Jak se dělí výroby podle spojitosti procesu

Pro využití informačních systémů a aplikaci řídicích metod je důležitá spojitost výrobního procesu. Z hlediska kontinuálnosti jeho průběhu používáme dělení na dvě hlavní oblasti – diskrétní a kontinuální výrobu. Diskrétní (nespojitá) výroba zahrnuje v moderních systémech kombinaci řízení diskrétních i spojitých procesů. Finální produkt diskrétní výroby principiálně vzniká na základě kusovníku, typicky ve strojírenském odvětví. Procesní (spojitá) výroba je zpravidla navázána na řízení kvality. Charakteristickými odvětvími, která se neobejdou bez tohoto typu výroby, jsou farmaceutický, potravinářský a chemický průmysl. Informační systém pro řízení procesní výroby pokrývá mj. spotřebu materiálu a plánování výroby, dále pak sledování a testování složení výrobků, jejich klasifikaci, sledování kvalitativních ukazatelů a toku materiálů výrobou tak, aby jej bylo možno zpětně identifikovat.

Při klasifikaci typů výrob v informačních systémech se k uvedeným dvěma kategoriím přiřazuje rovněž opakovaná linková výroba (plynulá výrobní linka nebo také proudová výroba), která uskutečňuje tento proces v tzv. výrobních buňkách. Výrobní buňky jsou tvořeny uspořádáním strojů na malém prostoru do uzavřeného celku s jednostranně definovaným tokem materiálu. Každá výrobní buňka má svůj sortiment materiálu, polotovary se zpracovávají bez transportu do meziskladů. Komponenty informačního systému nasazeného v procesu proudové výroby pak spoluvytvoří hybridní obousměrnou kombinaci založenou na řídicích principech tahu a tlaku (pull/push). Pomocí tlačného systému vytvoří plán dodavatelského harmonogramu, a to i pro více výrobních linek. Za podpory tažného systému pak zabezpečuje dodávky zákazníkům v okamžiku, kdy je jejich výroba ukončena.

Typy výrob podle odběru produkce

Další, často používané rozlišování typů výrob vychází ze způsobu odběru produkce. V informačních systémech pak můžeme nalézt funkcionalitu, která respektuje následující dělení:

• Výroba na sklad (make-to-stock) – vytváří se skladové zásoby na základě predikce očekávaných objednávek od zákazníků. Většina produktů, například konzervované potraviny, spotřební elektronika, knihy nebo koupelnová technika, jsou vyráběny právě tímto způsobem.
• Výroba na zakázku (production-to-order) – je realizována proto, aby uspokojila specifické požadavky zákazníka. Tento přístup je obvykle využíván při výrobě zboží, které má vysoké náklady na skladování, nebo produktů, které je třeba sestavovat na přání zákazníka. K takovýmto produktům patří například drahé dopravní prostředky (letadla) nebo investiční celky v podobě výrobních zařízení (strojní automaty).
• Montáž na zakázku (assembly-to-order) – využívá kombinace výroby na zakázku a výroby na sklad. Konečný produkt je kompletován podle specifické objednávky z vybraných komponent, které byly vyráběny na sklad. Typickým příkladem výrobku montovaného na zakázku je osobní počítač.
• Inženýrské práce na zakázku (engineer-to-order) – jsou charakteristické tím, že v okamžiku příjmu objednávky od zákazníka není zakázka předem přesně technicky specifikovaná. Existuje pouze zevrubná představa o tom, jak bude daný produkt vypadat. Práce na zakázce pak začíná návrhem řešení. Vyjasnění konečné podoby produktu ze strany zákazníka může trvat týdny až měsíce. Roční produkce se pak pohybuje v řádu desítek (speciální stroje) či jednotek (rozsáhlé investiční celky, například celé výrobní linky).

Přehled základních plánovacích a řídicích metod

Moderní informační systémy poskytují svým uživatelům standardní i méně obvyklé řídicí metody, které zasahují nejen výrobní, ale i ostatní navazující procesy. Tyto metody se vyvíjely postupně, mnohé z nich jsou již známy desítky let. Teprve až rozvoj podnikové informatiky v posledních letech zapříčinil jejich plnou integraci do algoritmů softwarových aplikací, a zpřístupnil tak i menším organizacím dosud netušené možnosti pokročilého plánování a řízení výroby. Než přikročíme k jejich výčtu a charakteristice, zmiňme nejprve specifickou oblast operativního řízení výroby přímo na provozní úrovni. Zde jsou v některých odvětvích (např. elektrotechnika) a subvertikálách (produkce polovodičových komponent) nasazovány tzv. výrobní informační systémy (MES – manufacturing execution systems), které zabezpečují získávání a zpracování provozních dat v reálném čase přímo z automatů a linek. MES tak tvoří vrstvu mezi technologickou úrovní výroby a ERP systémy.

Jednou z prvních metod aplikovaných v informačních systémech je řízení výroby podle minimálních zásob. Metoda je založena na rozpojení výrobního procesu na několik fází. Mezi jednotlivými fázemi je kontrolován stav zásob. Pokud by zásoba poklesla pod plánovanou mez, bude doplněna a výrobní tok poběží relativně plynule dále. Tento statický způsob řízení se ale obtížně adaptoval na změny a také zbytečně vázal náklady v nutných zásobách.

Plánování materiálových požadavků (MRP – material requirements planning) se oproti řízení podle minimálních zásob vyznačuje úzkou návazností na logistický řetězec (zásobování, skladování, doprava). MRP vytváří rovnováhu mezi zákaznickými požadavky a jejich naplňováním, dále udržuje pouze nezbytné skladové zásoby a neplánované požadavky plní podle časových priorit.

Kombinace MRP a řízení podle minimálních zásob pak umožní tu část materiálu, pro niž je to výhodné, řídit právě na základě minimální zásoby. Termíny dodávek pro odběratele pak nastavují limit pro souslednost dodacích dob jednotlivých materiálových položek a časů určených ke zpracování, které jsou stanoveny v technologickém postupu výroby.

Nejrozšířenější tlačná metoda (nejen) v českých podnicích

Metoda MRP automaticky počítá s neomezenými kapacitami. To je ale prakticky jen zřídka využitelný předpoklad. Proto byl koncept MRP rozšířen na MRP II (manufacturing resource planning) tak, aby zahrnoval přesnou kontrolu plánování nákupu ve vazbě na výrobu a prodej. Spotřeba materiálu se určovala na základě požadavků plynoucích z jednotlivých výrobních zakázek. Podle spotřeby zdrojů, nutných k výrobě těchto zakázek, pak byly stanovovány následné požadavky na materiál. Metoda MRP II reprezentuje tlačný způsob řízení, který je schopen zajistit časovou i kvantitativní vazbu mezi nákupem a prodejem. Jde v podstatě o iterační proces, na jehož vstupu se zadávají materiálové a kapacitní požadavky spolu s počátečním nebo koncovým termínem výroby. Systém pak rozplánuje výrobu podle zadaných požadavků, a to buď od počátečního termínu dopředu, nebo od finálního termínu dozadu. Plán produkce je přitom vytvářen na základě predikce odbytu.

Koncept MRP II je výhodný především v oblasti využití výrobních kapacit. Hlavní výhodou je nízká úroveň rozpracované výroby a výrobních zásob, dobrá znalost jednotlivých materiálových potřeb, možnost generování různých řešení hlavního plánu výroby a sledování průběžných časů produkce. MRP II však obtížně reaguje na požadavky změnového řízení, například ve vazbě na konstrukci. Nelze také neustále měnit plán při každé změně vstupních požadavků. Opakování je nutné zastavit a další změny se pak řeší operativně či za využití jiných, často vizualizačních metod (plánovací tabule). Moderní informační systémy k tomu umějí nabídnout například online vizuální simulaci. Není-li simulace k dispozici, lze využít Ganttova diagramu, který přehledně zobrazuje jednotlivé operace a umožňuje intuitivní změny plánu za respektování omezených kapacit.

Metodu MRP II využívá v současnosti podstatná většina ERP systémů dostupných na českém trhu. Některé produkty tuto tlačnou metodu obohacují o pokročilé prvky TOC (theory of constraints), jako například QAD Enterprise Applications nebo IFS Aplikace. Jiné, jako například Helios Green, jsou vyhraněně zaměřené právě na důslednou aplikaci algoritmů MRP II. Plánování v Helios Green navíc umí simulovat podle plánovaných skladových pohybů spotřebu komponent v čase a generovat návrhy na zajištění případných nedostatků v budoucnosti. Zabývá se také kapacitami jednotlivých pracovišť. Přeplánování pak provádí s respektováním jejich kapacitní vytíženosti i důsledků pro nákup. Dokáže také modelovat obchodní aktivity.

Tažné metody řízení

Při řízení výrobních a logistických procesů se společně s tlačnými metodami uplatňují i metody fungující na tažném principu. Ty pak souhrnně označujeme jako JIT (just-in-time – právě včas). JIT představuje tažný princip řízení, podle něhož je výroba produktu iniciována zákazníkem. Všechny potřebné komponenty jsou přitom „právě včas“ taženy podnikovými procesy až k finální kompletaci produktu a předání zákazníkovi.

Metoda JIT je rovněž přítomna v řadě ERP systémů dodávaných na českém trhu, byť je jejich počet podstatně nižší než u metody MRP II. JIT je dostupný například v odvětvových řešeních SAP Business All-in-One určených mimo jiné pro automobilový průmysl. Metodu JIT velmi dobře zvládá také výrobní systém AROP, který je jako specializovaný modul nasazován i s dalšími ERP systémy.

K dílčím metodám založeným na tažném principu patří tzv. kanban (z japonštiny lze volně přeložit jako iniciace výroby na signál). Kanban je vhodným nástrojem zejména pro dílenské řízení výrobního procesu a plánování výroby. Původně byl vyvinut v padesátých letech dvacátého století ve společnosti Toyota k efektivnějšímu řízení toku materiálu na montážní lince automobilů. Kanbanový systém se uplatňuje tam, kde se požaduje tzv. štíhlá výroba (lean manufacturing). Jde především o opakovanou výrobu stejných nebo příbuzných součástek s velkou rovnoměrností odbytu (hromadná a sériová výroba) a harmonizovanými kapacitami (tzn. při zamezení vzniku úzkých míst). Kanban klade nároky na průchodnost materiálového toku a pracovníky, kteří by měli být nejen dostatečně kvalifikovaní, ale zejména dobře motivovaní. Vzdělávání a motivování lidí tvoří ostatně nejvýznamnější část nákladů při zavádění kanbanového systému v praxi.

V součinnosti s informačním systémem funguje tzv. elektronický kanbanový systém. Slouží pro odvedení materiálu pracovníky u strojů a základní obousměrnou komunikaci mezi pracovníky ve výrobě a logistice odpovědnými právě za odvod materiálu či polotovarů. Elektronický kanbanový systém využívá technologie čárových kódů a kabelového nebo bezdrátového připojení koncových terminálů. Jde buď o programovatelné terminály, nebo pouze o „neinteligentní“ klientská zařízení. K typickým informačním systémům podporujícím elektronický kanban patří QAD Enterprise Applications, IFS Aplikace a Infor ERP LN.

Kombinované metody řízení

Doposud jsme hovořili o metodách založených buď na tažném, nebo tlačném principu. Nyní se dostáváme k metodám, které oba principy kombinují. První z nich je teorie omezení (TOC – theory of constraints) a její metoda určená k řízení výrobních a logistických procesů DBR (drum, buffer, rope).

TOC představuje relativně nový, netradiční způsob řešení problémů a myšlení. Jde spíše o komplexní manažerský přístup k řízení podniku zaměřený na jeho růst a zvyšování dosahovaných hodnot podnikového cíle než o konkrétní metodu na úrovni MRP II nebo JIT. V oblasti řízení výroby vychází TOC z dat potřebných též pro koncept MRP II nebo JIT. Protože se TOC zaměřuje na úzká místa, klesá do určité míry požadavek na přesnost dat týkajících se ostatních prvků systému. Úzké místo od sebe odděluje tlačný a tažný subproces. Jak už bylo uvedeno, principy TOC jsou obsaženy v metodice DBR. Buben (drum) rozvrhuje činnost omezeného zdroje – nastavuje takt. Zásobník (buffer) představuje ochranu průtoku před nepředvídatelnými událostmi – například materiál pro úzké místo. A nakonec lano (rope) synchronizuje operace podle taktu bubnu – uvolnění materiálu v souladu s průtokem úzkého místa.

TOC lze aplikovat jak ve výrobních podnicích, tak i v obchodních společnostech. K tomu lze využít ERP systém nebo specializovanou aplikaci pro pokročilé plánování a rozvrhování výroby (APS). Typickými informačními systémy, které dokážou pracovat s principy TOC na bázi pokročilého plánování a rozvrhování integrovaného v rámci ERP jádra, jsou Infor ERP SyteLine, QAD Enterprise Applications nebo IFS Aplikace. TOC je rovněž součástí několika partnerských řešení vytvořených na bázi SAP Business All--in-One a Microsoft Dynamics NAV.

Výroba s jednoznačnou číselnou identifikací

Další metodou kombinující tažný a tlačný princip je méně známý Seiban (z japonštiny lze volně přeložit jako adresná výroba jednoznačnou číselnou identifikací). Metoda Seiban slouží k udržení oddělené identifikace zákazníka nebo jeho položek mezi všeobecným souborem částí a objednávek. Jednoduchý princip Seibanu přináší značné výhody jak dodavateli, tak i odběrateli. Ve chvíli, kdy je přijata zakázka, je jí přiděleno číslo. Veškeré objednávky, vytvářené od této hlavní (výrobní objednávka, nákupní objednávka, rozpis materiálu, rezervace zásob), se formují již s tímto číslem. Není přitom třeba složitě nastavovat jejich řád či pořadí čísla, jak je to běžné jinde. Tyto objednávky totiž dědí stejné seiban číslo, jako má „rodič“ neboli předchozí objednávka.

Metoda Seiban tedy funguje na základě přidělování specifického identifikačního čísla seiban všem dílům, materiálu a objednávkám vázaným na zakázku pro určitého zákazníka, konkrétní projekt nebo pro cokoliv jiného. To umožňuje snadno sledovat vše, co se vztahuje k určitému produktu, projektu nebo zákazníkovi.

Seiban poskytuje jasné zaměření na zákazníka, což je velmi užitečné. Tradičně je tento přístup využíván v prostředí výroby či inženýrských prací na zakázku. Protože slouží k poskytování jasné identifikace o dostupnosti materiálu pro konkrétní objednávku, nalézá uplatnění také při produkci na sklad či opakované výrobě. Aplikace metody Seiban je charakteristická zejména pro ERP systém IFS Aplikace, kde představuje obecný princip pro řízení výroby formou zpracování tzv. dynamické objednávky (DOP – dynamic order processing).

Plánování výroby v APS Preactor
 

Pokročilé plánování a rozvrhování výroby

Mezi pojmy plánování a rozvrhování je sice na první pohled ne příliš patrný, za to však dost podstatný rozdíl. Plánování pracuje s údaji nashromážděnými z celého podniku, rozvrhování se týká pouze výroby. Plánování i rozvrhování může probíhat obousměrně – dopředu i zpětně v čase. Dopředné plánování a rozvrhování se týká výpočtu termínu, kdy bude možno splnit objednávku, zpětné plánování a rozvrhování počítá podle pevně zadaného termínu plnění objednávky dobu, kdy bude možné zahájit její realizaci.

Pokročilé plánování a rozvrhování kombinuje dopředný i zpětný způsob, což umožňuje určit optimální termín zahájení výroby a objednávky. Přidáme-li k této kombinaci možnost plánovat s omezenými kapacitami a řídit výrobu pomocí omezení identifikovaného úzkého místa, pak dosáhneme skutečně reálného plánu výroby, jímž lze efektivně splnit zákaznické požadavky. Tyto algoritmy plánování a řízení výroby jsou součástí informačního systému, který označujeme jako APS (advanced planning and scheduling nebo advanced planning system). Jde buď o samostatný systém, nebo o funkcionalitu (modul), která je součástí ERP nebo SCM řešení.

Informační systém APS definujeme jako nástroj pro pokročilé plánování a rozvrhování výroby na úrovni jednoho podnikatelského subjektu. Daný podnikatelský subjekt používá APS systém buď pro plánování a rozvrhování vlastní produkce nebo celého dodavatelského řetězce, který zřizuje. Při řízení dodavatelských řetězců pak lze k algoritmům pokročilého plánování přidat využití metod SCM. Ty jsou některými softwarovými výrobci souhrnně označovány pojmem multi-site.

Klasifikace APS/SCM systémů na českém trhu

CVIS se vymezením trhu s APS/SCM systémy zabývá od roku 2003. Kvantitativní výzkum provádí pravidelně každý rok. Kvalitativně pak zkoumá samostatné APS aplikace či algoritmy pokročilého plánování a rozvrhování výroby přímo v ERP systémech a formou případových studií také implementace těchto systémů v praxi.

Vzhledem k tomu, že funkcionalita pokročilého plánování a rozvrhování výroby je obvykle integrální součástí systémů pro řízení dodavatelských řetězců (SCM), bývají tato ucelená řešení označována jako APS/SCM. V této kategorii se setkávají velmi odlišné softwarové aplikace. Rozdíly mezi nimi jsou patrné zejména z hlediska úrovně funkcionality, využitelnosti v jednotlivých typech výroby a samozřejmě schopnosti plánovat v rámci dodavatelského řetězce.

Jak vyplývá z našich šetření, APS funkcionalita se již stala nedílnou součástí většiny ERP systémů. Dopředné a zpětné plánování výroby podporuje 84 procent ERP řešení, která jsou určena pro průmyslové podniky. Kvalitativní a funkční úroveň jednotlivých produktů, stejně jako jejich uplatnění v různých typech firem a odvětví, je však velmi odlišná.

Z hlediska původu jednotlivých řešení lze český trh rozdělit na dvě skupiny. První z nich tvoří aplikace, které přináší do podniků cenné světové standardy a nejlepší praktiky, a to včetně SCM funkcionality, která u českých řešení v daném rozsahu většinou chybí. V ČR jsou tyto systémy nasazovány především ve středních nebo velkých firmách, které disponují dostatečně znalými pracovníky schopnými využít jejich bohatou funkčnost. Druhou skupinu představují produkty českých softwarových výrobců. Mnoho let platilo, že jejich úroveň nedosahuje takových kvalit, jako tomu je u světových řešení, neboť jsou vyvíjeny v omezených možnostech, ať už z hlediska limitovaných investic nebo znalostí vývojářů. V posledních letech se však objevují nová vyspělá řešení, jako je například inPlan. Inovovány a postupně posouvány do vyššího segmentu trhu jsou i některé APS moduly, které byly původně vyvíjeny jako integrální součást ERP řešení. Typickým příkladem jsou příslušné moduly v informačním systému Karat Enterprise. Samotná klasifikace APS/SCM je založena na třech základních kategoriích, podle nichž hodnotíme jednotlivé produkty a určujeme, pro jaké typy firem je jejich nasazení vhodné.

Nižší třída – APS systémy

Typickým představitelem nižší třídy je APS modul integrovaný v ERP systému Karat. Z hlediska procesních cyklů pokrývá APS modul Karat vše od oblasti nákupu po prodej. Základem je hlavní plán výroby (MPS – master plan schedule), vedle něhož lze vytvářet plány uživatelské – v nich se provádí simulace, kterou lze následně promítnout do hlavního plánu. APS integrované v ERP systému Karat podporuje oba klíčové algoritmy CTP a ATP. V současnosti již Karat disponuje samostatným modulem nazvaným Gantt. Kapacitní plánování je pak jeho volitelnou součástí. Gantt umožňuje operativně měnit plánovací metody, a to volbou plánování do neomezených a omezených kapacit i za pomoci analýzy úzkých míst. Širší podpora SCM funkcionality u tohoto řešení však i nadále chybí. Díky vynikajícímu poměru ceny a kvality nachází uplatnění především ve středně velkých výrobních podnicích.

Podobný přístup k integraci APS do jádra ERP systémů aplikují i další tuzemští výrobci, jako například ABRA Software, byť každý z nich je na jiné úrovni vývoje a schopnosti realizovat danou funkcionalitu u zákazníka. Karat APS, podobně jako například APS Asprova nebo Infor ERP Visual, směřuje do vyššího segmentu, i když jej klasifikujeme v rámci stejné kategorie jako informační systém ABRA G4.

Do nižší třídy řadíme také specializované produkty, jako je například AHP Leitstand, zaměřený více na operativní plánování a řízení, a to až na dílenskou úroveň. Jeho použití je omezené, obvykle se nasazuje v kombinaci s ERP systémem (Microsoft Dynamics NAV), v němž je dostupná funkčnost pro podporu strategického plánování. Jak je patrné, nižší třída APS systémů je poměrně široká z hlediska možností a uplatnění jednotlivých řešení. Podobně je tomu i u střední třídy.

Střední třída – APS/SCM systémy

Světová ERP řešení dodávaná na českém trhu většinou obsahují nejenom základní plánovací algoritmy, ale i další pokročilé funkce APS. Typickým příkladem jsou Microsoft Dynamics AX a Infor ERP SyteLine. Například posledně jmenovaný produkt ctí navíc také zásady štíhlé výroby, bere v úvahu jak dostupnost kapacit, tak i materiálu současně. Využívá pokročilejší řídicí koncept, než je DBR, jelikož počítá s úzkými místy, které pokaždé propočítává na všech úrovních. Disponuje rovněž interaktivním Ganttovým grafem, s jehož pomocí lze intuitivně pracovat s plánováním zakázek. Systém také podporuje kolaborativní plánování v řetězci, v tzv. režimu multi-site. Na českém trhu existují úspěšné implementace tohoto řešení propojujícího více podniků nebo podnikatelských jednotek v rámci SCM. SyteLine patří díky svým vlastnostem do střední třídy APS systémů.

Do střední třídy dále řadíme produkty, kterým by možná slušela spíše kategorie „vyšší střední třída“. QAD Enterprise Applications a IFS Aplikace se uplatní zejména při realizaci rozsáhlejších projektů, které vyžadují kompletní pokrytí podnikových procesů v daném odvětví, jako je například automobilový, strojírenský nebo potravinářský průmysl.

Nejvyšší třída – APS/SCM systémy s možností strategického plánování SC

Do nejvyšší třídy ERP řešení s podporou APS funkcionality řadíme komplexní softwarové aplikace typu SAP Business Suite s integrovanými moduly SAP APO, popřípadě SAP SCM, a Oracle E-Business Suite s funkčností Oracle Advanced Supply Chain Planning. Jejich možnosti jsou velmi rozsáhlé a zahrnují kromě pokročilé funkcionality pro plánování výroby a dodavatelských řetězců také projektování SCM.

SAP APO i Oracle ASCP umí vyřešit obě klíčové otázky, které se při strategickém plánování SC vyskytují: lokačně-alokační problém a strategické plánování sítí. Lokačně-alokační problém určuje vzájemnou polohu všech součástí sítě, tedy dodavatelů k distribučním centrům, distribučních center k závodům, výrobků k závodům a skladům či dodavatelům k výrobním závodům. V obou systémech jsou tyto vztahy řešeny v závislosti na geografické blízkosti jednotlivých entit, uvažováno je také kapacitní omezení jednotlivých článků řetězce a v neposlední řadě jsou hodnoceny celkové náklady, které by měly být co nejnižší. Pro strategické plánování sítí jsou užívány modely lineárního programování. Strategické plánování slouží k realizaci změn v dodavatelských sítích či při expanzi do nové oblasti, v níž chybí potřebné zázemí.

Obě řešení se uplatňují většinou ve velkých podnicích a nadnárodních korporacích. Menší firmy by měly výrazné problémy s jejich efektivním využitím a proveditelností implementačního projektu, neboť tyto aplikace jsou příliš složité a rozsáhlé. S tímto faktorem je možné se setkat v některých českých podnicích, u nichž bylo nasazeno řešení i2, které rovněž řadíme do nejvyšší kategorie APS/SCM systémů.

Petr Sodomka