O MRP não funciona ... Qual é a alternativa?

Colegas, apresento o primeiro artigo da série "Métodos Clássicos de Gerenciamento". Todos os artigos que serão incluídos nesta coleção especialmente preparados para Habr foram escritos em momentos diferentes, mas ainda não perderam a relevância.
Sergey Peterkin, Reitstep.

O MRP não funciona ... Qual é a alternativa?

Planejamento e otimização síncrona

1. Introdução

Os esforços de longo prazo dos fornecedores de sistemas de informações de classe ERP (Enterprise resource planning) na Rússia finalmente foram bem-sucedidos: a liderança de uma parcela significativa de empresas domésticas está confiante de que precisam desses sistemas porque eles podem (como afirmado) realmente resolver os problemas de planejamento e produção da produção. fornecimento. Um a um, os principais desenvolvedores russos anunciam a disponibilidade de funções de planejamento e gerenciamento de produção em seus sistemas que atendem ao “padrão” MRP-II (Planejamento de Recursos de Manufatura - planejamento de recursos de produção). As empresas que introduziram sistemas ERP e estão tentando gerenciar a produção com sua ajuda estão começando a aparecer em vários setores. No entanto, planejar com a ajuda deles é, por algum motivo, mais difícil do que antes. Porque Consultores experientes afirmam que a razão é que "... a cultura de produção errada, especificações e processos técnicos imprecisos, mudanças constantes no projeto, rastreamento não operacional do nível de estoque ..." e, oh, horror "... ... não há um mestre estratégico e / ou de planejamento agregado” .

Tudo isso é verdade, mas quantos se perguntaram: todos os métodos de gerenciamento ocidentais (especialmente 30 anos) são tão bons quanto apresentados? Uma coisa é planejar o trabalho de uma empresa ocidental de 50 a 100 pessoas, trabalhando por muito tempo e com sucesso em um ambiente estável; outra é “dar a volta” nas condições russas, gerenciando um gigante industrial que está de pé ou uma planta jovem em desenvolvimento, muitos dos quais invejariam a velocidade da reação à mudança da demanda Concorrentes ocidentais. Talvez as raízes de muitas implementações mal sucedidas de sistemas ERP em empresas industriais russas residam precisamente na tentativa de usar um algoritmo imperfeito para um planejamento que só é eficaz quando "tudo está bem"?
Atualmente, poucas pessoas ficam surpresas ou interessadas em uma descrição detalhada de algoritmos para calcular necessidades e planejamento. No entanto, o autor teve a liberdade de descrever novamente brevemente o algoritmo de planejamento do MRP e analisar por que ele não era eficaz em muitas de nossas empresas reais em aplicações práticas. Além disso, isso não é apenas uma rejeição do que é bem conhecido por todos, e foi proposto, em particular, uma vez pelo autor. O artigo propõe outro algoritmo de planejamento desprovido das falhas tradicionais do MRP II. Esse método pode ser aplicado a qualquer empresa com produção discreta ou produção contínua, que pode ser reduzida a discreta.

Planejamento de recursos para MRP-II. O que está errado?

Vamos relembrar brevemente os princípios de cálculo das necessidades de acordo com o algoritmo MRP-II.

Dados iniciais:

• Plano de produção / previsão / pedidos de clientes.
• especificações e processos operacionais de produtos manufaturados,
• nível de existências em armazéns e locais de armazenamento;
• receitas esperadas de fornecedores e de produção, embarques esperados para consumidores,
• locais de trabalho com um horário de trabalho.

Planejamento

Com base nas informações sobre a previsão de demanda ou o plano de produção, são determinadas as especificações do produto, as necessidades brutas de materiais, componentes e montagens intermediárias.

Se houver informações sobre o trabalho em andamento, estoques de materiais e componentes, materiais em trânsito, as necessidades líquidas de peças produzidas e compradas são determinadas em quantidade e no tempo, pelo método de planejamento de volta, sem levar em consideração a carga real de produção.

Se houver rotas tecnológicas com indicação da complexidade operacional e das taxas de produção, além de levar em consideração informações sobre o cronograma operacional do equipamento e as tarefas de produção executadas, a carga de produção é calculada e, no caso de uma sobrecarga, é realizado um novo planejamento.

Em caso de anomalias, por exemplo, como resultado do procedimento de planejamento automático, as datas de início da produção / compra são reprogramadas manualmente) para as posições para as quais o sistema gera mensagens com exceções.

O algoritmo parece bastante holístico e lógico. E, em teoria, isso é verdade. Se o desmontarmos usando o exemplo da produção de um produto real (lanterna, pá, mesa, bicicleta, computador etc.), não resta dúvida: é adequado para nós. Mas espere um momento! Para produzir uma lanterna ou uma pá, monte um computador a partir das unidades principais, um cálculo automatizado das necessidades pode ser realizado usando as tabelas do Excel. Tais empresas não precisam de um complexo sistema de planejamento automatizado. O MRP, por outro lado, precisa de funções de cálculo que tendem a usar empresas russas que produzem produtos bastante complexos.

E, nesse caso, na prática, o cálculo do MRP-II não pode ajudá-los de forma alguma. Porque Porque ...

1. O MRP "não sabe nada sobre hoje" . O cálculo das datas de início é sempre efetuado a partir da data da necessidade planejada. Se o período até a necessidade planejada (o tempo entre "hoje" e a data do envio) for menor que o tempo total de entrega do produto planejado, o sistema agendará as datas de início do plano no passado.

É verdade que, neste caso, o sistema irá gerar mensagens para exceções . No entanto, na prática, pode haver tantos deles que simplesmente não são suficientes para a "análise" do tempo real alocado para o planejamento. Considere a empresa industrial russa média, com um número total de aproximadamente 500 pessoas. Suponha que seja necessário em média várias dezenas de pedidos de clientes por dia e produz produtos "mais complexos que bicicletas", ou seja, com uma especificação que consiste em várias dezenas de linhas. Essas condições são atendidas pela maioria das empresas industriais russas em quase todas as indústrias. Para ele, desvios da idealidade, o número de exceções após cada execução do MRP estará nas centenas de registros. Usuários “felizes” de sistemas com o algoritmo de planejamento MRP-II estão bem familiarizados com esse fato. A linha inferior: o plano não é realista .

2. Planos de MRP sem utilização real de recursos . Ao planejar o retorno, é usado um lead time fixo padrão, ou seja, tempo total de produção não operacional. O fato de qualquer área de trabalho estar ocupada nesse momento não é levado em consideração pelo algoritmo. No entanto, existe uma saída: iniciar a função CRP ( Capacity Requirements Planning ), com a qual é mais frequentemente possível "expandir" gargalos. Nesse caso, como regra, os termos de produção de todas as peças planejadas pelo sistema também mudam. I.e. depois de iniciar a função CRP, você deve reiniciar o MRP, que novamente formará um plano de produção sem levar em consideração hoje e recursos limitados. E assim - em um círculo ...

Em teoria, tais aproximações consistentes na formação de planos são bastante viáveis. No entanto, como regra geral, na prática das empresas russas, quando resolvemos problemas de planejamento para dezenas ou mais produtos que possuem, em regra, mais de cinco níveis de aninhamento e consistem em dezenas - centenas - de milhares de unidades, peças e componentes, como resultado desse planejamento, ainda é irrealista o plano. Sem mencionar o fato de que, ao calcular a utilização da capacidade (CRP), o planejamento automatizado não é possível, levando em consideração rotas alternativas, e o próprio cálculo (cálculo do CRP ou MRP) nas capacidades de computação finais durará mais de uma hora. Obviamente, a velocidade de cálculo depende do software e do poder de computação. Mas, com base na experiência prática, o autor pode concluir que, para uma empresa de construção de máquinas de médio porte com um banco de dados de 30 mil produtos (o que não é muito para nossos fabricantes de máquinas), componentes, peças, materiais e componentes, produtos de fabricação com 5-7 níveis aninhamento, o cálculo do MRP e do CRP levará em média 4 horas cada.

3. O MRP não pode resolver o problema de alterar o momento da produção de um produto de cabeçote específico em caso de problemas com qualquer componente do nível inferior, porque não sabe nada sobre a origem raiz da necessidade. Essa desvantagem é inerente ao próprio algoritmo de cálculo. O MRP calcula os requisitos de cima para baixo, nível por nível, para todos os produtos de banco de dados (veja a Figura 1). Portanto, na maioria dos casos, não é possível determinar corretamente a fonte da necessidade.



Como resultado, para o MRP todos os pedidos são "cinza" (veja abaixo). I.e. em caso de problemas na produção de um componente incluído em vários produtos, não é possível determinar, por exemplo, qual cliente deve ser informado sobre o adiamento do pedido.



Em conexão com a figura acima, considere um exemplo. De acordo com o plano de remessas para pedidos de clientes, está previsto comprar componentes. Ao planejar de acordo com o algoritmo MRP, verifica-se que, mesmo levando em consideração o estoque de segurança, a compra de vários lotes dos componentes necessários precisou ser realizada há 5 dias. Devido ao fato de que as necessidades calculadas pelo algoritmo MRP são despersonalizadas, não é possível determinar a data em que os pedidos recebidos devem ser alterados.

Qual é a alternativa?

Existe uma alternativa na forma relativamente recente e já adotada por muitos provedores de ERP, algoritmo de agendamento usado em sistemas APS e MES que foram posicionados completamente separados (APS - Advanced Planning and Scheduling System - planejamento e otimização síncronos - STR, MES - Manufacturing Execution System) . Agora, o algoritmo APS é considerado uma inovação na prática de gerenciamento de empresas industriais, comparável ao desenvolvimento do algoritmo MRP-II há mais de três décadas. “... obrigada em grande parte pelo desenvolvimento da tecnologia de computadores, a APS oferece não apenas as respostas mais rápidas, mas também as melhores respostas para as eternas questões de uma empresa industrial:

• o que podemos produzir;
• quando podemos enviar;
• como podemos usar melhor os recursos disponíveis para atender à demanda ... "

Mas isso é tudo publicidade. É o que dizem os representantes de quase todas as empresas que operam na área de sistemas de informação. No entanto, poucas pessoas podem explicar razoavelmente como o algoritmo APS pode resolver o problema de planejamento e como ele deve ser usado. Na maioria das vezes, ao vender uma "caixa preta" com um botão mágico, é oferecida. Mas, de acordo com a profunda convicção do autor, não entendendo o algoritmo do sistema, ele não pode ser usado para resolver os problemas de planejamento de uma empresa russa moderna.

E, antes de prosseguir com a descrição do algoritmo STR, observamos que o APS não é:

• somente por meio de “planejamento rápido e sutil”,
• versão rápida do MRP-II,
• otimizador de planejamento ou o segundo estágio de implementação do sistema MRP-II / ERP,
• algoritmo de agendamento apenas para dados perfeitamente perfeitos,
• metodologia apenas para empresas avançadas e empresas que trabalham sob encomenda,
• Padrão APICS.

Planejamento de recursos da APS. Como isso funciona

Atualmente, existem vários algoritmos APS disponíveis comercialmente: modelos de rede, modelos de simulação, modelos matemáticos (modelagem usando redes neurais, programação linear etc.), otimização de rede etc. Mais detalhes sobre as vantagens e desvantagens desses algoritmos e os limites de sua aplicação são descritos no livro do autor "Just In Time for Russia". Abaixo, em resumo, um algoritmo para o cálculo de planos é apresentado usando o algoritmo de rede de otimização mais usado.

Dados iniciais:

• plano de produção / previsão / pedidos de clientes.
• especificações e processos operacionais de produtos manufaturados,
• nível de existências em armazéns e locais de armazenamento;
• receitas esperadas de fornecedores e de produção, embarques esperados para consumidores,
• recursos e grupos de recursos.

O algoritmo APS usa um modelo corporativo real, que é fundamentalmente diferente do MRP, ou seja, não centros de trabalho abstratos e rigidamente definidos (seções) com máquinas idênticas, que, por regra, devem corresponder a seções de trabalho e não podem ser "espalhados" por várias oficinas ou por toda a empresa, mas pelos recursos reais da planta, ou seja, pessoas, máquinas-ferramentas ou grupos de equipamentos, áreas, ferramentas e equipamentos, etc. (fig. 3). No âmbito do MRP II, uma descrição adequada de uma equipe de trabalhadores executando simultaneamente trabalhos em vários locais de trabalho leva ao fato de que, para centros de trabalho no sistema ERP, o número de trabalhadores é determinado como 1,5; 3,17 pessoas, etc.



Diferentemente do MRP clássico, os recursos do algoritmo APS (modelo de otimização de rede) podem ter atributos qualitativos adicionais, como qualificações dos trabalhadores ou sua classificação, características de equipamentos ou ferramentas, por exemplo, "antigo", "novo", onde equipamentos "antigos" determinado, por exemplo, por um grupo de precisão real ou velocidade de processamento. Além disso, cada cronograma de trabalho pode ser definido para cada recurso e os recursos podem ser combinados em grupos de recursos, que é um análogo aproximado dos locais de trabalho (centros de trabalho) do modelo MRP. Além disso, os recursos podem ser combinados em grupos de recursos que também possuem um nome muito real (“turners da 2ª categoria”, “turners da 6ª categoria” - veja acima. Se não houver uma grade de descarga padrão GOST para o pessoal da empresa, ela própria , que realmente existe em todas as empresas.Um exemplo é a experiência de trabalho.


Um exemplo de definição de processo em um novo modelo corporativo é o seguinte.
Produto A:

• operação 050 "usinagem de precisão"; grupos de recursos necessários: processamento de precisão e torneiro da 6ª categoria , recursos necessários: um trabalhador da 6ª categoria, máquina nº 1 .
• operação 055 "metalurgia normal"; grupos de recursos necessários: processamento normal, torneiro da 2ª categoria , recursos necessários: trabalhador da 2ª categoria OU trabalhador da 3ª categoria OU trabalhador da 6ª categoria OU trabalhador da 6ª categoria, máquina nº 1. OU número da máquina 2 .

Com essa definição de recursos, não há necessidade de determinar rotas alternativas, basta determinar os possíveis grupos de recursos, cujos componentes serão classificados sequencialmente durante o planejamento. Ao mesmo tempo, sua disponibilidade simultânea no horário será verificada, por exemplo, no turno do dia ou da noite.

Planejamento

A formação de um plano de produção ou expedição para pedidos de clientes usando o algoritmo APS será a seguinte.

Etapa 1. Cálculo dos requisitos para materiais. Determinação da data de início, data de aquisição e data de remessa / data de lançamento do produto final

O cálculo é realizado de acordo com o algoritmo MRP, mas com duas diferenças significativas.

1. O cálculo não é para todos os objetos de todos os produtos de banco de dados do mesmo nível de aninhamento, mas para todos os componentes de cada produto "principal", cuja necessidade em uma determinada data pode ser determinada pelo plano de produção, pedido do cliente ou previsão de demanda. I.e. primeiro, o primeiro produto é obtido (de acordo com uma determinada regra de seleção) e calculado "de cima para baixo, do futuro para o passado", depois o segundo etc. até que, para todos os produtos, os requisitos de materiais não sejam calculados (consulte a Fig. 4). No futuro, observamos que é devido a isso que é possível calcular as datas de conclusão esperadas de cada pedido de cliente específico ou tarefa de produção.



2. No caso de as datas do início da produção / compra de algumas peças / materiais estarem no passado (o sistema “entra hoje ” - veja a Fig. 5), o método de planejamento muda. Os elementos são capturados sequencialmente com as datas do início dos trabalhos, mais cedo hoje e, usando o método de planejamento a partir de hoje , uma nova data para a conclusão da produção ou uma data de entrega do fornecedor é determinada.



Etapa 2. Determinando as datas de início / término, levando em consideração o carregamento dos recursos existentes.
"Push", ou seja, planejamento de baixo para cima, do passado em diante.

1. Após determinar a data de início da produção / compra do primeiro material / peça na cadeia de produção, usando o método de planejamento a partir da data mais antiga de produção / compra, sequencialmente, a partir do primeiro, são determinadas as datas e os horários de início e término, cada operação levando em consideração os limites limitados. carregando um recurso de um determinado grupo de recursos. Se, em um determinado intervalo de tempo, a energia livre desse recurso for insuficiente (todos os trabalhadores / unidades de equipamento estão carregados ou as ferramentas não estão disponíveis):

1) de acordo com as regras especificadas no sistema, do grupo de recursos definido para esta operação, o recurso disponível é selecionado, a operação é redefinida para ele,

2) se não houver esse recurso, todas as operações desta parte serão transferidas sequencialmente para a “janela” temporária livre mais próxima do primeiro recurso livre. Assim, são determinadas as datas de início / término de cada operação para a produção de um determinado componente ou produto acabado (Fig. 6).

2. Ações de acordo com a reivindicação 1. são executados para todas as partes por níveis, começando pelo mais baixo. Assim, a data de início da produção da próxima é determinada de acordo com a cadeia tecnológica do produto (a data final mais recente é tomada).

3. As ações dos parágrafos 1 a 2 são realizadas em toda a estrutura do produto, de baixo para cima, até a data final de prontidão do produto final.



Etapa 3. Reduza o tempo total de produção.
"Puxar", ou seja, planejamento de cima para baixo do presente para o passado.
Até a data da conclusão final do trabalho definido acima, as datas de produção / suprimento de todas as peças / materiais do produto em questão são "puxadas", levando em consideração a carga de recursos, ou seja, para peças / materiais de nível inferior, as datas de início / término são redefinidas para mais tarde (no caso geral).



Após a conclusão do ciclo de planejamento de um item, o mesmo planejamento é executado para o próximo item do banco de dados de produção. Ao mesmo tempo, os requisitos de materiais reservados para o primeiro produto são consumidos apenas se houver um excesso (produção considerando o lote mínimo) e, ao calcular o tempo considerando a carga de recursos, a carga planejada do novo cálculo é “sobreposta” à criada pelo cálculo anterior. Em seguida, o planejamento é realizado para o próximo produto, etc.

Dependendo da implementação do software do algoritmo, o cálculo pode ser realizado tanto para um produto (para uma tarefa de produção específica quanto para o pedido de um cliente) e para todos os produtos no banco de dados, com um zeramento geral da carga e preservação dos materiais reservados.

No modo de planejamento "único" (necessário para a empresa que trabalha com pedidos), cada pedido é calculado de cima para baixo, impondo suas necessidades aos planejados anteriormente.

No modo de reprogramação geral, para todo o horizonte de planejamento, todas as necessidades planejadas anteriormente são redefinidas (exceto para tarefas colocadas em produção), uma sequência de objetos para planejamento é selecionada (planejamento, tarefas de produção, requisitos para reabastecer o estoque de segurança, previsão de demanda, pedidos de clientes, etc.). Além disso, de acordo com o algoritmo descrito acima, um por um os produtos selecionados são planejados sequencialmente.
Com esse reagendamento, as datas de conclusão das tarefas planejadas anteriormente, mas não colocadas em produção, podem mudar ("avançar"). No entanto, o plano geral, no entanto, será real.

Otimização

A segunda parte do método é a otimização da produção. A otimização da produção é realizada para tarefas de produção planejadas e / ou já lançadas, levando em consideração todos os gargalos. Além disso, na maioria dos sistemas, é possível impor várias restrições ao processo de gerenciamento operacional da produção. Infelizmente, a descrição dos algoritmos de otimização mais comuns está além do escopo deste artigo. Observamos apenas os mais comuns, como: combinar lotes de produção a partir do cálculo da coleção ideal para iniciar a produção, elaborar a sequência de tarefas de produção, a partir do cálculo da otimização da preparação do equipamento (por exemplo, ao pintar um produto com cores diferentes, a sequência de tarefas será: de tons claros a mais o escuropara reduzir as operações intermediárias de limpeza), etc.

Conclusão

Isso não quer dizer que o algoritmo APS é o botão mágico que planeja perfeitamente tudo e tudo na empresa.Um sistema de informações corporativas com um algoritmo de planejamento da APS é apenas uma condição necessária, mas não suficiente, para o planejamento eficaz de uma empresa industrial. No entanto, o uso de algoritmos de planejamento antigos e ineficazes em um sistema corporativo pode limitar significativamente as chances de sucesso de uma empresa.
Se você escolher um sistema ERP que, entre outras coisas, também deve resolver problemas de planejamento de produção, escolha um sistema que possa resolver esse problema exatamente em sua empresa, um sistema com um algoritmo interno para planejamento real. Como geralmente é impossível implementar esse sistema por conta própria, é necessário abordar cuidadosamente a escolha de uma empresa que assume o papel de consultor externo. Como um dos critérios de seleção, deve-se usar o nível de competência de seus funcionários no campo dos métodos modernos de planejamento, dentre os quais, como pode ser visto no artigo, a APS deve estar presente.

E, no entanto ... Para resolver o problema de planejamento de produção de uma grande empresa russa real, nem sempre é necessário comprar muito dinheiro e muito tempo para implementar todo o sistema ERP com ou sem um módulo APS. Muitas vezes, é possível implementar de maneira relativamente rápida na empresa apenas a funcionalidade APS + faz interface com sistemas de inventário e sistemas CAD - PDM existentes. Geralmente, são projetos muito rápidos (não mais de seis meses) e eficazes. Mas isso só é possível se a empresa fornecedora entender o que e como fazer e também possuir as ferramentas necessárias para isso, ou seja, Sistema ERP com funções de planejamento construídas usando o algoritmo APS. Mas como fazer isso é material para um artigo separado.

... e então haverá projetos mais bem-sucedidos e empresas russas trabalhando com eficiência!

Outra alternativa ao MRP II é usar a tecnologia Exactly On Time para gerenciar nossas instalações. A consideração deste padrão requer uma publicação separada.

Peterkin S.V.

APÊNDICE

“ Mais detalhadamente sobre o algoritmo de planejamento MRP ”

1º passo. Cálculo dos requisitos líquidos para materiais com base em dados sobre a composição do produto (especificação)
Nesta fase, é realizado o cálculo dos requisitos para materiais, montagens e componentes, levando em consideração os disponíveis ou os trabalhos em andamento.





2º passo. Cálculo dos requisitos líquidos para materiais com base em dados sobre a composição do produto Cálculo dos requisitos líquidos ao longo do tempo. Nesta fase, as quantidades necessárias são calculadas levando em consideração todos os recebimentos e despesas de materiais. Se, nessa etapa, o sistema detectar uma diminuição no nível do material abaixo de um determinado nível, será determinada a quantidade que precisa ser comprada ou produzida para atender à necessidade.



Também é possível calcular os requisitos líquidos levando em consideração a regra do lote (lote mínimo de pedidos, multiplicidade de lotes, frequência de pedidos).

3º passo. Determinação dos termos de compra e fabricação.Nesse estágio, para o departamento de planejamento (departamento de suprimentos), o sistema determina o momento do início das ações para implementar as necessidades líquidas calculadas. O algoritmo MRP toma como início a data de implementação da necessidade final e "gira" o processo de fabricação do produto ou compra de materiais no tempo, determinando as datas do início das operações de produção com componentes (peças) de nível inferior, até a determinação das datas de formação de pedidos para fornecedores.



O algoritmo de cálculo pode ser ilustrado usando o seguinte esquema:



Observe que, ao planejar, utiliza o princípio de carregamento ilimitado , ou seja, ao calcular, as capacidades limitadas de produção de outros recursos são ignoradas.