Vysoká škola ekonomická v Praze Fakulta informatiky a statistiky Katedra informačních technologií
Student
: Martin Panuška
Vedoucí bakalářské práce
: prof. Ing. Josef Basl, CSc.
Recenzent bakalářské práce : Ing. Martina Kuncová
TÉMA BAKALÁŘSKÉ PRÁCE
Porovnání základních metod operačního výzkumu s nástroji TOC v kontextu IS
ROK : 2006
Prohlášení
Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci zpracoval samostatně a že jsem uvedl všechny použité prameny a literaturu, ze kterých jsem čerpal.
V Praze dne 1.1.2006
.......................................................... Martin Panuška
Na tomto místě bych rád poděkoval prof. Ing. Josefu Baslovi, CSc. za ochotu dané téma bakalářské práce vést, za poskytnutí cenné studijní literatury a inspirující podněty.
Abstrakt
Tato bakalářská práce se zabývá metodami využívanými při plánování, řízení a optimalizaci výroby. Pozornost je věnována metodám používaným v současných systémech ERP, tzn. MRPII, Just in Time a zejména Teorii omezení. Jsou uvedena východiska těchto metod, jejich povaha a silné a slabé stránky. Protože MRPII a JIT stály u zrodu TOC, jsou uvedeny jako první. Metody jsou následně porovnány a uvedeny možnosti jejich integrace, přičemž mnohé návrhy a srovnání jsou uvedeny již v jejich popisu. Zvláštní důraz je kladen na úlohu metod operačního výzkumu mezi těmito přístupy. Stručně je popsána metoda Economic order quantity, lineární programování a postup aplikace metod operačního výzkumu. Závěr je věnován celistvému srovnání těchto metod s přístupy MRPII, JIT a zvláště pak TOC. Práce rovněž ukazuje, kde by mohl najít operační výzkum uplatnění v součinnosti s těmito metodami. K mnoha jevům jsou uvedeny názorné obrázky a příklady.
Abstract
The bachelor thesis deals with methods used while planning, running and optimizing the production. The attention is dedicated to methods used in present ERP systems, which means MRPII, Just in Time and mainly the Theory of Constraints. In the work, there is mentioned the way out of these methods, as well as their character and strengths and weaknesses. Because of the fact that MRPII and JIT gave birth to TOC, they are introduced as the first elements of this work. The methods are consequently compared and the possibilities of their integration are introduced. Many suggestions and comparisons are also shown in their description. A special importance is on the task of methods of the operations research among these approaches. A brief description is dealt with the Economic order quantity method, Linear programming and process of application of the methods of the operational research. The conclusion is about the whole comparison of these methods with MRPII, JIT and mainly TOC. The work also shows the possible usage of the operations research in cooperation with all introduced methods. In addition, the work contains practical pictures and examples.
Obsah
Obsah..................................................................................................................................................6 1 Úvod ...............................................................................................................................................8 1.1
Cíl, motiv a smysl práce.......................................................................................................8
1.2
Metoda dosažení cíle, omezení ............................................................................................9
2 Metody plánování a řízení výroby.............................................................................................10 2.1
Základní poznatky ..............................................................................................................10
2.2
Metody obecně ...................................................................................................................11
2.3
2.4
2.5
2.2.1
Zastoupení metod v řešeních ERP........................................................................11
2.2.2
Základní srovnání jednotlivých metod .................................................................12
2.2.3
Role operačního výzkumu....................................................................................13
MRP a MRPII ....................................................................................................................14 2.3.1
Vymezení pojmu ..................................................................................................14
2.3.2
Předchůdce metody MRP.....................................................................................14
2.3.3
Filozofie metody MRP/MRPII.............................................................................15
2.3.4
Určení materiálových potřeb MRP.......................................................................16
2.3.5
Určení kapacitních potřeb CRP ............................................................................18
2.3.6
Shrnutí k metodě MRP/MRPII.............................................................................18
Just in Time ........................................................................................................................19 2.4.1
Původ metody.......................................................................................................19
2.4.2
Filozofie metody JIT ............................................................................................19
2.4.3
Aplikace metody JIT ............................................................................................22
2.4.4
Slabé stránky metody ...........................................................................................22
Teorie omezení...................................................................................................................23 2.5.1
Původ metody.......................................................................................................23
2.5.2
Filozofie metody TOC..........................................................................................23
2.5.3
Five Focusing Steps..............................................................................................26
2.5.4
Drum Buffer Rope – řízení výroby podle TOC....................................................28
2.5.5
Shrnutí k metodě TOC .........................................................................................31
Martin Panuška
6
2.6
Metody operačního výzkumu.............................................................................................31 2.6.1
Původ a vymezení metody ...................................................................................31
2.6.2
Vybrané metody operačního výzkumu.................................................................32
2.6.3
Fáze aplikace operačního výzkumu......................................................................37
3 Srovnání a možnosti integrace...................................................................................................39 3.1
3.2
Metody MRPII, JIT a TOC ................................................................................................39 3.1.1
Optimalizace versus plán......................................................................................39
3.1.2
Přímé srovnání metod...........................................................................................39
3.1.3
Integrace metod ....................................................................................................41
Operační výzkum a metody systému ERP .........................................................................42 3.2.1
Výroba a zásoby ...................................................................................................42
3.2.2
TOC a operační výzkum.......................................................................................42
4 Závěr ............................................................................................................................................45 Použité zdroje ..................................................................................................................................46 Literatura.......................................................................................................................................46 Internetové zdroje .........................................................................................................................46 Vedení citací .................................................................................................................................47 Terminologický slovník ..................................................................................................................48
Martin Panuška
7
1 Úvod
1.1 Cíl, motiv a smysl práce V bakalářské práci si autor klade za cíl kriticky zhodnotit metody užívané v současných systémech ERP1, tyto metody porovnat, zdůraznit jejich přínosy a případné slabé stránky v oblasti optimalizace a plánování výrobních kapacit a materiálu a dále se pokusit nalézt cesty vzájemné integrace těchto metod – zda je mezi metodami spíše vztah substituční či komplementární. Mezi metody užívané v rámci systémů pro podporu plánování a optimalizace zdrojů a materiálu patří zejména MRPII2, JIT3 a TOC4. Z těchto tří metod nalézá v systémech ERP největší uplatnění přístup MRPII, což je ovšem dáno spíše historickou setrvačností a kulturou západní společnosti, než, řekněme, vyšší vyspělostí této metody. S poměrně širokým zastoupením MRPII je však nutno pro případ integrace jiných metod počítat. Je potřeba zamyslet se nad možnostmi propojení právě tohoto nejrozšířenějšího přístupu s metodami jinými – zejména pak s TOC – a to za účelem zvýšení efektivnosti výroby a tím pádem i zisku. Stranou pozornosti ERP systémů stojí operační výzkum5 (někdy nazýván též jako operační či kvantitativní management) – vědní disciplína, zabývající se optimalizací problémů v nejrůznějších oblastech lidské činnosti. Ovšem čím je dáno, že matematické operace používané v operačním výzkumu nemají v systémech ERP uplatnění? Proč se o operačním výzkumu nedozvídáme jako o optimalizační technologii systémů ERP vedle metod typu JIT nebo TOC? A jaké bychom případně mohli hledat pro operační výzkum v systémech ERP uplatnění? S jakými jinými metodami by ho bylo možné použít v součinnosti nebo jaké operace by bylo možné pomocí operačního výzkumu řídit? Těmito otázkami se autor v této práci bude zabývat, přičemž zvláštní pozornost by rád věnoval především metodě TOC a operačnímu výzkumu. Jak již možná vyplývá z předešlých odstavců, motivem pro zpracování tohoto tématu bakalářské práce je velké množství různých metod používaných v systémech ERP – už tvorba těchto metod byla jistě motivována snahou oblast plánování a optimalizace výroby posunout „někam dál“ – k nižším skladům, rychlejším průtokům, vyšší flexibilitě, vyšším ziskům. Každá metoda zaměřuje jiné primární cíle, je orientována na jinou oblast, tuto oblast jinak řeší. Proto je třeba pokusit se tyto metody, pokud je to možné, porovnat. Ať už s ohledem na jejich odlišnosti nebo s poukazem na odlišné či podobné řešení společných oblastí zájmu.
1
Enterprise Resource Planning Manufacturing Resource Planning 3 Just in Time 4 Theory Of Constraints. V české terminologii bývá užíván termín Teorie omezení, přičemž původní zkratka TOC zůstává zachována. 5 Anglicky Operations Research nebo Operational Research 2
Martin Panuška
8
1.2 Metoda dosažení cíle, omezení Bakalářská práce nejdříve poukáže na základní aspekty jednotlivých metod používaných systémy ERP. Bude se věnovat jejich historii, motivům a způsobům aplikace. V další části se autor pokusí proniknout do větší hloubky – popsat systémy těchto metod, způsoby, jakými řídí oblasti plánování a/nebo optimalizace výrobních zdrojů. Rovněž se bude snažit o zachycení potenciálu případné integrace těchto metod a o zhodnocení vlivu takových spojení na chod a především ekonomickou situaci podniku. Nakonec se bude zabývat možnostmi uplatnění operačního výzkumu v systémech ERP a možnostmi integrace této vědecké disciplíny s již běžně využívanými a v této práci popsanými metodami. Nejdůležitějším omezením bakalářské práce je autorova současná nízká zkušenost s těmito metodami a vůbec se systémy ERP jako celku. Jak píše [iYoung]: „How then do we go about implementing the Theory of Constraints? Well, surgeons have saying about learning a new operation that goes something like this: 1) Read one. 2) See one. 3) Do one.“ Je pochopitelné, že autorovy znalosti oblasti metod používaných systémy ERP, ovšem stejně tak i operačního výzkumu, se nacházejí možná někde na začátku fáze „Read one“. Práce je tedy založena pouze na teoretických zkušenostech s probíranou tématikou. Případné praktické zkušenosti týkající se uvedené problematiky jsou čerpány z použité literatury a internetových zdrojů.
Martin Panuška
9
2 Metody plánování a řízení výroby
2.1 Základní poznatky Důvodem pro vznik metod k plánování, řízení a optimalizaci výrobních zdrojů byla vždy především snaha o růst zisku společnosti, případně o maximalizaci produkce (podle metody). Proto jistě už na počátku prvních systematických výrobních celků byla snaha nějakým způsobem zajistit neustálý přísun nutného materiálu (dohodnout se s dodavatelem na vzájemné spolupráci a na její podobě), zabezpečit výrobní kapacity (lidské, strojní), naplánovat výrobu vhodným způsobem tak, aby bylo možné vyrábět víc identických výrobků ve stejný čas (v dávkách), případně zajistit i střídání výroby produktů s ohledem na časy nutné k seřízení strojů, příp. k přeorientování pracovníků, a nakonec mít pro vyrobený produkt za danou cenu v dané dodací lhůtě zákazníka – zkrátka snaha sledující naplánování a optimalizaci výroby. Většina metod popisovaných v této práci vznikla v druhé polovině dvacátého století. Motivem k hledání nových cest byl především vzrůstající tlak okolí podniků na včasnost vyřizování objednávek, spolehlivější řízení dodavatelsko-odběratelských vztahů, rozšíření palety služeb (zákazník už není pouze příjemcem zboží, ale i jeho spolutvůrcem), snižování cen, ale i tlak uvnitř firmy – na snižování zásob (ať už na vstupu, na výstupu nebo rozpracované výroby6 čekající na zpracování), snižování průběžných dob výroby a tím pádem i dodacích lhůt, na přesnější alokaci výrobních kapacit – což mělo vést ke snižování nadbytečných nákladů či, jak později uvidíme, k optimalizaci výroby z pohledu úzkého místa za účelem jejího urychlení – v obou případech pak s jasným cílem zabezpečení přítomné i budoucí ekonomické prosperity podniku, pokud možno navíc rostoucí. A v budoucnosti bude docházet ke stále detailnějšímu rozpracovávání metod či k nalézání nových, dokonalejších, komplexnějších. Svět, a s ním i metody řízení, spěje ke stále těsnější globalizaci7. A tato má na přístupy samozřejmě svůj vliv – nutí metody být stále propracovanějšími, všestrannějšími, kvalitnějšími, zahrnujícími víc a víc řešení různých odvětví v podnicích, ale i směrem ven, a to zejména z důvodu: 1) rostoucích potřeb zákazníků a především díky konkurenčnímu boji mezi podniky, 2) rostoucích nároků na metody vzhledem k uspokojování poptávky v globálním prostředí. Globalizace má však na metody i „přátelský“ vliv – dochází k jejich integraci za účelem využití „toho nejlepšího“ z integrovaných metod. Posledních pár vět týkajících se obecně metod užívaných v systémech ERP by autor rád věnoval lidskému faktoru a roli člověka vedle informačních systémů masivně podporovaných počítači všeho druhu. Přes propracovanost současných metod stále existuje poměrně vysoké riziko jejich selhání, které je dáno člověkem jakožto správcem metody a jejím dohlížitelem. Proto, aby bylo riziko tohoto druhu minimalizováno, je vedle potřeby začlenění veškeré potřebné
6
Anglicky „Work In Progress“, případně „Work In Process“, zkráceně „WIP“ „Globalization is not new. It is a modern word describing an ancient human movement, a word for mankind’s search for betterment through exchange and the worldwide expansion of specialization.” (Vernon L. Smith) 7
Martin Panuška
10
funkcionality nutno brát ohled na to, aby byla metoda pro člověka svou povahou vhodná, na ergonomii metody/systému. Všechny zde popisované metody vymysleli lidé. A tak je nutné v současnosti i budoucnu apelovat, aby přístupy tohoto druhu byly zhotovovány člověkem s primárním zájmem opět o člověka, nikoli například o všespasný růst. Poslední poznámku vyjádřeme citací Alvina Tofflera8: „Society needs people who take care of the elderly and who know how to be compassionate and honest. Society needs people who work in hospitals. Society needs all kinds of skill that are not just cognitive; they're emotional, they're affectional. You can't run the society on data and computers alone.“ Nyní již však k samotným metodám.
2.2 Metody obecně 2.2.1 Zastoupení metod v řešeních ERP Zastoupení metod pro řízení podniků v systémech ERP není rovnoměrné. Ukažme si, nakolik jsou metody v aplikacích ERP obsaženy, v grafu.
Z a s to u p e n í m e to d v a p lik a c íc h E R P 70 60 50 40 30 20 10 0 M R P II
JIT
TO C
Obr. 1 Zastoupení metod v aplikacích ERP [Basl02 (Basl/IDG, 2001)]
Jak můžeme vidět, největší podíl cca 60 procent má na současném trhu ERP řešení metoda MRPII. Tuto metodu lze už dnes označit za standardní přístup k řízení podniků. Původně japonská metoda Just in Time se umístila se 30 procenty na místě druhém. TOC se umístila až jako třetí, což je však dáno tím, že se jedná o metodu relativně mladou. Zároveň se ale jedná o metodu nejdynamičtěji se mezi systémy ERP prosazující. Důvodem je rozšiřování aplikací typu SCM (Supply Chain Management) a APS (Advanced Planning and Scheduling System), které využívají přístupy TOC označované jako OPT (Optimised Production Technology) a DBR (Drum Buffer Rope). [Basl02] O všech výše uvedených metodách bude pojednáno v dalších kapitolách.
8
Americký futurolog, autor knih Třetí vlna, Válka a antiválka a dalších.
Martin Panuška
11
2.2.2 Základní srovnání jednotlivých metod Metody používané v systémech ERP se neliší pouze četností zastoupení v daných SW produktech, ale především svými principy a oblastmi možného nasazení. A právě principy a filozofie jednotlivých metod, jak se dívají na logistický tok plnění zákaznických požadavků v průběhu jejich realizace, a následně pak, jaký má tento přístup vliv na základní metriky dosahování podnikového cíle, tyto metody zásadně odlišuje. Podívejme se však nejdříve na jmenované odlišnosti v pojetí logistického toku. Obecně v této souvislosti existují dva hlavní přístupy [Basl02]: 1) princip tlaku (push system) – podporuje realizaci produktu podle plánu, který danou zakázku výrobou postupně „protlačuje“ 2) princip tahu (pull system) – realizace produktu je iniciována odběratelem (zákazníkem) a – zjednodušeně řečeno – je realizováno pouze to, co je objednáno Ukažme si jmenované principy pro jednotlivé metody pomocí názorných obrázků [Basl02] [i1].
Push system – MRPII Na základě objednávky a struktury požadovaného výrobku je vypracován plán zahrnující termíny pro objednání materiálu, zahájení jednotlivých operací, termíny dokončení a mnoho dalších údajů.
MRP
Sklad materiálu
Operace 1
Operace 2
Objednávky
Operace 3
Sklad výrobků
Tlak Obr. 2 Diagram push systému typického pro metodu MRPII
Pull system – JIT „Tažný princip táhne materiálové požadavky na komponenty v podobě objednávek od zákazníka k dodavateli (kategorie zákazník a dodavatel jsou zde chápány v nejširším slova smyslu i v rámci podniku).“ [Basl02]
Martin Panuška
12
JIT
Kanban (karta)
Sklad materiálu
Objednávky
Operace 1
Operace 2
Operace 3
Sklad výrobků
Tah Obr. 3 Diagram pull systému typického pro metodu Just in Time
Pull-Push system – TOC Jedná se o kombinaci tlačného a tažného principu, přičemž směrodatné pro plánování je takzvané úzké místo (UM). Následující obrázek vlastně jiným způsobem vyjadřuje pojetí metody DBR. Pro synchronizaci tzv. neúzkých míst – operací ve výrobě, které nejsou kapacitně omezeny – a pro snížení skladových zásob v podobě rozpracované výroby před úzkým místem je použit tažný způsob plánování. Podrobně bude princip metody TOC probrán v dalších kapitolách.
TOC Objednávky
Sklad materiálu
Operace 1
Operace 2
Operace 3
(UM)
Tah
Sklad výrobků
Tlak
Obr. 4 Diagram pull-push systému typického pro metodu TOC
Z obrázků výše vyplývají zásadní odlišnosti filozofií metod MRPII, JIT a TOC. Zatímco metoda MRPII je typickým představitelem push principu a metoda JIT pull principu, filozofie TOC kombinuje oba principy na základě identifikace úzkého místa. V následujících kapitolách bude hlavní pozornost věnována především metodám MRPII a TOC. JIT s tažným principem bude uvažováno coby jeden ze stavebních kamenů jednoho z přístupů TOC – Drum Buffer Rope.
2.2.3 Role operačního výzkumu V předchozích odstavcích byly jmenovány metody používané systémy ERP. Ovšem pokud se zajímáme o metody plánování, řízení a optimalizace výroby, je nutné do těchto zahrnout i operační výzkum – jeho mnohé aplikace jsou totiž při řízení a optimalizaci velmi užitečné. Operační výzkum ale není všeobecně považován za významnou součást systémů ERP, resp. metod MRP, JIT nebo Martin Panuška
13
TOC. A právě proto bude tato práce věnována mimo jiné i potenciálu zlepšení metod používaných ERP prostřednictvím přístupů používaných v rámci operačního výzkumu.
2.3 MRP a MRPII 2.3.1 Vymezení pojmu Metoda MRPII (čteno „MRP dvě“), celým názvem Manufacturing Resource Planning, vznikla v sedmdesátých letech 20. století v USA. Zahrnuje mnoho funkcí, z nichž tato práce bude věnována té nejdůležitější a pro MRPII vlastně původní – materiálovému plánování – Material Requirements Planning (MRP) – s odkazem i na funkci kapacitního plánování – Capacity Requirements Planning (CRP). MRPII předcházela metoda MRP, která se soustřeďovala, jak již bylo řečeno, pouze na plánování materiálové. Vznikla už v letech šedesátých a [Cox98] ji charakterizuje jako množinu postupů, jež používá kusovníky9 (BOM – Bills Of Material), informace o stavu zásob (inventory data) a hlavní plán výroby (MPS – Master Production Schedule) k výpočtu předpokládaných potřeb materiálu. Dle [Basl02] je hlavním přínosem MRP „plánování materiálových požadavků z hlediska skutečných potřeb na určitý produkt, který je požadován zákazníkem nebo byl prognózován jako očekávaná budoucí potřeba trhu. MRP pomáhá řešit základní logistickou úlohu zajištění správného materiálu na správném místě ve správný čas.“ MRPII je pak dle [iSmith (Vollmann)] definováno jako „systém pro plánování, založený na aktuálních požadavcích a prognózách, jehož cílem je doručit správné množství materiálu ve správný čas.“ I z této definice je patrné, že její tvůrce vzal v potaz v podstatě pouze MRP, které je původní a dodnes nejdůležitější složkou MRPII v řízení výroby.
2.3.2 Předchůdce metody MRP Metodě MRP předcházel samozřejmě jiný přístup k řízení výroby. Ten byl založen na udržování pevné výše skladových zásob a to jak na vstupu do podniku, tak zásob rozpracované výroby. Tento postup měl zajistit ochranu před fluktuacemi poptávky (zevně i uvnitř podniku) a před nežádoucími jevy nastalými během výrobního procesu. Výše skladových zásob a datum jejich případného navýšení byla vypočítávána pomocí matematických funkcí, vyrovnávajících pomocí koeficientů náklady na objednání (pořízení) s náklady skladovacími, nebo byla určována pouze podle zkušeností vrcholového vedení podniku. Vše bylo podřízeno primárnímu cíli maximalizace produkce. Co se týče kapacitního plánování, toto bylo závislé na hlavním plánu výroby a vzhledem ke stabilní poptávce typické pro období, kdy byla tato metoda hojně využívána, byla potřebná kapacita téměř konstantní. V případě snížení poptávky po produktech podniku byla výroba dočasně pozastavena nebo byli zaměstnanci dočasně propuštěni z práce. V případě naopak vyšší potřeby vyrábět, ať už z důvodu rostoucí poptávky nebo uspíšení výroby ve snaze plnění dodacích lhůt, byla zaváděna třetí směna, případně i práce během víkendů. Optimalizace v rámci disponibilních kapacit byla zajišťována přímo vedoucím daného výrobního úseku, který formou reportů informoval vedení o případných disproporcích. Tento přístup, ač v podstatě velmi prostý, měl řadu výhod: 1) Nároky zákazníka byly ve většině případů bohatě uspokojeny (jistota plynoucí z velkých skladů). 9
Pojem „kusovník“ je v této práci klíčový. Ke správnému pochopení tohoto termínu doporučuji literaturu [Basl02], případně [Brow96].
Martin Panuška
14
2) Díky vyrovnávající matematické funkci bylo v systému plánováno jen minimum nákladů. 3) Šlo o jednoduchou, transparentní metodu. Vzhledem k tomu, že tato, i přes svá jistá negativa, komplexní metoda byla ve své době velmi oblíbená a dokázala v zásadě uspokojit všechny funkce managementu výroby, budeme ji v dalším textu označovat jako klasickou. O tom, že se jedná dodnes o aktuální metodu, svědčí její úspěšná aplikace v menších výrobách a taktéž v podnicích v technicky rozvojových zemích.
2.3.3 Filozofie metody MRP/MRPII Jak vyplývá z předchozích odstavců, byl nástup metody MRP ve své době jistě chápán jako forma optimalizace ve výrobě. Ovšem vzhledem k filozofii metody a k tomu, že se v současné době jedná již de facto o standard, základ většiny ERP řešení, budeme metodu MRP chápat spíše jako plánovací. Metoda MRP se od jejího předchůdce principiálně odlišuje. Nesleduje jakousi matematickou funkcí vypočtenou limitní velikost zásob, při jejímž překročení dochází k doobjednání a následnému doplnění skladu. K základním charakteristikám MRP dle [Brow96] a [Basl02] patří:
MRP je orientováno na produkt – funguje na bázi výpočtu plynoucího ze struktury výrobku (kusovníku) dané všemi materiálovými položkami (nakupovanými i vyráběnými) potřebnými k výrobě daného produktu.
MRP je orientováno na budoucnost – pro plánování využívá data hlavního plánu výroby (zahrnujícího současný a prognózovaný stav poptávky) a na jejich základě vypočítává budoucí požadavky na komponenty místo toho, aby poptávku předpovídala na základě minulých požadavků.
MRP respektuje požadavky v čase – při výpočtu potřeb jsou brány v úvahu nejen kvantitativní požadavky na materiálové položky, ale rovněž jejich průběžné doby objednání nebo výroby (montáže) s ohledem na rozsah plánovacího horizontu.
MRP respektuje priority – s ohledem na potřeby zákazníků a požadavky výrobního plánu místo zjišťování toho, co by mohlo být vyrobeno s ohledem na materiálové a kapacitní omezení. Jak můžeme vidět, MRP se od svého předchůdce odlišuje v podstatných aspektech chápání výroby. Pro další analýzu metody je vhodné demonstrovat si základní strukturu systému MRP formou názorného schématu (obr. 5). Jak obrázek ukazuje, jedním z nejvýznamnějších nástrojů MRP, potažmo MRPII, je hlavní plán výroby (Master Production Schedule – MPS). Plánování pro MPS je založeno na velikosti potřeb zákazníků a na prognózách trhu, přičemž zákazník poptává nejvyšší položku v rámci struktury výrobku – kusovníku. Potřeby zákazníků stejně jako prognózy budoucího stavu trhu se stávají vstupem ve formě hlavního plánu výroby, který je následně na základě kusovníku (Bill Of Material – BOM), a pracnosti přepočítán na požadavky na materiál a výrobní kapacity. V dalším kroku jsou pak tyto porovnány se současným stavem zásob a otevřených nákupních nebo výrobních objednávek a se stavem disponibilních kapacit. Hlavní plán výroby bývá obvykle aktualizován v týdenních intervalech a obvykle je realizován s výhledem 13 až 78 týdnů. [Cox98]
Martin Panuška
15
Hlavní plán výroby (MPS)
Otevřené nákupní objednávky
Kusovník
Rozpad materiálových požadavků dle kusovníku
Výpočet velikosti objednávek/zakázek
Otevřené výrobní zakázky
Zásoby (sklad)
Určení velikosti dávek
Plánované nákupní objednávky a výrobní zakázky
Obr. 5 Základní struktura systému MRP [Brow96] [Basl02]
Hlavní plán výroby vyplývá pro metodu MRP snad už z její samotné definice. Generuje požadavky na komponenty a představuje stěžejní plán podniku zajišťující správnou a včasnou kompletaci výrobků.
2.3.4 Určení materiálových potřeb MRP Rovnice Pro každou položku v kusovníku, kromě položek na konci hierarchie nebo položek nakupovaných, probíhá algoritmus výpočtu v rámci systému MRP dle vzorce [Brow96] [Basl02]:
Požadavky MPS + alokace – předpokládaná výše skladových zásob – předpokládané příchody materiálu (otevřené nák./výr. objednávky) = čisté požadavky na materiál, tj. nákupní objednávku/výrobní příkaz Z rovnice vidíme, že základem výpočtu je velikost potřeb zákazníků a prognóza stavu této poptávky v budoucnosti. Ta je následně snížena o výši skladových zásob a předpokládané příchody materiálu. Uvedená rovnice je realizována nejprve na úrovni nejvyšší vrstvy v hierarchii kusovníku. Následně se pak, jak se na základě kusovníku (odpovídá na otázku „co?“) a čistých požadavků na materiál (otázka „kolik?“) rozpadají položky na komponenty nacházející se na nižších a nižších úrovních, realizuje pro položky další. Martin Panuška
16
Dávky Na základě výše uvedené rovnice je tedy dosaženo výpočtu požadavků na materiál – požadavků na položky, ze kterých se skládají položky vyšší, ze které se opět skládají další atd.
Plánovaní pro systém MRP probíhá obvykle v týdenních intervalech, a protože plně vychází ze struktury vyráběného produktu, bývá mechanismus MRP někdy označován jako tzv. závislá spotřeba materiálu. „Je to z toho důvodu, že tzv. nezávislá potřeba materiálu vychází ze skladových zásob a pohybu materiálu na skladě, kde na základě pevně stanovených period nebo pevně stanovených minimálních množství je generován požadavek na nákup a příslušný ‚sortiment‘ doplněn na sklad“ [Basl02] (jak je uvedeno již v kapitole o předchůdci metody MRP). Pro další výklad je nezbytné nejprve popsat co znamená v řízení dávek výraz „seřizování“10 (changeover11). Jde o čas, který je nutné v procesu výroby vyčlenit pro seřízení stroje, aby bylo pomocí něho možné vyrábět jiné produkty. Je pochopitelné, že čím více seřizování ve výrobě bude, tím delší bude průběžná doba výroby. Plánování procesních dávek v různě dlouhých intervalech a s ohledem na jejich velikost má obvykle dva možné důsledky: 1) V případě plánování orientovaného na vyšší procesní dávky dochází na jedné straně k méně seřizováním a tím k ušetření vzácného času, na straně druhé však také k nahromadění více časově a prioritně odlišných požadavků do jedné velké dávky. Některé požadavky se tak časovým posunem vzniklým naplňováním dávky dostanou do nežádoucího zpoždění, jiné budou naopak vyřízeny předčasně. V konečném důsledku tak může docházet k prodlužování front před pracovištěmi a tak k prodlužování průběžné doby výroby. 2) Pokud jsou plánované procesní dávky menší, dochází sice k vyřizování požadavků „just in time“ (v přeneseném slova smyslu), ale také dochází k velkému množství seřizování, což průběžnou dobu výroby prodlužuje. Jak můžeme vidět, problém správného nastavení velikosti procesních dávek je komplikovaným již při uvažování pouhého seřizování a časových relací ve výrobě. Situaci však dále komplikují:
priority výroby – co je nutné vyrobit/objednat hned, co počká velikosti přepravních dávek dodací lhůty pro položky nakupované a pro výrobní zakázky další faktory… Průběžná doba výroby „Metoda MRP obecně plánuje objednávky na nákup nebo výrobu produktů nejen co do množství s ohledem na minimální skladové zásoby, ale rovněž co do spotřebovaného času, čímž dochází ke snížení finančních prostředků vázaných v zásobách a k růstu cash-flow.“ [Basl02] Z tohoto důvodu je stanovení dob pro objednání a dodání nakupovaného materiálu, ale i času potřebného k výrobě dílů v samotném podniku, velmi důležité.
Určení těchto dob je dáno dodacími lhůtami dodavatelů (u nakupovaných dílů) a výpočtem průběžných dob výroby na základě velikosti výrobní dávky, časů potřebných pro seřizování stroje, času vlastního zpracování a času pro přepravu dílů mezi pracovišti. Správné nastavení těchto dob, „které jsou pevně zapsány k jednotlivým položkám a na základě nichž je pak následně automaticky
10
Pro účely této práce je anglický termín „changeover“ přeložen jako „seřízení“, i když je pochopitelně možných překladů více (např. přenastavení). 11 V anglické literatuře bývá tento termín nesprávně zaměňován s výrazem „set-up“, někdy jsou dokonce uváděny coby synonyma. Ve skutečnosti je „set-up“ jedním z procesů uvnitř „changeover“, nacházející se mezi procesy „clean-up“ a „start-up“, taktéž velmi významnými. (http://en.wikipedia.org/wiki/Changeover)
Martin Panuška
17
realizován na pozadí celý výpočet MRP, je velmi důležité. Ze zcela pochopitelných důvodů se celá řada pracovníků v podniku při jejich stanovení dopouští záměrného navýšení pro eliminaci nahodilých jevů v okolí i uvnitř podniku. Výsledným efektem mohou být neúměrně dlouhé dodací doby a neefektivně vázané prostředky technické, finanční i lidské.“ [Basl02]
2.3.5 Určení kapacitních potřeb CRP Plánování kapacit nutných pro výrobu je realizováno ve spolupráci s hlavním výrobním plánem (MPS), eventuelně i se systémem MRP. Cílem plánování kapacit je vyvážení disponibilních kapacit na straně jedné a požadavků na kapacity v souladu s MPS na straně druhé. V případě nedosažení tohoto cíle se výroba stává nerealizovatelnou (vyšší nároky na kapacity, než je disponibilita) nebo neefektivní (vyšší disponibilita, než nároky). Základem kapacitního plánování je popis postupu při výrobě produktu nebo při realizaci určité služby. Ten bývá označován jako pracovní, výrobní nebo technologický postup, případně jako procedura. Tento výrobní postup obsahuje výčet všech činností, jež je třeba při výrobě provést, s jejich předpokládanou dobou trvání. Dále může výrobní postup obsahovat „čas potřebný pro přesun výrobku na další operaci, potřebné nástroje, měřidla, přípravky a přísady, nezbytné pro realizaci dané operace.“ [Basl02] Každý výrobní postup také obsahuje informaci o operaci, která má následovat. Výpočet požadovaných kapacit probíhá v systému MRPII následujícím způsobem. Vstupem do výpočtu jsou uvažovány současné i plánované výrobní zakázky plynoucí z výrobního plánu. Výrobní postupy jsou pak využity k přepočtu výrobních zakázek do hodin, minut, případně „člověkohodin“, podle nastavení systému. Výsledkem CRP je kapacitní zatížení s případným upozorněním na nedostatečné kapacity na daném pracovišti nebo stroji.
2.3.6 Shrnutí k metodě MRP/MRPII Jak je možné usuzovat z předcházejících kapitol, je metoda MRPII metodou povětšinou plánovací. Zakázky plynoucí zvenčí do podniku jsou převedeny na hlavní plán výroby, jenž je následně využit v řízení celého systému. I když na počátku implementace této metody byly cíle patrně optimalizační, z pohledu dnešní reality v oblasti metod využívaných systémy ERP a z pohledu trhu těchto řešení se metoda MRPII jeví spíše jako velmi schopný plánovač. Výskyty dílčí optimalizace lze hledat ve výpočtu procesních a přepravních dávek, kdy je nutné započítat jak disponibilní kapacitu, pracnost výrobního postupu a priority výroby, tak i časy potřebné k seřizování stroje či přeorientování pracovníků. Ovšem metoda plánování výrobních zdrojů MRPII má bezesporu i řadu nedostatků, k nimž zejména patří:
pevná a spíše větší velikost dávky – slučování více požadavků do jednoho a z toho plynoucí diskontinuity
velikost odhadovaných časů nakupovaných nebo vyráběných položek – delší než by mohly být (lidský faktor) a fixní (vyráběné množství či souběžná výroba jiného produktu není uvažována)
nenormované velikosti časů přechodu mezi pracovišti plánování do tzv. neomezených zdrojů – není možné na úrovni plánování optimalizovat, nutno přijmout jiná řešení
sériový a nikoli paralelní chod kapacitního plánování vůči materiálovému plánování
potřeba proškolení značného množství pracovníků
Martin Panuška
18
dochází k takzvané lokální optimalizaci na úkor celého podniku (podrobněji v kapitole o TOC)
výsledky systému jsou sledovány a měřeny na základě reportů a metrik standardních účetních postupů, které se pro řízení konkrétní výroby nemusí hodit Nutno ještě dodat, že metoda MRPII zde byla popsána jen velmi zběžně. Samozřejmě se jedná o přístup výrazně komplexnější, ve výrobě je možné setkat se s množstvím komplikovaných situací, které se MRPII pokouší řešit, ovšem podrobnější rozbor této metody by přesahoval rámec této práce. Zbývá snad odkázat na použitou literaturu, která se metodou zabývá mnohem intenzivněji.
2.4 Just in Time 2.4.1 Původ metody Metoda Just in Time, někdy též označovaná jako „Lean manufacturing“ nebo „Stockless production“, vznikla v padesátých letech 20. století v Japonsku12. Poprvé byla použita společností Toyota, když se stala součástí firemní strategie pro řízení výroby Toyota Production System (TPS). Pro válkou zničenou Japonskou ekonomiku znamenalo použití nové metody naději na nový růst. Metoda se po úspěšné implementaci v řadě firmách především v sedmdesátých letech rychle rozšířila po celé zemi a nastartovaná Japonská ekonomika se stala pro USA silným konkurentem. Významný posun v chápání metody Just in Time západní civilizací, zejména pak USA, znamenaly ropné šoky v letech 1973 a 1979. Zvýšení cen pohonných hmot v sedmdesátých letech obrátilo pozornost americké veřejnosti na levné japonské automobily s nižší spotřebou, než měly automobily americké provenience. A japonské automobilky byly schopny tuto zvýšenou poptávku po malých automobilech rychle uspokojit. Úspěch Japonců spočíval velkou měrou právě v implementaci metody JIT. Zatímco americká výroba založená na počátečních principech MRP jen těžko překonávala změnu poptávaných produktů, japonská metoda JIT bylo v přizpůsobení se novým podmínkám trhu mnohem flexibilnější. Tato situace se stala příčinou zavádění JIT do množství amerických automobilových továren a později rozšíření metody do celého světa.
2.4.2 Filozofie metody JIT Metoda JIT je orientována především na optimalizaci řízení skladových zásob a následně výrobního procesu jako celku. Nejedná se o primárně plánovací přístup jako v případě MRPII, ale spíše o nástroj k ovládání procesu výroby, k řízení vztahů s dodavateli a odběrateli a k monitorování a ovlivňování rozpracované výroby a skladů materiálu a dokončených výrobků. [Cox98] definuje metodu Just in Time takto: „Výrobní metodika soustřeďující se na eliminaci veškerého plýtvání a neustálé zvyšování výkonnosti. (…) Stěžejními principy metody Just in Time je držení pouze nutných zásob a to jen pokud jich je zrovna potřeba, zlepšení kvality – dosažení nulové chybovosti, snížení dodacích lhůt zkrácením času nutného k přenastavení stroje, délek front a velikostí dávek, neustálá revize stávajících výrobních postupů a dosažení těchto cílů s minimem nákladů.“ Nejrůznější autoři se rovněž pokoušejí přístup metody JIT shrnout do několika klíčových bodů. Například Dr. Robert Hall identifikoval šest takových principů [Cox98]:
12
Např. Wikipedia ale tvrdí, že poprvé principy metody byly popsány již Henry Fordem ve dvacátých letech 20. století. (http://en.wikipedia.org/wiki/Just_In_Time#History) Jiné zdroje nalézají prapůvod metody ve Velké Británii a pravděpodobně se nejedná o konečný výčet možných oblastí.
Martin Panuška
19
1) Vyrábět jen to, co si zákazník přeje. 2) Vyrábět jen v takové míře, kterou zákazník vyžaduje. 3) Vyrábět pouze 100% kvalitní výrobky. 4) Vyrábět bezodkladně s minimální dodací lhůtou. 5) Vyrábět pokud možno bez plýtvání zdroji lidskými, materiálovými, s maximálním využitím výrobního vybavení. 6) Vyrábět s respektem k člověku. Metoda JIT bývá také často charakterizována takzvanými „seven zeros“ – sedmi nulami [Brow96 (Edwards 1983)]: 1) Nulové množství zmetků 2) Nulové časy seřízení 3) Nulové zásoby 4) Žádná manipulace 5) Žádná přerušení (rovnoměrné vytížení strojů) 6) Nulové časy dodávek 7) Dávky o velikosti jedna Je pochopitelné, že se jedná pouze o jakési limitní hodnoty, ideální stavy, jichž se management podniku s implementovaným JIT řešením snaží dosáhnout. Ovšem přístup JIT se neorientuje pouze na dosahování těchto nulových hodnot, jedná se o kompletní filozofii řízení výroby zahrnující vztahy se zákazníky a dodavateli, s vlastními pracovníky a další postupy, kterým MRPII takovou míru důležitosti nepřiznává.
Filozofie přístupu JIT k výrobě
Techniky designu a plánování výrobního systému JIT
Nástroje pro dílenské řízení systému JIT
Obr. 6 Přístup metody JIT [Brow96]
Základní aspekty JIT V předešlých odstavcích byly jmenovány základní principy JIT, ovšem pouze v jednovětých bodech. Podívejme se nyní na záměry metody JIT podrobněji. Jak již bylo částečně řečeno, přístup JIT usiluje o eliminaci jakékoliv činnosti, aktiva, ale i třeba lidských zdrojů, které vytvářejí náklady a zároveň nepřinášejí žádnou přidanou hodnotu (například transport, skladování). Tohoto cíle se JIT pokouší dosáhnout minimalizací skladových zásob (zvyšování jejich obratu), kolísání toku výroby,
Martin Panuška
20
průběžné doby výroby a času dodání, nákladů na seřizování a opravy a zvyšováním kvality produktů. Mezi základní aspekty JIT patří [i3]:
Ustálený hlavní plán výroby13 – jednotné denní výrobní dávkování: Je vypracován plán výroby, jenž je dodržován každý den (či jiný časový úsek). Produkty jsou vyráběny v ustálených sekvencích. To vyžaduje výrazné snížení časů na seřizování. Výsledkem jsou ale nižší zásoby hotových výrobků, rovnoměrné využívání techniky a rychlejší reakce na požadavky zákazníka.
Snižování časů na seřízení: Cílem je čas v řádu jednotek minut, případně seřízení realizované okamžitě pomocí připravených předvoleb.
Redukce velikosti dávek (procesních i nakupovaných): Snížení časů na seřizování umožňuje výrobu v menších procesních dávkách. To snižuje úroveň rozpracovaných produktů a zrychluje proces výroby. Ideálně by se procesní dávky měly přiblížit jednomu kusu (tomu může pomoci signální systém, v případě JIT systém Kanban). Redukce velikosti dávek nakupovaného materiálu vyžaduje úzkou spolupráci s dodavateli, protože má za následek vyšší frekvenci dodávek, kterou musí být dodavatel schopen a ochoten akceptovat.
Zkrácení času výroby a dodání: Toho lze dosáhnout přeskupením pracovišť blíže k sobě, uspořádáním pracoviště do tvaru písmene U (kde jedno rameno přijímá vstupy do „buňky“ a druhé vypouští zpracované produkty do další výroby), zkrácením front před pracovišti (obecně snižováním zásob rozpracované výroby), užší vazbou na dodavatele (nejlépe je přimět k výrobě co nejblíže podniku).
Preventivní údržba: Nevyužití pracovníci během přestávky stroje provádějí jeho údržbu. To zabraňuje nečekanému selhání stroje a urychluje časy nutné k seřizování.
Flexibilní zaměstnanci: Pracovníci by měli být schopni ovládat několik strojů, musí být schopni je udržovat a zjišťovat případné závady, mají vyšší odpovědnost. V metodě JIT (respektive v systému TPS) je ale rovněž zakotven princip „respect for people“14, jenž zakládá dobrý vztah mezi pracovníky a managementem podniku.
Záruka kvality od dodavatele a aplikace postupu k dosažení nulové zmetkovosti: Chyby vedoucí ke zmetkové výrobě musí být co nejdříve odhaleny a odstraněny. Pokud někde vznikl problém a výroba neprobíhá dokonale, odpovědní pracovníci mají moc zastavit celý výrobní proces. Jak můžeme vidět, je metoda Just in Time ve svých cílech dozajista velmi konzistentní. Ovšem k naplnění očekávání vkládaných do této metody je nutné, aby vše probíhalo přesně podle plánu a nenastala vážnější porucha v systému. Rezervy jsou totiž v JIT tak malé, že není možné výrobu zastavit na delší čas. Proto je nutné extrémně dbát na údržbu strojů, identifikaci možných chyb a jejich následnou rychlou eliminaci. Rovněž časy na seřízení musí být redukovány na minimum. Hladkému průběhu výroby má napomoci zejména aktivní zapojení zaměstnanců do procesů rozhodování o jejich úkolech, jejich zmocnění k vykonávání více než jedné primární činnosti a dále dodání jim pocitu sounáležitosti s firmou, který musí být ztvrzován managementem podniku.
13 14
Japonsky „heijunka“. V překladu „Respekt k člověku“.
Martin Panuška
21
2.4.3 Aplikace metody JIT Just in Time bývá implementováno zejména v těch výrobních procesech, jež se vyznačují soustavným opakováním stejných výrobním procedur a identický produkt je tak vyráběn stále dokola. Záměrem implementace JIT je vytvoření hladkého průběhu produktu celým výrobním cyklem (i když je podnik zařízen na zpracování v dávkách). Pracoviště Jednotlivá pracoviště jsou přestavena tak, aby tok výrobků odpovídal jejich rozmístění. Tím je dosaženo rychlé disponibility vstupu pro pracoviště a tím pádem urychlení výroby. Pracoviště jsou rovněž uspořádána do takzvaných U-buněk (U-cells), jež obsahují několik strojů, uspořádaných do tvaru písmene U podle pořadí zpracování výrobku. Zaměstnanci pracující v jedné buňce umí ovládat všechny stroje v ní obsažené a zpracovávají produkt postupně na všech strojích.
Mezi buňkami je jen minimální (ideálně žádný) sklad rozpracované výroby. Jako „buffry“ v toku výroby jsou místo skladových zásob vnímány nadbytečné kapacity. Dodavatelé a zákazníci Pro implementaci metody JIT do systému výroby je nezbytně nutné navázání těsných vztahů s okolím podniku, tzn. jak s dodavateli, tak s odběrateli. Oba vztahy jsou motivovány naplněním jednoho z předních principů JIT – minimální sklady, přičemž vztah vůči dodavateli můžeme možná označit za důležitější, protože bez materiálu výroba samozřejmě neprobíhá.
Jednou z metod, jakou v praxi uplatnila už řada firem, je přemístění dodavatele do blízkosti vlastní továrny či dokonce svěření části aktivit týkajících se správy zásob na vstupu přímo konkrétnímu dodavateli. Nezbytně nutná je také rychlá a bezpečná informační vazba mezi výrobcem a dodavatelem, aby se pomalé předávání dat o aktuálních potřebách materiálu, v metodě JIT tak nepostradatelné, nestalo pro systém nebezpečným. Tato vazba může mít v extrémním, nikoli však nežádoucím, případě podobu sdíleného plánu dodávek, potažmo výroby. Rovněž vztah vůči odběrateli může být problematický. Je nutné zajistit, aby si zákazník hotové výrobky odebíral co nejdříve po dokončení – to souvisí se snižováním přepravních dávek, ale zejména se zachováváním nízkých skladů.
2.4.4 Slabé stránky metody Klady metody Just in Time již byly v předchozích odstavcích dostatečně zdůrazněny. Nyní však k možným záporům či problémovým oblastem metody. Jedním z klíčových efektů JIT by mělo být zvýšení návratnosti investic15 plynoucí z nižších skladových zásob, které navíc mohou zastarat, a z jejich rychlejšího obratu. V zásobách je rovněž vázán kapitál a metoda JIT dává naději na jeho snížení. K tomu, aby mohla být tato významná úspora realizována, je ale nutné mít odběratele ochotného vyhovět platebním podmínkám výrobce. Je totiž možné, že výsledek implementace metody JIT se na výstupu projeví pouhou přeměnou jednoho aktiva na druhé – s nulovým dopadem na cash flow podniku – a tak k žádným úsporám plynoucím z omezení vázaného kapitálu nedojde. V případové studii z [i5] je například uvedena přeměna zásob hotových výrobků na pohledávky vůči odběrateli. Dalším možným problémem metody je její velká citlivost na události na dodavatelském řetězci – stávky, přerušené dodávky, vyčerpání disponibilních zásob, selhání komunikace s dodavatelem, příp. další možné neočekávatelné události. Citlivost systému je znatelná i uvnitř podniku, kde pro případ dlouhotrvající závady není vytvořena dostatečná zásoba rozpracovaných produktů. Celý výrobní proces tak musí být ve vynikající součinnosti s minimálním rizikem vzniku chybového stavu.
15
Anglicky „Return on investment“, zkráceně „ROI“. Výpočet ROI je uveden v kapitole o TOC.
Martin Panuška
22
I když se podaří navázat a udržet těsný vztah s dodavatelem, může nastat v komunikaci s ním problém s formátováním sdílených dat. Riziko rozdílné formy dat pochopitelně roste s množstvím dodavatelů. V takovém případě je nutné data překládat, aby vyhovovala jinému informačnímu systému, což ovšem zpomaluje celý proces dodávek a výroby.
2.5 Teorie omezení 2.5.1 Původ metody Tvůrcem Teorie omezení (Theory of Constraints – TOC) je Dr. Eliyahu Moshe Goldratt, původním vzděláním fyzik. Podle [i7 (Jayson 1987)] údajně Dr. Goldratta požádal jeho přítel, zda by mu pomohl navrhnout systém plánování výroby v závodu vyrábějícím ohrady pro drůbež. Díky způsobu řízení, který Dr. Goldratt navrhnul, se produktivita závodu zvýšila třikrát. Dr. Goldratt byl přetrvávajícími problémy výrobních společností natolik zaujat, že, jak tvrdí, použil vědecký přístup a sestavil plánovací systém, který pak pojmenoval Optimized Production Technology (OPT). Systém se stal v USA velmi úspěšným, ale Dr. Goldratt odmítal sdělit klíčové podrobnosti týkající se jeho myšlenkových základů. Při implementaci nastávaly občas potíže s přesvědčováním managementu o prospěšnosti aplikace metody, protože navrhované činnosti a pořadí prováděných kroků se jevily na první pohled často jako kontraproduktivní. Proto Godratt v roce 1986 vydal knihu „Cíl, proces trvalého zlepšování“ („The Goal: A Process of Ongoing Improvement“), která beletrickou formou vysvětlovala základní filosofii systému. Dr. Eliyahu Goldratt následně vydal ještě několik dalších tzv. manažerských románů, které pomáhají nahlédnout další Goldrattovy myšlenky a postupy – například „Kritický řetěz“ („Critical Chin“), „Jak vzniká zisk“ („Necessary But Not Sufficient“) a další. V současné době má již Teorie omezení a do ní spadající přístupy jako OPT a DBR pevné místo mezi metodami k řízení výroby a jejím výkladem se zabývá mnoho organizací a odborných pracovníků po celém světě. Aplikace TOC jsou také v současnosti neustále zdokonalovány a rozšiřovány institutem Avrahama Y. Goldratta (pojmenovaném po otci Dr. Goldratta) a dalšími konzultačními společnostmi. Část teorie vyšla v tištěné formě různých publikacích, ale část je jí předávána pouze ústně v rámci různých workshopů nebo při implementaci u zákazníka [i7].
2.5.2 Filozofie metody TOC Teorie omezení vychází z principů MRPII a JIT a bere si z každé z těchto metod určitou filozofii řízení či přímo konkrétní data. Právě proto byly v předchozím výkladu přístupy MRPII a Just in Time popsány. MRPII je pro TOC užitečné především systémem dat kusovníku, skladových zásob, výrobních postupů. Pevné stanovení dodacích lhůt surovin a rozpracované výroby je pro TOC minimálně východiskem. JIT inspiruje Teorii omezení v řízení zásob a taktéž v humanizaci výroby. TOC však přináší i vlastní postupy a to zdaleka ne v malé míře – lze ji jistě označit za soběstačný způsob myšlení a řízení. Metoda TOC je taktéž svou filozofií mnohem více a zřetelněji orientována na zvýšení zisku firmy. Zatímco metoda MRPII přináší vyšší zisk jen jako vedlejší efekt plánování a Just in Time jako důsledek úprav ve výrobě a změny managementu zásob a plateb, TOC staví zvýšení zisku jako primární cíl, jemuž je třeba vše podřídit. Dle Teorie omezení je hlavním cílem podniku vydělávání peněz nyní i v budoucnu16 a k tomu používá od metody MRPII i odlišné metriky (o nich později).
16
The goal of the manufacturing company is making money now and in the future.
Martin Panuška
23
K základům metody Teorie omezení, jak již napovídá její název, obrací svou pozornost především na tzv. omezení17 systému (často nazývané také úzké místo18), které v organizaci jistě existuje. V opačném případě by bylo možno ve výrobním podniku vyrábět nekonečné množství produktů v čase limitně se blížícím nule. Omezení systému můžeme rozdělit dle dvou kriterií – podle lokace a podle povahy. Tak je možné vymezit omezení uvnitř a vně organizace (interní a externí) a dále omezení hmotná (fyzická) a nehmotná.
Základní metrikou úspěšnosti společnosti je průtok (throughput), přičemž právě ten je závislý na omezeních uvnitř systému organizace.
Potenciální průtok
1
2
3
Skutečný průtok
4
5
6
7
8
Operace
Obr. 7 Ilustrace průtoku výroby jednotlivými odděleními
Na obrázku vidíme, jak výroba prochází jednotlivými operacemi. Je zřejmé, že omezením v systému je pátá operace, která, například kvůli nedostatečné kapacitě, neumožňuje propustnost, která do té doby byla obvyklá. Operace 1-4 a 6-8 omezeními nejsou. Identifikace a management úzkého místa je tím aspektem, který metodu TOC zásadním způsobem odlišuje od přístupů výše uvedených. MRPII ani JIT vyhledání omezení nevěnuje žádnou pozornost nebo aspoň nutnost pohledu na systém z pozice úzkého místa není explicitně dána. Obě metody naopak pracují s přiděleným systémem a snaží se řešit až následné, zprostředkované, problémy. Optimalizace lokální vs. globální Zásadní odlišností Teorie omezení od metody MRPII je přístup k systému jako celku. V podstatě jde o střet dvou, pro jednotlivé metody výchozích, filozofií. Zatímco MRPII nahlíží podnik z lokálních pohledů jednotlivých oddělení, metoda TOC se snaží o pohled globální, přičemž pozornost věnuje zejména úzkému místu v systému, podle něhož měří i celý systém.
Metoda TOC poukazuje na fakt, že řízení podniku z pohledu lokální optimalizace není ekonomicky výhodné a taktéž, že řídit podnik na základě všech oddělení jednotlivě přináší nulový, nebo jen malý efekt. Může se sice zdát logické, že suma užitku generovaného jednotlivými odděleními je rovna celkovému výstupu společnosti, avšak skutečnost bývá jiná a je snadné ji vyložit pomocí analogie k řetězu. Ten se skládá z článků, které mají různou tloušťku. Zvyšování tloušťky článku, který není neslabší, nemá na nosnost celého řetězu žádný dopad a přináší pouze plýtvání zdroji. Pro nosnost řetězu je podstatná pouze tuhost nejslabšího článku a pouze tu má cenu zvyšovat. Hodina ušetřená na neúzkém místě nemá žádný smysl, avšak hodinové zpoždění na úzkém místě se projeví, pokud nejsou správně nastavena bezpečností opatření, ve výsledku celé firmy. Z toho plyne, že pouze omezení systému má vliv na jeho výsledky a proto právě jemu patří hlavní pozornost. 17 18
Anglicky „constraint“. Anglicky „bottleneck“.
Martin Panuška
24
Systémový pohled na podnik však není ničím novým a de facto odráží současný trend procesního chápání organizace, jakožto nástupce chápání podniku jako souboru jednotlivých oddělených činností. Podívejme se nyní, jaké další negativní efekty (kromě z principu falešného přístupu k optimalizaci) přináší lokální optimalizace:
Zbytečné umisťování bezpečnostních zásob před operace, které nejsou úzkým místem – to přináší vyšší náklady, vázaný kapitál a delší dodací lhůty
Plýtvání zdroji – zatímco MRPII vnímá nevytížený zdroj jako plýtvání a rentabilitu snižující stav, TOC nevytížený zdroj, který nepracuje s omezením, jako negativní jev nevnímá a naopak vytěžování takových zdrojů považuje za mrhání kapacitami a kapitálem. (JIT by takové zdroje využila namísto bufferů, předcházení odstávek strojů a urychlení seřizování.)
Pulzování/zatížení výroby ve vlnách – pracoviště, která nejsou úzkým místem, pracují ve vlnách, protože kontinuální výroba není vzhledem k existenci úzkého místa s nízkou propustností potřeba (chybí management podle úzkého místa).
Množství individuálních metrik pro jednotlivé operace a jejich management namísto soustředění pozornosti managementu na nejdůležitější úzké místo. Metriky Teorie omezení Lokální optimalizaci, jak je uvedena výše, nahrává i způsob měření výkonnosti organizace, jenž je založen primárně na běžně používaných – finančních – metrikách. Mezi ty řadíme zejména čistý zisk, návratnost investic (ROI) a cash flow. Tyto metriky však nejsou příliš transparentní a pro konkrétní informace planoucí z jejich změny je nutné je podrobně analyzovat. Lokální optimalizace je rovněž dána i současným majoritním způsobem řízení společnosti na základě nákladového účetnictví – k tomu má blízko i metoda MRPII.
TOC proto využívá tzv. provozní metriky – průtok, zásoby a provozní náklady (investice do přeměny zásob na průtok) – jež jsou mnohem průhlednější. Mezi finančními a provozními metrikami existuje zajisté vztah. Dva přepočetní vzorce pro příklad:
Čistý zisk = Průtok – Provozní náklady ROI = (Průtok – Provozní náklady) / Zásoby Žádoucí pohyb metrik je zobrazen na následujícím obrázku.
Čistý zisk
ROI
Cash flow
Současně
Zásoby Průtok
Provozní náklady
Obr. 8 Finanční a provozní metriky používané při dosahování podnikového cíle [Basl03 (STG)]
Martin Panuška
25
Oblasti aplikace metody V kapitolách o metodách MRPII a Just in Time jsme se věnovali zejména jejich aplikaci v oblasti plánování a řízení výroby a v tomto trendu budeme pokračovat i kapitole o TOC. Teorie omezení však není konstruována pouze pro použití v rámci plánování a řízení výroby, tvoří spíše jakýsi rámec pro jednotlivé konkrétní aplikace v různých oblastech lidské činnosti. Je spíše návodem, filozofií, než konkrétním postupem. Lze vymezit následující možnosti použití:
Oblast prodeje a marketingu Oblast podnikových financí – průtokové účetnictví Oblast distribuce podniku Oblast plánování a řízení výroby – metody Drum Buffer Rope a OPT Oblast projektového řízení – metoda Kritického řetězu (CCPM19) Oblast podnikových informačních systémů ERP20 2.5.3 Five Focusing Steps „Five Focusing Steps“ je anglický výraz pro princip pěti kroků zlepšení používaný metodou TOC. Tento princip je zahrnut ve všech oblastech aplikace metody a představuje jasný návod, jak naložit s podnikovým omezením. Permanentním opakováním těchto kroků má být dosaženo procesu trvalého zlepšování, o čemž pojednává již zmíněná Goldrattova kniha „The Goal: A Process of Ongoing Improvement“. Ukažme si nyní posloupnost pěti kroků pomocí diagramu.
1. Identifikace omezení systému
2. Maximální využití daného omezení
3. Podřízení celého systému tomuto omezení
4. Zvýšení propustnosti omezení systému
5. Je v systému další omezení?
+
– Management, resp. jeho lhostejnost, se nesmí stát novým omezením
Obr. 9 Posloupnost kroků v principu „Five Focusing Steps“
19 20
Critical Chain Project Management Diskutovaná v Goldrattově knize Jak vzniká zisk (Necessary But Not Sufficient)
Martin Panuška
26
Činnosti uplatňované v jednotlivých krocích budou nyní popsány. Identifikace omezení systému Každý systém je omezen. Půjdeme-li do detailu, je tento fakt dán již termodynamickými zákony. Jak již bylo řečeno výše, můžeme omezení rozdělit dle dvou kriterií – podle lokace a podle povahy. Podle lokace rozeznáváme omezení uvnitř a vně organizace (interní a externí), podle povahy pak omezení hmotná (fyzická) a nehmotná.
Na první pohled se může zdát, že v systému existuje dokonce více než jedno omezení, ovšem tento stav je vysoce nepravděpodobný. V jiném případě se může zdát, že úzké místo v systému „cestuje“. Potom může být omezením chybné plánování či nastavení procesních a přepravních dávek. Úzké místo je možné identifikovat:
Analýzou firemních procesů Analýzou firemních nařízení (řádů, směrnic, závazných postupů, …) Analýzou trhu Komunikací s pracovníky na operační úrovni Pomocí jasných identifikátorů (vysoká nákladovost, poruchovost, …) Tak lze rozlišit principiálně tři druhy omezení – tržní omezení je dáno vnějšími faktory (např. trh je příliš malý na to, aby dokázal vstřebat celou produkci firmy), rozhodovací omezení (například nařízení o maximální a minimální velikosti zásob) a vnitřní omezení, jež se váže k samotné produktivitě některé složky systému. Maximální využití daného omezení V tomto kroku jde o maximální využití daného omezení s přidělenými (takovými, jaké byly do té doby obvyklé) kapacitami. Produktivita omezení může být plýtvána na výrobu nevhodných výrobků nebo zkrátka špatným plánováním a řízením úzkého místa.
Jak již bylo řečeno, ztráta na úzkém místě je ztrátou celého systému a tak je nezbytně nutné, aby byl pro omezení připraven ten správný výrobní mix a výroba probíhala plynule a bez odstávek. Prvním krokem k maximálnímu využití omezení je tak nastavení vhodného produktového mixu, který kapacita úzkého místa zpracovává21. Dále je třeba zjistit, jak je skutečně omezení využíváno – to je samozřejmě úzce vázáno na činnost daných pracovníků. Kolik času spotřebuje přestávka na oběd, úklid po práci, střídání směn? Mnoho užitečných postupů k ochraně výrobních zařízení bylo uvedeno již v kapitole o JIT a lze je s výhodou použít i k udržování úzkého místa v bezchybném a bezporuchovém stavu (snižování času na seřízení, prevence, kontroly atd.). Podřízení celého systému tomuto omezení Přizpůsobení systému omezení je netěžší, ale také nejdůležitější krok. V mnohém souvisí s tím, co už bylo řečeno v předchozích odstavcích. Přesto však nemusí být tento krok zcela jasný. Připomeňme si tedy nejprve jaký problém sužuje většinu výrobních firem – lokální optimalizace. Dochází k lokální maximalizaci užitku a dle úspěšnosti prováděné maximalizace bývají zodpovědní pracovníci odměňováni. Teorie omezení však říká, že prospěch z maximalizace produkce na neúzkém místě je bludem. Jak však bude management nahlížet na pracoviště, které není úzkým místem a vyrábí podle taktu omezení, když toto pracoviště bude vykazovat třeba 60% výkonnost? Takové výkazy budou důsledkem starých metrik, které měří výkonnost podílem skutečné a potenciální produktivity. Proto je nutné změnit buď způsob měření výkonnosti pracovišť, nebo způsob uvažování managementu a vedoucích jednotlivých oddělení. Taktéž je nutné zabránit tomu,
21
Dobrý příklad k tomuto doporučení je možno nalézt v publikaci [Basl02, str. 97].
Martin Panuška
27
aby byla špatně chápaná nízká efektivnost řešena přeskupováním pracovních sil – tím by mohlo dojít pouze ke vzniku dalšího omezení nebo narušení stability systému. Krok 3 přináší rovněž problémy čistě „lidského“ významu. Jak odměňovat pracovníky na úzkém místě, mnohem vytíženější než na pracovištích, která nejsou omezením? Do jaké míry kontrolovat práci na úzkém místě? Jak trestat překročení výrobního tempa, definovaného úzkým místem, pracovníky neúzkých pracovišť, když tato jejich činnost vede k negativním efektům vyšší rozpracovanosti a nákladů? Posledním problémem je řízení organizace na základě nákladového účetnictví, které jde proti principům teorie omezení. Zvýšení propustnosti omezení systému Tento krok bývá zaměňován s krokem 2. Zvýšení propustnosti však v tomto smyslu znamená něco jiného. Provedení prvních tří kroků by nám mělo napovědět, jestli není potřeba zvýšit kapacitu předmětného omezení. Může se jednat o dodání pracovní síly, přikoupení nového stroje nebo vylepšení starého, změnu povahy kvantitativní (počet strojů) i kvalitativní (rychlost zpracovávání). Je také možné část úkolů směřovaných na omezení převést na jiné pracoviště, které není úzkým místem. Návrat k prvnímu kroku Posledním krokem je vlastně návrat k prvnímu a opakování celého procesu. Pokud byla ve čtvrtém kroku kapacita navýšena více, než bylo nutné, pravděpodobně se v systému objevilo nové omezení, které je třeba řešit. Tento krok rovněž zajišťuje onen proces trvalého zlepšování, ovšem aby byl tento cíl naplněn, je nutné zabránit lhostejnosti či nezájmu, který může vzniknout po úspěšném a třeba vyčerpávajícím řešení posledního omezení.
2.5.4 Drum Buffer Rope – řízení výroby podle TOC TOC má řadu použití a byla vyvinuta řada postupů, jež uspokojuje potřeby mnoha oblastí. Drum Buffer Rope (česky Buben Zásobník Lano) je postup, který je uplatňován v případě řízení výroby. Jedná se o praktickou aplikaci principů Teorie omezení ve výrobním prostředí. Lze však samozřejmě nalézt i určité vazby na jiné postupy, zejména je patrná podobnost s řízením projektů podle metody Kritického řetězu (CCPM). Přejděme však k samotnému popisu tohoto přístupu. Metodu Drum Buffer Rope lze stručně charakterizovat následovně [Basl03]: 1) Vytvoření hlavního plánu výroby pro kritické místo výroby (drum, buben) 2) Ochrana propustnosti výroby před nevyhnutelnými problémy umístěním časových zásobníků práce před relativně malé množství pracovišť ve výrobě (buffer, zásobník) 3) Odvození práce všech nekritických pracovišť od kritického pracoviště (rope, lano) Stavba systému podle DBR Stavbu systému výroby, zásobníků, toků a operací si znázorníme pomocí jednoduchého obrázku. Původní stav systému před zavedením DBR:
Sklad materiálu
Operace 1
Operace 2
Operace 3
Operace 4
Obr. 10 Původní stav systému před zavedením DBR
Martin Panuška
28
A nyní již stav po implementaci metody DBR:
Drum Sklad materiálu
Operace 1
Operace 2
Buffer
Operace 3
Operace 4
(UM)
Rope
Obr. 11 Stav systému po zavedení metody DBR
Na prvním obrázku vidíme systém jak byl zmapován – známe posloupnost jednotlivých operací. Neznáme však ještě úzké místo a není tedy možné implementovat principy TOC. Druhý obrázek představuje etapu, kdy úzké místo již bylo identifikováno (operace 3) a metodou DBR ošetřeno. Operace 3 se stala bubnem, který udává takt celé výrobě. Buben – úzké místo – byl ošetřen předřazeným zásobníkem. Rovněž byl zaveden nástroj lana, díky němuž si kritické místo dle potřeby „tahá“ suroviny z předcházejících operací a informuje je o tempu výroby. Toto lano je vázáno na obsah zásobníku, protože právě jeho vyčerpanost je indikátorem zdraví celého systému. Drum – buben Bubnem je nazýváno kritické pracoviště (omezení, úzké místo nebo také CCR22). V kontextu metody DBR se jedná de facto o výrobní plán podobný MPS, jak jsme ho poznali v kapitole věnující se MRPII. Na rozdíl od MRPII však TOC nevnímá MPS jako plán založený na požadavcích zákazníka, čímž se tento podle kusovníku rozpadá na plánování výroby a dostupnosti jednotlivých složek produktu, ale jako výrobní plán odvislý od kapacity kritického pracoviště. Tím odpadá nevýhoda MRPII spočívající v tzv. plánování do neomezených zdrojů.
Sestavení plánu předchází analýza produktového mixu, časů potřebných na práci na kritickém pracovišti, ujištění, že toto pracuje 100% času, nastavení priorit výroby, procesních a přepravních dávek a další z filozofie TOC a DBR vyplývající předpoklady. K naplánování jednotlivých činností v rámci omezení je rovněž možné použít nástroje známé z projektového managementu, například Gantův diagram. Tak je možné, po sestavení MPS pro úzké místo (a tím pro celou výrobu, protože omezení diktuje výkonnost celého výrobního podniku), nastavit ochranné zásobníky – buffery – a odvodit termíny pro uvolňování materiálu do výroby – rope. Buffer – zásobník V systémech optimalizujících lokálně je zvykem udržovat vysoké skladové zásoby. Vždyť každé pracoviště musí pracovat na maximum, a tak je potřeba ho ochránit před výpadky dodávek. Avšak přístup DBR ochranné zásoby před každým pracovištěm zavrhuje. Jediné pracoviště, udávající takt výroby všem dalším, pracující na 100 procent, je pracoviště kritické a pouze to je třeba chránit zásobníkem23. Všechna ostatní pracoviště jsou schopna generovat více výrobků za jednotku času, a proto dochází k aplikaci zásobníku především před úzkým místem. Během výroby může dojít k těmto poruchám či výpadkům:
22
Critical Constraint Resource Zásobník bývá v terminologii TOC často nazýván i nárazníkem, což je také skutečný význam anglického termínu Buffer.
23
Martin Panuška
29
1) Před úzkým místem – právě v tomto případě se ukáže, jak je zásobník před omezením důležitý. K opravě stroje musí dojít samozřejmě před jeho vyčerpáním. 2) Porucha úzkého místa – ačkoli veškerá snaha managementu firmy by měla směřovat k prevenci této události, je možné, že k poruše přesto dojde. V takovém případě se hodí i menší zásobník na výstupu z kritického pracoviště. 3) Za úzkým místem – v takovém případě musí být kritické pracoviště stále schopno generovat výrobky. V této činnosti by mu neměl zabránit ani nedostatek skladovacího prostoru za úzkým místem. Určitě se také bude hodit zásobník zřízený pro případ poruchy úzkého místa. Protože pracoviště za úzkým místem nejsou kritická, doženou po opravě vzniklou časovou ztrátu. Bývá vytvářen i zásobník před vstupem materiálu do výroby a tzv. expediční zásobník nacházející se na výstupu. Zásobníky obecně a zejména zásobník před úzkým místem je po své aplikaci užitečným diagnostickým nástrojem zdraví celého výrobního systému. Aby však plnil tuto funkci, je nutné ho nejprve správně nastavit. Co znamená, je-li zásobník stále 100% plný? Je to dobrá zpráva – vše je v pořádku – a nebo to znamená, že je třeba něco změnit? Stoprocentní naplněnost zásobníku skutečně není ideální – ukazuje na malé riziko spojené s fluktuací dodávek a tedy, že takto velký zásobník není nutný. Nízká naplněnost zásobníku zase svědčí o nebezpečí nedostatečného materiálového zajištění úzkého místa. Je tedy nutné vždy nalézt vhodný kompromis. Mohlo by se zdát, že v této věci může pomoci optimalizací operační výzkum a statistické metody, publikace [Basl03] se však vyjadřuje takto: „Teoreticky lze velikost zásobníku matematicky spočítat na základě detailní znalosti typu fluktuace a její směrodatné odchylky v dané oblasti výroby. V praxi je to ovšem prakticky nepoužitelné.“ Rope – lano Proveďme nejprve malou rekapitulaci. Zatímco Drum představuje hlavní plán výroby, respektující požadavky trhu i omezení systému, zásobníky poskytují jistotu plnění dodacích lhůt a taktéž konstantní, plynulý tok celou výrobou, odolný proti disrupcím a fluktuacím dodávek. Lano po zajištění obou uvedených instrumentů slouží k řízení ostatních nekritických pracovišť, aby jejich práce odpovídala výrobnímu plánu stanovenému podle možností úzkého místa. Můžeme si tedy představit, že lano spojuje předřazený zásobník kritického pracoviště se vstupem materiálu do výroby. Materiál pak bývá vpouštěn na nekritická pracoviště podle potřeb kritického zdroje, respektive podle naplněnosti zásobníku. Jedná se o uplatnění „pull principu“ jak byl uveden v kapitole o metodách obecně.
Opět se vrátíme k problému lokální optimalizace. MRPII zaměřuje svou pozornost na plánování činnosti každého pracoviště. Plán bývá velmi podrobný, ale někdy nerealistický – vzhledem k množství dávek, jež mají být zpracovány ve stejný čas apod. Mechanismus lana se pokouší řídit pouze několik málo pracovišť, jejichž bezchybný chod je pro úzké místo nezbytný. Nástroj lana také usiluje o co nejmenší objem informací nutných pro řízení nekritických pracovišť. Například posloupnost zpracování dávek není zvlášť plánována a je řízena jednoduchým principem FIFO (first in – first out). DBR a Five Focusing Steps Srovnáním odstavce o Five Focusing Steps a metody DBR dojdeme zákonitě k závěru, že implementace DBR pro určité kritické pracoviště je pouze dočasným řešením, než se naplní oněch pět kroků zlepšení. Ovšem vzhledem k tomu, že cyklus pěti kroků není patrně otázkou krátkého časového úseku, dojde jak na implementaci DBR (což je první etapa), tak pak k následnému managementu výroby podle DBR (druhá etapa). Tento stav bude platit tak dlouho, než se úzké místo změní, nastane nový cyklus pěti kroků zlepšení a metoda DBR bude znovu zaváděna pro nové omezení.
Martin Panuška
30
2.5.5 Shrnutí k metodě TOC Z uvedených principů Teorie omezení je znát, že je metodou nejmladší. Je zřejmé, že optimalizační přístupy zaměřené na management podle úzkého místa jsou inspirovány nedostatky metody starší – MRPII. Rovněž je patrné, že mnoho principů TOC pramení z ověřených postupů metody Just in Time. Obecně lze říci, že hlavní přínos TOC, potažmo DBR, spočívá v odklonu od optimalizace lokálního charakteru. Management společnosti podle přístupu globální optimalizace, se všemi jejími důsledky, se totiž jeví jako mnohem efektivnější.
2.6 Metody operačního výzkumu 2.6.1 Původ a vymezení metody Metody jmenované v předchozích kapitolách – MRPII, JIT a TOC – jsou v systémech ERP zahrnuty jaksi samozřejmě – vnímáme je jako filozofie plánování, řízení a optimalizace výroby, které jsou součástí těchto systémů. Metody operačního výzkumu však stojí spíše mimo pozornost systémů ERP. Částečně je tento fakt dán jiným – obecnějším – pojetím této vědecké disciplíny, ne tak striktně orientovaným na řízení výroby. Částečně pak, oproti jmenovaným metodám, i nejasným, nespecifikovaným vztahem k práci s podnikovou databází. Přesto však lze jistě mezi disciplínami operačního výzkumu najít vhodné postupy pro oblast metod používaných ERP. Počátek rozvoje operačního výzkumu spadá do 30. a 40. let dvacátého století a je spjat především s pracemi G. B. Dantziga a nositele Nobelovy ceny za ekonomii L. V. Kantoroviče24. Název operační výzkum byl poprvé použit v období druhé světové války, kdy byl ve velké míře a s úspěchem použit Velkou Británií a USA k analýze složitých strategických a taktických vojenských problémů a operací. I po válce ovšem dochází k rozvoji metod operačního výzkumu a k realizaci nových postupů, jež během války nebyly potřebné, přičemž některé metody vznikly až na základě konkrétních praktických ekonomických studií. Operační výzkum (jako anglické ekvivalenty tohoto termínu lze uvést operations research nebo operational research) můžeme charakterizovat jako „vědní disciplínu, nebo spíše soubor relativně samostatných vědních disciplín, které jsou zaměřeny na analýzu různých typů rozhodovacích problémů“ [Jabl02]. Operační výzkum se tedy zabývá analýzou a výzkumem operací v rámci nějakého systému. „Cílem je přitom stanovit takovou úroveň provádění těchto operací nebo jejich vzájemný vztah tak, aby bylo zajištěno co možná nejlepší fungování celého systému.“ [Jabl02] Pro posouzení toho, zda došlo ke zlepšení či zhoršení fungování je přitom nutno stanovit určitá kritéria a metriky (často změna zisku, změna nákladů). Operační výzkum se tedy de facto zabývá nacházením optimálního nastavení systému při respektování celé řady omezení, kterými můžou být omezené lidské zdroje, kapacita stroje, disponibilita zásob apod. Disciplíny operačního výzkumu Operační výzkum nachází v současné době uplatnění v řadě oblastí. Pro každou oblast je přitom typický často zcela specifický přístup. Některé disciplíny již tvoří dokonce samostatné vědní obory a bylo by o nich možno napsat mnoho. Shrňme proto oblasti aplikace myšlenek operačního výzkumu jen velmi zběžně.
24
Mezi další, kdo se zasadili o vývoj této disciplíny, patří P. M. Morse, G. E. Kimball, R. L. Ackoff a C. W. Churchman. [Laub90]
Martin Panuška
31
Oblasti aplikace přístupů operačního výzkumu:
Matematické programování (lineární a nelineární programování) Vícekriteriální rozhodování Teorie grafů (např. v projektovém managementu používané CPM/PERT) Teorie zásob Teorie hromadné obsluhy (jinak nazývaná teorie front) Modely obnovy Markovovy rozhodovací problémy Teorie her Simulace Pro účely naší práce vyzdvihneme zejména dvě oblasti – teorii zásob a lineární programovaní.
2.6.2 Vybrané metody operačního výzkumu Economic order quantity V kapitolách o metodách používaných systémy ERP již bylo řečeno, jaké obtíže při správě zásob mohou vznikat. Pro účely výroby je potřeba správně nastavit práci se skladem a ustavit formu komunikace s dodavatelem. Zatímco v metodách MRP, JIT a TOC je problematika zásob vykládána spíše měkce, v operačním výzkumu se, s ohledem na povahu této disciplíny, pokusíme o formálnější, exaktně pojatý výklad.
V řízení zásob jsou především sledovány náklady, které jejich držba přináší:
Náklady na skladování – náklady vyplývající z držení zásob, ať už jde o fyzické náklady spojené s nutností zajištění skladovacích prostor, či o náklady plynoucí z existence vázaného kapitálu (náklady příležitosti).
Náklady pořizovací – jedná se o náklady na pořízení dodávky. Je jimi myšlena cena za dopravu, naložení, vyložení apod. (nikoliv cena za dodávané zboží). S odkazem na velikost výrobní dávky a s tím související potřeby určité výše zásob však můžeme hovořit i o nákladech na seřízení (čím více seřizování, tím menší dávky a tím menší potřebné sklady).
Náklady z nedostatku zásob – ty mohou podniku vzniknout při neschopnosti plnit své závazky z důvodu nedostatku materiálu. Mohou mít formu penále, ušlého zisku apod. Z uvedeného výčtu vyplývá pro management zásadní otázka – jak často navyšovat skladové zásoby, aby náklady na skladování ani pořízení nebyly příliš vysoké? Přitom je zřejmé, že zatímco náklady pořizovací jsou přímo úměrné frekvenci dodávek, náklady na skladování jsou úměrné nepřímo. Ukažme si proto jednoduchý modelový příklad práce se zásobami (obr. 12). Na obrázku vidíme jak v průběhu času vždy dochází k jednorázovému naskladnění materiálu, který je pak po delší časový úsek spotřebováván. Průměrný stav zásob tvoří přitom polovinu maximální velikosti zásoby.
Martin Panuška
32
stav zásob
doplnění skladu
čerpání zásob
průměrný stav zásob
q q/2 čas
Obr. 12 Cykly dodávek materiálu na sklad
Problematika, kterou tento odstavec zpracovává, se týká výpočtu optimální velikosti objednávky. Vzhledem k tomu, že objednávka je často závislá na velikosti výrobní dávky, jde i o výpočet této proměnné. Je možné uplatnit i opačný přístup, kdy je od objednávky odvozena velikost výrobní dávky. Postup řešící tento úkol je znám již od roku 1915 jako tzv. Wilsonova-Harrisonova úloha. Jako anglické ekvivalenty pro tento model jsou používány „economic order quantity“ (EOQ), řidčeji „economic batch quantity“ (EBQ). Jeho základní předpoklady jsou [Jabl02]:
Poptávka je známá a konstantní. Čerpání zásob ze skladu je rovnoměrné. Pořizovací lhůta dodávek je známá a konstantní. Velikost všech dodávek je konstantní. Nákupní cena je nezávislá na velikosti objednávky (neuvažují se množstevní slevy).
Není připuštěn vznik nedostatku zásob (k doplnění skladu dochází v okamžiku jeho vyčerpání).
K doplnění skladu dochází v jednom časovém okamžiku. Jak již bylo uvedeno, základní otázkou je, jak často doplňovat sklad, případně jaká má být velikost jedné dodávky. Operační výzkum přistupuje k řešení pomocí matematiky a vyjadřuje celkové náklady na zásoby takto:
N (q ) = c1
q Q + c2 , 2 q
kde c1
jsou jednotkové náklady na skladování za rok,
c2
jsou pořizovací náklady jedné dodávky,
q
je velikost jedné dodávky,
Q
je velikost poptávky za rok,
q/2
je průměrná velikost zásoby,
Q/q
je počet dodávkových cyklů.
Martin Panuška
33
Výši nákladů z uvedeného vztahu lze ovlivňovat pouze volbou q, tedy optimální výše dodávky. To je tedy jediná proměnná modelu. Funkce N(q) se skládá ze dvou dílčích funkcí. První z nich, c1(q/2), je lineární a vyjadřuje přímou úměru nákladů na skladování na objemu dodávky q. Druhá, c2(Q/q), vyjadřuje nepřímou závislost nákladů na pořízení na objemu dodávky a má proto tvar hyperboly.
Obr. 13 Grafické znázornění nákladové funkce N(q)25
Na obrázku 13 vidíme náklady na skladování – držbu zásob (holding costs), náklady na pořízení (ordering costs) a celkové náklady (total cost). Je rovněž označena optimální velikost dodávky (economic order quantity) a jí odpovídající minimální náklady. Můžeme se přesvědčit, že výpočet optimální velikosti dodávky je jednoduchým matematickým počtem – stačí znát minimum celkových nákladů N(q). Položme tedy první derivaci vztahu rovnu nule:
dN c1 c 2 Q = − 2 =0 dq 2 q a řešme získanou rovnici pro neznámou q (stacionární bod). Jako výsledek dostaneme:
q opt =
2Qc 2 , c1
což je optimální výše dodávky. Druhá derivace funkce N(q) v bodě qopt je totiž kladná a funkce N(q) má tím pádem v tomto bodě své minimum. 25
Zdroj: http://en.wikipedia.org/wiki/Economic_order_quantity
Martin Panuška
34
Optimální délku dávkového cyklu topt lze po úpravě vyjádřit takto:
t opt =
2c 2 q opt = . Q Qc1
Z vypočtené optimální výše skladových zásob následně vyplyne tzv. bod znovuobjednání. Ten nám říká, při jaké výši skladových zásob je třeba vystavit objednávku, aby nová materiál dorazil včas – v požadovaném okamžiku navýšení zásob. Je zřejmé, že tento bod závisí na lhůtě dodání pořizovaného materiálu. Vysvětlili jsme tedy výpočet optimální velikosti dodávky a tudíž i frekvenci těchto dodávek. Nutno dodat, že se jedná pouze o jednoduchý model a z hlediska operačního výzkumu zdaleka nepokrývající šířku této problematiky. Uvažovaný model byl deterministický, operační výzkum však pracuje i s modely stochastickými. Neuvažovali jsme možnost záporného skladu (ve výši neuspokojené poptávky při nulových zásobách) a s tím související pojistné zásoby ani další metody spadající již do oblasti statistiky. Lineární programování „Lineární programování je disciplína operačního výzkumu, která se zabývá řešením rozhodovacích problémů, ve kterých jde o určení intenzit realizace procesů, které probíhají nebo mohou probíhat v daném systému. Je přitom třeba respektovat všechny podmínky, které realizaci těchto procesů ovlivňují, a najít takové řešení, aby byl cíl rozhodování splněn co nejlépe.“ [Jabl02] Programování zde znamená vytváření programů (scénářů), je spíše synonymem pro plánování. Slovo lineární vyjadřuje, že všechny matematické funkce použité v rámci modelu jsou funkcemi lineárními.
Celý systém pracuje na základě následujících faktů:
Je známo, co je cílem – maximalizace nebo minimalizace nějaké veličiny. Je známo, co proces utváření této veličino ovlivňuje. Je známo, jaký je vztah mezi těmito ovlivňujícími činiteli a jaké je jejich omezení.
Mějme materiál A a B, přičemž jeho disponibilita je 200, resp. 300kg. Víme že na výrobek X je třeba 5kg materiálu A a 0,8kg materiálu B. Na výrobek Y pak 4kg a 2kg a na výrobek Z 30kg a 9kg. Dále víme, že cena výrobku X je 100Kč, výrobku Y 75Kč a výrobku Z 1750Kč. Cílem je naplánovat produkci tak, abychom maximalizovali celkovou tržbu. Z uvedeného víme, co je cílem, víme že tento cíl ovlivňují ceny výrobků a kolik jich bude prodáno. Prodáno jich nebude víc, než dovolí zásoba materiálu. Cílem je tedy prodat co nejvíc těch výrobků, z kterých plyne vysoká tržba a přitom mají nízkou spotřebu materiálu. Nejprve zapíšeme omezující podmínky. 1)
Spotřeba materiálu A nemůže být vyšší než kapacita: 5X + 4Y + 30Z ≤ 200 .
2)
Spotřeba materiálu B nemůže být vyšší než kapacita: 0,8X + 2Y + 9Z ≤ 300 .
Účelová funkce vypadá pak následovně: z = 100X + 75Y + 1750Z .
…pokračování na další straně…
Martin Panuška
35
Po provedení výpočtu (například v systému Lingo) vychází (při zachování celočíselnosti – chceme mít celé kusy výrobků) následující optimální výrobní program:
budou vyrobeny 4 kusy výrobku X (X=4),
výrobky Y se vyrábět nebudou (nevýhodný poměr ceny a spotřeby materiálu),
výrobků Z se bude vyrábět 6 kusů (Z=6),
celková tržba tak při tomto programu bude činit 10900Kč.
Příklad 1 Příklad k lineárnímu programování
Na základě těchto znalostí je z ekonomického vytvořen matematický model zahrnující konstrukci účelové (kriteriální, cílové) funkce a omezujících podmínek. Účelová funkce má podobu lineární rovnice, omezující podmínky lineárních rovnic a nerovnic. Jednoduchá úloha lineárního programování je řešena v příkladu 1. Nejsou-li v úloze lineárního programování definovány více než tři strukturní proměnné, je možné pro nalezení optima použít grafické řešení. Pokud jsou proměnné pouze dvě, lze celý problém znázornit v rovině. Toto omezení počtu proměnných je však pouze ilustrační, protože praktické úlohy obsahují zpravidla proměnných v řádu desítek, stovek i tisíců. Konstrukci grafického řešení ukazuje obrázek.
kusů výrobku X omezení B
omezení A bod optima omezení C kusů výrobku Y účelová funkce
Obr. 14 Grafické řešení úlohy lineárního programování
Na obrázku vidíme množinu přípustných řešení (šedý pětiúhelník). Ta představuje průnik omezujících podmínek A, B a C (při zachování podmínky nezápornosti). Protože všechny podmínky jsou typu „menší nebo rovno“, platí tyto od počátku do hraniční čáry včetně. Účelová funkce nabývá podobu izokvanty. Bodem optima je pak průsečík množiny přípustných řešení s nejvyšší izokvantou účelové funkce. Je však možné, že výsledným optimálním řešením nebude pouze jeden bod, ale úsečka. Pak má úloha nekonečně mnoho optimálních řešení. Další možností je účelová funkce v nekonečnu, která nastává, pokud není funkce shora omezená množinou přípustných řešení. Neomezená účelová funkce však spíše znamená, že model nezahrnuje všechny podstatné činitele, případně, že nebyl správně sestaven. Poslední možnost představuje varianta, kdy optimální řešení neexistuje z důvodu neexistence přípustného řešení.
Martin Panuška
36
Úlohy lineárního programu jsou v současné době řešeny pomocí optimalizačního software, který dokáže v krátkém čase vypočítat optimální řešení pro systém s třeba tisíci navzájem provázanými omezujícími podmínkami. Alternativně je možné úlohu počítat ručně pomocí simplexové metody. Problematika lineárního programování zde byla pojata velmi stručně. Vůbec jsme se například nevěnovali analýze citlivosti optimálního řešení. Celistvé probrání této látky by však zabralo mnoho stran a ani není pro účely této práce nutné.
2.6.3 Fáze aplikace operačního výzkumu Aplikace operačního výzkumu se zpravidla skládá z několika základních, na sebe navazujících fází, které si znázorníme obrázkem a popíšeme. Fáze aplikace operačního výzkumu [Jabl02]:
Identifikace problému v rámci reálného systému a jeho definice – jedná se o nejpodstatnější krok, je nutné odhadnout potřebu modelového přístupu.
Implementace
Identifikace problému v reálném systému
Ekonomický model
Matematický model
Řešení matematického modelu
Interpretace a verifikace
Obr. 15 Fáze při aplikaci operačního výzkumu [Jabl02]
Formulace ekonomického modelu daného problému – jedná se o zjednodušený popis reálného systému. Ukazuje pouze na nejpodstatnější prvky a vazby mezi nimi. Obsahuje především cíl analýzy (určení cílového stavu modelovaného systému), popis procesů (výčet reálných aktivit, které v systému probíhají a s jakou intenzitou), popis činitelů ovlivňujících provádění procesů (spotřeba omezených zdrojů, požadavky na minimální a maximální produkci…), popis vzájemného vztahu mezi procesy, činiteli a cílem analýzy.
Formulace matematického modelu daného problému – zatímco ekonomický model je jakýmsi slovním a numerickým popisem problému, podobně jako slovní zadání
Martin Panuška
37
úlohy v matematice, představuje matematický model formalizaci tohoto popisu. Matematický model je potom řešitelný standardními postupy.
Řešení matematického modelu – je v podstatě technickou záležitostí – použitím vhodného matematického postupu. Většina těchto postupů je již dnes zpracována softwarově.
Interpretace výsledků a verifikace – výsledky získané analýzou je nutné správně pochopit. Následně je ovšem třeba provést verifikaci získaných výsledků – řešení modelu může být sice optimální, ale pokud byla zanedbána prvotní analýza reálného systému a opomenuty některé jeho významné parametry, může být řešení v praxi nepoužitelné.
V případě úspěšné verifikace je možné přistoupit k samotné implementaci dosaženého řešení. Změna se pak zákonitě projeví v ekonomickém a dalších modelech. Jak můžeme vidět, nejsou fáze aplikace operačního výzkumu zcela nepodobné pěti krokům zlepšení, jak je známe z Teorie omezení. Mimo jiné se této zajímavé analogii budeme věnovat v následující kapitole.
Martin Panuška
38
3 Srovnání a možnosti integrace
3.1 Metody MRPII, JIT a TOC Metody používané v systémech ERP nejsou dnes pochopitelně používány zcela odděleně. Je to dáno nejen jejich datem vzniku a tedy vzájemným prolínáním v průběhu desetiletí, ale i jejich rozdílným, v lecčems užitečným přístupem. Mnohá porovnání a možnosti integrace byla provedena již v kapitolách o samotných metodách. Přesto zkusme metody porovnat ještě jednou, obecněji a celistvěji.
3.1.1 Optimalizace versus plán Obecně je těžké říci, zda některá metoda představuje přístup čistě optimalizační nebo plánovací. Bezesporu jsou však mezi jmenovanými metodami rozdíly. MRPII je založen na plánu. Oproti svým předchůdcům v managementu výroby bychom tento přístup mohli označit za, v jistém smyslu, optimalizační – zejména v oblasti řízení zásob a dodacích lhůt. Ovšem vzhledem k tomu, že postup MRPII je dnes již považován za jakýsi standard, budeme jej považovat za plánovací. Existence kusovníku, plánovaných pevně stanovených dodacích lhůt a průběžných dob výroby, letmé mapování kapacit a jejich přiřazení konkrétní operaci – vše podléhá plánu výroby, ten je zde určující. Tato charakteristika snad vyplývá již ze závěrů kapitoly o MRP a MRPII. Just in Time představuje především v oblasti řízení zásob určitou optimalizaci. V oblasti zacházení s lidskými zdroji lze také hovořit o optimalizaci. I celá výroba je uzpůsobena tak, aby mohl proud výrobků snadno projít celým zpracováním. Je však nutné podotknout, že JIT se hodí právě pro výroby souvislé, nepřerušované. Těžko si však lze přestavit existenci JIT bez sebemenšího plánování, orientovaného na správu zákaznických požadavků, dodavatelských pohledávek, seřizování strojů. Ideální proces podle JIT by se však měl obejít i bez toho. TOC přístup podle pěti kroků zlepšení, aplikovaný formou metody Drum Buffer Rope, znamená pro systém určitě optimalizaci – a to permanentní. Identifikace úzkého místa, naplánování výroby podle možností tohoto kritického pracoviště, omezení zásob a tvorba předřazeného zásobníku, pull princip aplikovaný pomocí lana v metodě DBR. To vše představuje optimalizaci výroby. Po aplikaci postupů Drum Buffer Rope následuje DBR management, který však již lze považovat za plánovací – řízení se děje na základě MPS stanoveného pro identifikované omezení.
3.1.2 Přímé srovnání metod Nyní se zaměřme na srovnání metod formou „jeden na jednoho“. Následně pak bude pojednáno o metodách obecně. MRPII a JIT Filozofie JIT je značnou měrou orientována na redukci zásob a uzpůsobení pracovišť tak, aby jich nebylo vůbec třeba a zároveň výroba probíhala plynule a bez zpoždění způsobených poruchami strojů. Podrobnosti jsou uvedeny v kapitole o JIT. Ideálně by se taktéž mělo jednat o přístup
Martin Panuška
39
nevyžadující žádné, nebo jen malé plánování. Oproti tomu je filozofie MRPII orientována čistě na plán. Na rozdíl od JIT se zabývá především dávkovou výrobou – pracoviště jsou kvůli tomu spíš než jako samostatné celky zpracovávající výrobek po delší dobu a s pomocí několika strojů strukturována jako oddělení zabývající se zpracováním výrobku pomocí strojů stejné kategorie. Zatímco tak v JIT je pracovník na určitém pracovišti rozvíjen v několika činnostech, v MRP je úzce specializován v jedné činnosti – to je aspekt týkající se řízení lidských zdrojů, na který je v JIT brán mnohem větší zřetel26. Další rozdílnosti lze shrnout do jednoduché tabulky. JIT
MRPII
Zásoby a fronty
Klesají. Nulové zásoby a fronty jsou hlavním cílem metody JIT.
Rostou. Zásoby a fronty chrání plán proti chybám v prognózách, nespolehlivosti dodavatelů a poruchám.
Seřizování
Věnována velká pozornost. Nejsou-li zásoby, je nutné, aby seřízení nebylo tím, co produkci výrazně zpozdí. taktéž je tím umožněna výroba v malých dávkách.
Není prioritou. Rychlé seřízení je sice přínosem, ale není mu věnována taková pozornost jako maximalizaci produkce.
Údržba
Permanentní. Je nutné předcházet poruchám.
Ad-hoc. Vysoké zásoby pokryjí případný výpadek.
Dodavatelé
Spolupráce především. Dodavatel je téměř částí firmy. Důležitá je vysoká spolehlivost a oboustranná loajalita. Často je sdílen i plán dodávek.
Chladný vztah. Je důležité mít více potenciálních dodavatelů a z těch vybírat.
Dodací lhůty
Zkracování časů. Přerušení dodávek je předcházeno prevencí. Krátké časy také zajišťují plynulost.
Lepší delší. Pracovníci nejsou stresováni malým disponibilním časem, proto volí radši delší časy, které pak vyčerpají27.
MRPII a TOC Rozdílnost metod MRPII a TOC je jasná – zřetelně vyplývá z kapitol věnujících se těmto metodám. Teorie omezení přináší pro metodu MRPII řadu výhod – snížení a zúčelnění zásob, identifikace primární oblasti zájmu managementu – úzkého místa, zjednodušení plánování tím, že dochází k podrobnému plánování pouze na úrovni kritického pracoviště, nikoli na úrovni celého systému. Taktéž odhled od nákladového účetnictví jako nástroje řízení podniku, jež způsobuje orientaci na lokální optimalizaci ve výrobě. Filozofie TOC byla vystavěna především se záměrem přinést managementu podniků lepší nástroj řízení, než jakým je MRPII a zdá se, že tento svůj účel plní. TOC a JIT Obě metody identifikují snižování zásob jako jeden z hlavních cílů. Obě metody si taktéž kladou za cíl vydělávání peněz „now and in the future“. Obě obracejí pozornost na člověka a měkké problémy s ním spojené se pokoušejí řešit. Obě se pokoušejí o aplikaci přístupu trvalého zlepšování. Obě se snaží o plynulý a co nejrychlejší průtok firmou. Přesto jsou však mezi metodami rozdíly. Teorie omezení upřednostňuje management úzkého místa a jeho zásobníku, zatímco v JIT je řízení orientováno na všechna pracoviště odděleně. Plánování v JIT znamená stejný produktový mix každý den a ve stejném poředí, TOC přistupuje k plánování výroby z pohledu maximalizace
26
Není bez zajímavosti, že JIT vzniklo v mnohem duchovně vyspělejší kultuře dálného východu, jež nahlíží člověka jako bytost především duchovního rozměru (na rozdíl od filozofie západní společnosti). 27 Tento jev je nazýván Parkinsonův zákon.
Martin Panuška
40
produkce kritického pracoviště (drumu). JIT selhává v dávkové výrobě, kde se může každé pracoviště jevit jako omezení, tam naopak TOC může být přínosem [i8]. Obecně, ačkoli jsou si metody JIT a TOC v mnohém podobné, jsou mezi danými přístupy zásadní rozdíly vyplývající z jejich filozofie.
3.1.3 Integrace metod Potenciál integrace probraných metod je zřejmý. Ačkoli o TOC můžeme říci, že se do značné míry inspiruje metodami MRPII a JIT, přesto jak principy Teorie omezení, tak Manufacturing Resource Planning a Just in Time obsahují něco unikátního, co ostatní systémy neřeší nebo řeší jinak. Proto lze o možné integraci mluvit. Asi nejznámější integrací je implementace TOC v prostředí MRPII. Výhody plynoucí z aplikace TOC již byly jmenovány. Uvažujeme-li metody MRPII a JIT, není integrace tím, o čem bychom mohli při střetu těchto přístupů mluvit – spíše se jedná o nahrazení jedné filozofie filozofií jinou. Mnohem zajímavěji zní sjednocení přístupů TOC a Just in Time. Uvedené metody jsou si totiž v mnoha ohledech podobné a přesto některé oblasti řeší jinak, případně řeší některé druhou metodou neošetřené. Autor práce proto pro oblast řízení výroby nabízí následující mix přístupů. MRPII je v současné době používáno v řadě západních firem a v 60 procentech ERP systémů. Přesto je jasné, že nejde o ideální přístup. Teorie omezení se jeví jako vhodný postup k eliminaci negativních vlastností MRPII – vlastností, které snižují zisk společnosti (vysoké sklady, dlouhá doba výroby, lokální optimalizace, …). Integrace MRPII a TOC je proto jistě užitečným činem. JIT však stranou nestojí, pro přístup Drum Buffer Rope naopak znamená zlepšení tam, kde se DBR o systém nestará. Jedná se především o nástroje dílčího zlepšování, ať už se týká efektivnější práce se zaměstnanci nebo utilizace pracovního prostředí – v obou případech s cílem urychlení průtoku. MRPII ke své činnosti vyžaduje systém ERP. Je tudíž žádoucí, aby principy TOC a DBR našli v těchto systémech také své místo. Just in Time můžeme chápat spíše jako podpůrný mechanismus zajišťující lepší výsledky dosahované TOC.
Systém efektivního řízení výroby
Just in Time
ERP systém
MRPII
Datový sklad (kusovník, postupy)
Dílčí techniky zlepšení TOC – DBR
Obr. 16 Systém efektivního řízení výroby
V řízení výroby proto najdou uplatnění všechny tři jmenované metody. Uvedený popis je shrnut v jednoduchém diagramu (obr. 16).
Martin Panuška
41
3.2 Operační výzkum a metody systému ERP Je zajímavé, že ačkoli je operační výzkum vědeckou disciplínou zaměřenou na analýzu různých typů rozhodovacích problémů, dozvídáme se o ní v článcích týkajících se metod organizování výroby používaných systémy ERP většinou jen okrajově. Podívejme se nyní, co může být důvodem tohoto jevu a zda jsou tyto příčiny oprávněné.
3.2.1 Výroba a zásoby V kapitole o metodě MRPII byl zmíněn předchůdce této metody – označili jsme ho jako přístup klasický. Jednalo se o to, že požadavky na dodávky nebyly vydávány v koordinaci se zákaznickou poptávkou, ale jaksi periodicky. Jakmile klesnul stav materiálu na skladě na určitou předem vypočítanou úroveň, byl objednán nový. Podle výpočtu měl nový dorazit právě včas, aby výroba nemusela být zastavena a zároveň, aby nebyly drženy zbytečně velké zásoby. Je zřejmé, že v této souvislosti jsme vlastně mluvili o economic order quantity – výpočtu optimální výše objednávky. Možná právě proto, že je tato metoda považována za, ve srovnání s přístupy MRPII, JIT a TOC, relativně zastaralou, už se o ní moc nedozvídáme. Předešlý argument je však založený na předpokladu dynamické poptávky a současného turbulentního tržního prostředí. Problém dynamické poptávky a potřeby rychle reagovat na změny zákaznických požadavků úpravou dodávek a výrobního procesu se zdaleka netýká všech výrobních společností. Ve výrobách produkujících stále stejné produkty, u nichž se poptávka ani nároky na ně nemění, může být výpočet optimální dodávky a výrobní dávky pomocí EOQ či pokročilejší metody operačního výzkumu vhodným řešením. Dalším možným poznatkem k metodě EOQ může být, že tato je vázána spíše ke kontinuálnímu typu výroby – podobně jako přístup Just in Time. Koncepcí JIT v oblasti dodavatelského řetězce je plynulé, podle aktuálních potřeb řízené zásobování. Tak je možné zcela eliminovat sklady na vstupu. V tomto případě jde o výrobu, jež je řízena podle Just in Time na všech úrovních. Lze si však představit, že ačkoli výroba bude řízena systémem JIT, spolupráce s dodavatelem se nezdaří a společnost bude muset přijmout jiné řešení, jak zajistit kontinuální výrobu. Tímto řešením může být například řízení dodávek pomocí MRP, tzn. rozpad požadavků dle kusovníku a následné objednávky podle předem daných pevných dodacích lhůt. Toto řešení je ale příliš složité a vyžaduje systém založený na principech MRP, který lze v továrně fungující na JIT bázi těžko očekávat. Navíc je MRP spíše orientováno na výrobu v dávkách. Nabízí se tedy varianta objednávek podle EOQ, která je svou podstatou jednoduchá a transparentní a pro systém postavený na JIT tedy vhodná. Shrneme-li předchozí odstavce, je zřejmé, že řízení zásob podle metody EOQ či podobné (v rámci operačního výzkumu) má mezi metodami používanými systémy ERP své místo. Kromě výpočtu optimální objednávky, pokud je tento vhodnější, než přístup MRP, nabízí i výpočet optimální výrobní dávky, nacházející optimální poměr mezi cenou seřízení a náklady na skladování. Navíc je vhodná pro řízení zásob v kontinuálních výrobách a tam, kde selhaly pokročilé techniky.
3.2.2 TOC a operační výzkum MRP a JIT však nejsou jediné dvě metody, kde lze hledat potenciál operačního výzkumu. Jisté možnosti a podobnosti se nabízejí i v případě Teorie omezení. Zamysleme se nejprve nad podobností „five focusing steps“ v TOC a fázemi aplikace operačního výzkumu. Prvním krokem v obou metodách je definice problému v reálném systému. V případě TOC hovoříme o identifikaci omezení systému a metoda po tomto kroku začíná omezení – problém – systému okamžitě řešit. V případě operačního výzkumu však nejprve dochází k tvorbě ekonomického a matematického modelu a až poté dochází k řešení. Pomineme-li zcela odlišný původ metod a jejich jiné myšlenkové základy a budeme-li se tedy snažit o jejich vzájemné Martin Panuška
42
porovnání, lze říci, že tato rozdílnost je dána především povahou obou přístupů a jejich přístupem k omezení systému. První odlišností je tak zaměření operačního výzkumu na striktně matematické řešení všech podnikových úloh, zatímco TOC přikládá problémy podniku příčinám rázu sociálněpsychologického. Druhou je fakt, že zatímco operační výzkum započítává do řešení podnikových problémů mnoho set omezení – omezujících podmínek, Teorie omezení řeší omezení pouze jedno a jemu podřizuje celý systém. Mohlo by se zdát, že vzhledem k první odlišnosti ztrácí rozdílnost druhá smysl – že se jedná o různé chápání pojmu „omezení“ (zvlášť pokud uvážíme disproporci řešených omezení – jedno ku stům). Tuto tezi skutečně lze přijmout, ale pouze pokud se jedná o omezení nacházející se na stejné úrovni významnosti – tedy taková, která musí být řešena všechna najednou na základě matematického modelu pomocí lineárního či pokročilejšího programování operačního výzkumu. TOC však tvrdí, že pravděpodobnost výskytu více stejně významných omezení v systému je velmi malá – vždy existuje jedno (případně více, avšak v řádu jednotek) omezení, které je příčinou ostatních a je tedy nejvýznamnější. Rozdílný přístup k počtu omezení v systému má zároveň za následek, že zatímco aplikace fází operačního výzkumu je jednorázová – dojde k výpočtu optimálního nastavení systému při respektování všech omezujících podmínek, pět kroků zlepšení TOC má charakter iterační, kdy v momentě vyřešení omezení systému je opět přistoupeno k prvnímu kroku identifikace nového úzkého místa. Z toho důvodu je možno říci, že oproti procesu trvalého zlepšování, jak ho známe z TOC, směřuje řešení podle operačního výzkumu spíše ke stagnaci. Operační výzkum je možné v případě Teorie omezení a její výrobní aplikace Drum Buffer Rope použít podobně jako u metody MRPII. TOC obecně u většiny pracovišť plánuje s daleko menší úrovní podrobnosti, hlavní pozornost je věnována úzkému místu a managementu předřazeného zásobníku. A tak je možné potenciál operačního výzkumu spatřovat opět v nastavení optimálních dodávek/výrobních dávek s ohledem na úzké místo, ale také, pokud je známá a stálá poptávka po produkci úzkého místa a fluktuace dodávek do zásobníku, ve výpočtu optimální velikosti předřazeného bufferu. TOC taktéž často jako omezení podniku označuje chybnou volbu produktového mixu. Tento problém však není měkký a je vhodný k řešení právě pomocí operačního výzkumu, resp. lineárního či vícekriteriálního programování. V tomto případě je vlastně Teorie omezení přínosná pouze pojmenováním tohoto možného úzkého místa, řešení problému bylo operačnímu výzkumu známo již před vznikem TOC. Jednoduchou úlohu věnovanou analýze produktového mixu představuje příklad 2.
Mějme výrobky W, X, Y a Z v cenách 500, 500, 550 a 520Kč. Dále pracovníky M a N. Na výrobu produktu W je přitom potřeba 16 minut pracovníka M a 20 minut pracovníka N, na výrobu X 18 minut M a 20 minut N a na výrobu Y i Z 5 minut pracovníka M a 30 minut pracovníka N. Přitom na výrobek W je třeba materiálu za 200Kč, na X za 250Kč, na Y za 250Kč a na Z za 200Kč. Plat pracovníků činí 100Kč na hodinu a pracovní doba je 8 hodin. Pokud bychom preferovali ziskovou marži (cena výrobku – náklady na materiál – cena práce), budeme preferovat výrobek Z, kde je marže ve výši 261,70Kč. Pokusíme se ovšem příklad spočítat pomocí lineárního programování. Nejprve vypočteme cenu práce pro výrobky (a, b, c, d):
-
16*(100/60) + 20*(100/60) = a ,
-
18*(100/60) + 20*(100/60) = b ,
-
5*(100/60) + 30*(100/60) = c ,
-
5*(100/60) + 30*(100/60) = d .
…pokračování na další straně…
Martin Panuška
43
Následně zapíšeme omezující podmínky vzniklé omezenou pracovní dobou:
-
16*w + 18*x + 5*y + 5*z ≤ 480 ,
-
20*w + 20*x + 30*y + 30*z ≤ 480 .
Účelová funkce vypadá takto (cílem je maximalizovat zisk): zisk = (500-200-a)*w + (500-250-b)*x + (550-250-c)*y + (520-200-d)*z . Po provedení výpočtu (například v systému Lingo) vychází (při zachování celočíselnosti – chceme mít celé kusy výrobků) následující optimální výrobní program:
bude vyráběno 24 kusů výrobku W,
ostatní výrobky vyráběny nebudou (nevýhodný poměr ceny a spotřeby práce a materiálu).
Optimalizační program správně využil oba výrobní zdroje – pracovníky – na maximum. Při výrobě produktu Z totiž pracovník N pracuje 30 minut, zatímco M pouze 5 minut a tak nelze během dne vyrobit maximální možný počet výrobků. Výrobek W je v tomto ohledu příznivější.
Příklad 2 Výpočet optimálního produktového mixu. Zdroj zadání [Basl02].
Dalším užitečným odvětvím operačního výzkumu, použitelným nejen obecně pro oblast plánování, řízení a optimalizace výroby, ale také k cílenému vyhledávání úzkého místa podniku při aplikaci principů Teorie omezení, jsou simulace. Velmi názorným příkladem je identifikace úzkého místa formou analýzy síťového diagramu, skládajícího se z jednotlivých pracovišť a vazeb mezi nimi. Každé pracoviště má definovanou pravděpodobnost zpoždění, případně selhání a také pravděpodobnostní rozdělení doby zpracování produktu. Také jsou definovány maximální délky front a frekvence dodávek. Takováto simulace dokáže, pokud je možné veškeré procesy v podniku matematicky a statisticky podchytit, velmi rychle odhalit případná úzká místa fyzického charakteru a stává se tak pro management podniku cenným nástrojem. Jak můžeme vidět, je operační výzkum vedle TOC užitečným podpůrným nástrojem. Měl by být používán všude tam, kde je při aplikaci TOC potřeba dosáhnout dílčí optimalizace. Pokud bychom měli říct, jaký z těchto dvou přístupů má vyšší prioritu, odpovědí je Teorie omezení. Ta na základě iteračního principu „five focusing steps“ zajišťuje proces trvalého zlepšování. Operační výzkum lze použít v součinnosti pro dílčí optimalizace tvrdých systémů.
Martin Panuška
44
4 Závěr
Tato práce měla za cíl kriticky zhodnotit metody používané v rámci systémů ERP, vyzdvihnout jejich klady a jmenovat jejich slabé stránky. Záměrem práce bylo rovněž provedení srovnání těchto metod a nabídnout možnosti jejich vzájemné integrace. Práce byla taktéž zaměřena na úlohu operačního výzkumu mezi těmito metodami, na jeho srovnání s metodami používanými ERP a také na oblasti aplikace operačního výzkumu vedle těchto metod. Myslím, že jmenovaných cílů bylo dosaženo. Principy metod Material Resource Planning, Just in Time, Teorie omezení a základní aspekty a oblasti aplikace operačního výzkumu byly dostatečně popsány. V poslední kapitole pak bylo provedeno jejich srovnání, nejdříve pouze s pohledu metod používaných systémy ERP, následně i s přihlédnutím k potenciálu operačního výzkumu. Byly rovněž zmíněny i možnosti jejich vzájemné integrace a nabídnuto optimální řešení systému řízení výroby. Přínos práce spočívá především v celistvém pojetí této problematiky. Práce není věnována všem metodám odděleně, ale všem metodám společně, dohromady. V jednotlivých metodách je často odkázáno na podobný či rozdílný aspekt metody druhé. Je poukazováno na společné či rozdílné možnosti aplikace, na různé pojetí jmenovaných metod. Práce taktéž obsahuje množství názorných obrázků, grafů a příkladů, jež mají čtenáři usnadnit pochopení probírané látky. Nakonec je provedeno shrnutí, srovnání a nabídnuty možnosti vzájemné spolupráce metod. Unikátní je v případě této práce i uvažování operačního výzkumu coby vědecké disciplíny, která má mezi metodami používanými systémy ERP jistě své místo. Vzhledem k celistvému pojetí práce je tato velmi dobře využitelná k základnímu, ovšem v mnoha oblastech i pokročilému, studiu této široké problematiky. K podrobnějšímu studiu lze doporučit použitou literaturu, jež byla autorovi cenným podkladem a je povětšinou velmi kvalitní.
Martin Panuška
45
Použité zdroje
Literatura [Basl02]
Basl, J.: Podnikové informační systémy, 1.vyd. Praha: Grada Publishing, a.s., 2002, 142 s., ISBN 80-247-0214-2
[Basl03]
Basl, J., Majer, P., Šmíra, M.: Teorie omezení v podnikové praxi, 1.vyd. Praha: Grada Publishing, a.s., 2003, 216 s., ISBN 80-247-0613-X
[Brow96]
Browne, J., Harhen, J., Shivnan, J.: Production Management Systems, Second Edition. Harlow, England: Addison-Wesley Publisher, 1996, 425 s., ISBN 0-20142297-2
[Cox98]
Cox, J. F., Spencer, M. S.: The constraints management handbook, USA: St. Lucie Press, 1998, 352 s., ISBN 1-57444-060-8
[Jabl02]
Jablonský, J.: Operační výzkum, Druhé vydání, 1.vyd. Praha: Professional Publishing, 2002, 323 s., ISBN 80-86419-42-8
[Laub90]
Lauber, J., Hušek, R.: Operační výzkum, 1.vyd. Praha: Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy ČR, 1990, 278 s.
[Sigm05]
Sigmund, V.: Zhodnocení přínosu TOC pro oblast projektového managementu (diplomová práce), VŠE Praha, 2005
[Smit00]
Smith, D.: The Measurement Nightmare, USA: St. Lucie Press, 2000, 196 s., ISBN 1-57444-246-5
Internetové zdroje [iYoung]
Youngman, K. J.: A Guide to Implementing the Theory of Constraints (TOC). http://www.dbrmfg.co.nz
[iSmith]
Smith, J. J.: TOC and MRPII, From Theory to Results. http://www.rogo.com/cac/JJSmith.html
[i1]
Botek, M: Řízení výroby – prezentace. http://www.vscht.cz/uer/doc/prez/7.ppt
[i2]
Sonini, Marc L.: Just-in-Time Manufacturing http://www.computerworld.com/industrytopics/manufacturing/story/0,10801,54131, 00.html
[i3]
Jacobs, Raymond A.: Just-In-Time (JIT) Production. http://personal.ashland.edu/~rjacobs/m503jit.html
[i4]
Broyles, David: Just In Time Inventory Management Strategy Information. http://www.tvdance.com/information/jit/
Martin Panuška
46
[i5]
Chhikara, Jitendra; Weiss, Elliott N.: JIT savings - myth or reality? http://www.findarticles.com/p/articles/mi_m1038/is_n3_v38/ai_16889371
[i6]
Shuk-Hing Nancy Wong, Wen-Yu Yang, David R. Denzler: Information About Just In Time. http://www.clubpom.com/Student_Wing/Public/JITtutorial.html
[i7]
Theory of Constraints. http://www.mcts.com/Theory-of-Constraints.html
[i8]
Michael Pitcher: Examining Just-In-Time and Theory of Constraints. http://www.sme.org/cgi-bin/get-newsletter.pl?LEAN&20030313&1&
[i9]
Wikipedia. http://www.wikipedia.org
Vedení citací Pokud je v textu uvedena citace či myšlenka převzatá z nějakého výše uvedeného zdroje, je bezprostředně u této citace uveden v hranatých závorkách kód tohoto zdroje. Jedná-li se o citaci, jež byla v samotném zdroji převzata a odkazem je uvedeno, kdo je autorem původním, je tento autor uveden v rámci kódu citace ještě v závorkách kulatých.
Martin Panuška
47
Terminologický slovník
BOM
Bill Of Material – kusovník.
CCPM
Critical Chain Project Management – metoda Kritického řetězu. Aplikace filozofie TOC pro projektové řízení.
CCR
Critical Capacity Resource – kritický zdroj, v terminologii TOC úzké místo.
CRP
Capacity Requirements Planning. Určování úrovně kapacit a jejich obsazení. Vztahuje se k procesu stanovování množství práce a strojového času potřebného ke splnění výrobních zakázek.
DBR
Drum Buffer Rope (buben, zásobník, lano). Plánovací metoda DBR může vést k podstatným přínosům v dodavatelském řetězci tím, že u výrobního systému je zajištěn maximální průtok při současné minimální úrovni zásob. Přístup zahrnutý ve filozofii TOC a navazujících metodách podstatným způsobem mění a přizpůsobuje podnik vzhledem k dnes požadovanému podnikovému paradigmatu.
ERP
Enterprise Resource Planning je charakterizován jako typ aplikace, resp. aplikačního software v informačním systému, který umožňuje řízení a koordinaci všech disponibilních podnikových zdrojů a aktivit s cílem zajištění potřeb trhu i vlastního podniku.
EOQ/EBQ
Economic Order Quantity/Economic Batch Quantity – metody výpočtu optimální velikosti objednávky/výrobní dávky v řízení zásob pomocí Wilsonovy-Harrisonovy úlohy v operačním výzkumu.
JIT
Just in Time je jednou ze základních filozofií přístupu k organizování moderního výrobního podniku a zároveň je chápán i jako jedna z metod použitelných pro plánování a řízení výroby.
Kanban
V překladu z japonštiny „karta“. Proces řízení výroby, skladů a kapacitního plánovaní v přístupu JIT.
MPS
Master Production Schedule – hlavní plán výroby.
MRP
Metoda, která pomocí kusovníku, stavu skladových zásob a plánu výroby stanovuje materiálové požadavky. Stanovuje návrhy na nákup materiálu a výrobní příkazy vyráběných skupin a dílů.
MRPII
Metoda obsahuje plánování materiálových i kapacitních zdrojů. Obsahuje i plán obchodu, výroby a plán nákupu. Současně s tím nabízí řadu finančních přehledů o zakázkách, výrobě a skladovaném materiálu.
Operační výzkum
Vědní disciplína, nebo spíše soubor relativně samostatných vědních disciplín, které jsou zaměřeny na analýzu různých typů rozhodovacích problémů.
OPT
Optimized Production Technology – výrobní aplikace založená na metodě TOC.
ROI
Return On Investment – návratnost investic.
Martin Panuška
48
TOC
Theory of Constraints. Teorie omezení - hlavní princip TOC zdůrazňuje, že základním posláním firmy je generování peněz, a to jak v současnosti, tak i z hlediska dlouhodobého horizontu. K naplňování tohoto cíle je potřebné sledovat hlavní ekonomické ukazatele. V podniku je v daném okamžiku jen jedno omezení, které brání v dosahování maximalizace průtoku.
TPS
Toyota Production System – systém výroby v japonské firmě Toyota, který se stal základem metody Just in Time.
WIP
Work In Progress, alternativně Work In Process – rozpracovaná výroba.
Zdroje pro terminologický slovník: -
ČSSI (http://www.cssi.cz/all_terminologie.asp),
-
použitá literatura.
Martin Panuška
49
