Опубликовано №1 (84) февраль 2018 г.

АВТОР: СОЛОДОВНИКОВ В.В. 

РУБРИКА  Планирование в цепях поставок Корпоративная логистика промышленных компаний 

Аннотация 

Данная статья является продолжением цикла статей, посвященных созданию отраслевой практической методологии планирования цепей поставок промышленных предприятий (на примере комплексов черной металлургии).

В статье представлены результаты исследования процесса оперативного планирования цепей поставок для металлургических предприятий. На основе анализа процессов SCOR и GSCF предложены: усовершенствованный процесс оперативного планирования цепей поставок; метод на основе организации процесса независимого планирования различных этапов цепи поставок в параллельном режиме, позволяющий исключить ситуации непреднамеренного и невозвратимого удаления предложений разных планировщиков; специальный алгоритм для синхронизации планов различных планировщиков. Рассмотрены вопросы устойчивости и рисков планов.

Научное исследование основано на фундаментальных и прикладных разработках отечественных и зарубежных ученых в области экономической теории, теории управления, теории логистики и управления цепями поставок, методах математического моделирования, методологии моделирования бизнес-процессов, системного анализа, исследования операций и методов экспертных оценок.

В результате проведенного исследования выявлены недостатки описания оперативного планирования цепи поставок в SCOR и GSCF; предложен усовершенствованный процесс и метод оперативного планирования. В заключении приведен пример успешного внедрения разработанного подхода в TimkenSteel 

Скачать статью (бесплатно)

Купить номер

Ключевые слова: 

• оперативное планирование

• цепь поставок

• SCOR

• GSCF

• модель Захмана

• металлургия

Опубликовано №4 (69) август 2015 г.

АВТОР: Белов Л.Б., Григорьев Л.Ю.

РУБРИКА Корпоративная логистика промышленных компаний Логистика производства Планирование в цепях поставок Современные концепции и технологии в логистике и управлении цепями поставок

Аннотация

Хотя на поверхности бюджетирование видится как главный процесс, в настоящее время среди факторов его результативности на первое место выходит тесно связанный с ним процесс формирования годового операционного плана. Значение этого процесса особенно возрастает с учетом современных тенденций перехода от массового и серийного производства к позаказному. Таким образом, обоснованно осуществить бюджетирование деятельности можно лишь в том случае, если предварительно осуществить точное планирование операционной деятельности в натуральных единицах измерения. Весь вопрос в том, какой уровень агрегирования данных мы можем позволить себе на стадии планирования операций и необходимо ли осуществлять их календарное планирование на стадии операционного (тактического) управления?

В настоящей статье сформулирован подход к структуризации операционной деятельности на основе современных организационных технологий, предложена методология формирования операционного годового плана предприятия, рассмотрена необходимость и возможности календарного планирования выполнения заказов на годовом горизонте управления для предприятий с высокой степенью диверсификации производства в условиях наличия заказов разной сложности и длительности исполнения. 

Ключевые слова: архитектура предприятия портфель заказов планирование продаж и операций логистика бюджетирование оперативное планирование позаказное производство S&OP Sales and Operations Planning

Опубликовано №5 (46) октябрь 2011г.

АВТОР: Гай В.А., Малахов Д.В.

РУБРИКА Логистическая инфраструктура Планирование в цепях поставок Транспортировка в логистике Оптимизация и экономико-математическое моделирование

Аннотация

В статье рассматривается вопрос о регулировании длины очереди с использованием имеющихся в распоряжении диспетчера средств. Для этого предлагается метод оперативного планирования основанный на статистическом материале и теории массового обслуживания. В качестве примера применения предлагаемого метода рассмотрена работа контейнерного терминала в течение суток.

Ключевые слова оперативное планирование контейнерный терминал очередь диспетчеризация теория массового обслуживания

Опубликовано № 3 (56) июнь 2013 г. 

АВТОР: Шматалюк А.Е., Петруня Н.

РУБРИКА Планирование в цепях поставок, Современные концепции и технологии в логистике и управлении цепями поставок, Корпоративная логистика промышленных компаний

Аннотация

Показано, что в последние годы все большее число компаний внедряет в своей производственной деятельности процесс планирования продаж и операций (Sales and Operations Planning S&OP). Цель данного процесса – сбалансировать спрос с производственными и логистическими операциями, синхронизировав при этом операционное и финансовое планирование, а также связать стратегическое планирование с ежедневной операционной деятельностью. Приведен пример реализации процесса S&OP на крупном металлургическом предприятии «Aubert&Duval».

Ключевые слова: планирование продаж и операций Sales and Operations Planning S&OP стратегическое планирование оперативное планирование

В последние годы все большее число компаний внедряет в своей производственной деятельности процесс планирования продаж и операций (S&OP). Одна из таких компаний, о которой хочется рассказать в данной статье, - крупное металлургическое предприятие Aubert&Duval. Но прежде давайте разберемся в сути вопроса.

«Планирование продаж и операций» (международной терминологии – Sales and Operations Planning) – термин, хорошо знакомый тем, кто интересуется современными методиками управления цепями поставок.

Значимость этого процесса для компании сложно переоценить. Наверняка вы сталкивались с необходимостью решения таких непростых вопросов как:

• Что более выгодно – произвести конечный продукт или продать промежуточный полуфабрикат?
• Как оптимально распределить производство продукции между альтернативными заводами в определенном месяце с учетом географии спроса и производственно-логистических издержек?
• Как эффективнее распределить продукцию в сбытовой сети?
• Каковы будут инвестиции в сырье на ближайшие несколько месяцев, и как наиболее эффективно распределить их по периодам?
• Хватит ли производственно-логистических мощностей в периоды пикового спроса?
• Какой спрос следует удовлетворять в первую очередь, а от какого целесообразнее отказаться в случае ожидаемого дефицита?

Такие решения, безусловно, напрямую влияют на экономическую эффективность компании, затрагивают все звенья цепочки поставок и определяют деятельность основных ее подразделений.  Решение именно этих вопросов на среднесрочном горизонте (от 2-3 до 24 месяцев) и относится к процессу планирования продаж и операций.

Вот какое определение процессу планирования продаж и операций дает авторитетная американская ассоциация APICS, специализирующаяся на методологической поддержке в области управления производством и цепями поставок: «Это – управленческий процесс комплексного планирования. Он является процессом принятия решений, в котором участвует руководитель компании, ключевые топ-менеджеры и специалисты. Цели данного процесса – сбалансировать спрос с производственно-логистическими операциями (на агрегированном уровне), синхронизировав при этом операционное и финансовое планирование, а также связать стратегическое планирование с ежедневной операционной деятельностью». В этом определении заложены основные характеристики данного процесса, о которых поговорим более подробно.

Для того чтобы процесс давал качественный результат, он должен быть выстроен с учетом определенных рекомендаций.

Прежде всего, планирование продаж и операций – это полноценный управленческий процесс, имеющий четкую последовательность этапов:

• предварительная подготовка информации, которая подразумевает сбор сведений о прогнозном спросе и ожидаемых производственно-логистических ограничениях;
• проведение серии предварительных совещаний, на которых по определенным правилам прорабатываются варианты плана;
• организация финального совещания ключевых руководителей, на котором утверждается согласованный консенсус-план;
• а также постоянный мониторинг текущей ситуации и оценка результатов деятельности в конце планового периода с анализом причин возникших отклонений.

Процесс планирования продаж и операций должен быть кросс-функциональным («сквозным») – в него вовлечены представители отделов продаж, маркетинга, производства, финансов и других подразделений под управлением куратора процесса. Для эффективной работы этой команды предварительно согласовываются такие важные параметры, как критерии качества плана, ключевые бизнес-правила и значимые ограничения, учитываемые при планировании. Фактически, определяется система ключевых показателей, которые определяют достижение целей эффективного планирования в компании.

Критически важным является поддержка процесса и непосредственное участие первого лица компании – он придает значимость процессу, наделяет необходимыми полномочиями куратора и других участников, стимулирует тесное взаимодействие внутри компании, а также принимает решение в тех ситуациях, когда участники процесса не могут прийти к единственно правильному варианту плана. При этом важно очень четко и правильно определить моменты и степень вовлечения руководителя компании, дабы не дискредитировать идею делегирования полномочий куратору и другим руководителям, задействованным в процессе принятия решений. В идеальном случае генеральный директор привлекается только на финальной стадии, когда необходимо принять окончательное решение по 2-3 отобранным вариантам плана, а вся предварительная работа выполняется без его участия на основе предопределенных бизнес-правил и согласованных зон ответственности.

На совещаниях по планированию продаж и операций определяются и обсуждаются потенциальные риски на долгосрочном горизонте, анализируются возможные сценарии спроса и способы влияния на него, эффекты компромиссных решений (влияние стимулирования спроса на логистику, производство, уровни запасов и т.п.), альтернативы обеспечения спроса за счет привлечения дополнительных ресурсов, производственных смен и т.д. При этом должны оцениваться финансовые последствия каждого предлагаемого решения – только в этом случае можно проконтролировать, насколько рассматриваемые варианты соответствуют поставленным финансовым целям на уровне бизнес-планирования.

Рекомендуется проводить цикл планирования ежемесячно со скользящим горизонтом. Это означает, что каждый месяц создается план на последующие, например, 18 месяцев, не ограничиваясь концом финансового или календарного года.

При этом данные, используемые для расчетов, должны быть агрегированными. Например, планирование может осуществляться на уровне семейств продукции, мощности цеха или даже завода в целом, либо рассматриваются только ключевых агрегаты, а спрос обобщен по регионам продаж и категориям клиентов с выделением потребностей ключевых (VIP) клиентов. Это необходимо для создания сбалансированного по сложности процесса. Ведь если данные будут слишком детальными (например, десятки тысяч номенклатур, по каждой из которых есть свои производственно-логистические особенности), то существует опасность выйти на бесчисленное количество альтернатив,  по которым принять качественное управленческое решение будет просто невозможно. При построении правильного процесса и методики планирования руководителям и специалистам важно понять и принять тот факт, что на данном уровне принятия решений агрегация и усреднение является обязательным и обоснованным условием, которое абсолютно не мешает получить адекватный объемный план по всем звеньям цепи поставок.

Более детальные циклы планирования внутри отдельных функциональных подразделений также должны быть связаны как между собой, так и с создаваемым объемным планом продаж и операций, своевременно представляя необходимую обратную связь. Каждое подразделение должно анализировать свои возможности, свои средства управления той или иной ситуацией, чтобы строго придерживаться утвержденного плана. И в то же время информация о любых значимых изменениях должна быть доступной для других функциональных подразделений, т.к. может оказать влияние на их деятельность и, в конечном итоге, на исполнимость согласованного ранее объемного плана. Должны быть исключены любые значимые активности без анализа их влияния на всю систему планов компании.

Поскольку процесс планирования продаж и операций является управленческим процессом, важной его составляющей является мониторинг исполнения планов (контроль текущих и ожидаемых значений показателей эффективности) и проактивный менеджмент. В идеале в компании должен быть определен процесс мониторинга метрик, порядок  и круг сотрудников, которые должны быть извещены  об отклонениях. Состав этих лиц  может зависеть от уровня проблемы, например, если в случае поломки оборудования возникает опасность не выполнить план продаж на X% , т.е. нарушение показателя эффективности высокого уровня, то эта ситуация должна быть доведена, например, до рабочей группы процесса планирования продаж и операций, где на совместном совещании будет принято, какие действия нужно предпринять чтобы минимально отклониться от поставленных бизнес-целей. Кстати, в лучших мировых практиках разрабатывается матрица эффективности – рычагов воздействия на ту или иную ситуацию и возможных путей и средств разрешения возникающих ресурсных и прочих конфликтов при исполнении утвержденного плана.

Так выглядит зрелый, высокоразвитый процесс планирования продаж и операций. Но что происходит на практике во многих российских компаниях?

Идеологически близкий в той или иной степени процесс присутствует в любой компании – это так называемое годовое планирование. Однако зачастую в нем отсутствуют главные составляющие «правильного» планирования, либо качество получаемых планов находится на очень низком уровне. К наиболее характерным отклонениям и ограничениям можно отнести следующие:

• Применение традиционной для нас практики фиксированного горизонта, который завязан на конец финансового (календарного) года. При этом во многих компаниях точность годового плана вызывает серьезные вопросы и нарекания, а реальное планирование осуществляется с горизонтом в 1 месяц. Это существенно искажает сущность процесса планирования продаж и операций и ограничивает прозрачность цепочки поставок – не позволяет предвидеть потенциальные риски на долгосрочном горизонте и заранее найти возможности их минимизации.
• Налицо высокая трудоемкость процесса с минимальной качественной отдачей: очень много усилий тратится специалистами и менеджерами на сбор и обработку исходных данных – они поступают из разных источников, в разных форматах, с разной степенью детализации, что значительно затрудняет их анализ. Стоит также упомянуть и о низком качестве этих данных – неполнота, неактуальность, некорректность. И, безусловно, согласование всех элементов плана отнимает много сил и времени у ключевых сотрудников – как специалистов, так и руководителей. В результате процесс объемного планирования, включая совещания по утверждению финальной версии, может занимать более двадцати дней!
• Финансовый контур исключен из процесса. В некоторых компаниях финансовый «обсчет» полученного объемного плана осуществляется после утверждения натуральных показателей и принимается как данность. Однако, это противоречит сущности процесса планирования продаж и операций, который заключается в поиске наиболее эффективного, в том числе с финансовой точки зрения, сценария работы компании.
• Типичным является ситуация, когда не все необходимые участники включены в процесс планирования продаж и операций. В результате, происходит искажение интересов компании в пользу подразделения с более влиятельным или харизматичным руководителем, а иногда и сами решения, которые принимаются на совещании, носят чисто формальный характер и на практике игнорируются.
• Почти всегда отсутствуют согласованные приоритеты и бизнес-правила планирования, не утверждены выверенные параметры оценки качества плана (ключевые показатели эффективности планирования). Это приводит к большой вариативности планов, неверным приоритетам и т.п.
• Редко, когда удается провести качественный контроль исполнения плана и проанализировать причины возникших отклонений.  

Осознавая ценность комплексного планирования продаж и операций, многие российские компании сейчас концентрируют свои усилия на внедрении или совершенствовании именного этого процесса, зачастую в связке с процессом управления спросом. Это сопровождается большой методологической работой - выстраиванием самого бизнес-процесса (участники, роли, ответственность, набор данных и информационные потоки, сроки и др.), утверждением ключевых параметров эффективности, согласованием принципов и методов планирования, а также настройкой специализированных информационных систем, которые играют особую роль в данном процессе вопросе. Использование правильных инструментов позволяет устранить многие сложности, связанные как с подготовкой данных в распределенной среде планирования, так и с оперативной проработкой самих вариантов плана, которые должны рассматриваться на финальном совещании по планированию продаж и операций.

С точки зрения информационных систем, на сегодняшний день на рынке существует достаточно большое количество приложений для автоматизации процесса планирования продаж и операций. Это, прежде всего, системы, которые относятся к классу SCP (Supply Chain Planning – планирование в цепях поставок). Системы зачастую отличаются друг от друга в самих подходах к поддержке процесса плана продаж и операций. Например, есть системы, которые, по сути, являются надстройкой к текущим инструментариям планирования и позволяют создать единое информационное пространство между всеми участниками процесса, агрегировать данные и представить их в различных измерениях (географическом, структурном, продуктовом и т.п.), удобных для решения задачи, проводить их анализ, упрощенно моделировать различные варианты плана. Есть другого рода информационные решения, которые полностью автоматизируют данный процесс содержат для этого оптимизационные модели для расчета плановых решений, а также оснащены мощным графическим интерфейсом и современным инструментарием для работы с созданными вариантами планов, их анализа, сравнения и выбора наилучшего для заданных бизнес-условий.

Следует отметить такие полезные системные функции, как управление процессом (workflow) и сценарное моделирование.

Функциональность управления процессом позволяет контролировать каждый шаг подготовки данных и проработки версий плана. Владелец (администратор) процесса выдает задания (например, через электронную почту или портал) участникам процесса в соответствии с их ролями, назначает сроки и может отслеживать статус и качество их выполнения. Таким образом обеспечивается организационная поддержка этого многоэтапного процесса, в который обычно вовлечено множество участников.

Функциональность сценарного моделирования является ключевой в процессе планирования продаж и операций. Она предполагает создание и сохранение нескольких вариантов планов, которые должны обсуждаться на совещаниях по планированию продаж и операций (например, различные сценарии преодоления дефицита мощностей в «горячий» сезон, варианты планов при оптимистичном и пессимистичном прогнозах спроса и т.п.) и активацию любого из них. Процесс расчета самих сценариев при этом зависит от типа систем -  может осуществляться интерактивно или с использованием различных стратегий оптимизации.

Внедрение процесса и системы планирования продаж и операций – это вполне исполнимая задача, даже в ограниченные сроки.  Теперь вернемся к компании Aubert&Duval, в которой был организован процесс планирования продаж и операций и внедрена специализированная система всего за 3 месяца! Выбор системы проходил в конце 2011, проект внедрения начался в середине января 2012 года, а планирование второго квартала 2012 года выполнялось уже в новой системе!

Aubert & Duval (A&D), являющаяся частью ERAMET Group, осуществляет разработку, выплавку, горячую обработку (ковка, прокат, разливка) специализированных сталей, суперсплавов, алюминиевых и титановых сплавов, к которым предъявляются строгие требования по качеству. Основные потребители продукции - предприятия аэрокосмической, энергетической, медицинской, оборонной, автомобильной промышленности.

Основными предпосылками к реализации проекта стали:

• длительный цикл производства (несколько месяцев) и еще более длительный цикл для размещения заказов,
• рост интенсивности взаимодействия между заводами (в границы проекта вошло 5 заводов, между которыми осуществляется взаимодействие «поставщик-потребитель»),
• разрозненность планов отдельных заводов и подразделений, 
• низкий уровень клиентского сервиса и сложность расчета реалистичных сроков выполнения заказов,
• неопределенность в будущих инвестициях и
• отсутствие базы для принятия долгосрочных решений.

Руководство компании поставило задачу в кратчайшие сроки найти и внедрить систему планирования с тем, чтобы процесс был запущен и отлажен уже ко второму кварталу следующего года. Идея использования такого мощного и распространенного инструмента, как Excel была отклонена, т.к. такое решение не было бы промышленным и эффективным в условиях многозаводской структуры и при большом количестве участников. Тогда представители Aubert & Duval  стали рассматривать специализированные системы (процесс выбора происходил в течение 2-х месяцев) и отдали предпочтения специализированных решений для металлургической промышленности.

В настоящий момент в Aubert & Duval настроена мультизаводская конфигурация системы с целью унификации процесса планирования на различных производственных площадках и в подразделениях продаж. Компания использует функциональность прогнозирования, планирования спроса (корректировки спроса) и долгосрочного планирования операций.  В системе создано несколько ролей с соответствующей функциональностью и правами: региональный менеджер, менеджер управления спросом на уровне головного офиса, менеджер по планированию продаж и операций для каждого завода и менеджер по планированию продаж и операций в головном офисе. Система поддерживает совместное прогнозирование, развертывание спецификаций (BOM) для расчета потребностей в производимых компонентах, преобразование спроса на коммерческие семейства в спрос на производственные группы товаров. Менеджеры на заводах формируют предварительные версии плана продаж и операций, уточняют производственные календари, поддерживают производственные данные. Менеджер головного офиса осуществляет  консолидацию и координацию планов, тесно взаимодействуя с менеджером по управлению спросом. В ходе ежемесячного цикла планирования продаж и операций принимаются решения по объемам производства и продаж, а влияние производственных решений на спрос прослеживается по всей цепочке и учитывается при распределении готовой продукции между точками продаж. Система дает интегрированное представление всей цепочки поставок, что является ключевым моментом при принятии решений в условиях очень длительного цикла производства и взаимозависимостей производственных площадок.

По мнению участников проекта реализация за 3 месяца стала возможной благодаря очень четким и разумным границам проекта (учитывая поставленные ограничения по срокам) и качественному руководству проектом. Сейчас компания Aubert&Duval совместно с партнером продолжают проект – расширяют функциональность системы: усложняют модель цепочки поставок, добавляют оптимизационные техники, настраивают интеграцию с другими системными приложениями. Эти действия должны обеспечить большую гибкость, прозрачность и точность планирования.

Но уже сейчас Aubert & Duval отмечают улучшение качественных и количественных показателей:

• во-первых, была обеспечена прозрачность цепочки поставок и влияния спроса на производство, а также самого производства на уровень сервиса;
• во-вторых, появилась более надежная база для принятия управленческих решений;
• и, в-третьих,  произошло снижение уровня запасов, издержек производства, появилась возможность получать более оптимальные сочетания продуктов с точки зрения особенностей производства.

В заключении хотелось бы отметить положительную тенденцию среди российских компаний по совершенствованию процессов планирования и, в частности, процесса планирования продаж и операций. Существует огромный интерес к современным методикам планирования, лучшим мировым практикам и передовым системам планирования. Решиться на внедрение этого процесса может быть непросто – психологически и по политическим мотивам, т.к. он затрагивает много подразделений, требует определенной стандартизации и формализации критериев эффективности. Но правильно выстроенный процесс планирования продаж и операций позволяет оптимизировать инвестиции и сократить финансовый цикл (cash-to-cash), т.к. доход постоянно балансируется с издержкам, поставки соответствуют спросу и компания последовательно двигается к достижению финансовых целей. 

Опубликовано № 6 (65) декабрь 2014 года

АВТОРЫ: Солодовников В.В., Конвичка Д.

РУБРИКА Логистика производства, Корпоративная логистика промышленных компаний, Информационные технологии в логистике и SCM

Аннотация 

Статья посвящена ключевому для сталелитейных компаний компоненту процесса выполнения заказов – составлению графиков выплавки и разливки. Формализована общая постановка этой задачи. Определены главные цели оптимизации процесса составления графиков выплавки и разливки, включающие: минимизацию преждевременного выполнения заказов, а также минимизацию запаздывания по выполнению заказов; максимизацию коэффициента полезного использования промежуточного ковша; минимизацию смен марок стали в течение жизненного цикла промежуточного ковша и минимизацию изменений ширины кристаллизатора; минимизацию накопления избыточных запасов; минимизацию разливки более качественных марок сталей, чем оговорено в заказах; управление запасами жидкого чугуна.   Проанализированы ключевые проблемы, связанные с решением задачи составления графиков выплавки и разливки в прошлом. Среди основных проблем отмечены: недостаточное развитие алгоритмов оптимизации и недостаточные аппаратные мощности.

На основании приведенного анализа предложены основные положения нового метода составления графиков выплавки и разливки,  позволяющего значительно повысить качество планирования и включающего три основных этапа: распределение производственных мощностей, комбинирование заказов в плавки, создание детальной последовательности выплавки, очистки и разливки сталей. Сформулированы несколько ключевых требований к программному решению на базе данного метода, включающих: высокую скорость расчетов, возможность ручных корректировок графиков, возможность просмотра ключевых показателей эффективности графиков в режиме реального времени, возможность настройки приоритетности целей оптимизации, масштабируемость. На примере чешского производителя стали приведен успешный опыт разработки и внедрения этого программного решения.

В заключении дано описание достигнутых результатов в чешской компании – производителе сталей, приведены рекомендации по внедрению улучшений. 

Ключевые слова: оптимизация планов оперативное планирование логистика производства управление заказами производственные мощности

Кризис 2008 года стал важной вехой для многих металлургических компаний всего мира. Это был предельно жесткий и объективный тест на выживаемость. Компании с эффективным процессом управления своими цепями поставок смогли не только удержать свои позиции, но и найти новые для себя ниши на рынке. Компании, которые не отличались эффективностью, встали перед выбором закрытия/продажи активов либо внедрения кардинальных преобразований процесса управления.

Анализ успешных сталелитейных компаний того времени показывает, что ключевым элементом повышения конкурентоспособности этих предприятий стало улучшение процесса выполнения заказов [3,4,11] и в частности повышение эффективности процесса составления графиков выплавки и разливки. Важность получения качественных (исполнимость, сбалансированность, точность) графиков выплавки и разливки объяснятся рядом причин. 

Во-первых, выплавка и разливка (доменное производство, производство и разливка стали) является местом, где создается основная ценность продукции в металлургическом бизнесе. Это место, где сырье преобразовывается в сталь [1,12]. Именно здесь сокрыт наибольший потенциал для повышения эффективности деятельности металлургических компаний.

Во-вторых, полуфабрикаты, получаемые на данном этапе, разветвляются на тысячи различных позиций готовой продукции. Следствием этого является тот факт, что выплавка и разливка задают ритм всей последующей производственной цепочке. Качество клиентского сервиса, объем незавершенного производства,  запасы продукции и даже выход годного во многом определяются эффективностью работы этого этапа производства.

В-третьих, ресурсы выплавки и разливки являются наиболее дорогостоящими по сравнению со всеми остальными ресурсами металлургического производства, что означает высокую стоимость производственных операций. Как правило, эти ресурсы также являются узкими местами производства [2]. Повышение эффективности этого этапа производства, значительно снижает общие затраты металлургической компании.

Таким образом, по всем вышеперечисленным причинам эффективность управления металлургическими процессами выплавки и разливки оказывает значительное влияние на конкурентные преимущества компании и во многом определяет  финансовые показатели ее деятельности. Перманентно усиливающаяся интенсивность конкурентной борьбы сталелитейных компаний на фоне роста неопределенности на рынке черных металлов определяет актуальность разработки и внедрения новых подходов к решению задачи составления качественных графиков выплавки и разливки. 

Задача составления оптимальных графиков выплавки и разливки относиться к классу сложности NP [5,9]. В действительности, это даже комплекс проблем, которые на протяжении долгого времени были трудноразрешимыми. Работами в области разработки новых методов составления графиков выплавки и разливки зачастую занимались сами металлургические предприятия совместно с партнерами. В качестве партнеров выступали научно исследовательские институты и ведущие поставщики программного обеспечения. Большинство попыток разработать специализированные решения самостоятельно или с помощью партнеров не принесли желаемых результатов или потерпели фиаско, несмотря на значительные инвестиции финансовых и людских ресурсов. К основным причинам можно отнести недостаточное развитие алгоритмов оптимизации и недостаточные аппаратные мощности. Последние достижения в этих областях позволили специалистам ЛОГИС разработать метод и решение, которое дает возможность создавать качественные графики выплавки и разливки для реального использования их в производственной деятельности крупных сталелитейных предприятий. 

В рамках настоящей статьи сформулированы основные положения нового метода составления графиков выплавки и разливки, позволяющего значительно повысить качество планирования. На примере чешского производителя стали приведен успешный опыт разработки и внедрения программного решения на базе данного метода.

Материалы статьи структурированы следующим образом:

1. Описание чешского производителя стали.
2. Общая постановка задачи составления графиков выплавки и разливки.
3. Основные положения нового метода.
4. Информационная система составления графиков.
5. Описание достигнутых результатов.
6. Выводы.

Описание чешского производителя стали

Чешский производитель стали является одним из ведущих промышленных производителей в Европе. Его сортамент продукции включает в себя: катанку, арматуру, рельсы, листовой прокат, бесшовные трубы и различные профили. Компания производит сотни различных марок сталей. Годовой объем выпуска стали достигает 2,4 млн. тонн. Численность сотрудников компании составляет около 5500 человек. Производственная цепь поставок компании включает в себя интегрированные мощности по производству чугуна и стали (см. рисунок 1).

Рисунок 1 Схема производственно-логистической цепи поставок

При этом сталь производиться как конвертерным способом (КЦ – конверторный цех), так и в электросталеплавильных печах (ЭСПЦ – электросталеплавильный цех). Разливка стали осуществляется на машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ), а также в изложницы. В зависимости от метода разливки и профилеразмера заготовки передаются на станы следующих этапов производства. Как видно из схемы этап выплавки и разливки является ключевым этапом производства. Именно поэтому задача составления графиков этого этапа является столь важной для компании.   

Старый процесс составления графиков выплавки и разливки был организован следующим образом. Исходные данные для процесса составления графиков готовили в ручном режиме 5 человек, которые на основании запланированных заказов прокатных станов готовили требования по отгрузке заготовок с участка разливки. На основании этих требований специалисты подготавливали график выплавки и разливки. Этот график имел достаточную точность на горизонте 4-7 дней. За этим горизонтом точность графика существенно снижалась. Составление графика занимало много времени и требовало значительных усилий. Изменения требований прокатных станов или отклонения по исполнению графика выплавки и разливки в большинстве случаев приводили к его перерасчету. Часто из-за высокой трудоемкости перерасчет выполнялся, в том числе, по окончании рабочего дня и в выходные дни. Отсутствие детальной информации по требованиям прокатных станов за пределами 1-2 недельного горизонта значительно снижало эффективность принимаемых планировщиками решений. Также учет на производстве оставлял желать лучшего. В цеховых системах отлеживались только общие объемы производства без разбивки по плавкам (отсутствие учета серийности) и без привязки объемов к конкретным заказам.

В результате всего этого предприятие страдало от высокого уровня незавершенного производства, низкой дисциплиной производства в срок. Логично стал вопрос о реорганизации процесса составления графиков, повышении его эффективности.    

Общая постановка задачи составления графиков выплавки и разливки

Графики выплавки и разливки обычно обновляются, по крайней мере, один раз в день. Это делается для тысяч заказов. При этом ответственный за это планировщик пытается найти решение, удовлетворяющее одновременно нескольким конкурирующим целям. Рассмотрим эти цели более подробно.

Наиболее важная цель - выполнения заказов вовремя, т.е. минимизация преждевременного выполнения заказов, а также минимизация запаздывания по выполнению заказов (см. рисунок 2). 

Рисунок 2  Распределение дат производства заказов

Требуемое время производства для каждого заказа в сталелитейном производстве, как правило, определяется на более высоком уровне календарного производственного планирования, на котором осуществляется балансировка мощностей всей производственно-логистической цепочки предприятия.  Используя данные календарного производственного плана, планировщик должен создать максимально соответствующий график. Если заказы произведены слишком рано, образуются избыточные запасы. Если заказы произведены слишком поздно, может пострадать качество клиентского сервиса и могут потребоваться дополнительные затраты на ускорение процесса доставки.

Вторая по приоритетности цель составления графика выплавки и разливки это максимизация коэффициента полезного использования промежуточного ковша (см. рисунок 3).

Рисунок 3  Схема МНЛЗ

Количество последовательно разливаемых плавок через один промежуточный ковш отличается в зависимости от марки стали. Когда коэффициент полезного использования ковша максимален, ковш используется наиболее эффективно и сталь поступает в кристаллизатор непрерывно продолжительное время. При этом затраты на тонну выплавляемой стали уменьшаются. Доля переходных начальных и конечных зон в слябах в общем объеме производства также снижается, что приводит к улучшению показателя выхода годного. У чешского производителя стали есть несколько машин непрерывного литья заготовки (МНЛЗ). Часть заказов при этом имеет альтернативы по производству на этих машинах. Коэффициент полезного использования промежуточного ковша может быть улучшен путем наиболее эффективного распределения таких заказов по альтернативным МНЛЗ.

Третьей целью является минимизация смен марок стали в течение жизненного цикла промежуточного ковша и минимизация изменений ширины кристаллизатора [7]. Минимизация смен марок сталей улучшает выход годного, так как уменьшается доля переходных начальных и конечных зон в слябах (см. рисунок 4).

Рисунок 4 Смена марок стали и ширин

Слябы с переходными марками стали, как правило, мало востребованы рынком и зачастую идут на переплавку. Уменьшение числа и интенсивности изменений ширины кристаллизатора очень важный вопрос для  производителей листового проката, так как улучшение этого показателя ведет к: снижению износа оборудования станов разливки и прокатки, снижению риска поломок, потенциальному увеличению выхода годного.    

Четвертой целью является минимизация накопления избыточных запасов. По мере того, как производственные заказы комбинируются в плавки, а из плавок в свою очередь создаются серии, возникают избыточные запасы, создание которых продиктовано кратностью плавок или целями по максимизации продолжительности жизни промежуточного ковша (см. рисунок 5). Производство в запас, как правило, является тратой драгоценного времени производства, так как отсутствует возможность получить доход с  произведенного продукта сразу.  

Рисунок 5 Производство в запас

Пятая цель это минимизация разливки более качественных марок сталей, чем оговорено в заказах (см. рисунок 6). Для максимизации полезного использования промежуточного ковша, а также для минимизации смен марок сталей, металлургические компании иногда разливают более качественные марки сталей, чем оговорено в заказах. Графики выплавки и разливки, которые минимизируют разливку более качественных марок сталей, чем оговорено в заказах, тем самым уменьшают затраты на дорогостоящие ферро материалы.

Рисунок 6 Качество сталей

Для интегрированных металлургических компаний, имеющих в своем производственном цикле выплавку чугуна в домнах, существует шестая цель – управление запасами жидкого чугуна.

На таких  металлургических заводах чугун из доменных печей [14] доставляется в железнодорожных цистернах на участок производства стали (см. рисунок 7).

Рисунок 7 Управление запасами чугуна

Как правило, количество цистерн ограничено. Данные цистерны, по сути, представляют собой запасы жидкого чугуна для сталелитейного производства. Загрузка сталеплавильного производства, а соответственно и потребность в чугуне, определяется графиком выплавки и разливки. Так как быстрое изменение объемов производства домен затруднительно, графики выплавки и разливки должны постоянно отслеживаться и корректироваться для оптимизации уровня запасов чугуна «на колесах». Это помогает избежать дорогостоящих, а также экологически вредных методов хранения жидкого чугуна.  

Для тех металлургических заводов, на которых возможен значительный объем горячего всада, две дополнительных цели определяют качество графиков выплавки и разливки: температура сляба на входе нагревательных печей и загрузка мощностей горячего проката. Загрузка сляба, без потери тепла при вынужденном хранении, сокращает затраты на разогрев и увеличивает пропускную способность нагревательных печей. Загрузка мощностей горячего проката улучшается, когда каждая кампания стана горячей прокатки имеет максимальную длину, т.е. минимизируются переналадки.

Все вышеописанные цели находятся в сложной взаимосвязи между собой (см. рисунок 8).

Рисунок 8 Шесть ключевых целей составления графиков выплавки и разливки

Минимизация запаздывания и опережения в исполнении заказов улучшает показатели качества клиентского сервиса, но может привести к снижению коэффициента использования промышленного ковша и увеличить производственные затраты. В свою очередь максимизация коэффициента полезного использования промежуточного ковша снижает производственные затраты, но при этом может привести к увеличению запасов и к разливке более качественных марок сталей, чем оговорено в заказах. Максимизация горячего всада может уменьшить коэффициент загрузки промышленного ковша и т.д.

Сложности балансировки вышеуказанных целей с учетом специфичных технологических ограничений и правил долгое время мешало компаниям добиваться эффективных результатов по составлению графиков выплавки и разливки. Существующие методы, как правило, были направлены на решение только одной из целей. Не существовало метода для комплексного и эффективного решения проблемы балансировки вышеуказанных целей. Необходимость разработки такого метода была очевидна и для специалистов чешского производителя стали.

Основные положения нового метода

Сложность проблемы составления графиков выплавки и разливки определяет необходимость применения к ней метода декомпозиции. Данный научный метод позволяет,  используя структуру задачи, заменить решение одной большой задачи решением серии меньших взаимосвязанных и более простых задач [11,15].

В рамках нового метода составления графиков выплавки и разливки производиться: а) декомпозиция общей задачи на подзадачи или слои б) применение наиболее подходящего к каждому слою алгоритма оптимизации с) обмен данными между различными слоями в процессе нахождения решения с требуемыми характеристиками.

Предложенный новый метод составления графиков решает проблему, используя три слоя оптимизации (см. рисунок 9).

Рисунок 9 – Декомпозиция задачи составления графиков выплавки и разливки

1. На первом слое осуществляется распределение производственных мощностей. На этом слое заказы распределяются по времени, определяются общие требования к датам разливки, моделируется уровень загрузки ресурсов с учетом ключевых ограничений по мощностям, выбираются маршруты производства с учетом имеющихся альтернатив.
2. На втором слое осуществляется комбинирование заказов в плавки с учетом доступных производственных мощностей, правил по совместимости марок сталей. При этом решения принятые на первом уровне не должны быть нарушены.
3. На третьем слое создается детальная последовательность выплавки, очистки и разливки сталей, осуществляется управление запасами жидкого чугуна. При этом учитываются детальные производственные ограничения.

Итерации расчета и взаимодействие между слоями продолжается до тех пор, пока заданный баланс по всем ключевым показателям не будет достигнут. Общая последовательность шагов следующая: выполняется расчет первого слоя, результаты передаются на следующие слои. Если при расчете выявляются несоответствия на более детальных уровнях, результаты возвращаются наверх для корректировки предшествующих уровней. Итерации продолжаются до достижения баланса по всем ключевым показателям эффективности. 

Благодаря декомпозиции исходной задачи составления графиков на несколько слоев и использования лучших комбинаций оптимизационных алгоритмов для каждого слоя обеспечивается наилучшая эффективность расчета. 

Информационная система составления графиков

Разработанный новый метод составления графиков выплавки и разливки был взят за основу при разработке промышленного решения для чешской производственной компании. Также специалистами чешской компании совместно с проектной командой ЛОГИС были сформулированы несколько ключевых требований к новому решению.

1. Для целей сценарного анализа и для отражения изменившихся условий на производственной площадке требуется высокая скорость расчетов графиков без ущерба для качества.    
2. Ни одна модель, как она не была бы сложна, не может воспроизвести всей сложности реальных физических процессов. Именно поэтому пользователям необходимо предоставить возможность ручных корректировок графиков.Инструмент должен обладатьнаглядным интерфейсом для отслеживания влияния ручных корректировок на качество графиков.  
3. Качество графиков оценивается на основании набора ключевых показателей эффективности, которые, как правило, соответствуют целям оптимизации. Планировщик должен иметь возможность оперативного просмотра этих ключевых показателей эффективности после каждого перерасчета графика, внесения ручных корректировок.
4. Цели оптимизации для составления графиков выплавки и разливки могут иметь различные приоритеты, которые могут изменяться с течением времени. К примеру, когда цены на легирующие материалы высоки, особенно важным становиться для металлургического предприятия минимизация разливки более качественных марок сталей. Планировщик должен иметь возможность настраивать приоритетность каждой из целей оптимизации составления графиков выплавки и разливки.
5. Структура активов предприятия изменяется с течением времени: добавляются новые мощности, появляются новые продукты, изменяются коммерческие приоритеты и т.д. Решение по составлению графиков выплавки и разливки должно позволять планировщикам вносить необходимые изменения в модель без необходимости перепрограммирования. Ограничения в модели должны быть представлены как исходные данные и добавление или изменение ограничений должно определяться исходным набором данных.

Для реализации описанных выше требований специалистами ЛОГИС было разработано собственное программное решение. В этом решении, в рамках проекта внедрения, была настроена модель составления выплавки и разливки. Пример интерфейса пользователя с диаграммой Гантта выплавки и разливки приведен на рисунке 10.

Рисунок 10 -  Диаграмма Гантта выплавки и разливки

Для решения сложной проблемы в первую очередь необходимо наглядное ее представление. Представление структур данных, ограничений и графика самого по себе является критичным для удобства работы с приложением. Разработанное решение содержит в себе набор стандартных отчетов для анализа качества графика, включая представления: о коэффициенте использования промежуточного ковша и величине использования более качественных марок сталей, об объемах производства в запас, о запаздывании и опережении исполнения заказов (см. рисунок 11).

Рисунок 11 – Представление потока материалов через МНЛЗ 

Решение разработано в программной среде C++ и использует архитектуру, которая подразумевает выполнение всех основных расчетов непосредственно в оперативной памяти компьютера без обращения к жесткому диску, что обеспечивает высокую производительность. Для целей моделирования разработанная система использует настраиваемые алгоритмы Программирования Удовлетворения Ограничений  (Constraint Satisfaction Programming - CSP), которые включают в себя, в том числе, линейное и целочисленное программирование, методы поиска на основе ограничений (Constraint-Based Search), эвристику и другие алгоритмы исследования операций [6,8,13,16].

Основными результатами применения разработанной системы являются:

• значительное ускорение расчетов (расчет занимает минуты вместо часов);
• повышение точности графиков благодаря учету детальных правил и ограничений выплавки и разливки, применению современных оптимизационных алгоритмов  и удобному интерфейсу планировщика для внесения ручных корректировок.

Описание достигнутых результатов

Благодаря внедрению нового решения у чешского производителя стали процесс составления графиков выплавки и разливки там претерпел кардинальные изменения. На сегодняшний день требования к участку разливки автоматически генерируются на основании актуального календарного плана производства. Это позволяет планировщику выплавки и разливки работать на полном горизонте календарного производственного плана – вплоть до 4-ех месяцев. На текущий момент график выплавки и разливки составляется на 40 дней, при этом первые 14 дней горизонта планируются особенно тщательно. График ежедневно обновляется с учетом реальной ситуации на производстве. Наглядность графиков и расширение горизонта планирования существенно повысили  экономическую и технологическую обоснованность принимаемых планировщиками решений.

Результатом внедрения нового процесса стало повышение эффективности как этапов выплавки и разливки в отдельности, так  и всего предприятия в целом. Одним из ключевых показателей эффективности сталелитейного производства является недозагрузка промежуточного ковша на МНЛЗ. Улучшению этого показателя сопутствует снижение затрат и повышение производительности участка разливки. Сложность поддержания низких значений показателя недозагрузки промежуточного ковша состоит, прежде всего, в необходимости реализовать большое количество сортов стали со специфическими требованиями к плавке в разрезе конкретных заказов и высокая доля заказов малого объема по сравнению с объемом одной плавки, и тем более по сравнению с объемом всей серии. Этот показатель чешская компания рассчитывает как разницу между теоретическим и планируемым значениями количества плавок в серии для конкретного промежуточного ковша. При этом значение теоретической серии принимается равной максимально возможной длине серии для рассматриваемой технологии производства. Планируемая серия определяется графиком выплавки и разливки. Статистика недозагрузки промежуточного ковша на разливке, начиная с 2003 года, приведена на рисунке 12.

Рисунок 12 – Статистика недозагрузки промежуточного ковша

В 2007 году, с момента ввода системы в промышленную эксплуатацию, компании удалось достичь улучшения показателя недозагрузки промежуточного ковша на 60% по сравнению с 2006 годом. Несмотря на кризис в 2008 году, улучшение показателя относительно 2006 года составило более 70%. Следует отметить, что применение специализированного решения в кризисный период позволило компании, используя полученные дополнительные конкурентные преимущества, занять лидирующие позиции на рынке в своем сегменте. Таким образом, эффект от внедрения решения был ощутим даже в сложный период, когда предложение на рынке металлов значительно превышало спрос.    

В целом для предприятия интеграция нового процесса составления графиков выплавки и разливки в процесс планирования удовлетворения заказов оказало существенное влияние на повышение качества клиентского сервиса. В 2007 году компании удалось достичь дисциплины выполнения заказов с точностью до дня в 91% при поддержании высокой эффективности производства. В дальнейшем этот показатель только улучшался, несмотря на значительное расширение сортамента продукции, увеличения количества разливаемых марок сталей (см. рисунок 13).

Рисунок 13 – Распределение дат исполнение заказов относительно требуемой даты

На сегодняшний день дисциплина отгрузок в компании составляет 98,5%. Это является беспрецедентным результатом для производителей стали. Не случайно проект внедрения нового решения по планированию был удостоен ряда международных наград.

Выводы

Качество графиков выплавки и разливки оказывает значительное влияние на конкурентные преимущества сталелитейной компании и во многом определяет  финансовые показатели ее деятельности. Ограничения, связанные с выплавкой и разливкой, целесообразно рассматривать в рамках процесса планирования выполнения заказов, особенно в случае, если предприятие имеет в сортаменте сотни и тысячи марок сталей.

Предложенный метод и разработанное на его основе программное решение позволяют планировщикам эффективно решать проблему составления качественных  графиков выплавки и разливки в короткие сроки. Этот метод и решение  прошли апробацию на ряде международных промышленных предприятий, доказали свою эффективность и рекомендованы к внедрению на предприятиях рассматриваемого класса. 

Список литературы 

1. Degner M. and others. Steel Manual. – Dusseldorf:Steel Institute VDEh, 2008. – 185 p.
2. Goldratt, Eliyahu M. Theory of Constraints. [Great Barrington, MA]: North River Press. – 159 p. ISBN 0-88427-166-8.
3. Keely L. Croxton. The Order Fulfillment Process. - International Journal of Logistics Management, Vol. 14 Iss: 1, 2003. - pp.19 - 32
4. Lambert D. Supply Chain Management: Processes, Partnerships, Performance. 3rd Edition. – Supply Chain Management Institute, 2008. – 431 p.
5. Абрамов С. Лекции о сложности алгоритмов. – М.:МЦНМО, 2012. – 248 с.
6. Бережная Е.В. и Бережной В.И. Математические методы моделирования экономических систем. М.:Финансы и Статистика, 2006. – 432 с.
7. Буланов Л.В., Корзунин Л.Г., Парфенов Е.П. и др. Машины непрерывного литья заготовок. Теория и расчет. - Уральский центр ПР и рекламы – «Марат», 2004. – 319 c.
8. Вентцель Е.С. Исследование операций: задачи, принципы, методология. — М.: Наука, 1988. 206 с.
9. Громкович Ю. Теоретическая информатика. Введение в теорию автоматов, теорию вычислимости, теорию сложности, теорию алгоритмов, рандомизацию, теорию связи и криптографию. – СПб.:БХВ-Петербург, 2010. – 334 с.
10. Джонс Дж.К. Методы проектирования. — М.: Мир, 1986. 326с.
11. Конвичка Д., Солодовников В.В. Повышение качества клиентского сервиса и производственной эффективности производителя спецсталей благодаря улучшению процессов планирования удовлетворения заказов. – Логистика и управление цепями поставок, №4(63), 2014.
12. Ойкс Г.Н. Производство стали. - М.: Металлургия, 1974. - 440 с.
13. Таха Х. Введение в исследование операций. 7-е издание.  М.: Вильямс,  2005. -912 с.
14. Улахович В.А. Выплавка чугуна в мощных доменных печах. М.: Металлургия, 1991. – 172 с.
15. Хорошев А.Н. Введение в управление проектированием механических систем: Учебное пособие. — Белгород, 1999. — 372 с.
16. Шимко П.Д. Оптимальное управление экономическими системами. СПб.: Бизнес-пресса, 2004. -240 с.

Опубликовано № 6 (65) декабрь 2014 года

АВТОРЫ: Зайцев Е.И.

РУБРИКА Оптимизация и экономико-математическое моделирование, Транспортировка в логистике, Аутсорсинг,  Планирование в цепях поставок

Аннотация 

В статье рассматривается проблема  планирования оптовых поставок товаров потребителям под управлением логистических операторов на основе аутсорсинга деловых процессов и мультииндексные технологии оптимизации планов и маршрутов доставки.  Приводятся алгоритмы и примеры расчетов.

Ключевые слова: мультииндексная технология оперативное планирование оптимизация планов маршрутизация