Üretim planlama, bir organizasyondaki ana işlevlerden biridir, çünkü bu sayede iş gücü, hammadde, makine ve ekipman faktörleri yönetilir.
Üretim planlaması, yıllık ve üç aylık iş planlarının kapsamlı orta vadeli üretim ve çalışma planlarına dönüştürülmesini içerir. Amacı, o dönemde talebi karşılamak için gereken kaynakların maliyetini en aza indirmektir.
Bir şirkette planlama ve çizelgeleme, yapılması gereken faaliyetlere sınırlı kaynakları tahsis etmek için matematiksel tekniklere ve sezgisel yöntemlere dönüşür. Bu kaynak tahsisi, şirketin hedeflerini optimize ettiği ve hedeflerine ulaştığı bir anlamda yapılmalıdır. Kaynaklar bir atölyedeki makineler, bir havalimanındaki rotalar, bir binadaki ekipman veya hesaplama ortamındaki işlemciler olabilir. Faaliyetler, bir atölyedeki operasyonlar, bir havalimanındaki kalkışlar ve inişler, bir inşaat projesindeki aşamalar veya yürütülmesi gereken bilgisayar programları olabilir. Her faaliyetin bir öncelik seviyesi, mümkün olduğu kadar erken bir başlangıcı ve bir bitiş tarihi olmalıdır. Hedefler, tüm faaliyetlerin tamamlanma süresinin en aza indirilmesi, taahhüt edilen son tarihlerden sonra tamamlanan etkinliklerin sayısının en aza indirilmesi gibi farklı biçimler alabilir.
Bu belge, çeşitli aşamalarda üretimin Planlanmasını ve Çizelgelenmesini açıklamaktadır. İlk kısım, planlama yapmak için kullanılan modellerin temel özelliklerini gösterir, bu özellikler içerisinde planlama modellerinin hesaplamalarında yer alan gerekli değişkenler yer alır. Değişkenler işler, makineler ve tesislerle ve gerçek dünyada var olan kısıtlama türleriyle ilgili her şeyi içerir.
Üretim Planlama ve Çizelgeleme modellerinin karakterizasyonu
İmalat şirketlerinde üretimin planlama ve çizelgeleme modelleri çeşitli faktörlerle karakterize edilebilir; Mevcut kaynakların ve makinelerin sayısı, özellikleri ve konfigürasyonları, sistemin otomasyon seviyesi, malzeme taşıma sistemi türü vb.
Genel olarak, üretim modelleri, yapılması gereken görevler olan kaynaklara ve "işlere" atıfta bulunan "makineler" ile ilgilidir. Üretim süreçlerinde bir iş, tek bir işlem veya farklı makine türlerinde birçok işlem olabilir.
Genel anlamda, üretimin planlanması ve çizelgelenmesi için kullanılan modeller, hesaplamalarında esas olarak sahip oldukları kaynaklar, makineler, işçi sayısı, tesis türleri, süreç türleri vb. İle ilgili değişkenleri içerir. Buna karşılık, üretimin kontrolüne izin veren gerçeğe benzer görev planları elde etmek için tüm üretim süreçlerinde dikkate alınması gereken bir dizi kısıtlama vardır.
Aşağıdaki bölümlerde, mevcut olan ana kaynaklar ve üretim planlama modellerinde gerekli kısıtlamalar incelenmiştir.
İşler, Makineler ve Tesisatlar
İşler, makineler ve tesislerle ilgili olarak, planlama ve çizelgeleme modellerinde yer alan aşağıdaki parametrelere sahibiz:
Modelleri geliştirmek için gerekli parametreler proses ve ürün parametreleri ve makine ve tesis parametreleri olarak sınıflandırılabilir.
İlk olarak, zaman içinde sabit kalan veriler (Statik) veya modelleme sırasında değişen veriler (Dinamik) olan bazı başlangıç verilerimiz var.
Gerekli statik veriler şunlardır:
- İşlem süresi: bir makinede bir işi gerçekleştirme süresi.
- Başlatma tarihi: Bir işin süreci başlatabileceği tarih.
- Son kullanma tarihi: Ürünün müşteri ile birlikte teslim edildiği tarih.
- Ağırlık: Bir işin önceliğidir. Sistemdeki bir işi sürdürmenin maliyetini, depolama maliyetini veya işe atanan katma değeri temsil edebilir.
Dinamik veriler aşağıda listelenmiştir:
- Başlangıç noktası: Bir işin fabrikada işlemeye başladığı andır.
- Tamamlanma süresi: Bir işin bir makinede tamamlandığı andır.
Öte yandan, planlama ve çizelgeleme modellerinin önemli özellikleri de makinelerin konfigürasyonlarıdır, bunun için elimizde:
- Tek bir makinenin modelleri: Hemen hemen tüm sistemler bu tipte olabileceğinden önemlidirler. Darboğazınız olduğunda buna sebep olan makine tüm sistemin performansını belirler, bu sayede tek bir makine olarak modellenebilir. Bu modeller, bu nedenle oldukça analiz edilmiştir, davranışı belirleyen bir dizi kural vardır, bunlardan bazıları şunlardır: İlk önce en erken sona erme tarihi veya en kısa işlem süresi.
- Paralel makinelerin modeli: Tek bir makinenin modelinin genellemesidir. Darboğazlar aynı makinelerden oluşan gruplar olmuştur.
- Esnek akış atölyesi: Bu, paralel olarak farklı makinelerde birden fazla iş olduğunda ortaya çıkar. İşler aynı süreçlerden geçer ancak her işlemin birkaç makinesi vardır.
- Atölyeler (Atölye): bunlar birden fazla operasyona sahip atölyelerdir, her işin farklı yolları vardır.
- Tedarik zinciri modelleri: Bunlar en genel olanıdır, farklı tesisleri esnek akış veya İş Atölyeleri ile birbirine bağlayan bir ağdır. Planlama, her bir tesisin üretiminin yanı sıra ürünlerin kurulan ağ içinde taşınmasına odaklanır.
Tüm bu parametreler ve konfigürasyonlar, tüm modeli belirleyen ve yapılandıran bir dizi kısıtlamaya uymalıdır.
İşlem kısıtlamaları
Üretim planlama modelleri, şirketlerde üretim gerçekliğini simüle etmeye çalışmalıdır. Modelleri yapılandıran parametreler "İşler, makineler ve tesisler" bölümünde görülmektedir. Modelde yer alan değişkenlerle karşılanması gereken kısıtlamalar aşağıda listelenmiştir.
- Öncelik kısıtlamaları: Bazı işlerin diğerleri tamamlanana kadar başlatılamamasıyla ilgisi vardır.
- Makine uygunluğu kısıtlamaları: paralel makine modellerinde işler yalnızca belirli makinelere gidebilir.
- İşçi Kısıtlaması: Makinelerin çalıştırılması için işgücü gereklidir ve onları çalıştıracak çok az kişi vardır. Bir iş, onu yapacak işgücü yoksa beklemelidir. Ek olarak, tüm insanların aynı niteliklere ve becerilere sahip olmadığı, belirli uzmanlıklara sahip insan grupları olduğu dikkate alınmalıdır.
- Rota kısıtlamaları: bu kısıtlama, bir işin gerçekleştirilmesi için izlemesi gereken yolu, yani bir işin farklı makineleri ziyaret etmesi gereken sırayı belirtir.
- Malzeme işleme kısıtlaması: Bu kısıtlama, işlerin otomasyon derecesine bağlıdır, yüksek oranda otomatikleştirilmiş işler, otomatik malzeme taşıma sistemleri gerektirir. Pozisyonlar manuel olduğunda, malzemelerin kullanım süresi işlem süresine göre ayarlanmalıdır. Malzeme taşıma sistemi, bir operasyonun başlama zamanları ile selefinin tamamlanma süreleri arasında büyük bir bağımlılığa sahip olmaya zorlar. Bir malzeme taşıma sisteminiz olsa bile, her zaman Work-in-prosesi adı verilen bir stok alanı olacaktır.
- Sıraya bağlı kurulum maliyetleri ve süreleri: makineler yeniden yapılandırılmalı veya işler arasında temizlenmelidir. Değişimin büyüklüğü, tamamlanan işe ve devam eden işe bağlıysa, bunların sıralamaya bağlı olduğu söylenir. Tüm bu zamanlar, diğerlerinin yanı sıra katma değerin üretilmediği bir zaman olduğundan, işgücü maliyetlerine ek olarak, genel olarak ilk ürünler kabul edilmediğinden ya kalitesiz maliyetlere dönüşür.
- Depolama alanı ve teslim süresiyle ilgili kısıtlamalar: Hemen hemen tüm üretim sistemlerinde, İşlemde Çalışma için alan sınırlamaları vardır. Bu nedenle, iki makine arasındaki stok dolduğu zaman önceki makinenin üretimini durdurması gerektiğinden bir kısıtlama haline gelir.
- Stoka Üretim (MTS) ve Sipariş Üzerine Üretim (MTO): Bir fabrika, istikrarlı talepler olduğunda ve çok az eskime riski olduğunda stokta ürün bulundurmayı seçebilir. Stoka Hazırlama kararı, ürünlerin sıkı teslimat tarihlerine sahip olmayacağından planlama sürecini etkiler. Üretim zamanına göre ürün stoğu sıfıra veya belli bir seviyeye ulaştığında yeni üretim siparişleri başlatılır ve bu şekilde stoğun yeniden oluşturulması sağlanır. Envanter seviyeleri, işlem sürelerine ve envanter tutma maliyetine bağlıdır. Sipariş Üzerine Üretim işlerinin belirli bir teslim tarihi vardır ve miktarlar müşteriler tarafından belirlenir. Birçok fabrika, iki MTS ve MTO'nun bir karışımı üzerinde çalışır.
- Öncelikler: Bazen bir işin yürütülmesi sırasında, makineyi hazırlamak ve başka bir iş emrine hazır hale getirmek için bir iş emrinin kesintiye uğramasına neden olan bir olay meydana gelir. Bu, daha yüksek bir öncelik sıranız olduğunda ortaya çıkar. Bu önceliklerle, kesintiye uğrayan iş daha sonra devam ettirilebilir veya bazen kesintiye uğrayan iş kaybedilebilir.
- Ulaşım kısıtlamaları: Bir ağ ile birbirine bağlı tesisleriniz varsa, tedarik zincirinin planlanması ve programlanması önemli hale gelir. Taşıma, ürünleri iki tesis arasında taşımak için gereken süredir. Taşınacak ürün miktarına göre tesisin hareket saatlerinde kısıtlamalar vardır.
Bu parametreler ve kısıtlamalar, üretim planlama modellerini karakterize eder.
İkinci bölüm, üretim planlamasını ve çizelgelemesini gerçekleştirmek için kullanılan ana modelleri şirketin ihtiyaçlarına göre bölünmüş olarak gösterir.
Üretim Planlama Modelleri
Üretim planlama modelleri belirli sınıflara ayrılmıştır:
Birinci sınıf model, projelerin planlanması ve çizelgelenmesidir. Özellikleri şunlardır: önceki işlerin kısıtlamalarına göre başlayan bir dizi işten oluşurlar. Bazı görevler tamamlanana kadar diğerleri başlamaz. Amaç, toplam tamamlanma süresini en aza indirmektir. "Makespan" ı (Bir işin başlangıcı ile bitişi arasındaki süre) belirleyen iş serisinin belirlenmesi önemlidir, bu görevler proje tamamlanma zamanını belirler ve sonuçta geciktirilemeyen bu görevlerdir.
Proje Planlama ve Çizelgeleme
Kritik Yol Yöntemi (BGBM)
Bu yöntem, belirli bir işlem süresine sahip olan, öncelik sınırlaması olan bir dizi işi hesaba katar. Paralel olarak sınırsız sayıda makine vardır ve amaç “Makespan” ı en aza indirmektir. Bir makinenin yanı sıra (ve her zaman bir tane mevcuttur), bir işin başka herhangi bir kaynağa ihtiyacı yoktur. Bu yöntem aşağıdaki algoritma ile açıklanmaktadır:
Öncülü olmayan işlerin işlenmesinin başladığı sıfır zamanda başlar. Bir iş sürecini her bitirdiğinde, önceki tüm işlerin işlemeyi bitirdiği işlerin işlenmesine başlar. Bu tür bir sıralamada, öncülleri olmayan tüm işler mümkün olan en erken başlangıç zamanında işlemeye başlar ve mümkün olan en erken bitiş zamanında tamamlanır. Bunu yapmak "Makespan" ı en aza indirmek için gerekli olmayacaktır, bazı işlerin başlamasını geciktirmek mümkündür ve onu etkilemez.
Bir sonraki algoritma, "Makespan" ı etkilemeyecek olası son başlangıç ve bitiş zamanını gösterir, buna geriye dönük prosedür denir. Bu prosedürde, sıfır zamanında başlamazsınız, bunun yerine maksimum bitiş zamanında başlarsınız ve son başlangıç ve bitiş zamanlarını ararsınız.
En erken başlama zamanının, mümkün olan en son başlama zamanından önce olduğu bir iş, gevşek iş olarak adlandırılır. Son ile en erken arasındaki zaman gevşek zamandır, buna genellikle yüzer denir. En erken başlama zamanının mümkün olan son başlama zamanına eşit olduğu bir iş, kritik iş olarak adlandırılır. Bir dizi kritik iş kritik bir yol oluşturur. Birkaç kritik yol olabilir ve bunlar üst üste gelebilir.
Program değerlendirme ve gözden geçirme tekniği (PERT)
Önceki tekniğin aksine, bu işlemde süreler işlerin her biri için değişkendir. Her işlem süresinin, her iş için bilinen bir ortalaması ve bir varyansı vardır. Algoritma, CPM ile aynıdır, ancak "üretim süresini" en aza indirmek için hesaplama daha karmaşıktır. Üç farklı senaryonun elde edileceği dikkate alınmaktadır. İyimser, kötümser ve arzulanan.
TİCARET İNDİRİMLERİ: ZAMAN / MALİYET
Önceki süreçlerde, bir işe tahsis edilen kaynaklar artırılırsa, işlem sürelerinin kısaltılabileceğini görebiliriz, bunun için bazı yerleşik faaliyetlere daha fazla kaynak yerleştirebilmek için bir bütçemiz olduğunu varsaymamız gerekir. Buna göre, işlerin her birinde tasarruf etmek istediğiniz zaman miktarına bağlı bir maliyet vardır. Buna göre ulaşılabilecek minimum süre ve maksimum süre belirlenebilmekte ve buna bağlı olarak işin maliyeti minimum veya maksimum sürede teslim edilmesine bağlı olarak belirlenebilmektedir. Projenin maliyetini bilmek için, her bir işin yapılabileceği en uygun zamanların ne olduğunun belirlenmesi ve bu şekilde projenin bütçelenen maliyetlerinden ödün vermeden daha iyi teslim süreleri elde edilerek projenin optimize edilmesi gerekmektedir.
İş gücü kısıtlamaları olan projelerin planlanması
Gerçek dünyada emeğe ilişkin bir dizi kısıtlama vardır. İş gücü, belirli bir beceriye sahip belirli sayıda operatörü olan bir dizi gruptan oluşur. Her iş, her gruptan belirli sayıda operatörün yürütülmesini gerektirir. Hedef her zaman karı maksimize etmektir, bu nedenle iş gücü işlere en iyi şekilde tahsis edilmelidir.
Bir Makinenin ve Bir Atölyenin Çizelgelenmesi
İkinci sınıf, basit bir makine, paralel makineler ve atölyeyi içerir. İşler temelde bir makinede yapılan işlemlerdir. Atölyede bir iş, bir ürünü yapılandıran farklı makinelerde bir dizi işlemdir, bunların tanımlanmış bir rotası vardır. Makespan veya biriktirme listesi gibi bir veya daha fazla hedefi en aza indirecek şekilde operasyonlar organize edilmelidir.
Bu bölümde atölye çalışmaları içeren veya İş Atölyeleri olarak da bilinen modeller gözden geçirilmektedir. Normalde bir atölyede bir iş farklı türdeki makineleri ziyaret eder ve aynı makineden birkaç kez geçebilir. Atölyeler genellikle her müşterinin benzersiz olduğu ve kendi parametrelerine sahip olduğu sektörlerde yaygındır, örneğin hastaların iş olduğu bir hastane, her birinin kendine özgü ve farklı bir hastalığı ve prosedürü vardır.
Başlangıçta, modelin en basit durum çalışması olan tek bir makine ile atölyelere bakacağız. Atölye üretim planlamasının en karmaşık durumları bile, bir ağ içindeki tek bir makinenin sorunlarına bölünür.
Basit bir makinenin durumu, başlatma tarihinin sıfır ve son kullanma tarihinin sonsuz olduğunu hesaba katar, bu, üretim süresinin (iş işleme süresi) en aza indirilmesi amacıyla üretim programına bağlı olmayacağı anlamına gelir. işlem süresinin hiçbir kısıtlaması olmadığını.
Ancak başka amaçlar için üretim programlarını optimize etmeyi başaran belirli kurallar vardır. Amaç, toplam ağırlıklı tamamlanma süresini en aza indirmekse, işleri ağırlıklı işlem süresine göre azalan sırada planlayan "Önce Ağırlıklı En Kısa İşlem Süresi" (WSPT) kuralı optimaldir.. Öte yandan, hedef maksimum gecikme ise ve işler sıfır başlatma tarihinde başlıyorsa, işlerin planlandığı "Önce En Erken Bitiş Tarihi" (EDD) kuralı işlem süresine göre artan sırada en optimal olanıdır. Yukarıdakiler statik öncelik kurallarıdır.
EDD ile ilgili başka bir kural daha vardır: "Önce minimum bolluk" (Önce Minimum Bolluk - MS) kuralı, bir makine mevcut olduğunda, en az gevşekliği bekleyen işi seçer. Bolluk, bir işin gerekli zamanında tamamlanması için işlemeye başlamadan önce sahip olduğu süredir. Öncelik, her işin zamanının bir fonksiyonudur çünkü bu dinamik bir öncelik kuralıdır.
Optimize edilmesi daha karmaşık olan toplam gecikme ve ağırlıklı toplam gecikme gibi başka hedefler de vardır; bu, "İlk Görünen Gecikme Maliyeti" (ATC) adı verilen bir sezgisel süreçle elde edilir. MS ve WSPT arasında karıştırın.
Paralel olarak makinelerin bulunduğu durumlarda, üretim süresi üretim programına bağlıdır. Makine yüklerinin paralel olarak dengelenmesi gerektiğinde önemli bir rol oynayan sıkma süresinin amacı, başka bir öncelik kuralı olan "Önce En Uzun İşlem Süresi" (LPT) ortaya çıkarmaktadır. kural, bir makine serbest bırakıldığında, devam etmek için en uzun bekleyen iş seçilir. Mantık, daha kısa işler sona ererse, makineleri dengelemenin daha kolay olmasıdır.
SPT ve WSPT kuralları, paralel makinelerde ve ATC sezgisel kuralında da önemlidir.
Sonuç olarak müşterilere verilecek hizmet açısından belirlenen hedeflere bağlı olarak en uygun öncelik kuralı alınmalı ve buna göre üretim programı yürütülmelidir.
Esnek Montaj Sistemlerinde Çizelgeleme
Üçüncü sınıf, esnek montaj üretim sistemlerine odaklanmıştır. Taşıma araçları, her işin hareketini ve her makinedeki işlem süresini kontrol eder. Amaç genellikle Verimi (Üretim Hızı) maksimize etmektir.
Esnek montaj sistemleri, önceki bölümde tartışılan İş Atölyelerinden farklıdır. Atölyelerde her işin kendi kimliği vardır ve diğer işlerden farklı olabilir, tam tersine esnek bir montaj sisteminde belirli sınırlı sayıda ürün bulunur ve her ürün türünden normal olarak belirlenmiş miktarlar üretilir. Aynı ürünün iki birimi aynıdır.
Esnek bir montaj sistemindeki iş hareketleri, genellikle makinelerde veya iş istasyonlarında işe başlama sürelerine kısıtlamalar getiren bir malzeme taşıma sistemi tarafından kontrol edilir. Bir makinedeki bir işin başlama zamanı, iş yoluna göre önceki makinenin tamamlanma süresinin bir fonksiyonudur. Malzeme taşıma sistemi aynı zamanda makineler arasında stokta bekleyen işlerin sayısını da sınırlar.
Bu tür üretim sistemleri için iki modeli açıklayacağız:
Ritmsiz montaj sistemi programlama
Bu, seri olarak bir dizi makine ve iş istasyonuna sahip bir üretim hattından oluşur. Çizgi aritmiktir, bu, bir makinenin herhangi bir işte gerekli zamanı kullanabileceği anlamına gelir. Ardışık makineler arasında gecikmelere ve esnekliğe neden olabilecek belirli stoklar vardır. Verilen miktarlarda bir dizi farklı türde ürün üretilir ve amaç, verimi en üst düzeye çıkarmaktır. Bu tür bir hat, örneğin fotokopi üretim hatlarında görülür. Aynı hatta farklı tiplerde fotokopi makineleri üretilmektedir. Farklı modeller genellikle aynı ailedendir ve birçok ortak özelliğe sahiptir. Ancak seçenekler açısından farklılık gösterirler. Bazılarının otomatik yemleme sistemi varken, bazılarının yoktur,bazılarının diğerlerinden daha iyi yapılmış lensleri vardır. Farklı fotokopi makinelerinin farklı seçeneklere sahip olmasının nedeni, belirli istasyonların işlem sürelerinin değişebileceği anlamına gelir. Programlamayı yapmak için, belirli bir sırayla verilen işlerin bir sırasını yaparak başlarsınız, bundan sonra aynı sıra birkaç kez tekrarlanır, sonuç döngüsel bir sıradır. Bu tekrarların her biri Minimum Parça Seti (MPS - Minimun Parça Seti) olarak bilinir. Verimi en üst düzeye çıkarmak için, MPS en aza indirilmelidir.Bunu başarmak için, en uzun işleme süresine sahip işi seçerek başlıyoruz, daha sonra eksik işlerden bazıları seçildikten sonra seçilip planlanıyor ve makinelerin verimli olmayan süreleri hesaplanıyor.Daha sonra diğer işler seçilir ve önceki adım tekrarlanır. Tüm işler analiz edildiğinde, en az üretken olmayan zamanı üreten ve sırayı takip etmek için doğru olan seçilir.
Hızlandırılmış montaj sistemi programlama
Bu sistem, sabit bir hızda hareket eden bir konveyör içerir. Üretilecek üniteler bir iş istasyonundan diğerine sabit bir hızda hareket eder. Her iş istasyonunun kendi kapasitesi ve kısıtlamaları vardır. Yine bir dizi farklı türde ürün monte edilmelidir. Amaç, hiçbir iş istasyonunun aşırı yüklenmemesi ve kurulum sürelerinin en aza indirilmesi için işleri planlamaktır. Bu sistem, farklı modellerin aynı üretim hattına monte edilmesi gereken otomobil üretim hatlarında çok yaygındır. Araçlar farklı renk ve donanım seçeneklerine sahip olmalıdır. Araç planlaması, kurulum sürelerini ve iş yüklerini dengelemeyi hesaba katmalıdır.
Bu sistem için önemli bir özellik göz önünde bulundurulmalıdır: birim başına döngü süresi, birbirini izleyen iki ürünün hattan çıkışı arasındaki zamandır. Çevrim süresi, üretim oranının tersidir.
Bu sistemlerle ilgili değişkenler hesaba katıldığında, programlamada aranması gereken 4 tür hedef vardır.
- Farklı ürün türleri arasındaki hazırlık sürelerini en aza indirin.
- Ürünlerin teslim tarihlerine uyun.
- Üretim hattının uzunluğunu tanımlayan fiziksel alanları optimize edin
- Malzeme ve parça tüketimini iyi seviyelerde tutun
Üretim planlamasını gerçekleştirmek için gruplama ve aralık (Gruplandırma ve Aralık - GS) adı verilen bir yöntem vardır, bu 4 aşamadan oluşur:
1. Planlanacak işlerin sayısını belirleyin
2. İşleri kurulum süreleri en uzun olan işlemlere göre gruplayın.
3. Sevkiyat tarihlerini dikkate alarak bu alt grupları sipariş edin
4. Kapasite kısıtlamaları olan işlemleri hesaba katarak alt grupların çalışmalarını boşluk bırakın.
Daha fazla bilgi için: Production Planning.com
Kaynak: HERRMANN, Jeffrey W. "Handbook of production scheduling". Springer Science-Bussines Media, Inc. 2006.
