Типы производства и модели планирования

ВЕСТНИК УДМУРТСКОГО УНИВЕРСИТЕТА 19

ЭКОНОМИКА И ПРАВО 2009. Вып. 2

УДК 911.3

Х.З. Бадаш

ТИПЫ ПРОИЗВОДСТВА И МОДЕЛИ ПЛАНИРОВАНИЯ

Рассматривается зависимость моделей планирования от конкретных производственных условий. Показывается, что тип производства является основным фактором, определяющим содержание системы календарного планирования.

Ключевые слова: промышленное предприятие, календарное планирование, календарно-плановые нормативы.

Общая схема календарного планирования основным производством на машиностроительном предприятии является практически универсальной и применяется как в традиционных, так и в автоматизированных системах управления. При автоматизации меняются лишь модели планирования и управления на всех уровнях.

Естественно, что на выбор модели планирования должны влиять различные производственные факторы. Рассмотрим основные характеристики производственного процесса и постараемся оценить степень их влияния на выбор системы планирования в условиях автоматизации управления.

Безусловно, самым важным фактором, определяющим модель планирования, является серийность производства, влияние которой сказывается на всех уровнях планирования.

Для массового производства модель формирования производственной программы предприятия проста. Производится одно изделие, и оценка производственных мощностей позволяет определить объемы производства. Рассмотрение портфеля заказов задает набор модификаций количества изделий каждой модификации, которые необходимо выпустить. Задача эта становится сложной для серийного и индивидуального производства. Причина такой сложности кроется в следующем.

Производственные мощности предприятия складываются исторически и значительно изменить их за год или два невозможно. В то же время набор изделий, которые необходимо выпускать, меняется из года в год. Предприятие будет работать эффективно, если структура его производственной программы (объемы работ по профессиям, типам оборудования и т. д.) совпадает со структурой производственных мощностей.

В массовом производстве такой проблемы нет, поскольку при переходе на выпуск нового изделия все производственные мощности перестраиваются в соответствии со структурой новой производственной программы. В серийном и индивидуальном производстве необходимо проводить обратную подстройку. В общем, задача заключается в том, чтобы выбрать такой набор изделий, при котором структура необходимых ресурсов совпадает со структурой имеющихся производственных мощностей. Известно, что такая задача решается с помощью линейного программирования, простые методы подбора

изделий в производственную программу неэффективны. Вот почему общепризнанной в формировании производственной программы и является модель линейного программирования.

Еще большее влияние серийность производства оказывает на межцеховое планирование. Это влияние, прежде всего, определяется тем, что каждому уровню серийности соответствует свой способ организации производства, который в свою очередь задает и способ организации управления и, в частности, планирования. Вообще, организация производства является тем первичным фактором, который определяет организацию управления.

Массовое производство характеризуется поточностью, широким применением конвейеров, единым ритмом выпуска продукции, который и задает ритм работы всех подразделений предприятия. Основная задача межцехового планирования в массовом производстве - согласование ритмов всех конвейеров и поточных линий, установление уровня заделов, которые считаются по довольно простым формулам. Основная задача оперативного управления -поддержание расчетного уровня заделов.

Серийное производство характеризуется регулярным выпуском некоторого набора изделий. Причем все детали, а иногда и сборка этих изделий производятся в одних и тех же цехах. В таких условиях основная идея межцехового планирования формируется следующим образом.

Поскольку за планово-учетный период сборочные цехи производят некоторый набор изделий, то за тот же период цехи, выпускающие детали и узлы, должны произвести комплект деталей для этих изделий, чтобы восполнить их расход, а заготовительные цехи должны восполнить расход заготовок. Таким образом, окончательной целью системы межцехового планирования является определение набора работ, которые каждый цех должен произвести в каждый планово-учетный период.

Следует заметить, что если для массового производства этот набор работ для каждого планово-учетного периода одинаков, то в серийном производстве он, как правило, разный. Происходит это потому, что рассчитанный из экономических соображений размер изготовляемой партии деталей (заготовок) в основном не совпадает с потребностью сборки в этих деталях за планово-учетный период.

Конкретная реализация данной идеи межцехового планирования зависит от принятого способа организации серийного производства. Поскольку серийное производство является наиболее распространенным типом, в нем присутствуют самые разнообразные способы организации. Соответственно почти все известные системы планирования разработаны для применения в серийном производстве: это и складская система, и система планирования по нормам задела, срокам межцеховых подач, и позаказная система, и различные комплектные системы, и система «непрерывного оперативно-

производственного планирования» и «Р - Г».

Широта понятия «серийное производство» привела к необходимости выделения, с одной стороны «крупносерийного» производства, а с другой стороны, - «мелкосерийного». Однако эти понятия больше относятся к объе-

му выпуска, чем к способу организации производства, поскольку, например, крупносерийное производство иногда организуется как поточно-массовое, а иногда - как серийное. Мелкосерийное производство в свою очередь иногда организуется как единичное, когда вся мелкая партия изделий производится одной партией. В этом случае всю серию можно рассматривать как одно изделие и изменять методы планирования индивидуального производства. В других случаях мелкая серия выпускается закономерно в течение всего года, производство организуется как серийное и, естественно, здесь применяются методы планирования серийного производства.

Заметим, что, как правило, в системах межцехового планирования серийного и массового производства загрузка ресурсов не учитывается. Поскольку выпуск изделий производится равномерно, а объемы производства на верхнем уровне за год согласованы с производственными мощностями, предполагается, что такое согласование должно обеспечить согласованность и за каждый планово-учетный период. Это предположение, однако, противоречит тому факту, что выпуск деталей в серийном производстве осуществляется партиями, которые по величине, в общем, не совпадают с потребностью в деталях за планово-учетный период. Поскольку различные партии деталей различаются как по общей трудоемкости изготовления, так и по пропорциям ресурсов, необходимых для их производства, это неизбежно приводит к неравномерности загрузки ресурсов как внутри планово-учетного периода (непропорциональность производственной программы и производственных мощностей подразделений), так и от периода к периоду.

В индивидуальном производстве применяются специфические методы межцехового планирования. Хотя основная идея межцехового планирования остается прежней - определить, что каждый цех должен выпускать в каждый планово-учетный период для обеспечения выполнения предприятием производственной программы, - сам способ распределения этой программы кардинально отличается. Отсутствие регулярности в выпуске изделий требует, во-первых, определения того, когда и какие изделия выпускать, а во-вторых, когда план выпуска известен, - расчета, в какие периоды какие компоненты изделий изготовлять. При этом основная трудность заключается в согласовании структуры производственных мощностей подразделений предприятия (цехов и участков) и производственной программы на каждый плановоучетный период. Эта трудность преодолевается по-разному, в зависимости от других производственных факторов, также влияющих на выбор модели планирования.

Существенно влияние серийности и на выбор системы внутрицехового планирования и оперативного управления.

При массовом производстве номенклатура деталей на участке мала. Узкая специализация рабочих мест и поточных линий, высокий уровень организации производства делают задачу планирования работы участка относительно несложной - типа составления стандарт-плана не очень большой размерности. Следует также отметить, что многие вопросы календарного планирования массового производства решаются на уровне проектирования поточ-

ных линий, когда оборудование подбирается и специально расставляется для обеспечения потока, что тоже значительно упрощает решение текущих задач планирования.

Внутрицеховое планирование сильно усложняется для серийного производства. В этом случае одной задачи планирования недостаточно. Появляется целая система задач планирования и оперативного управления со сложной, иерархической структурой связей.

На верхнем уровне этой системы необходимо решать задачу согласования производственной программы с производственными мощностями цеха. Необходимость этой задачи возникает вследствие того, что межцеховой контур управления для серийного производства, как указывалось, не контролирует соответствие планового задания мощностям цеха. Поэтому задание цеху на планово-отчетный период, которое вырабатывает система межцехового планирования, рекомендуется формировать с некоторой свободой выбора. Тогда цех, имеющий точную информацию о своих ресурсах, сможет так сформировать производственную программу, чтобы наилучшим образом загрузить производственные мощности. Поскольку и здесь идет речь о формировании оптимального выбора изделий, то наилучшим аппаратом будет модель линейного программирования.

Для сформированной производственной программы необходимо составить календарный план ее реализации. Это должен быть подробный пооперационный календарный план, учитывающий такие важные факторы, как специализация оборудования, реальный календарь работы и т. д. Для составления календарных планов разработано большое число моделей, известных в теории расписания.

Серийность производства оказывает существенное влияние на способ организации производства в цехе и, следовательно, на модель календарного планирования. Серийность производства, например, задает вид движения деталей - последовательный, параллельно-последовательный, параллельный, и это определяет ограничения в задаче календарного планирования. Можно перечислить еще ряд факторов, с помощью которых серийность через организацию производства прямо или косвенно влияет на ограничения модели. Допустим, искусственное повышение серийности производства на уровне участка за счет организации группового поточного производства приводит к специфическим моделям планирования группового производства.

Вообще, на организацию производства на участке влияет очень большое число различных факторов. Это определяет многообразие способов организации работы участка и, как следствие, многообразие моделей календарного планирования, которые довольно подробно описаны и классифицированы.

Необходимость этапа календарного планирования для серийного и мелкосерийного производства часто вызывает возражения, которые обусловлены тем, что в традиционных системах пооперационное планирование не производится. Они, в основном, сводятся к следующему:

- во-первых, трудоемкость составления календарных планов велика, а эффект от их применения не очень значителен, поскольку, с одной стороны,

календарный план весьма громоздок и неудобен для рассмотрения и анализа, а с другой стороны, он крайне неустойчив, то есть из-за мелких нарушений хода производства быстро теряет смысл;

- во-вторых, все разрабатываемые планы обычно рассчитаны на среднюю производительность труда рабочего, характеризующуюся нормативным временем выполнения каждой операции. Резервом же повышения производительности участка является именно индивидуальная производительность труда каждого рабочего. Учитывая ее, можно значительно лучше организовать процесс выполнения плана.

Однако эти возражения нельзя признать основательными, хотя бы потому, что в них предполагается, что внутрицеховое планирование сводится лишь к построению календарного плана. В действительности же автоматизация внутрицехового управления производится системно, а в рамках автоматизированной системы внутрицехового планирования календарному плану отводится совсем другая роль.

Календарный план в этой системе выступает основным звеном, оптимизирующим процесс выполнения производственной программы цеха. Известно, что соответствие объемов потребности в ресурсах в производственной программе и производственных мощностей участка еще не гарантирует своевременного выполнения производственной программы.

Комбинаторика технологических процессов приводит к неравномерности использования ресурсов и, как следствие, к нарушению ограничений. В этой ситуации только календарный пооперационный план является адекватной моделью производства. Он позволяет заранее обнаружить узкие места производства и подсказывает оптимальный способ их ликвидации. Действительно, из-за громоздкости и неустойчивости, а также из-за того, что при его составлении принципиально нельзя учесть обеспеченность производства всем необходимым, календарный план не может служить непосредственным руководством к действию. Но в этом и нет необходимости.

Для непосредственного руководства производственным процессом существует аппарат сменно-суточного планирования, который в условиях автоматизированной системы внутрицехового планирования успешно справляется с этой задачей. Сменное (суточное) задание - краткосрочный оперативный план, формируемый на базе календарного плана с использованием данных оперативного учета, учета обеспеченности заготовками, материалами, инструментом, приспособлениями, технической документацией и т. д. При формировании сменного задания используются довольно сложные эвристические модели, в основном решающие два вопроса: что включать в сменное задание, если некоторые работы, предписываемые календарным планом, нельзя выполнить, например, из-за необеспеченности заготовками, и, кроме того, учитывая, что календарный план распределяет работы с точностью до групп оборудования (или рабочих), как конкретно распределять работы между рабочими.

Оптимизационные модели в сменно-суточном планировании касаются в основном распределения работ и для серийного производства представляют собой модели транспортного типа.

Для индивидуального производства, в зависимости от некоторых других производственных факторов, которые будут рассмотрены ниже, система внутрицехового планирования может быть и настолько сложной, как для серийного производства, и гораздо более простой.

Для индивидуального производства в чистом его виде может не быть необходимости в согласовании производственной программы с мощностями цеха. Автоматизированные системы межцехового планирования для индивидуального производства, как правило, учитывают ограничение по ресурсам цеха (участка). Правда, иногда это укрупненный учет общего объема производства, и тогда задача согласования существенна, но часто контролируется и загрузка по отдельным профессиям, что снимает необходимость в повторном контроле на внутрицеховом уровне.

Далее, в индивидуальном производстве по ряду причин может не быть необходимости в составлении подробного календарного плана. Во-первых, из-за чрезвычайно большой размерности задачи планирования. Если на участке за месяц проходит несколько десятков тысяч деталей, то целесообразность календарного плана теряется, поскольку при таких размерах производства нет возможности ни оптимизировать план, ни провести его детальный анализ. Во-вторых, задачи индивидуального производства часто одноопера-ционны. Здесь однооперационность понимается в том смысле, что, не считая целесообразным детализировать технологию производства, поручают изготовление детали или сборку изделия одному рабочему или бригаде, которые и проводят всю работу на одном рабочем месте. Так часто поступают в цехах мелкой узловой сборки, наладки и т. д.

Однако в большинстве случаев индивидуальное производство требует календарного планирования, так как именно там из-за большой, часто меняющейся номенклатуры выпускаемой продукции трудно предвидеть последствия локальных решений, принимаемых для непосредственной загрузки рабочего.

Сменно-суточное планирование в индивидуальном производстве особенно необходимо в силу нестабильности последнего. При сменно-суточном планировании решаются все вопросы обеспечения производства необходимыми компонентами и распределения работ между рабочими. Разработано несколько моделей распределения работ между рабочими для различных видов единичного производства, как предполагающих, что участку известна производственная программа на весь планово-учетный период, так и предполагающих меняющуюся производственную программу.

Таким образом, степень серийности производства является наиболее важным фактором, определяющим выбор модели планирования на всех уровнях системы календарного планирования.

Другой важный производственный фактор, влияние которого на модели планирования необходимо рассмотреть, - это длительность производственного цикла изготовления изделия.

Как и объем выпуска продукции, длительность производственного цикла может изменяться в широком диапазоне. На выбор модели планирования

оказывает влияние соотношение длительностей цикла изготовления изделий и планово-учетного периода.

Обычно выделяют три интервала этого соотношения, в пределах которых модели планирования от данного фактора мало зависят:

1) длительность цикла изготовления изделия меньше планово-учетного периода (малая длительность цикла);

2) длительность цикла больше планово-учетного периода, но не намного - не более чем в 2-3 раза (средняя длительность);

3) длительность цикла изготовления изделия значительно больше планово-учетного периода (большая длительность).

В общем факторы серийности и длительности производственного цикла не зависят друг от друга, так что приходится разрабатывать особую модель для каждого типа производства и для каждой длительности цикла. Некоторое сокращение числа моделей происходит за счет того, что изделия с длительным и даже средним циклом изготовления, как правило, массовым способом не производятся. При массовом способе осуществляется максимальное распараллеливание процесса производства, что приводит к сильному сокращению длительности цикла изготовления изделия.

Некоторое сокращение числа моделей планирования происходит также за счет того, что линейные модели формирования производственной программы вообще не учитывают технологию изготовления изделий, в результате чего длительность цикла как важный фактор производства выступает лишь тогда, когда она превышает год (например, в судостроительном производстве).

Таким образом, особенности, обусловленные длительностью производственного цикла, в основном проявляются на уровне межцехового и внутрицехового планирования при серийном и индивидуальном производстве. Рассмотрим влияние этого фактора на межцеховое планирование.

При малой длительности производственного цикла задача межцехового планирования заключается в распределении производственной программы по планово-учетным периодам. В этом случае технологию изготовления отдельных изделий можно не принимать во внимание, как и в задаче формирования производственной программы. Практически задача сводится к составлению такого набора изделий на каждый планово-учетный период, который бы оптимальным образом загружал производственные мощности подразделений. Как и все задачи объемного планирования, задача распределения производственной программы в этом случае описывается моделью линейного программирования. Такой подход неприменим, когда длительность производственного цикла больше длительности планово-учетного периода.

Даже при средней длительности производственного цикла попытка считать, что все изделие изготовляется в пределах одного планово-учетного периода, приводит к большим ошибкам в расчетах загрузки оборудования. Если же длительность цикла изготовления изделия составляет несколько плановых периодов, то подобный подход и вовсе не имеет смысла.

В случае средней длительности производственного цикла делается попытка разбить процесс изготовления изделия на этапы, каждый из которых

длительностью меньше планово-учетного периода, и решать задачу распределения производственной программы для отдельных этапов. При этом приходится преодолевать две трудности в увязке этапов: соблюдение очередности выполнения этапов и обязательность непрерывного изготовления изделия. Вообще говоря, перерывы в изготовлении изделия между этапами могут допускаться, но слишком длительные перерывы приводят к неоправданно большому объему незавершенного производства.

Введение дополнительных ограничений для фиксации порядка выполнения этапов и запрещения разрывов между этапами приводит к тому, что в модели появляются целочисленные переменные, и она становится настолько громоздкой, что решение оптимизационной задачи делается невозможным. Поэтому в практике для межцехового планирования изготовления изделий со средней длительностью цикла чаще используются методы, разработанные для производства с большой длительностью цикла. Эти методы в основном базируются на расчетах календарно-плановых нормативов длительности циклов изготовления изделий и опережений запуска в производство по отношению к выпуску для изделий или этапов одного изделия.

Не останавливаясь здесь подробно на обсуждении методики расчета нормативов длительности цикла изготовления изделий, заметим, что с позиций календарного планирования и оперативного управления ходом производства завышение длительности цикла не является недостатком. Разумеется, искусственное повышение длительности циклов ведет к увеличению объемов незавершенного производства и тем самым к ухудшению экономических показателей работы предприятия. Однако досрочное изготовление деталей и узлов создает некоторые резервы времени, которые компенсируют задержки в ходе производственного процесса, что повышает устойчивость производства. Вероятно, поэтому более точные методы расчета длительностей циклов внедряются с большим трудом.

Зато в литературе по данному вопросу практически игнорируется другой недостаток методов расчета опережений.

Все эти методы, выражаясь языком сетевого планирования, рассчитывают наиболее поздние сроки начала работ по каждому этапу изготовления изделия. При этом загрузка ресурсов не контролируется и возможно произвольное распределение загрузки ресурсов, в частности большие перегрузки. Если при реализации плана в производстве появится такая перегрузка, а резервных ресурсов не окажется, это неизбежно приведет к нарушению наиболее поздних сроков начала этапов и, следовательно, к срыву сроков выпуска изделий.

В серийном производстве этот эффект частично сглаживается регулярностью производства, но, как уже упоминалось, не полностью - из-за несовпадения потребности в выпуске продукции за планово-учетный период и экономически обоснованного размера партии изделий. Поэтому в серийном производстве и необходимо решить задачу согласования производственной программы с производственными мощностями с помощью различных оптимизационных моделей линейного и целочисленного программирования .

В индивидуальном же производстве межцеховое планирование по наиболее поздним срокам выпуска приносит неудовлетворительные результаты. Здесь в основном используются многосетевые модели с ограничением по ресурсам. В этих моделях технология изготовления изделия представляется в виде сетевого графика, что дает возможность подробнее и правильнее характеризовать этапность в изготовлении изделия (представление технологии в традиционных системах в виде линейной последовательности типа «заготовительные работы - механическая обработка - сборка» является частным, слишком узким случаем сетевого графика). Алгоритмы многосетевого планирования увязывают все сетевые графики, использующие единые ресурсы предприятия, с учетом реального наличия этих ресурсов и распределения их во времени.

Следует отметить и еще одну сторону влияния длительности производственного цикла на межцеховое планирование.

Если длительность цикла изготовления изделия мала, то изделие, как правило, несложное и изготовляется почти целиком в одном подразделении предприятия. Межцеховые передачи незначительны - в основном в технологически специализированные вспомогательные цехи - термический, гальванический и пр., так что ими можно пренебречь. И в этом случае фактически речь идет о распределении годовой производственной программы цеха по планово-учетным периодам.

Совсем иная ситуация складывается, если длительность производственного цикла велика. Обычно при этом изделия сложные и в их изготовлении участвуют почти все цехи предприятия. Планирование приобретает все черты межцехового, а на передний план выступает координационная, а не распределительная функция межцехового плана. Результатом планирования является не только задание цехам на планово-учетный период, но и план межцеховых передач. Модели планирования зависят от организационного механизма межцеховых передач: осуществляются ли они партиями, комплектно, по мере изготовления продукции или в конце планово-учетного периода.

Вообще для предприятий с длительным циклом изготовления межцеховое планирование составляет центральную задачу системы планирования. Этим объясняется и тот факт, что под термином «система оперативнопроизводственного планирования» обычно понимают межцеховое планирование и оперативное управление, а также многочисленность предлагаемых систем.

Правда, многочисленность таких систем можно объяснить и тем, что «чистых» типов производства на предприятиях почти не встречается, в основном, они смешанные. Предприятия массового производства (автомобильные, тракторные заводы) выпускают и серийные изделия (запасные части, товары широкого потребления), а иногда даже имеют опытное индивидуальное производство. Предприятия серийного производства имеют и довольно широко представленное индивидуальное производство, а предприятия индивидуального производства часть изделий выпускают сериями. Кроме того, понятие серийности, как уже указывалось, очень широкое. Предприятия се-

рийного производства часто выпускают изделия сериями настолько разной величины, что это вызывает различную организацию их производства.

Иногда различные типы производства на предприятии обособлены, тогда для каждого можно применять свою систему межцехового планирования. Но чаще всего они используют одни и те же производственные мощности. В этом случае система межцехового планирования должна работать в условиях именно данной смеси типов производства, так что приходится модифицировать известные системы, приспосабливать их под индивидуальные особенности предприятия. Поэтому практически все работающие системы межцехового планирования — это «индивидуализированные» типовые системы. При автоматизации межцехового планирования возникает вопрос: какими моделями пользоваться? В большинстве случаев, с учетом важности задачи межцехового планирования и того, что она одна, предпочтительнее оказывается разработка индивидуальной модели на базе известных моделей для «чистых» типов производства.

По-иному длительность цикла проявляется во внутрицеховом планировании. На модели внутрицехового планирования влияет не столько длительность производственного цикла изготовления всего изделия, сколько длительность цикла изготовления деталей в механических цехах и длительность цикла сборки изделий в сборочных цехах. Для изготовления деталей с малым количеством операций, для сборки, которая полностью осуществляется одним рабочим или бригадой рабочих, составление пооперационного календарного плана не имеет смысла. В то же время при сложном и длительном технологическом процессе календарное планирование необходимо. Разработанные модели календарного планирования в основном включают именно эту ситуацию.

Есть еще один важный производственный фактор, определяющий выбор моделей планирования, - степень унификации узлов и деталей. Значительная степень унификации может изменить тип производства. Например, предприятие может выпускать мелкие серии различных изделий партиями, как в индивидуальном производстве. Но если в этих различных изделиях применяемость одних и тех же деталей и узлов велика, то производство их должно быть организовано как серийное, а иногда и как поточно-массовое. Тогда на межцеховом уровне приходится для планирования использовать одни модели, а на внутрицеховом - другие.

Заметим, что на внутрицеховом уровне вообще имеется тенденция к повышению серийности, иногда даже ценой увеличения объема незавершенного производства. Иногда в индивидуальном производстве, когда одни и те же детали применяются в различных изделиях, изготовление этих деталей осуществляется партиями даже тогда, когда партия обеспечивает удовлетворение потребности сборки на несколько месяцев.

Можно отметить и другие производственные факторы, оказывающие влияние на выбор модели планирования. Некоторые из них упоминались выше, однако они не имеют такого общего характера, как серийность, длительность цикла и применяемость унифицированных деталей, и в основном опре-

деляют второстепенные детали моделей. Это не означает, однако, что их можно игнорировать при конкретном моделировании.

Поступила в редакцию 02.02.09

Kh.Z. Badash, candidate of economics, professor Types of production and planning models

The dependence of planning models on specific production conditions is considered. It is shown that the type of production is the main factor determining the content of the calendar planning system.

Бадаш Хаим Завельевич, кандидат экономических наук, профессор Институт экономики и управления ГОУВПО «УдГУ»

426034, Россия, г. Ижевск, ул. Университетская, 1