1С: Простые решения сложных задач

Компания ИТРП работает на рынке с 2000 г, является дочерним предприятием 1С.
Компания с начала основания специализируется на разработке и внедрении решений для производства.
В 2000 г был выпущен продукт «ИТРП:Производственное предприятие Стандарт» на платформе 1С 7.7 - с этого продукта начинается история типовых решений для производства на платформе 1С.
В 2004 г. специалисты компании выполнили разработку производственного модуля (расчет себестоимости и планирование производства) для решения 1С:УПП.
В 2006-2007 выпущены два новых продукта ERP-класса для производства: «ИТРП:Производственное предприятие Стандат 8» и «ИТРП:Процессное производство 8».
Собственная партнерская сеть компании насчитывает свыше 150 организаций в России и более 30 организаций в других странах: Украина, Беларусь, Казахстан, Латвия и Грузия.
Клиентами компании являются более 800 производственных предприятий на территории СНГ и стран Балтии.
Производство – наша специализация!
ИТРП + 1С = Управление производством

Формирование главного календарного плана производства
Формирование графика производства (сменно-суточное планирование)
Определение потребности в производственных ресурсах (планирование производственных мощностей)
Определение выполнимости плана производства
Перепланирование при отклонениях
Контроль за выполнением, диспетчеризация
Наиболее типичные задачи, решаемые автоматизированной системой планирования производства:

Как решать эти задачи?
А) Использование локальных (зачастую устаревших) программ или excel. Большая доля ручной работы, сложность сопровождения и развития.
Задачи в принципе решаются, но не все и не всегда оперативно.
Б) Использование сложных и дорогих программ, «продвинутых методологий» - MRP, ERP, RCCP, APS, и т.д.
Высокая стоимость, высокие риски внедрения
или

Самый востребованный, и рекомендуемый нами подход на рынке автоматизации – решение максимального количества задач минимальными средствами.
Иначе говоря, существует разумный баланс между тем, какие задачи решены в комплексной автоматизированной системе (ERP), и стоимостью, трудоемкостью ее внедрения.
Результат для бизнеса
Сбалансированное решение: Результат/затраты
Стоимость, трудоемкость внедрения, сложность освоения
Текущее состояние
Полностью оптимизированное планирование (идеальное решение)
«Более-менее» приемлемое планирование (практичное решение)

Философия 1С и ИТРП – сбалансированные решения:
Дать пользователям немного, но самое необходимое.
Быстро, просто, недорого.
ИТРП:Процессное производство 8:
В функционале планирования производства не заявляются продвинутые методики – эвристические и генетические алгоритмы, использование нейронных сетей, теории расписаний и т.д.
- Тем не менее, основные задачи планирования производства – решены.
Покажем, как приемлемые результаты планирования достигаются достаточно простыми и недорогими средствами. Это работает на практике!

Итак, задача производственного поцехового календарного (посменного) планирования
Исходные данные:
Главный календарный план производства готовой продукции
Спецификации технологических процессов, с нормами загрузки оборудования пооперационно
Прочие данные – времена переналадки между разными техпроцессами, время перемещения между РЦ, данные о производительности рабочих центров (РЦ, оборудования), о доступном фонде рабочего времени РЦ, страховые заделы изделий и т.д.
Требуется получить:
Сменно-суточные задания на каждый участок, цех, единицу оборудования
Загрузка оборудования должна быть такой, чтобы минимизировать время переналадки между разными техпроцессами.
Сменно суточные задания должны быть такими, чтобы не допускалась перегрузка оборудования сверх доступного фонда рабочего времени.
Потребность в материалах (сырье)
Потребность в трудовых ресурсах и оснастке, в т.ч. выяснить выполнимость плана по доступности этих ресурсов.

Главный календарный план производства готовой продукции
Строки: что надо сделать
Колонки: Когда сделать
Ячейки: количество выпуска

Смысл документа «ГКПП» - на оси времени, на плановый период, зафиксировали: какую готовую продукцию, когда, в каком количестве, по каким заказам надо выпустить:
Плановый период
t
Сегодня
Время полного производственного цикла
Плановые выпуски продукции: количество, дата, время, номенклатура, заказ клиента, конфигурация продукции

Технологическая спецификация (техпроцесс)
Здесь задается: что получаем на выходе техпроцесса, какие материальные ресурсы надо подать на вход техпроцесса

В любой ERP-системе можно вывести дерево изделия:

Достаточно ли такой материальной спецификации для формирования реалистичного плана, в котором учитывается мощность производства?
Разумеется, нет. Программа должна знать – на каком оборудовании, какой объем продукции и за какое время данную операцию можно выполнить:

Достаточно ли данных о требуемом нормативном времени работы оборудования под выполнение операций, для того чтобы сформировать реалистичный план?
Если предположить, что оборудование работает непрерывно и всегда доступно – то достаточно. А если оборудование будет останавливаться на плановые ремонты?
Можно задать фонд рабочего времени оборудования (рабочих центров)

Ремонт
Операция
Теперь есть все данные для планирования по алгоритму MRP:
Это план выпуска готовой продукции по датам, спецификации расхода входящих компонент на продукцию и промежуточные изделия, время выполнения операций, требуемое оборудование и время его работы.
Однако, как известно, такой алгоритм не выдает реалистичный план с первого прохода, поскольку не учитывает реальную мощность производства.
В общем случае, алгоритм исходит из допущения о неограниченной мощности производства.
Но после того как операции будут распланированы по датам и сменам – можно рассчитать потребность во времени работы оборудования по сменам и датам и сравнить с имеющимся фондом рабочего времени.
t
Операция
Фарш
Мука
Упаковка
Операция
Мясо
Лук
Котлеты в упаковке – плановый выпуск
Линия по формовке и упаковке котлет
Эта операция наложилась на предыдущую операцию и на ремонт – план нереалистичен
Мясорубка
Итерация 1

Если требуемое время работы оборудования больше имеющегося фонда – мы получили нереальный план. Надо сдвинуть даты выпуска продукции на более поздние и повторить процедуру планирования. Если и на этот раз план получился нереалистичный – еще раз подвинуть продукцию.
Таким образом, реалистичный план, с корректной загрузкой мощностей в рамках имеющегося фонда получается за несколько итераций.
Такой алгоритм в настоящее время считается устаревшим. Он требует больших вычислительных ресурсов и выполняется достаточно долго.
Ремонт
Операция
t
Операция
Фарш
Мука
Упаковка
Операция
Мясо
Лук
Сдвигаем на будущее заказ клиента
Линия по формовке и упаковке котлет
На второй итерации получили реально выполнимый план
Мясорубка
Операция
Итерация 2 - ОК

MRP дает директивный план на период, который в дальнейшем как правило не меняется т.к. перепланирование – трудоемкий процесс.
Кроме того, такой алгоритм не позволяет в общем случае выровнять загрузку производства и избежать частых переналадок оборудования.
Переналадки, как известно, приводят не только к уменьшению полезного времени работы оборудования. Это еще и прямые потери, например, после переналадки техпроцесс выходит на рабочий режим, в процессе которого выходи некондиционная продукция, а материалы фактически уходят в брак.

Более продвинутое семейство алгоритмов – APS
(Синхронное планирование, Advanced Planning Scheduling)
Основной плюс APS в том, что в процессе планирования сразу учитывается фонд доступного рабочего времени оборудования и корректно заполняется этот фонд по оси времени требуемыми операциями. Обеспечивается стыковка операций, возможна минимизация переналадок и прочие минимизации, учет доступных трудовых ресурсов, учет особенностей работы оборудования, быстрое перепланирование и пр.
Эти системы мало распространены, т.к. требуют гораздо больший объем нормативных данных – не только спецификации, но и детальное описание реальной структуры производства, особенностей рабочих центров. Высока стоимость таких систем и сложность внедрения.
APS базируется на достаточно сложной математике – теории расписаний и является «черным ящиком» для обычных пользователей. Это генетические алгоритмы, нейронные сети, методы локального поиска и т.д.
Ремонт
Операция
t
Операция
Операция
Система сама двигает заказы
Линия по формовке и упаковке котлет
Операция
Ремонт
Операция
Операция
Операция
Мясорубка
Оптимизированный план

В решении «ИТРП:Процессное производство 8» использован простой алгоритм, который заимствует из APS принцип заполнения фонда рабочего времени требуемыми операциями, а в остальном близок к MRP-алгоритмам.
Сложная математика не используется, алгоритм достаточно простой и понятный пользователям, что делает систему недорогой и достаточно прозрачной.
Объем нормативных данных – практически такой же что и требуемый системами MRP, что значительно упрощает внедрение системы.
Далее – пошаговый алгоритм планирования, использованный в нашем решении.
Разумеется, для наглядности – только основные моменты, без деталей, тонкостей синхронизации операций во времени (по сменам) и т.д.
В презентации намеренно показаны одновременно данные для пищевой отрасли и машиностроения.

Основной принцип алгоритма: вся потребность некоторого участка по всем компонентам за плановый период присоединяется к некоторому месту хранения – буферу цеха или участка (например, это может быть «цеховая кладовая, зона хранения изделий в цехе и т.д.).
По «буферу» известны входящие остатки, все плановые поступления и все плановые расходы посменно. Значит, можно рассчитать время возникновения дефицитов (потребности-нетто) и их объем
t
Операция
Фарш
Мука
Упаковка
Линия по формовке и упаковке котлет
Операция
Фарш
Мука
Упаковка
Операция
Фарш
Мука
Упаковка
Операция
Фарш
Мука
Упаковка
Зона хранения участка (буфер)
Плановый расход
компонент
t
График изменения остатка «Фарш» - потребность в компонентах еще не сформирована
Страховой задел
Предположим, по линии формовки и упаковке уже распланированы операции. Плановые операции порождают нетто-потребность в компонентах…
Считаем, что участок расходует компоненты в соответствии с брутто-потребностью. Планово-расчетный остаток компонента начинает уменьшаться.
В некоторой точке на зоне хранения возникает дефицит, который растет с каждым новым потреблением…
На временной оси образовался дефицит компонента. Высота столбика – это количество дефицита
Входящий остаток

Для гашения дефицита программа формирует новую нетто-потребность («чистую потребность») в компонентах, время и размер потребности таков, чтобы поддерживать страховой задел:
Зона хранения участка (буфер)
t
График изменения остатка «Фарш» - потребность в компонентах сформирована
Входящий остаток
Плановая потребность
в компонентах
t
Входящий остаток
Плановый расход
Плановая потребность в компонентах,
поддерживающая страховой запас
Эти плановые расходы «запитаны» со входящего остатка

t
Потребность в компоненте = плановые выпуски компонента
Плановая потребность в компонентах,
поддерживающая страховой запас
Итак, мы получили нетто-потребность в компоненте – развернутую во времени. Это потребность зависимого спроса. Для упрощения, будем считать что потребность должна удовлетвориться полностью в момент ее возникновения.
Итак, компонент надо
изготовить в количестве N кг.
Что делать?

Программа для каждой потребности запускает процедуру ее покрытия плановым выпуском. Эта процедура – центральное звено алгоритма. Рассмотрим ее по шагам.
1. По каким спецификациям можно изготовить компонент? Выбирается Техпроцесс-спецификация.

2. На каких рабочих центрах можно выполнить Техпроцесс?
Выбирается Рабочий центр.

3. Строим график загрузки рабочего центра – уже распланированные операции. Вставляем нашу операцию на незанятое еще время работы РЦ
Ремонт
Операция
Операция
Сборочная линия
Операция
Операция
Операция
Операция
Операция
Надо распределить эту операцию
по еще незанятому времени
работы рабочего центра
Операция
t
Выполняем поиск – куда «удобно» вставить операцию,
чтобы минимизировать переналадки
Часть 1
Часть 2
Можно планировать «Как можно раньше» - двигаться от более ранних смен до более поздних
Или «Как можно позже - двигаться от более поздних смен до более ранних
До этой точки загрузка запрещена – это интервал блокировки данного РЦ
Во время «вставки» операций на незанятое время работы РЦ, программа пытается так оптимизировать вставку, чтобы минимизировать переналадки и загрузить РЦ наиболее эффективно
Время переналадки и выхода процесса рабочий режим – планируются отдельно!

Важное уточнение:
Не рассчитывается время начала и окончания работы РЦ. Временной график работы РЦ – дискретен и состоит из смен.
Операции назначаются не на время работы РЦ, а в целом на смену. Внутри смены – программа устанавливается очередность запуска операций на РЦ так, чтобы минимизировать переналадки:
Сборочная линия
Смена 1, 10 апреля
Смена 2, 10 апреля
Смена 3, 10 апреля
Смена 1, 11 апреля
1. Операция X, 2 часа
2. Операция Y, 2 часа
3. Операция Y, 1 час
4. Операция Z, 3 часа
1. Операция Z, 2 часа
2. Операция Z, 2 часа
3. Операция X, 1 час
4. Операция X, 2 час
Результат: программа не формирует жесткое синхронизированное (между РЦ) расписание. Такое «синхронное» расписание сложно выполнить, т.к. весьма вероятны отклонения от плана (сбои оборудования, брак и т.д.).
С другой стороны, назначение заданий в целом на смену без определения точного времени начала и завершения дает регулируемые страховые «зазоры», которые поглощают все возможные отклонения.
Это значит, что получается реальный график производства, вероятность переформирования которого из-за лавинообразного нарастания отклонений – достаточно мала.
5. Операция X, 1часа

Несколько важных уточнений
Сборочная линия
Смена 1, 10 апреля
Смена 2, 10 апреля
Смена 3, 10 апреля
Смена 1, 11 апреля
Линия окраски
Смена 1, 10 апреля
Смена 2, 10 апреля
Смена 3, 10 апреля
Смена 1, 11 апреля
Рабочие центры могут быть двух типов:
С пакетной загрузкой. Загрузка планируется временными пакетами с фиксированной длительностью, каждый пакет может выдавать переменный объем продукции, в зависимости от степени загрузки РЦ. Примеры: окрасочная камера, приготовление пищи на плите. Если мощность одного пакета исчерпана, планируется новый пакет.
С непрерывной загрузкой. Для увеличения объема выпуска – пропорционально увеличивается время работы РЦ. Пример: Конвейер, литье пластмассовых изделий.
Возникла
потребность
Задание
на выпуск
Задание
на выпуск
Задания передаются на предыдущие смены
Задание
на выпуск
Текущая смена может удовлетворять потребность, если включен соответствующей признак в спецификации
Потребность, возникшая в одной смене, удовлетворяется текущей или предыдущими сменами.

Процедура загрузки рабочего центра операциями
Способы оптимизации загрузки рабочих центров
Самый эффективный способ загрузки - загрузка за счет увеличения мощности потока.
При этом не требуется ни переналадка, ни увеличение времени работы РЦ. Мощность потока пакетного РЦ может меняться, если в Техпроцессе в списке РЦ указаны отличающиеся минимальное и максимальное значения выхода продукции за заданное время.
Программа пытается «втиснуть» текущую операцию в уже запланированные Техпроцессы.
Для этого программа выполняет поиск в уже распланированных операциях – текущий Техпроцесс который надо выполнить.
Если он найден – проверяется, можно ли в эту операцию добавить дополнительный объем.
Сборочная линия
Смена 1, 10 апреля
Смена 2, 10 апреля
Смена 3, 10 апреля
Смена 1, 11 апреля
Эта операция заполнена не полностью – можно увеличить загрузку РЦ не увеличивая время работы, за счет увеличения объема операции
Объем, который надо добавить в операцию
Пример. Распланирована загрузка камеры окраски - за 1 час 20 изделий. Но вместимость камеры - 100 изделий. Очевидно, что прежде чем планировать дополнительное время работы камеры, нужно полностью загрузить этот час работы.

Процедура загрузки рабочего центра операциями
Способы оптимизации загрузки рабочих центров
Следующие способы, в порядке убывания приоритетности.
1)Программа ищет свободное время РЦ (еще не занятое другими операциями). «Окно» должно быть таким, чтобы рядом с этим окном (до или после) в одной и той же смене уже выполнялся тот же техпроцесс. В этом случае переналадка исключается.
2)То же самое, что 1, но теперь программа пытается «стыковать» текущий техпроцесс с операциями, выполняющимися в соседних сменах. Например, если предыдущая смена окончила выполнять техпроцесс, то этот техпроцесс продолжает выполнять следующая смена.
3)В программе можно задать карту благоприятных технологических переходов – с какого на какой техпроцесс допустимо переходить (например, не требуется промывка линии). Согласно этой карте, программа ищет такие «зазоры» в уже распланированных операциях, при вставке в которые текущей операции – два получившихся перехода или хотя бы один будут «благоприятными».
4)Если по методам 1-3 не удалось «вставить» операцию на временную ось – то операция вставляется на любое свободное время работы РЦ. При этом дополнительно планируется время переналадки, учитывается выпуск «переходной» (некондиционной) продукции до выхода на рабочий режим, потребление компонент на переходной процесс.
5)Если свободное время работы РЦ (ни одного РЦ указанного в допустимых техпроцессах) не удалось найти для вставки операции, то операция планируется с перегрузкой РЦ, это фиксируется в протоколе проблем при планировании.
Все методы оптимизации, которые использовала программа при разноске операций, фиксируются в плане производства. Анализ этих данных позволяет проверить, насколько оптимизированным является полученный план.

Как это выглядит на практике.
Запуск процедуры планирования за период – одной кнопкой

Как это выглядит на практике.
Дерево разузлования потребности независимого спроса «назад во времени»

Как это выглядит на практике.
График загрузки РЦ

Как это выглядит на практике.
Просмотр результатов планирования

Как это выглядит на практике.
Просмотр графика производства (многомерный анализ)

Как это выглядит на практике.
План-фактный анализ выпуска по рабочим центрам и заказам

Как это выглядит на практике.
Просмотр отклонений от графика

Функциональные возможности планирования в «ИТРП:Процессное производство 8»
- Многопоточность рабочих центров
- Варианты назначения заданий – «Как можно раньше», «Как можно позже»
- Ограничения на направления потоков между РЦ (трубопроводы, конвейеры)
- Учет карт благоприятных переходов между техпроцессами, для сокращения времени переналадки
- Переменная мощность потока для рабочих центров с пакетной загрузкой
- Учет времени транспортировки между РЦ
- Учет времени переналадки
- Учет выхода «переходной продукции» и потребления материалов на переходной процесс
- Учет времени созревания изделий, до их потребления следующим переделом
- Нормирование страховых заделов изделий
- Учет начальных остатков при расчете потребностей (разделение нетто и брутто-потребностей)
- Учет множественных выходов спецификаций (химреакции с несколькими продуктовыми выходами, операции раскройки, разделки и т.д.)
- Ручные корректировки потребности независимого и зависимого спроса
- Поддержка финальной сборки заказных конфигураций продукции, с расчетом входящих комплектующих по формулам
- Использование маршрутных техпроцессов – несколько заходов одного изделия в разные цеха, участки
- Сквозная трассировка заказов клиентов по всем распланированным переделам – при необходимости
- Многосценарность планирования, моделирование ситуаций
- Распределение способа удовлетворения потребностей на «Производить» и «Закупать».
- Планирование «по потребности» и «по точке заказа»
- Формирование календарной потребности в материалах