ZINTEGROWANE SYSTEMY INFORMATYCZNE WSPOMAGAJ CE ZARZ DZANIE ZDOLNO CIAMI PRODUKCYJNYMI EL BIETA MILEWSKA Streszczenie Referat przedstawia problem elastyczno ci procesu wytwarzania w kontek cie zarz dzania strumieniem przepływu materiałowego i informacyjnego firmy. Autor artykułu opisał funkcje układu sterowania procesem produkcji oraz przedstawił charakterystyk rezerw intensywnych i ekstensywnych zdolno ci produkcyjnych. Omówione równie zostały narz dzia informatyczne klasy MRP II/ ERP, MES i APS wspomagaj ce proces planowania, organizowania i sterowania produkcj. Słowa kluczowe: sterowanie produkcj, MRP II / ERP, MES, APS, rezerwy intensywne i ekstensywne 1. Wprowadzenie Obecnie o zmianach w systemach produkcyjnych decyduj wymagania klientów, rozwój techniki oraz informatyzacja procesów. Podstawowymi kierunkami rozwoju systemów produkcyjnych jest zwi kszenie elastyczno ci procesu wytwarzania oraz poprawa jako ci wyrobów. Uzyskanie satysfakcjonuj cych efektów działalno ci produkcyjnej zwi zane jest z koordynacj zada realizowanych w trzech płaszczyznach: zmian w obszarze operacji procesu technologicznego jako składowej podstawowego procesu wytwórczego, modyfikacji całego procesu produkcyjnego oraz przekształce organizacyjnych firmy. Zmiany w zakresie operacji technologicznych wi si mi dzy innymi z konstrukcj urz dze technologicznych oraz z rodzajem zastosowanych materiałów narz dziowych. Owe zmiany ewaluuj w kierunku obróbki kompletnej i precyzyjnej. Działania w zakresie modyfikacji całego procesu produkcyjnego dotycz integracji podstawowych procesów wytwórczych z procesami pomocniczymi jak i powi za procesem dystrybucji produktów, obsługi sprzeda owej i serwisowej klientów oraz z procesem bada rynku i przygotowania produkcji. Przekształcenia organizacyjne przedsi biorstwa s natomiast działaniami polegaj cymi na zoptymalizowaniu procesów biznesowych i struktur organizacyjnych firmy. Efektywno dostosowywania si przedsi biorstwa produkcyjnego do zmieniaj cych si warunków otoczenia jest bowiem uzale niona od sprawnego sterowania strumieniem ilo ciowo rodzajowym przepływu materiałowego oraz informacyjnego firmy.
264 Zintegrowane systemy informatyczne wspomagaj ce zarz dzanie zdolno ciami produkcyjnymi 2. Funkcje układu sterowania produkcj Realizacja procesu sterowania przepływem produkcji odbywa si poprzez wykorzystanie funkcji: planowania, wytwarzania, ewidencjonowania i koordynowania działa [1]. Koordynacj działa nale y jednak rozpatrywa trój etapowo: w uj ciu taktycznym, strategicznym i analitycznym (rys. 1). Planowanie taktyczne zwi zane zane jest zarówno z procesem technicznego przygotowania produkcji jak i ustaleniem zdolno ci produkcyjnych firmy. Efektem tego etapu jest definicja technologii i struktury produktów oraz opis dost pno ci zdefiniowanych zasobów maszynowych i kadrowych w odniesieniu do posiadanych kwalifikacji lub mo liwo ci realizacji poszczególnych zada wytwórczych. Planowanie strategiczne wyznacza kierunek rozwoju działalno ci gospodarczej opieraj c si na danych ilo ciowo warto ciowych sprzeda y z okresów wcze niejszych lub na wielko ci zło onych zamówie i planowanej produkcji. Koordynacja działa na etapie analizy polega natomiast na okre leniu zale no ci przyczynowo-skutkowych realizacji procesu wytwarzania. Prawidłowa interpretacja sygnałów docieraj cych cych z otoczenia oraz wła ciwe wnioskowanie jest spraw podstawow w procesie adaptacji i likwidacji odchyle. Przyczyn odchyle s mi dzy innymi: awarie, braki, nieterminowe dostawy materiałów, jak równie nieterminowy odbiór wyrobów, priorytet zamówie i inne. Monitorowanie przepływu produkcji pozwala na wykonanie zestawienia wielko ci produkcji oczekiwanej z uzyskan i stanowi podstaw podejmowania decyzji dotycz cych: ch: dyspozycji stanowiskowych i technologicznych, ilo ciowej korekty bie cego planu jak równie konstrukcji algorytmu operacyjnego planowania produkcji. Rysunek 1. Ogólny schemat układu sterowania przepływem produkcji ródło: Opracowanie własne.
Studies & Proceedings of Polish Association for Knowledge Management Nr 40, 2011 265 3. Koordynacja działa W literaturze spotyka si szereg definicji poj cia zdolno produkcyjna. Synonimami tego zagadnienia s : produktywno systemu produkcyjnego, moc produkcyjna czy te przepustowo [2], [4], [5]. W ogólnym rozumieniu zdolno produkcyjna jest mo liwo ci wytwarzania wyrobów lub wiadczenia usług o warto ci zaakceptowanej przez klienta, w okre lonym czasie i ilo ci wynikaj cej dost pno ci oraz mo liwo ci produkcyjnych zasobów układu. Zdolno produkcyjna ustalana jest na podstawie optymalnych norm technicznych i ekonomicznych okre laj cych realne, maksymalne wykorzystanie maszyn i urz dze oraz powierzchni produkcyjnej, przy uwzgl dnieniu najlepszych warunków prowadzenia procesu produkcyjnego i organizacyjnego pracy. Podstaw oblicze zdolno ci produkcyjnych s składowe podstawowego procesu wytwórczego. Czynnikami determinuj cymi wielko zdolno ci produkcyjnej s : czynniki produkcji, do których zalicza si : o zasoby maszynowe wraz z charakterystyk techniczn, o zasoby ludzkie wraz z kwalifikacjami i umiej tno ciami, o wielko powierzchni produkcyjnej; struktura asortymentowa, która okre lana przez: o wła ciwo ci fizyczne i mechaniczne materiałów bezpo rednio produkcyjnych, o wachlarz oferowanego asortymentu; organizacja produkcji opisywana poprzez: o technologi i struktur produktów, o czas eksploatacji maszyn i urz dze technicznych, o typ produkcji; popyt wyra any ilo ci, asortymentem i jako ci potrzebnych wyrobów; oraz zakłócenia wynikaj ce mi dzy innymi z: o zakresu kooperacji zewn trznej, o zakresu awarii i czasu naprawy maszyn, o zmian w zatrudnieniu, o substytutowej modyfikacji wyrobów, o ró nicowania cen, o zmiany nat enia działa marketingowych, o stosowania rezerwacji i priorytetów zamówie. Wszystkie wy ej wymienione czynniki maj charakter zmienny. Ze wzgl du na ryzyko i niepewno procesów gospodarczych konieczne jest wyst powanie rezerw zdolno ci produkcyjnych. Stanowi ona ró nic mi dzy wielko ci obliczonej zdolno ci produkcyjnej a osi gni tymi rozmiarami produkcji przedsi biorstwa. Wielko rezerwy powinna podlega optymalizacji uwzgl dniaj cej koszty utrzymania oraz zmian popytu rynkowego. Znajomo rezerw na poszczególnych ogniwach wytwórczych ma istotne znaczenie zarówno dla odpowiedniego rozdziału zada produkcyjnych pomi dzy jednostki organizacyjne, jak i specjalizacji gniazd i stanowisk roboczych oraz dla ustalenia wła ciwego kierunku modernizacji i inwestycji przedsi biorstwa. Rezerwy mo na podzieli na dwie zasadnicze grupy [5]: intensywne,
266 Zintegrowane systemy informatyczne wspomagaj ce zarz dzanie zdolno ciami produkcyjnymi ekstensywne. Rezerwy intensywne zwi zane s ze skróceniem czasu pracy potrzebnego do wytworzenia jednostki wyrobu i stanowi rezultat: intensyfikacji procesów technologicznych, ograniczenia czasu pomocniczego uzyskiwanego poprzez mechanizacj czynno ci, likwidacji nieprodukcyjnego biegu maszyn zwi zanego z: o napraw braków produkcyjnych, o dodatkowymi pracami spowodowanymi odst pieniem od zaplanowanej technologii, o nieracjonalnym podziałem zada pomi dzy wymienne stanowiska robocze o czy te wykorzystaniem maszyn niezgodnie z przeznaczeniem. Rezerwy ekstensywne zwi zane s natomiast z mo liwo ci zwi kszenia czasu pracy maszyn i urz dze technicznych oraz dodatkowego obci enia powierzchni produkcyjnej. Do rezerw ekstensywnych zalicza si wi kszo przestojów wynikaj cych z: niedomaga organizacyjno-technicznych, braku obsady stanowiska roboczego oraz awarii lub remontów maszyn. Od przyj tego sposobu planowania i zaopatrywania stanowisk roboczych zale przestoje maszyn spowodowane brakiem materiałów, narz dzi, energii jak równie zlece produkcyjnych. W wielu przedsi biorstwach znaczn rezerw zdolno ci produkcyjnych stanowi przerwy krótkotrwałe, powstaj ce w czasie dnia roboczego i wynikaj ce z winy pracownika. Zalicza si do nich: spó nienia, przedwczesne ko czenie pracy, nieobecno na stanowisku roboczym itd. Pełna ocena mo liwo ci zwi kszenia stopnia wykorzystania zdolno ci produkcyjnych wymaga przeprowadzenia analizy rezerw intensywnych i ekstensywnych. W wyniku bada rezerw intensywnych okre lona zostaje pracochłonno jednostki wyrobu uwzgl dniaj ca czas pracy składowych podstawowego, pomocniczego i uzupełniaj cego procesu wytwórczego. Analiza rezerw ekstensywnych zwi zana jest natomiast z ocen produkcyjnej gotowo ci maszyn i urz dze wytwórczych. Wielko ci rezerwy intensywnej i ekstensywnej wskazuj na rang poszczególnych funkcji układu sterowania przepływem produkcji (rys. 1). Zwi kszenie zdolno ci produkcyjnych poprzez wykorzystanie rezerw intensywnych realizowane jest bowiem przez funkcj planowania operacyjnego, natomiast zarz dzanie wielko ci rezerwy ekstensywnej odbywa si poprzez funkcj ewidencjonowania post pu prac.
Studies & Proceedings of Polish Association for Knowledge Management Nr 40, 2011 267 4. Systemy informatyczne wspomagaj ce sterowanie produkcj Obecnie fundamentem zarz dzania procesem produkcji i sterowania przepływem materiałowym w firmie oraz podstawowym warunkiem integracji działa gospodarczych jest wdro enie systemów informatycznych wspomagaj cych pozyskiwanie, przetwarzanie danych oraz przekazywanie informacji. 4.1. Pozyskiwanie informacji Pozyskiwanie informacji opisuj cych stopie realizacji procesu wytwórczego mo e by realizowane: zarówno przy udziale pracowników bezpo rednio produkcyjnych jak i transferu danych uzyskiwanych bezpo rednio z maszyn i urz dze produkcyjnych. i dotyczy (rys. 1): ewidencji czasu pracy, rejestracji dokumentów magazynowych oraz klasyfikacji braków produkcyjnych. W zdecydowanej wi kszo ci przypadków standardowa funkcjonalno systemów klasy MRP II/ ERP (ang. MRP II Manufacturing Resource Planning, ERP Enterprise Resource Planning) umo liwia rejestracj zdarze jedynie poprzez udział czynnika ludzkiego. Rozwi zaniem wspomagaj cym pozyskiwanie informacji bezpo rednio z linii produkcyjnej poprzez urz dzenia automatycznej identyfikacji i automatyki przemysłowej (czujniki, sterowniki przemysłowe, układy testuj ce) jest wdro enie systemów klasy MES (ang. Manufacturing Execution System). Nale y zauwa y, e zarówno ewidencja czasu pracy jak i rejestracja dokumentów magazynowych mo e by realizowana przy pomocy systemów obydwu klas. Istotnym elementem ró nicuj cym zastosowane rozwi zanie jest dokładno i aktualno danych, b d cych podstaw dalszej analizy. Oczywistym jest, e zawodno i pracochłonno, zwi zana z r czn rejestracj zdarze wykonywan przez pracownika, stanowi główny czynnik ograniczaj cy sprawno organizacji procesu. Bł dne wprowadzenie danych lub nadmierne obci enie czasowe pracownika, powoduj ce znaczne opó nienia w rejestracji zdarze, zniekształca obraz post pu prac i uniemo liwia analiz bie cej sytuacji [3]. Do podstawowych korzy ci zautomatyzowania procesów rejestracji danych nale [3]: integralno przepływu materiałowego i informacyjnego oraz aktualno danych. Bezpo redni konsekwencj bie cej ewidencji post pu prac jest: ledzenie aktualnego stopnia realizacji planów produkcyjnych, nad na kontrola jako ci produktu i parametrów procesu oraz skrócenie czasu realizacji procesów.
268 Zintegrowane systemy informatyczne wspomagaj ce zarz dzanie zdolno ciami produkcyjnymi ródło: Opracowanie własne. Rysunek 2. Obszar funkcjonalny systemów informatycznych wspomagaj cych sterowanie produkcj Wła ciwa interpretacja danych oraz skuteczne wnioskowanie mo e natomiast przyczyni si mi dzy innymi do [3]: identyfikacji przyczyn przestojów i awarii, identyfikacji genealogii produktu, raportowania wska ników procesowych, m.in.: czasu pracy, wydajno ci zasobów i jako ci produktów; identyfikacji stopnia realizacji zamówienia, wpływu na ograniczenie braków materiałowych, zawodno ci maszyn lub niedyspozycyjno ci pracowników; wpływu na parametry jako ciowe powstaj cego produktu, skuteczniejszej kontroli stanów magazynowych i sterowania wielko ci zapasów, lepszego wykorzystania posiadanego potencjały produkcyjnego, analizy rzeczywistych kosztów produkcji i oceny rentowno ci podejmowanych działa oraz podniesienia jako ci obsługi klienta. Analiza funkcjonalno ci systemów klasy MRP II/ERP i MES pozwala stwierdzi wzajemne nakładanie si obszarów zastosowa obu systemów. Niektóre moduły systemów klasy MRPII/ ERP mog zawiera cz funkcjonalno ci systemu klasy MES, podczas gdy system klasy MES mo e realizowa pewne podstawowe zadania systemu klasy MRP II/ ERP. Rys. 2 przedstawia lokalizacj systemu klasy MES w ogólnej strukturze przepływu informacji uwzgl dniaj cej procesy produkcyjne przedsi biorstwa. Wa nym zagadnieniem współdziałania systemów obu klas jest integracja danych systemowych i dwukierunkowo transferu danych. Integracja dotyczy zarówno danych podstawowych, odwzorowuj cych struktury i procesy firmy, jak i danych transakcyjnych, powstaj cych w wyniku rejestracji zdarze gospodarczych.
Studies & Proceedings of Polish Association for Knowledge Management Nr 40, 2011 269 4.2. Przetwarzanie danych Uzyskanie sprawnego systemu sterowania przepływem materiałowym i informacyjnym firmy zwi zane jest nie tylko z czasem rejestracji danych czy celnym wyznaczeniem punktów kontrolno pomiarowych strumienia przepływu materiałowego, ale równie planowaniem operacyjnym działa wytwórczych (rys. 2). Adekwatno harmonogramu uzale niona jest od [3]: kompletno ci danych podstawowych opisuj cych elementy układu sterowania, stopnia parametryzacji opisu strumienia przepływu materiałowego, przyj tych kryteriów optymalizacji procesów produkcyjnych oraz dynamiki zmian zachodz cych w układzie sterowania i otoczeniu. Wi kszo systemów klasy MRP II/ ERP umo liwia kompleksowy opis elementów układu sterowania, ale niestety algorytmy planistyczne w nich zaimplementowane posiadaj niewystarczaj c parametryzacj strumieni przepływu materiałowego oraz znaczne ograniczenia kryteriów optymalizacji procesu. Alternatywnym rozwi zaniem, wykorzystywanym w harmonogramowaniu działa wytwórczych i planowaniu procesów logistycznych, s systemy klasy APS (ang. Advanced Planning Scheduling). Ich zaawansowane algorytmy umo liwiaj automatyczne tworzenie scenariuszy przebiegu produkcji, uwzgl dniaj c specyfik procesów przedsi biorstwa. Systemy klasy APS mog zatem stanowi doskonałe uzupełnienie systemów klasy MRP II/ ERP (rys. 2). Realizacja funkcji planowania operacyjnego wspierana koordynacj działa w wymiarze planowania taktycznego stanowi w tym kontek cie zakres przetwarzanie danych i obejmuje pełen obszar zarz dzania rezerw intensywn zdolno ci produkcyjnych. Drugim, równie istotnym, celem przetwarzania zbiorów danych jest koordynacja działa analitycznych (rys. 2) realizowana w trzech płaszczyznach: zmian w obszarze operacji technologicznych, modyfikacji całego procesu produkcyjnego oraz przekształce organizacyjnych firmy. W zdecydowanej wi kszo ci przedsi biorstw wnioskowanie i podejmowanie działa adaptacyjnych w ka dej z wymienionych płaszczyzn realizowanie jest wył cznie przy udziale czynnika ludzkiego. Wspomaganie systemów informatycznych dotycz ce obszaru zmian ogranicza si do przygotowania zestawie i aktualizacji danych systemowych. 4.3. Przekazywanie dyspozycji Zró nicowane podej cie w sposobie oceny rezerwy intensywnej i ekstensywnej, a w zwi zku z tym ró norodno wdra anych narz dzi informatycznych wspomagaj cych zarz dzanie zdolno ciami produkcyjnymi i sterowanie przepływem produkcji stanowi zagadnienie kluczowe w działaniach zwi kszaj cych elastyczno procesu wytwarzania oraz poprawiaj cych jako wyrobu. Do głównych czynników wpływaj cych na jako przyj tych rozwi za nale : stopie parametryzacji opisu przepływu materiałowego kryteria optymalizacji procesu planowania, zakres integracji danych systemowych i kierunek transferu danych, dynamika zmian zachodz cych w układzie sterowania i otoczeniu oraz kierunek procesu modernizacji i inwestycji przedsi biorstwa. Sposób odwzorowania działalno ci produkcyjnej w systemach informatycznych, zakres integracji danych systemowych oraz dynamika zmian zachodz cych w układzie wytwórczym
270 Zintegrowane systemy informatyczne wspomagaj ce zarz dzanie zdolno ciami produkcyjnymi wyznaczaj długo cyklu sterowania przepływem informacji, w ramach którego realizowane jest zadanie: pozyskiwania, przetwarzania i przekazywania danych. Im wi ksza liczba cykli sterowania przepływem informacji zawarta w cyklu produkcyjnym tym wi ksza jest elastyczno procesu wytwarzania (rys. 3). CYKL PRODUKCYJNY CYKL PRZEPŁYWU INFORMACJI Przetwarzanie danych PLAN PRODUKCJI Zda- Pozyskiwanie. danych Przekazywanie HARMONOGRAM OPERACYJNY Rysunek 3. Cykl sterowania przepływem informacji wspomagaj cej proces produkcji ródło: Opracowanie własne. Istotnym warunkiem zautomatyzowania przepływu informacji jest spójno danych dotycz cych opisu posiadanych kwalifikacji/zdolno ci zasobów firmy oraz opisu wymaganych umiej tno ci, które zawierane s w technologii produkcji wyrobów. Zagadnienie precyzji wykonania operacji technologicznej stanowi zatem setno zautomatyzowania procesu a wielko wyznaczonej cz ci wspólnej zbioru kwalifikacji, ilustruj cych maksymalne mo liwo ci wykorzystania zasobu, oraz zbioru wymaga, wskazuj cych na minimalne oczekiwania dotycz ce jako ci lub czasu wykonania, okre la poziom elastyczno ci systemu wspomagaj cego zarz dzanie produkcj. Automatyzacja przypływu informacji w układzie sterowania produkcj umo liwia zwi kszenie stopnia wykorzystania zdolno ci produkcyjnych oraz zoptymalizowanie wielko ci rezerw intensywnych i ekstensywnych przedsi biorstwa. W zautomatyzowanym przepływie informacji konieczne jest jednak zaw enie zakresu przetwarzania danych do zmian w systemie produkcyjnym maj cych charakter bezinwestycyjny (rys. 4). Z uwagi na strategi rozwoju działalno ci gospodarczej przedsi biorstwa, zwi kszenie zdolno ci produkcyjnych, wynikaj ce z wykorzystania dodatkowych ródeł finansowych, powinno by realizowane wył cznie poprzez decyzje operatora. Do działa inwestycyjnych zalicza si mi dzy innymi: podnoszenie zmianowo ci, modernizacj procesu technologicznego, powi kszenie potencjału produkcyjnego czy wymian układów kooperacji. Kierunek strumienia oraz zakres mo liwego transferu danych w zautomatyzowanym przepływie informacji przedstawiona rys. 4. Wyró nia si cztery w zły przekazu maj ce
Studies & Proceedings of Polish Association for Knowledge Management Nr 40, 2011 271 szczególne znaczenie dla cykliczno ci procesu sterowania przepływem informacji. ródło: Opracowanie własne. 5. Wnioski Rysunek 4. Zautomatyzowanie przepływu strumienia informacyjnego w układzie sterowania produkcj Zmiany zachodz ce we współczesnym otoczeniu wymuszaj na przedsi biorstwach dokonywanie modyfikacji swoich zachowa. Rozwi zaniem, podnosz cym elastyczno działa oraz efektywno produkcji, jest wdra anie systemów informatycznych wspomagaj cych realizowanie procesów. Planowanie i sterowanie produkcj wspierane jest funkcjonalno ci systemów klasy MRP II/ ERP, MES i APS. Niezale nie jednak od klasy systemu, któr przedsi biorstwo zdecyduje si wdro y, informatyzacja procesów pozwala sprosta narastaj cej konkurencyjno ci i stanowi jeden ze sposobów rozwoju przedsi biorstwa w dobie globalizacji gospodarki wiatowej. Automatyzacja przypływu informacji w układzie sterowania produkcj umo liwia zwi kszenie stopnia wykorzystania zdolno ci produkcyjnych oraz zoptymalizowanie wielko ci rezerw intensywnych i ekstensywnych firmy.
272 Zintegrowane systemy informatyczne wspomagaj ce zarz dzanie zdolno ciami produkcyjnymi [1] Brzezi ski M. (red.): Organizacja i sterowanie produkcj. Projektowanie systemów produkcyjnych i procesów sterowania produkcj. A.W. Placet, Warszawa 2002. [2] Durlik I.: In ynieria zarz dzania. Strategia i projektowanie systemów produkcyjnych. A.W. Placet, Warszawa 1995. [3] Milewska E.: Wykorzystanie narz dzi informatycznych w procesie sterowania strumieniem przepływu materiałowego. Miesi cznik Naukowo-Techniczny MECHANIK 2011. [4] Paj k E.: Zarz dzanie produkcj. Produkt, technologia, organizacja. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2006. [5] Pasternak K.: Zarys zarz dzania produkcj. PWE, Warszawa 2005. INTEGRATED INFORMATION SYSTEMS SUPPORTING MANAGEMENT OF PRODUCTION CAPACITIES Summary The paper presents the problem of manufacturing process flexibility in view of a company s material and information flow stream management. The author of the article has described the functions of a production process control system and presented the characteristics of production capacity intensive and extensive reserves. The MRP II/ ERP, MES i APS class IT tools supporting the process of production planning, organization and control have also been discussed. Keywords: production control system, MRP II/ ERP, MES, APS, intensive and extensive reserves Instytut In ynierii Produkcji Wydział Organizacji i Zarz dzania Politechnika l ska ul. Roosevelta 26, 41-800 Zabrze tel.: +4832 277 73 64 e-mail: Elzbieta.Milewska@polsl.pl