracochłonności planowanego zlecenia w okresie planowania odpowiada wysokość symbolizującego ją prostokąta, dwutygodniowy normatywny czas realizacji planowanego zlecenia (cykl produkcji), poziom nominalnej zdolności produkcyjnej symbolizuje linia przerywana ustalone wstępnie terminy realizacji zlecenia rozpoczęcie (tydzień 2) i zakończenie (tydzień 2) Stwierdzone w wyniku realizacji procedury planowania obciążeń dysproporcje w obciążeniu zdolności produkcyjnej (na rys. 4-9 przeciążenie w tygodniu 2) wymagają podjęcia działań korygujących celem doprowadzenie do zrównoważenia (zbilansowania) obciążenia z poziomem dostępnej zdolności. Niedobór zdolności produkcyjnej stwarza konieczność uruchomienia dodatkowych środków celem likwidacji przeciążeń. Jej nadmiar oznacza z kolei niepełne wykorzystanie maszyn i urządzeń oraz pracowników. Obie sytuacje są niekorzystne, wpływając na zmniejszenie efektywności wytwarzania. Możliwe sposoby wyrównywania bilansu obciążenia zestawiono w tabeli 4-1. Tabela 4-1. Sposoby wyrównywania bilansu obciążenia Zmniejszenie pracochłonności zadania ZMIANA PRACOCHŁONNOŚCI (obciążenia) ZMIANA ZDOLNOŚCI PRODUKCYJNEJ Przesunięcie w czasie Zwiększenie pracochłonności zadania Z zachowaniem cyklu normatywnego Z wydłużeniem cyklu normatywnego Zmniejszenie zdolności produkcyjnej Zwiększenie zdolności produkcyjnej Przesunięcie w czasie Ogół przedstawionych w tabeli działań podejmowanych w celu wyrównania bilansu obciążenia można podzielić na dwie grupy. 1) działania zmieniające poziom i strukturę pracochłonności zleceń, 2) działania zmieniające poziom i strukturę zdolności produkcyjnej. W ramach pierwszej grupy wyróżnia się działania: zmniejszające pracochłonność zleceń (zmiana technologii, wykorzystanie wydajniejszych urządzeń, kooperacja bierna itp.), 9
zwiększające pracochłonność zleceń (dodatkowa produkcja na magazyn, zwiększenie wielkości zlecenia, kooperacja czynna itp.), przesuwające zadania w czasie: z zachowaniem normatywnego cyklu produkcyjnego (przesunięcie zadania na inny termin) lub jego wydłużeniem. W ramach drugiej grupy wyróżnia się działania: zmniejszające zdolność produkcyjną (zmniejszenie zatrudnienia, skrócony czas pracy, tworzenie stanowisk rezerwowych itp.), zwiększające zdolność produkcyjną (zwiększenie zatrudnienia, nadgodziny itp.), przesunięcie w czasie (regulacja okresów remontów i urlopów). Rysunki 4-10 oraz 4-11 ilustrują dwa wybrane sposoby niwelowania przeciążenia zdolności z rys. 4-9 poprzez przesunięcie realizacji zadania w czasie (z zachowaniem i wydłużeniem normatywnego cyklu produkcji). Rys. 4-10. Przesunięcie zlecenia w czasie z zachowaniem cyklu normatywnego. Rys. 4-11. Przesunięcie zlecenia w czasie z wydłużeniem cyklu normatywnego. 10
Duża liczba wymienionych w tabeli 4-1 różnych działań regulacyjnych stwarza szerokie możliwości ich wykorzystania dla wyrównywania bilansu obciążenia zdolności produkcyjnej. Wybór właściwych sposobów i kolejność ich wykorzystania podyktowane są zwykle względami ekonomicznymi (progresja kosztów). 4.4. Rodzaje harmonogramowania Kombinacje przedstawionych rodzajów (sposobów) terminowania zleceń oraz bilansowania ich pracochłonności ze zdolnością produkcyjną tworzą cztery podstawowe rodzaje harmonogramowania zadań planistycznych (tabela 4-2). Tabela 4-2. Rodzaje harmonogramowania. OBCIĄŻANIE Nieograniczone Ograniczone TERMINOWANIE W przód Wstecz Nieograniczone harmonogramowanie w przód (Infinite Forward Scheduling) Nieograniczone harmonogramowanie wstecz (Infinite Backward Scheduling) Ograniczone harmonogramowanie w przód (Finite Forward Scheduling) Ograniczone harmonogramowanie wstecz (Finite Backward Scheduling) Terminowanie z obciążaniem nieograniczonym, nazywane w praktyce terminowaniem czystym polega na umieszczaniu zadań w pożądanych terminach realizacji bez równoczesnego bilansowania zdolności produkcyjnych. Odwrotnie terminowanie z obciążaniem ograniczonym polega terminowaniu zadań z równoczesnym uwzględnieniem dostępności zasobów zdolności produkcyjnych. Kombinacja terminowania w przód z obciążaniem ograniczonym daje w efekcie tzw. ograniczone harmonogramowanie w przód (Finite Forward Scheduling), charakteryzujące się największą pewnością realizacji zleceń w pożądanych terminach końcowych i gwarancją dotrzymania, uzgodnionych z klientami, terminów dostaw produktów finalnych. Największym ryzykiem niedotrzymania tych terminów charakteryzuje się natomiast tzw. nieograniczone harmonogramowanie wstecz Infinite Backward Scheduling), tworzone z kombinacji terminowania wstecz z obciążaniem nieograniczonym. Rozwiązania pośrednie dają również pośrednie rezultaty w czasowych parametrach przepływów materiałowych. 11
Prezentowane w dalszej części metody i systemy zarządzania produkcją w przedsiębiorstwie wykorzystują w swojej logice różne, z przedstawionych powyżej, rodzaje harmonogramowania. Tradycyjnym sposobem uzyskiwania w nich zbilansowanych harmonogramów produkcji jest harmonogramowanie dwuetapowe, realizowane w dwóch następujących cyklach: CYKL 1 terminowanie nieograniczone (obciążanie stanowisk pracochłonnością zadań w pożądanych terminach realizacji bez uwzględnienia dostępnych zdolności produkcyjnych), CYKL 2 obciążanie ograniczone (bilansowanie obciążenia ze zdolnością produkcyjną i wyrównywanie bilansu). W przypadku braku możliwości wyrównania bilansu w CYKLU 2 następuje powrót do CYKLU 1 i korekta ustalonych terminów, co istotnie wydłuża czas prac planistycznych. Bardziej zaawansowane współczesne systemy zarządzania produkcją, celem uzyskania lepszych i szybszych efektów planowania, realizują w tym zakresie harmonogramowanie jednoetapowe 2 czyli terminowanie i bilansowanie zadań z uwzględnieniem dostępności zasobów i innych ograniczeń oraz korekta terminów w jednym cyklu obliczeniowym. 2 Np. koncepcja zarządzania wąskimi przekrojami OPT/TOC tworząca w tym zakresie rozwiązanie hybrydowe, stanowiące kombinację kilku rodzajów harmonogramowania produkcji. 12