Modelování a simulace dodavatelských sítí

Modelování a simulace dodavatelských sítí

Petr Fiala

V současném managementu výroby se stále rozšiřují hranice systému, jenž se bere v úvahu při hledání konkurenčně schopných strategií výroby. Pozornost je věnována managementu dodavatelských řetězců, které propojují všechny účastníky od počátečních dodavatelů surovin až po dodání produktů koncovým zákazníkům. V současné době se mění charakteristika dodavatelských řetězců, přičemž hlavním akcentem je složitější struktura dodavatelských sítí. Modelování a simulace jsou klíčové přístupy pro analýzu a zlepšování výrobních systémů, které mohou ve spojení s moderními informačními a komunikačními systémy pomoci řešit mnoho manažerských problémů.

Vedoucí výrobní firmy změnily tradiční podnikatelský model, jenž byl zaměřen jen na výrobu, na model synchronizace rozšířených dodavatelských sítí zahrnujících vrstvy dodavatelů a distributorů, a to tak, aby byl správný produkt doručen na správné místo při odpovídajících nákladech. Výrobci, kteří změnili svůj podnikatelský model, dosáhli vynikající úrovně zákaznického servisu, korigované velikosti zásob napříč dodavatelskou sítí, snížení nákladů pro všechny účastníky a zvýšení flexibility celého systému.

Dodavatelský řetězec je definován jako vícestupňový systém dodavatelů, výrobců, distributorů, prodejců a zákazníků. Mezi stupni dodavatelského řetězce v obou směrech proudí materiálové, finanční, informační a rozhodovací toky. Materiálové toky zahrnují toky surovin, meziproduktů a hotových produktů směrem od dodavatelů k zákazníkům a opačně orientované toky vracení, servisu, recyklace a likvidace produktů. Finanční toky zahrnují různé druhy plateb, úvěry, toky plynoucí z vlastnických vztahů atd. Informační toky propojují systém informacemi o objednávkách, dodávkách, plánech atd. Rozhodovací toky jsou posloupnosti rozhodnutí účastníků, které ovlivňují celkovou výkonnost řetězce.

Management dodavatelských řetězců (Supply Chain Management) je bouřlivě se vyvíjející disciplína, využívající koncepce, které byly vyvinuty v různých jiných disciplínách, jako jsou logistika, marketing, finanční management, operační management, informační systémy, ekonomie, dynamika systémů a operační výzkum.

Navrhování a řízení dodavatelských řetězců jsou nyní považovány za klíčový prvek strategie výroby a vyvolávají značný zájem manažerů a výzkumníků.

Podle průzkumu IBM z roku 2004 přináší úspěšný management dodavatelských řetězců tyto konkurenční výhody:

• snižuje úroveň zásob o 10 až 50 %,
• dosahuje 95% až 99% zlepšení v přesnosti dodávek,
• ušetří 10 až 15 % dopravních nákladů,
• zkracuje o 10 až 20 % dodací lhůty.

1. Štíhlá výroba a dodavatelské řetězce

V důsledku globalizace nastávají v oblasti managementu dodavatelských řetězců změny. Dodavatelské řetězce jsou tvořeny velkou sítí firem a principy „štíhlého myšlení“ jsou aplikovány na celou síť dodavatelských řetězců. Implementace „štíhlých principů“ v jednotlivé firmě je omezena podnikatelskými partnery.

Mezi základní principy štíhlé výroby patří:

• zákazníci identifikují hodnotu – firmy poskytují to, co zákazníci skutečně potřebují,
• výrobci identifikují hodnotový tok – posloupnost všech aktivit a zdrojů nutných pro dodání produktu zákazníkům,
• vytváří se vyrovnaný a nepřerušovaný tok produktů,
• operace jsou vykonávány v okamžiku potřeby (tah),
• způsob fungování firmy se soustavně zlepšuje.

Obr. 1. Štíhlý rozšířený dodavatelský řetězec

Štíhlé myšlení v managementu dodavatelských řetězců stabilizuje dodavatelský řetězec a podporuje globalizaci, srovnává schopnosti a kapacity členů dodavatelského řetězce s poptávkou zákazníků a má podstatný vliv na integraci dodavatelských řetězců. Vytváření štíhlého dodavatelského řetězce umožňuje eliminovat odpady, zkrátit dodací lhůty, snížit náklady, dodávat stabilně kvalitní produkty, a tudíž dosáhnout vyšší úrovně spokojenosti zákazníka. Štíhlé firmy nutí „neštíhlé“ partnery, aby rozšířili a integrovali hodnotové toky na vyšší úroveň štíhlosti.

Základní bloky štíhlých dodavatelských řetězců jsou:

• plná kooperace – základ integrace celého dodavatelského řetězce, sdílení zisku a odpovědnosti,
• transparentní informace – umožnit firmám vidět a vyrovnat se s poptávkou zákazníků,
• štíhlá logistika – materiálně realizovat štíhlé myšlení,
• sledování výkonnosti – udržovat a průběžně zlepšovat výkonnost.

Postupné rozšiřování štíhlých principů vede od štíhlé výroby až po štíhlý rozšířený dodavatelský řetězec, včetně štíhlé spotřeby (obr. 1).

2. Modelování

V důsledku globalizace se mění podnikatelské prostředí, a tím i dodavatelské struktury. Prvním krokem při modelování dodavatelských sítí je určení typu modelu. Modely dodavatelských sítí by měly zachycovat tyto charakteristické rysy:

• síťové prostředí,
• dynamické a neurčité prostředí,
• globální optimalizace systému,
• velký počet rozhodujících subjektů,
• velký počet hodnotících kritérií.

Vytvořený model je matematickou reprezentací reálné dodavatelské sítě. Experimentováním s modelem lze sledovat chování sítě, a je-li model dostatečně přesný, je možné závěry z analýzy modelu implementovat na reálnou dodavatelskou síť.

Model rozhodování by měl pomoci v odpovědi na tyto otázky:

• Jaká je optimální struktura dodavatelské sítě?
• Které zdroje by měly být udržovány a rozvíjeny pro zvýšení současné hlavní působnosti?
• Které aktivity by měly být vykonávány externě?
• Které potenciální interní aktivity by měly být udržovány a rozvíjeny?
• Jak by měly být alokovány zdroje firmy na její aktivity?
• Jaká úroveň aktivit by měla být vybrána?

Modely dodavatelských řetězců se mohou lišit ve spoustě aspektů, jako jsou rozlišovací úroveň, zahrnutí času do modelu, metriky výkonnosti atd.

3. Simulace

3.1 Simulační modely
Simulační modely „napodobují“ chování reálného dodavatelského řetězce. Při uskutečňování změn na simulovaném řetězci je možné pochopit dynamiku reálného dodavatelského řetězce. Simulační modely umožňují vyhodnotit otázky, které jsou příliš podrobné nebo složité pro optimalizační modely. Avšak při navrhování dodavatelských řetězců jsou hledány strategické důsledky, takže tato relativní výhoda simulačních modelů je zde méně důležitá. Simulační modely jsou vhodnější až při řízení dodavatelského řetězce. Avšak pomocí simulačních modelů se dobře zachycují efekty neurčitosti, na rozdíl od většiny optimalizačních přístupů. Simulace je ideální nástroj pro analýzu výkonnosti návrhu vytvořeného s využitím optimalizačního modelu: k návrhu řetězce lze tedy přistupovat iteračním způsobem, jenž zahrnuje opakování kroků optimalizace – simulace. Tento přístup posiluje tradiční strategické optimalizační modely¹⁾ schopností podrobně analyzovat stochastické prvky dodavatelských řetězců.

Pro simulační experimenty existuje mnoho programů²⁾. Většina simulačních modelů je vytvářena pro specifické případy. Zde budou uvedeny dva jednoduché simulační modely, které analyzují tzv. efekt biče a koncepci sdílení rizika.

3.2 Efekt biče
Jedním ze základních fenoménů dodavatelských sítí je tzv. efekt biče (bullwhipeffect), kdy při lokální informaci a lokálně omezeném rozhodování malé výkyvy v poptávce koncového zákazníka vedou ke stále větším výkyvům v objemech objednávek ve vyšších vrstvách řetězce. To je způsobeno vytvářením zbytečných bezpečnostních zásob podél celého řetězce. Tím vznikají zbytečné náklady. Mezi nejznámější příčiny efektu biče patří:

• informační asymetrie,
• způsob prognózování poptávky,
• dlouhé dodací lhůty,
• výkyvy ve velikosti dodávek,
• výpadky v dodávkách,
• výkyvy cen.

Obr. 2. Pivní hra

Pro simulaci efektu biče je možné použít počítačovou verzi tzv. pivní hry. Zjednodušený řetězec se skládá z jedné maloobchodní jednotky, jedné velkoobchodní jednotky, jednoho distributora a jednoho pivovaru (obr. 2). V každém časovém okamžiku se každá jednotka snaží uspokojit poptávku následující jednotky. Existují možnosti simulovat poptávku, vybrat různé strategie zásobování, měnit dodací lhůty, vybrat decentralizovaný nebo centralizovaný typ informace nebo způsob rozhodování a tím demonstrovat vliv těchto faktorů na efekt biče.

Analýza příčin efektu biče vedla k návrhům na zmenšení jeho vlivu v dodavatelských řetězcích:

• snížení nejistoty,
• snížení variability poptávky,
• zkrácení dodacích lhůt,
• strategické partnerství.

Zmenšení nejistoty v celém dodavatelském řetězci centralizací informace o zákaznické poptávce je nejčastějším návrhem na omezení vlivu efektu biče. Avšak přestože každý stupeň řetězce bude používat stejné údaje, stejné metody prognózování a stejné metody objednávání, efekt biče bude působit i nadále.

Snížení variability zákaznické poptávky znamená používat správnou marketingovou strategii. Eliminováním cenové propagace např. s využitím strategie EDLP (Every Day Low Pricing), je možné eliminovat zásadní změny v poptávce. Delší dodací lhůty zvyšují variabilitu způsobenou prognózováním poptávky, naopak zkracování dodacích lhůt může významně ovlivnit efekt biče. Strategické partnerství znamená kooperaci a koordinaci akcí v rámci celého dodavatelského řetězce. Očekávaným výsledkem je vzájemně prospěšné partnerství typu výhra-výhra, které vytváří synergický efekt, kdy celý řetězec je efektivnější než součet jeho jednotlivých částí. Vztahy partnerství jsou založeny na dodavatelských kontraktech, které jsou hodnoceny podle kritérií, jako jsou kvantita, kvalita, čas, náklady atd.

3.3 Sdílení rizika
Sdílení rizika je zajímavá koncepce v řízení dodavatelských řetězců. V dodavatelských řetězcích je variabilní poptávka po produktech. Koncepce sdílení rizika vychází z toho, že variabilita poptávky je snižována její agregací. Je pravděpodobné, že velká poptávka u jednoho prodejce bude vyrovnána menší poptávkou u jiného prodejce. Snížení variability umožňuje zmenšit bezpečnostní zásoby, a tím i průměrné zásoby a skladovací náklady. Je možné analyzovat vztahy mezi dodavatelem a prodejci a porovnat decentralizovaný distribuční systém se samostatnými sklady pro každého prodejce a centralizovaný distribuční systém se společným skladem pro všechny prodejce. Realokace zásob není možná u decentralizovaných systémů, kde jsou různé sklady k dispozici pro různé prodejce.

Obr. 3. Sdílení rizika

Výhoda ze sdílení rizika roste s vyšším variačním koeficientem poptávky a s rostoucí negativní korelací mezi poptávkami u různých prodejců.

Existuje počítačová verze hry pro demonstraci efektů ze sdílení rizika (obr. 3), která porovnává centralizovaný a decentralizovaný systém při nastavení:

• počátečních zásob,
• parametrů náhodné poptávky,
• strategií doplňování zásob,
• struktury nákladů.

Předpokládá se, že poptávka je náhodná veličina s normálním rozdělením, kde je možné volit střední hodnotu a směrodatnou odchylku. Je rovněž možné volit stupeň korelace mezi poptávkami u různých prodejců. Model potom porovnává průběh zásobovacího procesu a náklady a zisky pro centralizovaný a decentralizovaný systém. Analýza na základě simulačního modelu umožňuje navrhnout nejvhodnější typ zásobovacího procesu.

4. Informační a komunikační systémy

Modelování procesů podnikání zahrnuje i spojení s informačními a komunikačními systémy firem. Závislost mezi modely podnikání a těmito systémy se stává stále těsnější. Základním předpokladem pro využití všech možností spolupráce je překlenutí komunikační propasti mezi manažery a provozními pracovníky. Pro popis interakce a závislostí mezi výrobním a informačním systémem je možné použít schéma se čtyřmi kvadranty. Vertikální osa zahrnuje výrobní a informační systém a horizontální osa záměr a realizaci (obr. 4).

Obr. 4. Interakce mezi výrobním a informačním systémem

Základem jsou cíle podnikání. Organizace jako soubor dynamických pravidel, podle kterých systém funguje, by měla co nejlépe podpořit dosažení těchto cílů. Informační strategie by rovněž měla zohlednit cíle podnikání. Architektura informačního systému je tudíž závislá na cílech podnikání, organizaci a informační strategii. Stále více se však oblast strategického stanovení cílů podnikání a stanovení informační strategie stává součástí společného vývojového procesu. Tento společný vývoj probíhá interaktivně.

Rozvoj řízení dodavatelských řetězců nastal v důsledku obrovského pokroku v informatice a komunikačních systémech. Rozvoj nových metod v informatice umožňuje využít síťové struktury nejen pro vlastní přenos a řízení informačních toků, ale také pro řízení materiálových a finančních toků a vyhledání optimálních podmínek pro produkci čehokoliv, kdykoliv a kdekoliv podle požadavků zákazníka. To souvisí s prosazováním nových manažerských přístupů, jako jsou systémy řízení tahem, systémy typu JIT (just-in-time) atd.

V oblasti podnikových systémů jsou využívány systémy typu MES (Manufacturing Execution Systems) a systémy typu ERP (Enterprise Resource Planning).

Systémy MES propojují systémy pro řízení technologických procesů od úrovně dílny až po celý podnik s informačními systémy podniku. Propojují tak materiální a informační toky v rámci podniku.

Mít správný systém ERP je pro podnikání ve výrobě podstatné. Systémy, které jen sledují tok materiálu nebo zaznamenávají jiné běžné transakce, již nestačí. V dnešním prostředí výroby musí systém ERP:

• být integrován s dílenskými systémy, aby všichni odpovědní pracovníci měli rychle informace o možných problémech ve výrobě,

• podporovat zlepšování podnikatelských procesů poskytováním prostředků pro ověření kvality návrhů produktů, nedokončené a finální produkce,

• podporovat spolupráci se zákazníky a dodavateli, vyloučit špatnou komunikaci, která by mohla vést k nákladným chybám,

• být budován s využitím moderní technické infrastruktury, která by uživatelům poskytovala stálý přístup k údajům, jež potřebují pro podnikání (mj. s využitím bezdrátových mobilních zařízení).

Informační systém využitelný v SCM by měl mít tyto funkce:

• transakční možnosti – elektronická výměna dokumentů (EDI),
• sledování stavu systému – sdílení informací v reálném čase mezi podnikatelskými partnery,
• tok a tah – přenášení vyžádaných zpráv, sledování materiálu v reálném čase,
• prognózování a zpracování dat – přístup k historickým datům a jejich zpracování pro střednědobé prognózy,
• viditelnost a bezpečnost – vyváženost mezi přístupem a bezpečností.

Obr. 5. Informační propojení dodavatelské sítě

Štíhlé dodavatelské sítě využívají internet, popř. extranet. Klíčová firma vede dodavatelskou síť a informační a komunikační systémy zajišťují vzájemnou propojenost firem (obr. 5).

5. Závěr

Počet případů využívání modelování a simulace v managementu dodavatelských sítí výrazně roste. Zmíněné postupy umožňují podstatný růst výkonnosti všech typů firem. Komerční produkty, které jsou většinou založeny na diskrétních simulačních jazycích a standardních databázových systémech, dosahují pozoruhodných výsledků u nejrůznějších typů zákazníků v širokém spektru průmyslových odvětví.

prof. RNDr. Ing. Petr Fiala, CSc., MBA
(pfiala@vse.cz)

¹⁾ Pozn. red.: Optimalizačním modelům se ovšem tento článek nevěnuje; zájemce odkazujeme např. na knihu [Fiala, P.: Modelování dodavatelských řetězců. Professional Publishing, Praha, 2005.] nebo na články v časopise Automa věnující se tomuto tématu: [Rakušan, J. – Planke, T.: Kybernetický přístup k optimalizaci zdrojů ve výrobních podnicích. Automa, 2005, č. 10.], [Weinberger, J.: Kauzální simulační modelování a jeho alternativy, Automa, 2005, č. 4 a 5.] a další.
²⁾ Pozn. red.: Například v čísle 10 v roce 2005 byl v časopise Automa představen softwarový nástroj Witness Visio Simulation Solution (stejnojmenným článkem autora J. Daňka).