Методы и алгоритмы решения задач производственного планирования

Задача календарного планирования представляют собой эффективный инструмент для управления проектами в современных компаниях. Календарное планирование позволяет проводить анализ производственного процесса на каждом из этапов, проводить оценку длительности выполнения работ по оптимистичному, пессимистичному сценариям, оценивать объемы ресурсов, затрачиваемых на каждом из этапов проекта. То есть, в рамках решения задач календарного планирования проводится разделение проекта на определенные виды работ, рассчитывается объем необходимых ресурсов, проводится расчет оптимального плана по временным и материальным затратам.
Также задачи календарного планирования можно рассматривать как процесс, связанный с определением очередности использования материальных и производственных ресурсов до уровня операций на ближайшее время с целью обеспечения плановых сроков выполнения заказов.
Расчет параметров календарного планирования производится на этапе разработки производственных планов. В качестве целей такого планирования рассматривается снятие неопределенностей по временным характеристика и уровню финансирования на каждом из этапов производства, что связано с получением расписания этапов проекта, включающего работы, их длительность, объемы необходимых ресурсов, что служит в качестве основы для исполнения проектов.
Результат построения календарных планов - является утвержденное руководством компании расписание этапов работ по выполнению определенного проекта.
Календарные планы включают:
планы по содержанию проекта;
последовательность выполнения работ и сетевой график;
расчеты по срокам, продолжительности и логическим связям между работами, построенную диаграмму Ганта;
оценку потребностей в ресурсах (трудовых, материальных, финансовых и т.д.);
рассчитанный бюджет проекта.
Учитывая длительности этапов работ, различают следующие виды планирования: календарное (по дням, сменам, часам) и декадное, месячное, квартальное или объемно – календарное (соответственно по декадам, месяцам, кварталам).
Возможно построение и упрощенных форм календарных планов. В случае краткосрочного планирования, например, в строительном бизнесе, возможно также использование упрощенных форм календарного планирования в форме перечня работ со сроками их исполнения. Планирование с использованием такого формата не приспособлено для решения задач оптимизации, но позволяет управлять проектами, в которых необходим минимальный контроль сроков исполнения работ. Как правило, использование планов в такой форме является результатом соглашения о сроках выполнения работ между участниками проекта, оформленных по результатам производственных совещаний с руководством компаний.
Упрощенной формой планирования также является расчет сметы по этапам работ в форме расписания выделения финансирования. В данном случае возможно проведение оптимизации, но полученный результат представляется в достаточно обобщенной форме, так как может описывать лишь расписание выделения денежных средств. Календарный план финансирования, как правило, составляется в случаях крупных объемов производств, когда в качестве элементов планирования выступают целые объекты или их группы.
На сегодняшний день при календарном планировании используются прямые и обратные методы, принципы ограниченности и неограниченности загрузки.
В случае прямого планирования предполагается, что началом выполнения заказа является его поступление (в независимости от сроков его исполнения), далее каждая операция планируется вперед (из прошлого в будущее), от даты получения заказа на производство продукции. С использованием такого подхода возможно проводить расчёт сроков исполнения заказов с определением самой ранней даты отгрузки заказа. При обратном планировании в качестве точки отсчета принимается дата сдачи заказа. Расписание составляется в обратном порядке до достижения даты начала проекта. С помощью обратного планирования определяется время начала производственного процесса для исполнения сроков, определенных в заказе. При возможности работы в режиме неограниченной загрузки возможно игнорировать несоответствие мощностей рабочего центра и объемов запланированных заказов. При превышении уровня загрузки и мощности проводится перераспределение работ между задействованными участками. Принцип ограниченности загрузки предполагает наличие ограничений по мощностям рабочего центра. Когда мощность рабочего центра является недостаточной для выполнения работ, провидится перераспределение загрузки по времени выполнения.
В процессе составления календарных планов одной из проблем является наличие производственных заданий, находящихся в очереди на выполнение. решение проблемы предполагает использование определенных алгоритмов, связанных с системами массового обслуживания:
FIFO. Приоритетное право на обслуживание получает работа, первой попавшая в очередь.
Выборка по наиболее ранней дате окончания операции. Первоочередное обслуживание производится для того задание, у которого дата завершения является самой ранней.
Выборка по принципу короткого времени производства. В первоочередном порядке выполняются рабочие задания, имеющие минимальный производственный цикл. В случае использования данного способа объемы незавершенного производства, будут низкими, но при этом невозможно повлиять на сроки исполнения рабочих заданий;
Длительное время производственного цикла. Метод, противоположный предыдущему;
Методы критического отношения. В данном случае приоритет рабочего задания отдается задачам, у которых минимален уровень критического отношения (КО) времени, оставшемуся до завершения задания ко времени, оставшемуся до окончания производственного цикла

. Это наиболее эффективный метод, обусловливающий, в среднем, высокий уровень своевременности выполнения работ по проекту при сравнительно невысоком уровне незавершенности всего проекта.
Проведем анализ различных методов календарного планирования, определяемых производственными стратегиями и включающими: единичные (позаказные), серийные, массовые методы.
Для единичных (позаказных) производств характерно большое количество заказов на изготовление разнообразных видов продукции небольшими партиями. Для данного вида работ характерны технологические этапы, не связанные друг с другом с привлечением разных категорий работников. Следовательно, при проведении календарного планирования необходима группировка заказов таким образом, чтобы обеспечивать оптимальное сочетание сроков изготовления с равномерностью загрузки рабочих центров. Для возможности исполнения таких условий, перед заключением договоров с заказчиками, производятся предварительные расчеты по параметрам производственного цикла. Другая отличительная особенность календарного планирования при единичных производствах связана с включением в производственный цикл всех этапов подготовки производства и изготовления изделий, т.е. проведения разработки конструкций, технологий, нормирования трудозатрат, проектирования и изготовления оснастки, изготовления, испытания и доводки изделий. Календарное планирование указанного вида основано на разработке и соблюдении сквозных цикловых графиков технической подготовки по каждому из заказов по производству и его поэтапному исполнению, в связке с цикловым графиком по другим заказам.
При проведении календарного планирования в единичных производствах необходимо проводить расчеты производственного цикла по всем заказам, оценку необходимого количества рабочих мест по определенной системе. На основе проведенных расчетов и с учетом вероятного межоперационного неиспользования деталей проводится формирование по каждому из заказов объемно-календарного графика исполнения заказов. Построение графика проводится в порядке, обратном ходу технологических процессов, то есть используется система обратного планирования. По графику проводится определение общего цикла изготовления заказа, совпадающего с установленным сроком. Продукция с более длительным циклом изготовления, отправляется в производство ранее, чем другие детали для согласования бесперебойного их поступления на сборку. Для обеспечения связи по времени и полноты использования оборудования и производственных площадей по каждому заказу проводится составление сводного объемно-календарного графика. Во избежание совпадения работ, приходящихся на одно и то же оборудование для нескольких заказов, сроки выполнения работ корректируются. Необходимо определить перечень мероприятий по ликвидации обнаруженных ошибок планирования и, по возможности получению дополнительных производственных средств.
Корректировка сводного объемно-календарного графика проводится ежемесячно с учетом информации об исполнении производственной программы на задействованных участках, проводится анализ состояния незавершенного производствах. Одновременно проводится уточнение номенклатуры и объемов работ. С учетом данных особенностей проводится окончательное уточнение сводного объемно-календарного графика заказов и на его основании до каждого рабочего центра доводится месячная производственная программа работ.
При серийном типе производства изготавливаются единичные изделия различных модификаций, либо несколько видов изделий сериями различного объёма. При серийном производстве также проводится обработка деталей и сборочных единиц партиями. В зависимости от типов выпускаемых изделий и степени устойчивости элементов конструкции в оперативном планировании используются основные системы планирования, включающие: комплектную, имеющую разновидности: комплектно-узловую, комплектную и комплектно-технологическую, машинно-комплектную, планово-комплектную и подетальную, имеющую разновидности: собственно подетальную систему и систему непрерывного планирования. Для данных систем характерным следующие признаки:
наличие планово-учетных единиц (по деталям, конструкторским узлам, группам деталей с общим сроком передачи на сборку);
наличие календарно-плановых нормативов (по размерам партий, производственному циклу, заделу и т.д.);
форма планового задания (квартальная и месячная подетальная программа, графики запуска-выпуска);
область использования (небольшая, средняя, большая номенклатура изделий с учетом типа производства).
В основе планирования серийного производства лежат календарно-плановые нормативы. Они включают в себя размер партии, нормативный размер партии и периодичность запуска партий, производственный цикл, опережение запуска-выпуска партии, деталей и узлов изделий, уровень заделов и объем незавершенного производства. С точки зрения производительности труда целесообразна работа большими партиями, так как уменьшается подготовительно-заключительное время, приходящееся на одну деталь. Однако увеличение партии ведет к увеличению производственного цикла и росту незавершенного производства. Поэтому нахождение оптимальной партии сводится к установлению такого числа деталей, при котором минимальны затраты на одну деталь. Величина партий деталей, узлов и изделий предопределяет периодичность процессов производства при данной программе и таким образом создает своеобразный ритм серийного производства, что существенно отличает его от единичного, в котором подобная периодичность отсутствует.
При массовом производстве оперативное планирование проводится по каждой детали