Чейз, Ричард, Б., Эквилайн, Николас, Дж., Якобе, Роберт, Ф. Производственный и операционный менеджмент

Подождите немного. Документ загружается.

411

Рис. 10.4. Граф материального потока между участками (над линиями указано количество

перемещений за год)

В-третьих, для снижения затрат нужно проанализировать другие варианты

размещения участков. Если исходить из графа и матрицы затрат, то окажется, что с целью

уменьшения транспортных затрат желательно участки 1 и 6 разместить поближе. Однако

это приведет к необходимости перерасположить другие участки, что вызовет

соответствующее изменение транспортных затрат для других перемещенных участков и

окажет влияние на общие затраты. На рис. 10.5 показана измененная схема размещения

участков, являющаяся результатом перемещения участка 6 и смежного с ним участка

(участок 4 выбран произвольно).

Рис. 10.5. Граф измененного материального потока между участками (Показана только та часть

материального потока, которая претерпевает изменения)

Преобразованная матрица с изменившимися затратами приведена на рис. 10.6.

Заметим, что общие затраты на 262 доллара выше, чем затраты при первоначальном

варианте размещения. Понятно, что увеличение издержек произошло в основном за счет

удвоения расстояния между участками 6 и 7. Это подтверждает то, что даже в простых

случаях редко удается среди "очевидных" быстро выбрать лучшее расположение.

412

Рис. 10.6. Матрица затрат — второе решение

Пока мы показали только один вариант изменения размещения участков среди

большого числа возможных изменений, а в действительности для 8 участков существует

8! (или 40320) возможных размещений. Поэтому вышеописанный метод "очевидного"

предоставляет нам незначительную возможность найти оптимальное расположение

участков. Но на этом проблемы не заканчиваются.

Предположим, что нам удалось найти удачное решение исключительно на основе

затрат на транспортировку материалов, как это показано на рис. 10.7, где общие затраты

составляют 3244 доллара.

Рис. 10.7. Возможное размещение производственных участков

Тогда следует отметить, что при таком размещении участок по сбыту и снабжению

находится близко к центру здания, что, вероятно, не очень удачное решение. Швейный

участок расположен рядом с участком покраски, что вызывает опасность попадания на

окрашенные детали частичек материи, пыли и нитей. Кроме того, линии предварительной

и окончательной сборки игрушек расположены в разных концах завода, что увеличит

время передвижения рабочих-сборщиков, которым, вероятно, в разное время рабочей

смены необходимо находиться на обоих участках, и контролера, который должен следить

за качеством одновременно на двух участках. Поэтому при окончательном выборе

размещения, помимо транспортных затрат, часто следует рассматривать и другие

факторы.

Методы компьютерной разработки схемы размещения оборудования - CRAFT

Начиная с 70-х годов разработано много компьютерных программ, предназначенных

для поиска оптимального варианта размещения оборудования по технологическому

принципу. Среди них наиболее широкое применение получил сравнительный метод

компьютерного размещения производственных объектов (Computerized Relative

Allocation of Facilities Technique — CRAFT)

413

Для ознакомления с CRAFT и с другими методами см. работу R.L. Francis and J.A. White, Facility Layout

and Location: An Analytical Approach (Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall, 1974).

Метод CRAFT использует ту же базовую идею, что и метод, рассмотренный нами

при выборе размещения производственных участков на фабрике игрушек, но с

некоторыми существенными методическими отличиями. Так же как и в примере с

фабрикой игрушек, этот метод исходит из построения матрицы лоудов и графа

расстояний. Также он требует определения величины транспортных затрат на

перемещение единицы продукции, скажем, 10 центов за перемещение единицы продукции

на расстояние в 1 метр (не забывайте, что для упрощения мы приняли, что затраты

удваиваются, когда материальные потоки пересекают границу одного участка,

утраиваются при пересечении границ двух участков и т.д.). Используя исходные данные и

первый вариант размещения производственных участков, программа CRAFT пытается

улучшить относительное размещение участков, применяя, в качестве критерия, величину

транспортных затрат для каждой схемы. (Величина транспортных затрат между участками

равна произведению числа лоудов, кратчайшего расстояния между центрами участков и

величины транспортных затрат на перемещение единицы продукции.) Программа

отыскивает лучшие варианты размещения, заменяя пары участков за несколько итераций

до тех пор, пока можно уменьшить издержки. Другими словами, программа рассчитывает

влияние перестановок участков на общие транспортные затраты. Если последующий

вариант приводит к уменьшению затрат, то проводится замена предыдущего. Как мы

убедились при обычном "очевидном" методе, участки являются частью сети

материальных потоков, поэтому даже разовое попарное перемещение обычно влияет на

все материальные потоки других участков. Следовательно, рассматриваемый метод

CRAFT должен перебрать все возможные перестановки участков.

Применение метода CRAFT на фабрике игрушек

Результаты использования метода CRAFT для размещения производственных

участков на фабрике игрушек показаны на рис. 10.8.

Рис. 10.8. Вариант размещения производственных участков на фабрике игрушек, разработанный с

помощью метода CRAFT

Как видно из рис. 10.8 метод CRAFT дает более дорогой вариант размещения, чем

при использовании обычного ранее рассмотренного метода (3497 долларов против 3244).

Это объясняется следующим. Полученные при использовании метода CRAFT

транспортные затраты нельзя непосредственно сравнивать с затратами, определенными

обычным методом. Метод CRAFT основан на том, что расстояния между участками

выражаются прямолинейными вертикальными и горизонтальными отрезками и соединяют

центры участков, а не "выходы" и "входы" участков как в предыдущем методе. Кроме

того, так как в этом примере не представлены транспортные затраты на единицу

414

продукции, при использовании метода CRAFT пришлось просто разделить установленный

1 доллар за перемещение одного лоуда материалов на две части по 50 центов на

транспортировку внутри каждого участка. Одновременно добавлены затраты по 50 центов

на транспортировку вдоль каждого участка, что привело к увеличению затрат в случае

перемещения материала между соседними по диагонали участками. На рис. 10.8 показано

два примера вычисления транспортных затрат методом CRAFT. Кстати, в самом начале

было принято допущение, что участки на фабрике игрушек имеют квадратную форму. Это

делает такой метод вычисления удобным в учебных целях, но в реальности такого может

не быть, что существенно усложняет расчеты. И наконец, при решении методом CRAFT

мы зафиксировали местоположение участка сбыта и снабжения таким образом, чтобы он

был рядом с погрузочной платформой. Все это увеличило общий уровень транспортных

затрат по сравнению с предыдущим методом, однако в этих условиях программа CRAFT

отыскала наилучший вариант размещения участков.

Ниже перечислены отличительные черты метода CRAFT и связанные с ним

проблемы.

1. Метод CRAFT — это эвристическая программа, применяющая для оценки

вариантов простое эмпирическое правило: "Сравните затраты транспортировки между

двумя участками и измените их расположение, если это уменьшит общие затраты". Такое

правило используется при анализе размещения оборудования даже в самом скромном по

размеру предприятии.

2. Метод CRAFT не гарантирует выбор оптимального варианта, если накладываются

дополнительные ограничения.

3. В методе CRAFT исходный вариант размещения оказывает влияние на

получаемый результат.

4. Если исходное (стартовое) размещение удачное, то окончательное решение чаще

всего приводит к уменьшению затрат. Это означает, что разумная стратегия

использования метода CRAFT заключается в выработке ряда стартовых вариантов

размещения производственных объектов для того, чтобы программа могла оперировать

большим числом парных замен.

5. Программа CRAFT может оперировать с 40 производственными объектами

одновременно, и поиск решения редко требует больше 10 итераций.

6. Участки в этом методе представляются комбинациями квадратных модулей

(обычно 3x3 метра). Поэтому можно отобразить многообразие конфигураций участков. Но

если участки имеют необычную форму, то для получения наилучшего варианта

размещения необходима ручная доработка.

7. Для решения проблем, связанных с применением метода CRAFT, была

разработана видоизмененная версия под названием SPACECRAFT

Roger Johnson, "Spacecraft for Multi-Floor Layout Planning" Management Science, April 1982, p. 407—417.

8. Метод CRAFT предполагает использование специального оборудования для

транспортировки материалов, такого, например, как автопогрузчики с вилочным захватом.

Поэтому в случае использования стационарного оборудования, например транспортеров,

область применения метода CRAFT резко сокращается.

Размещение оборудования методом системной планировки

Для определенных проблем, связанных с организацией производства, часто

невозможно получить количественное описание потока деталей или трудно выявить

качественные факторы, которые могут оказаться решающими при принятии решения о

размещении. В таких ситуациях можно использовать давно испытанный метод, известный

как метод системной планировки размещения оборудования (Systematic Layout

415

Planning — SLP)

. Метод включает разработку матрицы взаимных связей, отражающую

степень предпочтения каждого производственного объекта по отношению ко всем

остальным в отдельности. На основе этой матрицы разрабатывают схему взаимных связей

(отношений) между отдельными объектами, аналогичную графу материальных потоков,

который мы уже использовали для иллюстрации движения материалов между участками.

Затем методом проб и ошибок эту схему корректируют до тех пор, пока не будет получено

удовлетворительное взаиморасположение объектов. И наконец, полученную таким

образом схему дорабатывают с учетом недостатков в планировке здания. На рис. 10.9

показан пример использования этого метода для решения задачи размещения в магазине

пяти отделов, там же приведен пример планировки этажа магазина.

Richard Muther and John D. Wheeler, "Simplified Systematic Layout Planning", Factory, August, September,

October 1962, p. 68—77, 111-119, 101-113.

Метод SLP применяют для количественной оценки альтернативных схем

размещения производственных участков в тех случаях, когда возможно только

качественное описание взаимосвязей объектов. Для этого устанавливаются числовые

значения в баллах для степеней (весомости) предпочтений того или иного отдела, а затем

опробываются различные варианты размещения. Вариант размещения выбирается по

наибольшей сумме баллов, подсчитанной по всем возможным парам отделов. Например,

учебная компьютерная программа Lotfi and Pegels

имеет такую шкалу оценок

предпочтений в баллах: для "А" - 16, для "Е" - 8, для "I" - 4, для "О" - 2, для "U" — 0, для

"X" — минус 80. Однако выбор такой шкалы взвешивания предпочтений скорее подходит

только для данного конкретного случая. Логика такого выбора состоит в том, что самому

нежелательному предпочтению присваивают весовое значение в пять раз ниже (минус 80

— для "X"), чем самому желательному предпочтению (16 — для "А"). Применение такого

способа взвешивания предпочтительности совместно с использованием упомянутого

программного обеспечения оценивает в 40 баллов окончательную схему размещения

отделов, приведенную на рис. 10.9. (Общая сумма баллов получается сложением

количества баллов предпочтительности всех пар отделов, в данном случае 10 пар.

Перестановки пар можно осуществлять произвольно по желанию пользователя или с

помощью компьютерной программы.)

Vahid Lotfi and C. Carl Pegels, Decision Support Systems for Operations Management, 2 ed. (Homewood, IL:

Richard D. Irwin, 1991), глава 8.

Объединение компьютерных методов размещения с методом системной

планировки. Во врезке "Совершенствование производственного процесса с

использованием программного обеспечения" показано, как в настоящее время

осуществляется планирование размещения производственных объектов с помощью

одного из многочисленных современных пакетов программного обеспечения. Этот

пример разительно контрастирует с попытками, предпринятыми в 80-х годах,

смоделировать процесс размещения объектов с помощью систем искусственного

интеллекта

См., например, дискуссию об экспертных системах проектирования (Facilities Design Expert System,

FADES) в статье Edward L. Fisher, "An AI Based Methodology for Factory Design", AI Magazine, Fall 1986, p.

72-85.

Размещение производства по предметному принципу

Основное отличие размещения производства по предметному принципу (т.е.

416

ориентированного на изделие) и размещением производства по технологическому

принципу (т.е. ориентированного на технологию) скрывается в структуре

производственного потока. Как мы видели, при организации производства по

технологическому принципу структура потока весьма разнородна, и материал в течение

своего производственного цикла может проходить через один и тот же технологический

участок несколько раз. При организации производственного процесса по предметному

принципу оборудование или участки предназначаются для производства совершенно

определенных видов продукции, для бесперебойной работы используют резервное

оборудование и в целом достигается прямолинейное движение материального потока.

Размещение оборудования по предметному принципу имеет смысл, когда объемы партий

конкретных изделий или деталей велики, а ассортимент производимых изделий или

деталей ограничен несколькими наименованиями.

Поточные линии

Поточные линии (чаще всего это линии сборки изделий) являются примером

организации производственного процесса, ориентированного на изделие. Обычно термин

"поточная линия" предполагает многократно повторяющийся процесс, отдельные звенья

которого связаны между собой устройством для транспортирования материалов.

Поточные линии, как правило, работают с определенным темпом и нормы времени

каждой технологической операции одинаковы. В рамках такого широкого определения

среди разных типов сборочных линий существуют важные различия. Некоторые поточные

линии представляют собой лишь устройство для транспортирования материалов

(ленточный или роликовый транспортер, мостовой кран); другие отличаются

конфигурацией сборочной линии (конвейер U-образной формы, прямолинейный,

"ветвящийся") или ассортиментом продукции (собирается одно изделие или много разных

изделий); линии отличаются характеристикой рабочих мест (рабочие могут сидеть, стоять,

ходить вдоль сборочной линии или ездить), а также длиной сборочной линии

(количеством работающих на конвейере).

417

Рис. 10.9. Решение задачи о размещении пяти отделов в магазине методом системной планировки

Ассортимент изделий, частично или полностью собираемых на сборочных линиях,

включает игрушки, различные приборы, автомобили, самолеты, оружие, садовый

инвентарь, одежду, а также разнообразные комплектующие для электронной техники. Не

боясь ошибиться, можно утверждать, что, по существу, при производстве любого

составного изделия или изделия, выпускаемого в больших объемах, в той или иной

степени используют поточные линии. Несомненно, что на поточных линиях

осуществляется сложный технологический процесс. Для четкого понимания процесса

управления поточными линиями необходимо хорошо уяснить, каким образом линия

балансируется во времени.

Балансирование поточной линии

Несмотря на то, что календарное планирование имеет первостепенное значение,

часто при размещении производственных участков возникает необходимость вначале

сбалансировать поточную линию. Необходимость балансирования возникает также, когда

размеры или количество рабочих мест на поточной линии нужно изменить. В наиболее

общем случае поточная линия представляет собой движущийся конвейер, предметы труда

на котором проходят через ряд рабочих мест (станций) через одинаковые временные

интервалы, которые называют тактом поточной линии (промежуток времени между

изготовлением на поточной линии двух соседних единиц продукции). На каждом рабочем

месте выполняется определенная технологическая операция. Операция, выполняемая на

каждом рабочем месте, состоит из множества отдельных элементов, действий и движений,

418

объединяемых в рабочие блоки. Обычно рабочие блоки сгруппированы из элементов и

движений таким образом, что их трудно подразделить на более мелкие группы действий.

Проблема балансирования поточной линии сводится к проблеме установления

продолжительностей всех операций таким образом, чтобы каждый рабочий выполнял

столько элементов (рабочих блоков), составляющих операцию, сколько их можно

выполнить за такт поточной линии, и чтобы свободное время, не предназначенное для

выполнения операций (простой), было минимальным на всех рабочих местах. Проблема

может усложняться наличием взаимосвязей между операциями, обусловленными

конструкцией изделия и технологическим процессом. Эти взаимосвязи определяют

порядок выполнения элементов операций во время сборки. Рассмотрим подробнее

балансирование поточной линии.

НОВАЦИЯ

Совершенствование производственного процесса с использованием программного

обеспечения

Проблема, стоящая сегодня перед МНОГИМИ проектировщиками производственных

объектов, заключается в поиске метода быстрой и эффективной оценки предлагаемых изменений в

организации производства и системах транспортирования материалов для минимизации

расстояний и затрат на транспортировку материалов. Эта проблема выносилась на трехдневную

сессию по практическому изучению программного обеспечения, которая проводилась на базе

завода, выпускающего электрооборудование. Проектировщиков обучали применению пакета

программного обеспечения FactoryFLOW, разработанного корпорацией Cimtechnologies, для

проектирования промышленных и иных объектов. Учебная группа оценивала текущие

предложения по организации сборочной линии для ее возможного совершенствования.

Пакет программного обеспечения FactoryFLOW позволяет количественно оценивать

различные варианты размещения оборудования и системы транспортирования материалов,

показывая материальные потоки и затраты как в виде текстовых документов по выпуску

продукции (отчетов), так и в виде графического отображения (схемы), выполняемого с помощью

программного обеспечения AutoCAD. FactoryFLOW оценивает материальный поток, расстояния и

затраты на транспортирование материалов, используя следующую исходную информацию: схему

организации производства, выполненную с помощью AutoCAD, данные по движению деталей

(например, названия деталей, откуда и куда поступают, перемещаемое количество деталей) и

особенности системы транспортирования материалов (например, являются транспортные

издержки постоянными или переменными, время погрузки-разгрузки, скорость). У

планировщиков была схема расположения объекта, а специалисты по организации труда

предоставили им информацию об оборудований и маршрутах движения деталей; поэтому ввод

данных и анализ существующего производства занял примерно полдня. Диаграммы и отчеты по

выпуску продукции дали возможность подсчитать, что годовые суммарные перемещения деталей

составили свыше 125 миллионов метров, а затраты на транспортирование материалов — свыше

900 тысяч долларов.

Вторую половину дня использовали для сравнения альтернативных схем путем анализа

отчетов по выпуску продукции и направлений движения материальных потоков. Одна из

альтернатив состояла в том, чтобы повернуть линию из 16 пресс-автоматов на 90°, что позволило

бы передавать детали с этого участка непосредственно на вспомогательную сборочную линию, и

развернуть главные сборочные линии на 90°, тем самым приблизив их к этому же участку. В связи

с тем, что в качестве первоначальной транспортной системы использовали подвесной конвейер,

главной задачей стала минимизация длины конвейера.

419

FactoryFLOW объединяет данные о транспортировании материалов со схемой размещения для

расчета расстояний транспортировки материалов, затрат и степени использования оборудования.

http://www.ciratech.com

Для оценки альтернативной схемы применили FactoryFLOW, и отчеты показали уменьшение

транспортных расходов на перемещение материалов более чем на 100 тысяч долларов в год, что

составило 792 тысяч 265 долларов.

Кроме того, благодаря сокращению расстояния транспортировки деталей длину подвесного

конвейера уменьшили с 1080 до 210 метров.

Программное обеспечение FactoryFLOW позволило завершить этот проект за короткое

время, и проектировщики производственных объектов этой компании теперь имеют надежное

инструментальное средство для дальнейшей оценки размещения производственных объектов и

организации систем транспортирования материалов.

Источник. "Factory Planning Software Cimtechnologies Corp. (Ames, IA)", Industrial

Engineering, December 1993, p. SS3.

Для балансирования поточной линии необходимо выполнить следующее.

1. Постройте граф последовательности выполнения элементов. Граф состоит из

кружков и стрелок. Кружками обозначены элементы операций, а стрелками —

очередность их выполнения.

2. Определите такт поточной линии С по формуле:

3. Определите теоретически минимальное количество рабочих мест N, , необходимое

для обеспечения заданного такта по формуле (не забудьте, что результат необходимо

округлить до следующего наибольшего целого числа)

4. Сформулируйте первое правило, в соответствии с которым следует определять

последовательность выполнения элементов на рабочих местах, и второе правило для

формирования операций.

5. Определите продолжительность операции для первого рабочего места, добавляя

элементы и рабочие блоки по одному до тех пор, пока суммарное время выполнения

операции не станет равно такту поточной линии или пока станет невозможно добавить

какие-либо элементы из-за ограничения по времени или последовательности выполнения

элементов. Повторите эту процедуру для рабочего места 2, 3 и т.д., пока не определите все

420

операции.

6. Оцените эффективность балансирования по формуле:

7. Если эффективность недостаточна, проведите повторное балансирование,

используя другие правила формирования операций.

Пример 10.1. Балансирование ПОТОЧНОЙ ЛИНИИ

На конвейере собирается модель тележки J. В день необходимо изготовить 500

штук. Суммарное время выполнения операций — 420 минут, элементы сборочных

операций и их продолжительности приведены в табл. 10.1.

Задание: по условиям задачи сбалансируйте линию так, чтобы число рабочих мест

было минимальным и соответствовало такту конвейера.

Решение

1. Начертите граф последовательности выполнения элементов сборки тележки.

Граф, представленный на рис. 10.10, иллюстрирует последовательность

выполнения элементов, заданных в табл. 10.1'

Рис. 10.10. Граф последовательности выполнения элементов сборки тележки модели J

2. Определите такт. При определении такта время следует выражать в секундах, так

как продолжительность элементов задана в секундах.

3. Рассчитайте теоретически необходимое минимальное i количество рабочих мест

(фактическое количество рабочих мест может быть больше):

4. Выберите правило, которым следует руководствоваться при определении состава

операции на каждом рабочем месте. Практика показывает, что правило нужно выбирать

отдельно в каждом конкретном случае. В общем случае при определении состава

операций из всей группы элементов вначале можно последовательно извлекать элементы

с наибольшим количеством последующих элементов, ранжируя их по мере убывания

числа последующих элементов (пусть это будет правилом "а"). Затем в цепочках с

заданной последовательностью выполнения элементов среди ближайших последующих

элементов выбирают наиболее продолжительные элементы (правило "b"), так как именно