Особенности коммерческих APS-алгоритмов

Питеркин С.В.

«Продвинутые» коммерческие APS состоят, как правило, из 2 частей. Первую условно можно назвать APS–synchronizer’ы, их задача – рассчитать (синхронизированные и оптимизированные) планы по всему «дереву» изделия (далее – СИ — Состав Изделия) или заказа, и/или для всего производства-снабжения-цепочки поставок. Вторая — APS-scheduler’ы, задача которых – оптимизация по какому-либо критерию прохождения производственных, несвязанных между собой заданий через группу оборудования. Первые, как правило, при планировании рассматривают все ресурсы (материалы, производственные ресурсы,…), вторые, как правило (есть исключения), – только производственные. APS-scheduler’ы под разными названиями выступают в качестве «планировщиков» в MES-системах.

APS–synchronizer, «классический» подход

Что есть сущность APS-synchronizer’ов? Это – могучие «калькуляторы», которые могут, с теми или иными допущениями, быстро составить детализированный и точный (на момент расчета!) производственный план. Во многих случаях — и с элементами оптимизации по различным критериям. В этом — их большой плюс и возможность их легкой продажи: «вот она, та самая волшебная кнопка, которая будет мне считать реальный (реально выполнимый) план»! Но будет ли?..

Возьмем очередные плюсы APS: не планирует в прошлое, планирует с учетом загрузки ресурсов (люди, машины, инструменты, ...), каждый раз создает реально выполнимый план, и т.п.
А теперь «темная сторона силы». И прежде всего: да, планирует, но какой ценой? Цена:

1. наличие точного пооперационного техпроцесса и точная ресурсная (люди, машины, …);
2. организация точного и оперативного учета (точность – не хуже, чем «до смены»);
3. мощная аппаратная платформа;
4. цена (деньги и трудозатраты на администрирование)...
5. работающая «взрослая» (на базе MRP-II) общая система/методология планирования (SOP -> MPS (DP)-> “MRP”(APS) -> “Scheduler”)

На последнее условие у нас редко кто обращает внимание (а вообще-то, мало кто даже и подозревает, что нет «в природе» «производственного планирования», состоящего из одного (супер) плана… А это условие – определяющее и: не-решение задач планирования верхних уровней ведет к GIGO (Garbage-In-Garbage-Out).

Далее. Недостатки алгоритма при использовании в реальных условиях:

1. при несоблюдении п.1 выше — неточный план, не попадающий в «окно запуска» — рабочие стоят...
2. при несоблюдении п.2 выше — план сдвигается вправо. И так — каждый день…
3. многономенклатурное производство сложной продукции и проблемы по п.3. выше – большое время отклика системы.

п5 – опускаем: прежде чем бегать, надо научиться ходить…

Плюс, еще интересные APS особенности:

1. избыточная сложность и «тяжесть» алгоритмов, многократный overkill для большинства прикладных «наших» производственных задач, и при этом, почти полная невозможность решить следующие, «маловажные» задачи;
2. «заточенность» APS на западную индустриальную модель, модель абсолютно зрелого и абсолютно рыночного завода, и «западной» размерности;
3. невозможность APS жестко резервировать запасы и производственные задания (ожидаемые приходы) за каким-либо головным заказом. При каждом перепланировании APS будет «отнимать» резервы как мощности, так и запасов под заказы, ставшие более приоритетными. Отсюда – чрезвычайно «нервный», постоянно меняющийся план. Более того, в сложном машиностроении/приборостроении, в производстве любят (и это действительно надо, почему – отдельный разговор) жестко резервировать запасы НзП и материалов под конкретные головные изделия (под серийный номер выпускаемой «машины»). Но APS про это не хочет ничего знать;
4. несмотря на то, что большинство дискретных APS — позаказные, при каждом перепланировании они «забывают» про планы прошлого заказа, и строят новый. В жестком позаказном производстве, где нужны жесткие связки заказа от головного изделия до материала это неприменимо;
5. APS строят Мега-точные и оптимизированные планы. Каждый раз – новые. Каждый раз – с «крайней», сдвинутой вправо новой датой выполнения заказа. И если еще ничего не запущено, даже будут показывать отклонения первоначального плана от нового. Но, если многое уже запущено, т.е. есть производственные задания, и среди них есть отстающие, APS почти никак на это не среагирует – даст сигнал запустить новое или сдвинет всю сеть заказа. Не показав, какие и на сколько ПЗ отстают. Для наших «традиционно-ориентированных» и даже уходящих от «традиционности» производств, имеющих склонность выполнять заказ под конец периода это неприемлемо;
6. есть и еще особенности, например: крайне трудно, если вообще возможно с APS реализовать «TOC MTA» управление, со скользящим расчетом «прогноза» достижения «красного» уровня общих, «НзП+ готовые изделия» запасов;
7. цитируя близко к тексту Голдратта («Необходимо, но недостаточно»): из своей жесткости в точности и детализации планирования APS «классно» распространяют локальные «возмущения» на все производство, всю «сеть заказов»…
8. …и еще короткое замечание: в коммерческих APS не предусмотрено «обвязки», т.е. транзакционной системы, предназначенной для сбора информации и запасах, ходе производства, для автоматизации и управлении (электронным) производственным документооборотом и объектами (наверное единственная «классическая» APS форма «простого» анализа – диаграмма Ганта. У многих «околопроизводственников» вызывает восхищение, в жизни же практически неприменима). На западе подразумевается интеграция APS с ERP системами (и, внимание, повтор! Обязательная логическая интеграция с общей системой планов), но у нас их практически ни у кого в производстве (корректно внедренных и правильно используемых) — нет. Да и сама идея применимости устаревшей ERP модели сейчас — весьма сомнительна.

Постановка же с нуля системы «сбора» и «обработки» информации – это, как минимум, половина всего объема усилий по построению правильной производственной системы.

Совсем ли APS безнадежны? Нет, также, как и ERP. С тем условием, что вы будете подходить к APS как к «простому» калькулятору, или, что лучше — почти прямая аналогия, — как к процессору. Если вам нужно собрать компьютер, под определенные условия, вам нужен процессор. Но еще много-много-много чего… та самая «обвязка», п.7 выше. И при этом — будьте готовы – потребуется «слегка влезть» в процессор, подправить некоторые особенности алгоритмов под вас… А это, в случае процессора и даже весьма квалифицированного сборщика,– практически невозможно. С APS – теоретически возможно, практически — … Но, если знаете, как это сделать (и собрать и «подпилить»), тогда — удачи (и это без шуток). Если нет – готовьте себе прокрустово ложе APS. А это будет пострашнее, чем «холодная и костлявая рука ERP» «из коробки»…

Если альтернатива? Для «наших» производств?
Созданный нами на основе вот уже 20и летней практики построения методологии и внедрения ИТ систем, в т.ч. (давно это было…) тех самых ERP и APS. Чем наш подход отличается? Простотой… Реализовав практически все возможности «сетевого» APS (сетевое позаказное планирование, загрузку мощностей (по ресурсной модели), и некоторые другие) и устранив указанные выше недостатки, мы, в СПМ (SCMo), строим концепцию планирования на одновременном существовании в системе двух видов планов: «директивного» («идеальный» «точно вовремя» план) и «расчетного».

Которые постоянно сравниваются между собой, с учетом и ситуации в производстве в т.ч., с запущенными производственными заданиями. Таким образом давая производственным руководителям то, чего им больше всего не хватает: не супер-точного плана (он, возможно (!) нужен на коротком промежутке времени…), но отклонений — «узкие места» как в производстве, так и в «сети» заказа. Правильное определение «правильного» плана производства: «План не должен быть точным, он должен быть достоверным!» И рабочим. Что еще особенного у нас? Интерфейсная часть (экранные формы мониторинга. В самой системе – не BI) и обязательная «подгонка» (иногда и с подгонкой «ядра») алгоритмов расчета под особенности параллельно определяемой производственной системы предприятия (мы никогда не автоматизируем заводы со слов сотрудников…); бОльшая, по сравнению с равнозначными APS, скорость вычисления и пр.

Что с таким подходом мы потеряли? Ничего. (мега) Оптимизация, т.е. составление плана с учетом всех и всяческих, разных-преразных ограничений – не используется в начале работы системы по нашей методологии. Но не потому, что не может система, а потому, что производство — не готово. Ощутимо это? Пока, и в ближайшей перспективе — нет, т.к. все эти «мелочи» – суть внутрицехового управления. И потом — зачем нам «ловить блох» в «пооперационном планировании станочного парка», если выпуск цеха/участка слабо синхронизирован с выпуском остальных «партнеров»? (это, кстати, типичный подход многих «горе-продавцов» MES: MES–оптимизация внутрицеховой работы, без оглядки на остальных). А если планы по производственной цепочке синхронизированы, не проще ли управлять «внутри-цеха» Lean-инструментарием?

А если все-же кто-то захочет оптимизацию уже на уровне межцехового/участкового планирования? Без вопросов! Причем в рамках той же самой модели (необходимо будет детализировать ресурсы…)

APS– scheduler

Они-же — «калькуляторы» планирования MES. Их место – внутрицеховое/участковое планирование. Оно возможно и оправдано тогда и только тогда, когда производственная цепочка синхронизована. А если «по серьезному» — тогда и только тогда, когда реализован п5 выше (выстроена общая система планов). В этом случае, при наличии явно выраженных и сложно-планируемых вручную «узких мест» они могут применяться. Прежде всего, для определения последовательности в очереди на обработку перед конкретным участком/станком или последовательными группами оборудования. В силу этого APS–scheduler'ы «начинали свою жизнь» как sequencer’ы, как правило, в системах имитационного моделирования.

Если у вас позаказное производство, каждый заказ – существенно отличается по параметрам наладки и обработки оборудования, заказов/вариантов прохождения и обработки – много, нельзя заранее задать правила их размещения – да, в этом случае эта часть APS может вам помочь. С учетом того, что вы готовы заплатить указанную выше цену (не все «особенности» APS–scheduler’ов указаны). И с учетом следующего комментария: если «муда», генерируемая этой частью APS меньше, чем «муда» без его использования. Первая муда – это неизбежное нормативное увеличение циклов выполнения заказа, необходимое для задания «окна оптимизации», в котором scheduler будет по своему усмотрению «тасовать» производственные задания, и, связанный с эти рост НзП; вторая – потери на переналадках, потери пропускной способности узкого места, риск срыва сроков выполнения заказа. В моей практике, в дискретных производствах, крайне редко APS–scheduler необходим. Многие задачи внутрицехового управления решаются «примитивными» Lean и/или ТОС инструментами, а так-же, «простой», через ИТ-методы, визуализацией происходящего с элементами полу автоматизированного управления очередями.

«Непрерывка»

Использование «правильных» APS/MES в «непрерывке» («где все течет»), металлургии, пищёвке, и для решения некоторых других узко-специфических задач в производствах, где оборудование (его использование) – критично для процесса – не обсуждается. Они (системы) там просто должны быть.

Сокращения

SCM, SCMo: Supply Chain Management и Supply Chain (Planning) and Monitoring – управление производственными цепочками, Планирование и Мониторинг Производственных цепочек. Набор базирующихся на классической MRP-II концепции методов и автоматизированных систем, позволяющий планировать производство и закупки синхронно, с учетом существующих и будущих материальных и производственных ресурсов. Как в рамках отдельного предприятия, так и для распределенных систем (производственно-логистических цепочек).

APS — Advanced Planning and Scheduling, «Продвинутое» Планирование или, ближе к смыслу, синхронное планирование и оптимизация. Класс информационных систем – планировщиков производства и запасов, в которых, вычисляющих планы производства и/или уровни запасов с использованием оптимизационных алгоритмов. В классической системе планов предприятия могут соответствовать (зависит от конкретной системы конкретного производителя) уровням планирования от DP до Scheduling.

MES — Manufacturing Execution System, система производственного управления (исполнения!). Класс информационных систем, предназначенных для детального планирования и управления производством, как правило, на уровне оборудования и операций. В ряде случаев с использованием интеграции с оборудованием. Принципиально отличаются для разных типов производства.

ERP — Enterprise Resource Planning – планирование ресурсов предприятия. Маркетинговый термин и широко определенный класс информационных систем позволяющих интегрировано автоматизировать некоторые области деятельности предприятия, как правило, без областей планирования, бюджетирования, ведения состава изделия и некоторых других.

MRP-II — Manufacturing Resource Planning, Планирование Производственных Ресурсов – западная 1970х гг прошлого века концепция управления производством и операциями. Планирование производства и запасов в которой выполняется по MRP (Material Requirements Planning) и CRP (Capacity Requirements Planning) алгоритмам.