Как мы управляем производственными процессами?

Давайте немного разберемся, используя некоторое довольно распространенное деление на единичное и поточное производство, а также на дискретные и недискретные продукты. Затем мы рассмотрим ряд решений планирования, которые применялись в этих случаях в прошлом.

Управление производством по ТОС

На онлайн-курсе вы познакомитесь с подходом Теории ограничений и сможете управлять своим предприятием более эффективно. Инструменты ТОС, такие как Барабан-буфер-канат, сокращают производственный цикл и незавершенное наполовину, а уровень выполнения заказов в срок достигает более 95%.

Тренер: В.В. Вальчук. Старт: Февраль 2025.

ПОДРОБНЕЕ

Job Shop (единичное или мелкосерийное производство) и Flow Shop (поточное непрерывное производство)

Представьте себе процесс, в котором используются схожие машины или люди, выполняющие схожие операции, и группируются вместе. Работа последовательно перемещается между этими специализированными участками, иногда возвращаясь назад, на предыдущий участок, прежде чем продолжить процесс. Этот вариант известен как «единичное производство». Простым примером может быть небольшая инжиниринговая фирма. Каждая работа в процессе может быть уникальной или представлять собой повторение стандартной разработки. Каждая работа может состоять из одной единицы или группы из многих единиц.

Больница – это довольно сложная версия единичного производства. Вы мне не верите? Тогда понаблюдайте за каждым пациентом в ходе процесса в течение дня.

На другом конце шкалы находится «поточное производство». Здесь оборудование или люди располагаются по всему заводу в том порядке, который требуется большей части работы. Опять же, работа может быть уникальной или повторять стандартную разработку. Каждая работа может состоять из одной единицы или группы из многих единиц.

Мебельные компании, производящие продукцию для розничной торговли, обычно представляют собой поточные цеха. Еще одним примером являются производители бит для инструментов. То же самое касается электроники и автомобилестроения. Однако по мере того, как разнообразие продукции уменьшается, а размеры партий увеличиваются, поток в отдельных частях этих поточных цехов становится все более и более непрерывным. В конечном итоге эти части могут стать специализированным поточным цехом – одним потоком или процессом для одного продукта или семейства продуктов.

Дискретный или недискретный

Так почему же эти поточные цеха не могут стать по-настоящему непрерывными, как целлюлозно-бумажный комбинат или нефтехимический процесс? Ответ заключается в том, что единицы процесса являются дискретными, состоящими из отдельных деталей, а не недискретными, как жидкость или измельченная руда. Фактически, многие из действительно непрерывных отраслей относятся к сырьевым или добывающим отраслям – целлюлозно-бумажная, нефтехимическая и молочная. Большинство этих отраслей извлекают выгоду из эффекта масштаба и объема и являются капиталоемкими с сопутствующим сокращением или замещением рабочей силы.

Отрасли, о которых мы здесь говорим, те, которые производят или собирают дискретные продукты, с большей вероятностью относятся к вторичным отраслям и с большей вероятностью получат выгоду от экономии за счет масштаба. Конечно, всегда есть исключения: например, как сталелитейные, так и лесопильные заводы являются первичными отраслями промышленности, но производят дискретные продукты. Существует ветвь стратегии, посвященная экономии от объема и масштаба – операционная стратегия. Операционная стратегия является важным и часто упускаемым из виду источником стратегического преимущества. Мы вернемся и обсудим его далее на странице, посвященной стратегическому преимуществу.

Виды поточных производств – VATI

В среде единичного и поточного производства существует 4 основные топологии, которые описывают поток материала в процессе (2, 3).

Начнем с завода I-типа, поскольку он самый простой. Хорошим примером является столярный цех: различные изделия из дерева проходят практически одну и ту же последовательность: например, резка, шлифовка, сборка и полировка для изготовления разнообразного ассортимента различных продуктов.

Завод V-типа имеет различную природу: достаточно недифференцированное сырье, например рулонная сталь на металлургическом заводе или бревна на лесопилке, проходит по различным путям для производства разнообразной продукции. Однако, как только продукт прошел точку расхождения, он не может вернуться назад. Уже невозможно распилить тонкий размер на более толстый. Заводы V-типа или дивергентные заводы – это заводы основных производителей, переработчиков и фабрикаторов (2).

Противоположным случаем является завод А-типа; здесь несколько различных исходных материалов объединяются и собираются в конечный продукт. На каждом этапе процесса сборка может осуществляться только в том случае, если все остальные детали также готовы к сборке. Заводы типа А или конвергентные – это сборочные заводы (2).

Наконец, есть завод Т-типа. Учебным примером Т-завода является производитель кранов, хотя, вероятно, многие заводы по сборке электроники очень похожи. Ограниченное количество базовых блоков в различных конфигурациях собирается в самые разнообразные конечные продукты. Различия в размерах, отделке и комбинации приводят к взрывному росту вариантов продукта при сборке. Заводы Т-типа, как и заводы А-типа, являются также сборочными заводами (2).

Умбл и Шрикант идентифицируют и описывают еще пять распространенных сложных заводов, построенных из этих основных элементов (2):

1. V-образное основание с Т-образной вершиной.
2. А-основание с Т-образной вершиной.
3. V-образное основание с А-образным верхом.
4. V-образное основание с А-образной серединой и Т-образной вершиной.
5. A-основание и V-образное основание с Т-образной вершиной.

Признание этих базовых топологий является фундаментальным шагом вперед в понимании производственных процессов и является прямым развитием Теории ограничений или, по крайней мере, ее предшественницы – Оптимизированной производственной технологии (4). Как только тип предприятия будет понятен, механика планирования и контроля станет простой.

Как нам запланировать эти системы?

Так как же нам запланировать что-то столь же простое, как столярный цех, или такое сложное, как сталелитейный завод? Что ж, традиционно, когда упоминаются системы планирования производства, большинство людей, вероятно, думают о следующем:

1. MRP – планирование потребности в материалах.
2. MRPII – планирование производственных ресурсов.

ERP – планирование ресурсов предприятия.

Эти системы разбивают наши отдельные конечные продукты на компоненты и маршруты их изготовления, а также составляют график производства и все спецификации материалов. По сути, это системы детальной сложности – или редукционистский подход / локальная оптимизация. Идея в том, что если мы сможем получить достаточно точные данные обо всем, везде и всегда, тогда мы сможем спланировать работу завода. Рассмотрим, например, следующее в отношении информации о запасах. «Некоторые заводы достигли рекордной точности в 99 процентов. Им нужно было приблизиться к этой точности, иначе MRP не будет работать (5)».

Еще одна поучительная история о детальной точности MRP связана с упадком американской станкостроительной промышленности (6). «Поскольку распечатки были не лучше информации, подаваемой в компьютер, каждый элемент, влиявший на график производства или продукт, должен был быть задокументирован для ввода в компьютер. MRP превратил всех – мастеров, инженеров и машинистов – в клерков, оторвав их от необходимых обязанностей».

«Хуже того, MRP не работала, как все ни старались. Было просто слишком много переменных и слишком много времени между первоначальным общим графиком и финальной сборкой. Несмотря на обновления и изменения, задержки в производстве в программе MRP каскадно распространялись. То, что было правильным в январской компьютерной распечатке, к февралю вводило в заблуждение, а к марту было совершенно неточным».

Мы вернемся к MRPII позже, но сначала рассмотрим еще одно семейство методов планирования:

1. Производственная система Форда – массовое производство.
2. Производственная система Toyota – бережливое производство.
3. Барабан-буфер-канат – производственное решение Теории ограничений.

Эти три метода вместе известны как методы синхронного производства (7-8). По сути, это системы динамической сложности или системные походы / глобальная оптимизация. Они управляют и защищают только самое важное, самый медленный этап процесса. Давайте посмотрим на них более подробно.

Производственная система Форда

Производственная система Форда занимает особый период в истории, когда промышленная революция и станки впервые позволили перейти от ремесленного производства к массовому производству. Унифицированные и недорогие взаимозаменяемые детали позволяли полуквалифицированным рабочим выполнять задачи, которые раньше были прерогативой индивидуальных мастеров. Кроме того, «тейлоризм» или научный менеджмент уже внес значительный вклад в стандартизацию трудовой практики и сокращение потерь – особенно сокращение потерь при перемещении (9).

Огромное сокращение усилий уже произошло за счет внедрения специального станка и назначения одной задачи каждому сборщику на заводе Форда в Хайленд-Парке к 1908 году. Однако введение первой движущейся сборочной линии в 1913 году снова сократило усилия вдвое за счет сокращения излишнего перемещения рабочих, переходящих от машины к машине, и требующего более быстрого темпа работы. Кроме того, это уменьшило потери, которые происходили раньше, когда более быстрые рабочие обгоняли более медленных рабочих перед ними и вызывали «пробки» (10).

Движущаяся сборочная линия в производственной системе Форда стала не только системой обработки материалов, но и системой планирования. По умолчанию скорость производства была привязана к самому медленному этапу конвейера.

Ключ к недорогим взаимозаменяемым деталям лежит в крупносерийном производстве с низкими затратами на переналадку или вообще без них. Поэтому производственная система Форда чаще всего ограничивается крупномасштабным производством с небольшим разнообразием продукции.

Производственная система Toyota

Производственная система Toyota (TPS) во многом является эволюционным результатом производственной системы Форда. Тайичи Оно понял, что, сократив время переналадки, он сможет существенно сократить потери, возникающие при зрелом внедрении производственной системы Форда. Вместо движущейся сборочной линии для синхронизации системы он использовал карты, называемые канбан, чтобы сигнализировать о потоке продукции на каждом предыдущем этапе процесса.

Оно не оставляет сомнений в своем благоговении перед Фордом (11). Оно разработал производственную систему Toyota, основанную на абсолютном исключении потерь. Он охарактеризовал семь таких потерь:

1. перепроизводство,
2. ожидание,
3. излишняя транспортировка,
4. излишняя обработка,
5. запасы,
6. излишнее перемещение,
7. бракованные детали и изделия.

Двумя столпами, необходимыми для поддержки производственной системы Toyota, являются:

1. точно в срок (just in time или JIT)
2. автономизация или автоматизация с участием человека.

«Точно в срок означает, что в поточном процессе нужные детали, необходимые для сборки, поступают на сборочную линию в то время, когда они необходимы, и только в необходимом количестве. Компания, устанавливающая этот поток во всей системе, может приблизиться к нулевому уровню запасов». Оно осознавал, что большие запасы, необходимые для поддержки недорогих деталей в системе Ford, имеют скрытую цену – низкое качество.

«Каждое звено в цепи «точно в срок» связано и синхронизировано».

«Метод канбан – это средство, с помощью которого производственная система Toyota работает бесперебойно».

Канбан – это логистическая система, которая защищает от потерь в результате перепроизводства и (вместе с андоном) от потерь, связанных с изготовлением бракованной продукции. Канбан, по сути, карта, требующая больше работы с предыдущего рабочей станции, функционирует так же, как производственная цепь в массовом производстве: ограничивает скорость всего процесса до скорости самого медленного этапа – где бы он ни был.

Технология «точно в срок» имела огромный успех в некоторых отраслях промышленности Японии. Она гораздо более приспособлена к меньшим объемам и большему разнообразию продукции, чем массовое производство. Однако, как и массовое производство, TPS, похоже, наиболее распространена в таких отраслях, как бытовая электроника и автомобили.

И производственная система Форда, и производственная система Toyota неявно привязаны к скорости самого медленного этапа либо с помощью физической сборочной линии, либо с помощью карты канбан. Время безопасности, время, которое нам нужно для решения «неожиданных проблем», распределено по всей системе. Таким образом, обе системы являются неполными подмножествами синхронного производства.

Давайте теперь обратим внимание на концепцию синхронного производства.

Синхронное производство и барабан-буфер-канат

Как производственная система Форда, так и производственная система Toyota имеют общую черту – неявное управление ограничением или самым медленным этапом. Обе системы стремятся синхронизировать остальную часть системы с самым медленным этапом либо с помощью физической движущейся линии, либо с помощью карточек канбан. Ограничение, в свою очередь, может быть синхронизировано со спросом на внешнем рынке.

Использование этих систем происходит посредством «балансировки линий», а также путем сокращения запасов «точно в срок».

Производственное решение Теории ограничений, барабан-буфер-канат, напротив, явно признает существование ограничений. Таким образом, только ключевые контрольные точки запуска сырья, точки схождения или расхождения, ограничения и отгрузка должны быть «связаны» вместе логистической системой. Механизм связывания точек воедино представляет собой поэтапный график.

Поскольку барабан-буфер-канат явно распознает ограничения и в полной мере использует его мощности, он способен работать при любых объемах и разнообразии продукции.

Умбл и Шрикант признают сходство производственной системы Форда, производственной системы Toyota и решения барабан-буфер-канат в терминах синхронного производства. В этой классификации производственную систему Форда и производственную систему Toyota можно рассматривать как частичную реализацию или подмножество синхронного производства, а барабан-буфер-канат – как полный набор его возможностей (2).

Давайте рассмотрим некоторые из общих аспектов синхронного производства более подробно. Для этого мы воспользуемся аналогией с отрядом скаутов в походе (12, 13).

Аналогия со скаутским отрядом

В «Цели» Голдратт использует историю о походе отряда скаутов – как мы полагаем, вымышленную; но, как и большинство его книг, обычно они основаны на личном опыте. Самый медленный человек в походе – парень по имени Херби. Чтобы дать вам некоторое представление о проникновении «Цели», есть заводы, на которые концепция барабан-буфер-канат с тем же успехом могла прийти с Марса, и тем не менее люди с гордостью объясняют, где находятся их «Херби».

Вернемся к истории. Отряд скаутов – это аналогия, которую легко понять большинству из нас. Сначала его движение выглядит так:

Спустя некоторое время – может быть, совсем небольшое – его характер начинает меняться. В конце концов цепь скаутов станет выглядеть вот так:

Найдите самого медленного члена группы – не считая того, который затенен. Еще одной проблемой является то, что более быстрые ребята спереди набирают скорость, а замыкающий оказывается в ловушке позади самого медленного участника.

Голдратт использовал эту историю как последовательную аналогию для производственных систем. Пройденный путь аналогичен проделанной работе. Часть дороги, занимаемая отрядом на любом этапе, аналогична незавершенному производству, а самый медленный участник является ограничением. И, конечно же, в походе более быстрые члены не могут бежать впереди ограничения – у нас ведь есть зависимость и вариации, как и в любом последовательном процессе.

Конечно, решение этой проблемы известно путешественникам и туристам во всем мире – поставить самого медленного участника первым.

Давайте сделаем это.

Теперь каждый должен двигаться в темпе самого медленного участника. Все добираются до места назначения одновременно. Мы ограничиваем скорость процесса скоростью самого медленного члена – ограничения. Мы также минимизируем запаздывание или незавершенное производство в системе. А еще, как вы понимаете, если человек впереди останавливается, все остальные тоже должны остановиться.

В армии есть вариация на эту тему. Они используют барабанщика, чтобы все маршировали в одном ритме. Давайте посмотрим.

Это все хорошо. Простые решения простых проблем. Но как это связано с современными производственными системами? Вы не можете просто переставить оборудование, поместив самый медленный этап производства в начало процесса.

Давайте посмотрим на производственную систему Форда – массовое производство – первый пример синхронизированного производства. Здесь конвейер или технологическая цепь синхронизирует каждый этап с темпом самой медленной стадии процесса, независимо от того, где она находится.

В производственной системе Форда система управления материалами и логистическая система, осуществляющая синхронизацию, одинаковы. Опасность накопления незавершенного производства незначительна, ему некуда деваться (ну, в теории). Никто не может делать быстрее, чем самый медленный этап. Сроки выполнения заказов равномерные и короткие.

В производственной системе Toyota, даже если для обработки материалов используется конвейер, логистическая система состоит из карточек (канбан), которые возвращаются вверх по системе, вытягивая материал вперед на каждом этапе – точно в срок. Канбан связывает скорость производства со скоростью производства самого медленного этапа. Давайте посмотрим.

Зачем нам нужно привязывать каждый этап к предыдущему этапу? Пока рабочие работают в обычном темпе, когда есть работа, и ждут, когда работы нет, до тех пор, пока мы связываем выпуск материала на первом этапе со скоростью потребления на самом медленном этапе – с учетом адекватной безопасности, тогда нам нужно связать всего две точки, и вместо карточек мы можем просто использовать время – график – для синхронизации процесса. Это решение барабан-буфер-канат для синхронизации процесса. Давайте посмотрим.

Барабан-буфер-канат – самая простая и, следовательно, самая быстрая в реализации система. Она не требует физической цепи и не требует настройки канбана на каждом этапе для каждого типа детали. ББК также имеет хорошую устойчивость к вариабельности процесса. В этом отношении его можно использовать в гораздо более широком спектре приложений, чем массовое производство или «точно в срок», и его внедрение происходит гораздо быстрее – недели, а не годы.

Защита от вариабельности процесса

Остается еще одно различие между массовым производством / системой «точно в срок» и решением барабан-буфер-канат, а именно, как эти системы управляют временем безопасности или буферизацией. В процессе «всякое случается», и нужный материал не всегда попадает в нужное место в нужное время. Нам нужно уметь компенсировать эти «удары» в системе.

Давайте рассмотрим, как массовое производство и система «точно в срок» защищают себя от вариабельности процесса.

Как в массовом производстве, так и в «точно в срок» безопасность локализована. Если учесть, что на каждом этапе требуется среднее время процесса плюс некоторый запас прочности, который мы будем называть временем безопасности, тогда буфер состоит из этих двух компонентов. На сборочной линии массового производства буфер – это длина цепи на каждом участке, в подходе «точно в срок» – это количество карточек канбан между каждым этапом. На самом деле устойчивость к вариабельности в этих двух системах весьма мала.

В системах массового производства это приводит к тому, что брак снимается с линии, чтобы она продолжала двигаться – ведь если мы остановим ее в одном месте, она остановится и во всех других местах. В «точно в срок» произошло обратное: началось неустанное стремление к кайдзен или всеобщему управлению качеством (TQM), чтобы уменьшить вариабельность продукта и самого процесса. Не то чтобы Форд был против использования методов массового производства для уменьшения вариабельности продукции – 15 блоков двигателей и 30 головок фрезеровались одновременно на двух отдельных станках (14). Конечно, в случае ошибки обратной стороной этого решения был бы огромный брак.

В обеих системах время и усилия, необходимые для достижения этапа, на котором логистическая система сможет работать без постоянных сбоев, измеряются годами – из-за очень низкой устойчивости к вариабельности на линии. Конечно, как мы хорошо знаем, как только качество будет достигнуто, обе эти системы способны дать огромную производительность. Следует восхищаться дальновидностью Форда, Оно и Тойоды в разработке этих систем в их самых ранних внедрениях.

Чем же тогда отличается от них барабан-буфер-канат? Давайте посмотрим.

В решении барабан-буфер-канат локальные буферы были заменены одним или несколькими глобальными буферами – обычно в точках ограничения, сборки или расхождения, а также отгрузки. Глобальные буферы позволяют нам агрегировать время безопасности. Если вы сравните две диаграммы выше, то у третьего процесса теперь будет примерно в три раза больше времени безопасности, которое было доступно в других системах, а у 2-го процесса теперь в два раза больше времени безопасности, чем в других системах. Первая операция имеет такой же уровень безопасности. Важным моментом является то, что теперь на всех этапах доступен одинаковый уровень безопасности. Таким образом, теперь, когда в системе возникает «проблема», гораздо более вероятно, что ее можно преодолеть до того, как она вызовет проблему на ограничении и приведет к снижению производства.

Если вы когда-нибудь видели пружину, то представьте себе глобальный буфер как набор этапов процесса, соединенных короткими пружинами. Этапы соединены, пружины максимально растянуты, но между ними также имеется большая гибкость.

Буферы в теории ограничений защищают систему и процессы от последствий вариаций особых случаев и неопределенности (15). Шрагенхайм и Деттмер перечисляют несколько распространенных причин вариаций: прогулы; поломки; более длительные, чем ожидалось, переналадки; непредвиденные проблемы с качеством (обычно для их описания используются гораздо более красочные выражения); пожары и отключения электроэнергии. Пожары, должно быть, являются массовым явлением в мебельных цехах: «Вчера работал сварщик, мы не ожидали пожара, когда включили систему пылеудаления!».

Мы рассмотрим вопросы буферизации более подробно в разделе, посвященном внедрению. Однако здесь должно быть очевидно, что барабан-буфер-канат гораздо более устойчив к вариабельности процесса и продукта. Поэтому его можно реализовать гораздо быстрее и в ситуациях, когда действующие стандарты качества исключают использование других методов.

Одним из полезных результатов использования глобальных буферов является автоматическое определение точек процесса, которые вызывают постоянные проблемы. Работа в этих областях будет задерживаться из-за ограничений, и руководство будет точно знать, на чем сконцентрировать свои усилия по улучшению – на фокусе и рычагах воздействия.