Aktuální vydání

celé číslo

03

2021

Digitální transformace, chytrá výroba, digitální dvojčata

Komunikační sítě, IIoT, kybernetická bezpečnost

celé číslo

Kybernetický přístup k optimalizaci zdrojů ve výrobních podnicích

číslo 10/2005
 
 

Kybernetický přístup k optimalizaci zdrojů ve výrobních podnicích

Přizpůsobování parametrů v podnikovém informačním systému (Enterprise Resource Management – ERP) je trvalý proces, který může být optimálně podporován vytvořením regulačních obvodů. Příslušné regulátory jsou softwarové moduly SRM (samoregulační mechanismy), které porovnávají definované podnikové cíle se skutečností a počítají hodnoty parametrů pro vhodné nastavení systému ERP. Tím podniku umožňují rychle reagovat na změny na trhu. Systém ERP a regulátor v podobě SRM spolu tvoří komplexní hierarchickou regulační smyčku. Její tři typy – regulace finančních cílů, průběžných dob výroby a zásob ve skladech – účinně optimalizují i výrobu s velkým počtem úrovní kusovníkových struktur. Tím se metoda SRM liší od metody simultánního plánování, používané v systémech typu APS. Definovaných cílů, jako např. redukce zásob ve skladech, kratších dob výroby a dodacích lhůt a větší spolehlivosti dodávek, se při použití SRM dosahuje průběžně. Doba návratnosti investic se zde zpravidla pohybuje okolo několika měsíců za současného zvýšení výkonnosti podniku.

1. Úvod

Neustálé změny tržního prostředí nutí firmy budovat a rozvíjet strategie, jejichž cílem je zvyšovat konkurenceschopnost podniku. Důležitou roli přitom hrají flexibilita a rychlost reakce na požadavky zákazníků. Schopnost podniku rychle reagovat na kolísání poptávky a jiné případné poruchy se označuje slovem agilita. Doposud používané metody řízení podniku jsou převážně statické, a pro zvládnutí této dynamiky tudíž nevhodné.

Od systémů kategorie ERP se v současné době požaduje více než pouhá integrace podnikových dat. Po nákladném zavedení od nich uživatelé očekávají na první pohled patrné přínosy, přičemž ale většině systémů ERP chybí potřebná agilita. Nebyly totiž nikdy určeny k řízení v prostředí konglomerátů podniků provázaných tak těsnými dodavatelsko-odběratelskými vztahy, jaké jsou typické pro současné logistické řetězce. V nouzi se využívá skutečnost, že k podpoře logistických řetězců je k dispozici mnoho produktů kategorie SCM a současně jsou do mnoha systémů ERP doplňovány moduly s funkcemi APS, které systémy ERP někdy dokonce i nahrazují. Idea spolupráce mezi podniky na integrované informační základně je ovšem uskutečnitelná pouze za podmínky integrace informací, struktur i procesů [1]. Je vzhledem k rychlým změnám možné vytvořit takový model logistického systému, aby ihned po jeho dokončení nebylo nutné začínat modelovat znovu a znovu? Jednou z možných reakcí na změny na trhu jistě je průběžná změna modelu. Existuje ovšem i jiný přístup – logistické regulační obvody.

2. Kybernetický přístup – systémy regulačních obvodů

2.1 Regulační obvody versus APS a jiné metody
Kybernetický přístup podporuje potřebu agility i spolupráce. Na rozdíl od systémů APS, které zpravidla plánují jen v jednom směru, se při použití regulačních obvodů měří reakce logistického systému. Získané zpětnovazební údaje se dále zpracovávají s cílem eliminovat odchylky od stanovených cílů. Tato zpětná vazba u systémů APS chybí.

Obr. 1.

Obr. 1. Princip systému regulačních obvodů s monitorovací vrstvou (BI – Business Intelligence, BPM – Business Performance Management)

Decentralizovaný kybernetický přístup k řízení podnikových zdrojů se od integrovaného přístupu v systémech APS liší nejen výsledky, ale také předpoklady. Systémy APS k docílení dobrých výsledků předem vyžadují velice přesná data. Regulační obvody naproti tomu mohou začít svou činnost s nepřesnými parametry, popř. odhady, přičemž potřebná nastavení se průběžně automaticky upřesňují a přibližují systém stanovenému cíli.

2.2 Architektura
Regulační obvody pro řízení výroby jsou nadstavbou nad systémem ERP (obr. 1). Ten sice zpravidla spolehlivě podporuje procesy řízení výroby, ovšem samostatně nereaguje na poruchy. Vrstva regulátorů, kterou tvoří SRM, analyzuje struktury a parametry ERP, průběžně simuluje důsledky a optimalizuje nastavení parametrů systému ERP a částečně také jeho struktury v podobě dynamických bodů tzv. rozpojení vazby na zakázku (Decoupling Point – DCP). Tyto akce se periodicky provádějí a postupně se dosahuje zlepšení, popř. se odstraňují vlivy poruch.

Obr. 2.

Obr. 2. „Tlačené“ a „tažené“ výrobní činnosti při zakázkové kusové a malosériové výrobě s nabídkou variant finálních výrobků s bodem rozpojení (DCP)

Regulátory tak dodávají systému ERP schopnost reagovat na poruchy, přičemž cíleně ovlivňují jeho nastavení. Pro kontrolu je využívána monitorovací vrstva, která zajišťuje stabilitu regulačních obvodů. Regulační obvody se převážně používají v části výroby „tlačené“ výrobcem (upstream) na rozdíl od komponent typu CTP (Capable to Promise), které – pokud jsou k dispozici – pracují zejména v části výroby „tažené“ objednávkami od zákazníků (downstream) a obsahují modul k optimalizaci kapacit (obr. 2).

3. Uplatnění regulačních obvodů v praxi

3.1. Výchozí situace
Ve výrobních firmách se často vyskytují tyto problémy:

  • nadměrné množství zásob, popř. zásoby uložené na nesprávných místech,
  • potřeba zmenšit množství kapitálu vázaného v zásobách při současném zvýšením spolehlivosti dodávek,
  • potřeba zkrátit průběžné doby výroby,
  • stížnosti výrobního úseku na nerealistické požadavky obchodníků,
  • pravidelně vznikající úzká místa ve výrobě,
  • potřeba prognózovat požadavky na subdodavatele.

S ohledem na omezené zdroje není reálně možné uspokojit všechny požadavky současně. Zvážením jednotlivých cílů je zapotřebí nalézt mezi nimi kompromis. Při hledání vhodných cílových veličin se uplatní simulační komponenty SRM.

Regulační obvody jsou obzvláště vhodné pro:

  • zakázkovou kusovou a malosériovou výrobu produktů nabízených ve variantním provedení,
  • výrobu technologických zařízení.

Podle potřeby a členění výroby se v procesu výroby nastaví jeden nebo několik bodů rozpojení (DCP). Mezisklady se parametrizují tak, aby mezi jednotlivými body rozpojení byla vždy zajištěna definovaná průběžná doba. Dodací lhůta směrem k zákazníkovi se zkracuje až na průběžnou dobu výroby následující po posledním bodu rozpojení (obr. 2).

Obr. 3.

Obr. 3. Systém regulačních modulů pro optimalizaci postupu výroby a regulaci objemu zásob a průběžné doby výroby

3.2 Postup při zavádění SRM
Regulační obvody lze v podniku zavést např. v těchto rámcových krocích:

  • definice cílů podniku,

  • analýza stavu systému ERP a výpočet ukazatelů,

  • stanovení základních regulačních obvodů podle charakteru výroby,

  • analýza přínosů zavedení regulačních obvodů na základě konkrétních dat ze systému ERP,

  • rozhodnutí vedení o zahájení implementace regulačních obvodů s ohledem na cíle a návratnost investic,

  • ověření časových modelů v systému ERP,

  • simulace bodů rozpojení s ohledem na požadované dodací lhůty a peněžní toky (cash flow),

  • konfrontace navržených bodů rozpojení s technologickými hledisky (vyrobitelnost, skladovatelnost, standardizace, univerzálnost použití apod.),

  • eliminace redundancí bodů rozpojení a určení průměrné cílové zásoby na jednotlivých úrovních,

  • nastavení bodů rozpojení v systému ERP,

  • použití automatizované prognózy pro simulaci pojistné zásoby a výpočet parametrů k zajištění bodů rozpojení pro různé dispoziční strategie.

3.3 Typy regulačních obvodů

3.3.1 Regulace objemu zásob a průběžné doby výroby
Regulační obvody se budují postupně a specificky s ohledem na požadavky podniku. Fungování regulačních obvodů nižší úrovně je předpokladem pro návrh a realiaci dalších systémů regulačních obvodů vyšší úrovně. Princip řešení kombinovaného regulačního obvodu pro optimalizaci postupu výroby a regulaci objemu zásob a průběžné doby výroby je znázorněn na obr. 3.

Obr. 4.

Obr. 4. Vývoj obratu, hodnoty zásob a přínosů při použití regulačních obvodů pro stanovení bodů rozpojení (DCP)

V případě potřeby jsou s podporou SRM vykonávány i další činnosti, např.:

  • regulace nevyřízených operací (modul Backlog Controller),
  • plánování nákupu (Purchase Planner),
  • plánování odbytu (Sales Planner), které, pro ozřejmení principu, jsou v dalších odstavcích podrobněji popsány.

3.3.2 Regulace nevyřízených operací
Pomocí tzv. provozní charakteristiky se měří skutečná výkonnost pracoviště. Je-li po pracovišti trvale požadován větší výkon, než jakého je schopno dosáhnout (v rámci zavádění SRM se nezkoumá, proč nelze dosáhnout maximálního teoretického výkonu – to se dělá separátně na úrovni mistra), na pracovišti se kumulují vstupní polotovary, které nemohou být zpracovány. Tím se prodlužují průběžné doby výroby a nelze dodržet časový plán, který vychází z technologických norem. K dodržení přislíbených termínů jsou ovšem zapotřebí realistické údaje. Na základě skutečného výkonu pracoviště se proto počítají nové parametry pro plánování technologických postupů, které se přenášejí do systému ERP.

3.3.3 Plánování nákupu
Předání automatizovaných prognóz potřeby nakupovaných položek hlavním dodavatelům motivuje dodavatele ke včasnému plánování, zkracování dodacích lhůt a k větší kázni při dodržování termínů. Podkladem pro prognózy je simulace budoucích potřeb s ohledem na aktuální potřeby, dispoziční strategie a parametry. Zásobovač může ručně korigovat vypočítané plány a sledovat trendy a kritické termíny. Plány může exportovat a zpřístupnit vybraným dodavatelům.

Obr. 5.

Obr. 5. Vývoj dodacích lhůt a snížení výkyvů v důsledku činnosti regulátoru zásob

3.3.4 Plánování odbytu
Systém regulačních modulů automatizovaně vypočítává prognózy, které se navíc kombinují s dosavadním výhledovým plánem výroby a se znalostmi obchodníků. Z toho SRM stanovuje plány neadresné výroby a předává je systému ERP, který dále realizuje všechny další potřebné kroky prostřednictvím svých standardních funkcí. Výhodou je optimální kumulace požadavků na výrobu a snížení nákladů na její přípravu.

4. Přínosy SRM

Na základě zkušeností z praxe – zde na příkladu firmy z oboru měřicí techniky – lze uvést přínosy plynoucí z použití regulačních modulů ve spojení se současným podnikovým informačním systémem.

Firma vyrábí více než 2 000 výrobků a dodává je do celého světa. V rámci předimplementační analýzy byl stanoven např. realizovatelný potenciál přínosů ve výši 20% snížení hodnoty zásob.

Ve skutečnosti během prvních dvanácti měsíců fungování SRM poklesla hodnota zásob o 18 % (a v dalším období bylo dosaženo trvalého poklesu ještě o dalších 15 %). V důsledku zajištění spolehlivé funkce bodů rozpojení vazby mezi výrobou a zakázkou klesla nejistota při plánování a s růstem důvěry v systém postupně klesal i objem pojistných zásob. Jak ukazuje obr. 4, hodnota zásob při srovnatelném obratu firmy v průběhu prvního roku po spuštění regulátoru průběžně klesala k mezi nutné pro spolehlivou funkci bodů rozpojení a díky trvalému poklesu hodnoty zásob na tuto úroveň a zdokonalení schopnosti reagovat na změny na trhu bylo v praxi dosaženo významného a trvalého přínosu.

Obr. 6.

Obr. 6. Spolehlivost dodávek před spuštěním SRM a modulu CTP a po něm (Capable-to-Promise)

Zároveň byly velmi významně zkráceny dodací lhůty a vzrostla spolehlivost dodávek (obr. 5, obr. 6).

5. Přínosy použití regulačních obvodů

Logistický systém lze modelovat postupně. Proto je také možné a smysluplné postupně zavádět regulační obvody – přínosů lze dosáhnout již po zavedení prvního z nich. Pro kybernetický přístup, tj. použití systému regulačních modulů (SRM) se systémem ERP, je charakteristické:

  • při použití kybernetického přístupu lze dosáhnout trvalých zlepšení i při méně přesných, popř. rychle se měnících datech a modelech, což je podstatný rozdíl v porovnání s jinými metodami optimalizace,

  • intenzivním využitím již existujícího systému ERP lze dosáhnout zlepšení s minimálními investicemi,

  • regulační obvody využívají statistické metody, automatizované vypracování prognóz a simulace, dynamicky reagují na změny a přispívají k větší agilitě podniku,

  • kvalitní integrace všech procesů a organizačních úseků v podniku a jim příslušejících datových struktur se zatím dosahuje jen zřídka; decentralizované použití regulačních obvodů spojené s jejich adaptivním chováním v rámci jednotlivých prvků logistického řetězce poskytuje potřebnou flexibilitu a umožňuje realizovat takové integrované systémy při přiměřených nákladech,

  • regulační moduly lze připojit k téměř každému systému ERP splňujícímu jisté minimální požadavky kladené na moderní podnikový informační systém,

  • velmi přesvědčivá je předimplementační analýza: na konkrétních datech lze individuálně změřit potenciál přínosů, kterých lze při použití SRM dosáhnout.

Literatura:
[1] PLAPP, C.: Optimierung unter einem Hut. Jahrbuch Logistik-Praxis – Software in der Logistik 2004, Hussverlag, Munich, s. 94.
[2] SRM controller system for manufacturing control. Berghof Systeme e. K., http://www.berghof-systeme.de, http://www.isb.cz
[3] BREITHAUPT, J.-W.: Rückstandsorientierte Produktionsregelung von Fertigungsbereichen. Grundlagen und Anwendung. VDI-Fortschrittsberichte, Nr. 571, VDI-Verlag, Düsseldorf, 2001.

Dipl.-Ing. Jiří Rakušan,
IS Berghof, s. r. o.
(jiri.rakusan@isb.cz),
Dipl.-Ing. Thomas Planke,
Berghof Systeme e. K.

Článek vychází z příspěvku Uplatnění systému regulačních obvodů při optimalizaci podnikových zdrojů ve výrobních firmách, předneseném autory na konferenci Řízení výkonnosti v průmyslovémpodniku, Přerov, 27. a 28. dubna 2005, pořadatel AD&M.