A termeléstervezés alapjai - Anyagszükséglet tervezés (MRP)

Átírás

1 A termeléstervezés alapjai - Anyagszükséglet tervezés (MRP) BMEGEGTMGTG 2015 Dr. Váncza József Gyártástudomány és -technológia Tanszék Váncza 1

2 A teljes kép: tervezési mátrix Execution Control Gyártástudomány és -technológia Tanszék Váncza 2

3 Alapelvek A tervezés kulcskérdései Mikor, Miből, Mennyit kell gyártani Az igények szabják meg a tervet Cél a végtermékek iránti, ún. független igények (independent demand) kielégítése Tekintettel a függő igényekre (dependent demand) termékszerkezet Nem pedig a komponensek belső raktárkészlete Előrejelzést a független igényekre készítünk Piac közelsége A függő igények előrejelzése ebből származtatható Gyártástudomány és -technológia Tanszék Váncza 3

4 MRP történeti áttekintés 60-as évek, IBM MRP: Material Requirements Planning Számítógép alkalmazása a termeléstervezésben Joseph Orlicky 70-es évek: tömeges alkalmazás az USA-ban MRP Crusade 80-as évek: MRP II Manufacturing Resource Planning Tervezés véges kapacitásokkal Rendszer integráció 90: ERP Enterprise Resource Planning szoftver forgalom több mint 1 milliárd USD 00: SCM Beszállítói láncok/hálózatok működtetése Supply Chain Management Gyártástudomány és -technológia Tanszék Váncza 4

5 MRP egyszerűsítő feltevések Erőforrás (ember, gép) kapacitások elégségesek Végtelen kapacitás (infinie capacity) Nem kell a kapacitásokkal foglalkozni A termékek átfutási ideje előre megadható Rögzített átfutási idő (fixed lead time) Függetlenül a terheléstől Az előző feltevés következménye Anyagok, komponensek rendelkezésre állnak Nem kell a beszállítással foglalkozni Gyártástudomány és -technológia Tanszék Váncza 5

6 Alapfogalmak Idő Diszkrét időegységek, ún. időkosarak (time bucket) Jellegzetesen hét vagy nap Véges horizont Megrendelések Termék, határidő, mennyiség Külső, független megrendelés Végtermékre De lehet komponensre is: tartalék alkatrész Végtermékekre: Termelési főterv (Master Production Schedule) Bruttó igény (Gross Requirements) Belső megrendelés Mikor, miből, mennyinek a gyártását kell elvégezni ahhoz, hogy a külső megrendeléseket teljesíteni lehessen Gyártási rendelés (Planned Order, Job) Indítás Tervezett rendelés feladás (Planned Order Release) Befejezés Tervezett rendelés beérkezés (Planned Order Receipt) Gyártástudomány és -technológia Tanszék Váncza 6

7 Alapfogalmak (2) Megrendelések (folyt.) Futó belső megrendelés Korábbi terv szerint mikor, miből, mennyi lesz készen Akár gyártásból, akár vásárlásból származik Scheduled Receipts Raktárkészlet Mikor, melyik termékből és komponensből mennyi áll rendelkezésre Rendelkezésre álló raktárkészlet (On-hand Inventory) Termékszerkezet Darabjegyzék (Bill of Materials, BOM) Összeállítási fa, eredetfa, gozinto graph Megrendelésektől független Gyártástudomány és -technológia Tanszék Váncza 7

8 Darabjegyzék (BOM) Termékek szerkezete Végtermék (end item) Komponensek (lower-level items) Felépítés Mennyiség Példák A B #100 (2) #200 #300 #500 #300 #400 #100 #600 #300 #400 Gyártástudomány és -technológia Tanszék Váncza 8

9 BOM példa Gyártástudomány és -technológia Tanszék Váncza 9

10 BOM (3) Tulajdonságok Fa szerkezet Csomópontok, élek Gyökér végtermék Gyermekek közvetlenül beépülő komponensek Többszöri beépülés Több szinten Több termékbe Beépülési szint (low-level code, LLC) Végtermékre LLC = 0 Gyermekre: LLC(szülő) + 1 Ha több helyen, több termékben is beépül egy komponens, akkor a legmélyebb szint kódja: (max LCC) Példa LLC(B) = 0 LLC(#100) = max(1,2) = 2 LLC(#300) = max(2,1,3) = 3 Gyártástudomány és -technológia Tanszék Váncza 10

11 Az MRP input adatai Végtermékek iránti külső független igény Termelési főterv Master Production Schedule (MPS) Miből, mikor, mennyi tételnek kell készen lennie Termékek fő adatai Minden termékre egyenként BOM Becsült átfutási idő (Planning Lead Time) Törzsadatok (Item Master Data) Belső anyagáram Raktárkészlet (On-hand Inventory) Végtermékekre és komponensekre egyaránt Futó belső megrendelés (Scheduled Receipt, Job) Adott mennyiség adott határidőre ütemezve Lehet gyáron belüli futó munka Lehet külső szállítótól beérkező munka Gyártástudomány és -technológia Tanszék Váncza 11

12 Az MRP eredménye Új belső megrendelések Mikor, miből, mekkora mennyiségnek a gyártását kell elkezdeni Termékazonosító Darabszám Belső határidő Végtermékekre és komponensekre egyaránt Nem rendelhető közvetlenül külső megrendelésekhez Pl. komponensek több vég termékbe Planned Order Release (POR) Módosított futó megrendelések Határidő átütemezése Előre (expediting) Hátra (deferring) Mennyiségeket nem érinti Change Notice Hibaüzenetek Exception Reports Gyártástudomány és -technológia Tanszék Váncza 12

13 Az MRP vázlatos modellje MPS Raktárkészlet Nettó igények számítása Sorozatnagyság szabály Futó megrendelések Sorozatnagyság meghatározása Időbeli eltolás BOM kibontása Átfutási idő BOM Új belső megrendelések Módosított futó megrendelések Hibaüzenetek Gyártástudomány és -technológia Tanszék Váncza 13

14 Az MRP folyamata 1. Nettó igények számítása (Netting) Bruttó igények, raktárkészlet, futó belső megrendelések alapján Bruttó igények Végtermékekre: Master Production Schedule (MPS) Komponensekre: előző szint MRP eredménye (+ külső megrendelés) Végtermékeken kezdve (LLC = 0) 2. Sorozatnagyság meghatározása (Lot sizing) Nettó igények sorozatokba rendezése 3. Időbeli eltolás (Time phasing) Határidőkből indítási idők meghatározása 4. BOM kibontása (BOM explosion) Bruttó igények generálása a komponensek számára Következő LLC-n Komponensekre összevont igény 5. Iterálás Mindaddig, míg az összes LLC-szint fel lesz dolgozva Gyártástudomány és -technológia Tanszék Váncza 14

15 Egyszerű példa Egyszerűsítések Külső, független igény adott: MPS Nincs Scheduled Receipt Induló raktárkészlet 30 egység Part A Gross requirements Nettó igények számítása Part A Gross requirements Projected on-hand Net requirements Gyártástudomány és -technológia Tanszék Váncza 15

16 Egyszerű példa (2) 2. Sorozatnagyság meghatározása Rögzített sorozatnagyság: 75 tétel sorozatonként Az első olyan hétre kell tervezi, ahol az igény már nincs fedezve 3. Időbeli eltolás Mikor kell kezdeni a gyártást? Rögzített átfutási idő (planning lead time): 1 hét Part A Gross requirements Projected on-hand Net requirements Planned order receipts Planned order releases Gyártástudomány és -technológia Tanszék Váncza 16

17 Egyszerű példa (3) 4. BOM kibontása Bruttó igény generálása Part A minden közvetlen komponense számára (Gross requirements) Bruttó igény generálása Part B minden közvetlen komponense számára Ezek már függő igények Igények összegzése Tervezés LLC növekvő sorrendjében (0,1,2, ) Gyártástudomány és -technológia Tanszék Váncza 17

18 Az MRP eljárás részletei Jelölés Minden egyes végtermékre és komponensre egyenként Időszak: t Igény D t gross requirement Ütemezett mennyiség S t scheduled receipt Raktárkészlet I t projected on-hand inventory Nettó igény N t net requirements Gyártástudomány és -technológia Tanszék Váncza 18

19 1. Nettó igények számítása Feladat Meglévő raktárkészletek felhasználása Futó munkák azaz belső megrendelések határidejének szükség szerint való módosítása A mennyiségek nem változnak! Nettó igény meghatározása Feltevések Az új igényeket először a raktárkészletből fedezzük (on-hand inventory) Majd a futó munkák (SR) átütemezéséből, s végül, ha szükséges Új belső megrendelést indítunk Futó munka előbb ér véget, mint egy épp most indított Gyártástudomány és -technológia Tanszék Váncza 19

20 1. Nettó igények számítása (2) Eljárás 1. Inicializálás: 2. Fedezetlen igény számítása: míg t 3. Futó munkák átütemezése 3.1. Az első futó munka (SR) t időszakra való átütemezése 3.2. Mindaddig, míg és van még futó munka 4. Új nettó igény meghatározása t 0, I t t 1 I I D t t 1 t I 0 I I S t t t az első t* időszaktól, ahol 0 It 0 * 0, t t I 0 N It, t t t t * * D, t t Gyártástudomány és -technológia Tanszék Váncza 20 t *

21 Példa: kiindulás Part A Gross requirements Scheduled receipts Adjusted SRs Projected on-hand 20 Net requirements Planned order receipts Planned order releases Gyártástudomány és -technológia Tanszék Váncza 21

22 Példa: nettó igények meghatározása Part A Gross requirements Scheduled receipts Adjusted SRs Projected on-hand Net requirements Planned order receipts Planned order releases Futó munkák (SR) eltolása Csak ha szükséges Késleltetés (defer) Siettetés (expedite) Mennyiségeket nem változtatjuk Gyártástudomány és -technológia Tanszék Váncza 22

23 2. Sorozatnagyság meghatározása Cél Átállási idők, költségek csökkentése De ez csak a félkész munkák (WIP) növelésével együtt lehet WIP: Work in Process Kompromisszum Feltevések Igény determinisztikus Időben változó Egyszerű szabályok Tételt tételre: adott periódusban a sorozatnagyság legyen azonos a nettó igénnyel (lot-for-lot, LFL) Nem kombinálja több periódus nettó igényét Rögzített P periódushossz igényeinek összevonása (fixed order period, FOP) Ha P = 1, akkor LFL Példánkban legyen P = 2 Gyártástudomány és -technológia Tanszék Váncza 23

24 Példa: sorozatnagyság meghatározása Part A Gross requirements Scheduled receipts Adjusted SRs Projected on-hand Net requirements Planned order receipts Gyártástudomány és -technológia Tanszék Váncza 24

25 3. Időbeli eltolás Feladat Új munkák kezdési idejének meghatározása Feltevések Végtelen kapacitás áll rendelkezésre Rögzített, előre ismert (becsült) átfutási idők Függetlenül az aktuális terheléstől, az üzem állapotától, és a sorozatnagyságtól Nyersanyag rendelkezésre áll Eljárás Határidőtől visszafelé számítunk Gyártástudomány és -technológia Tanszék Váncza 25

26 Példa: időbeli eltolás Part A Gross requirements Scheduled receipts Adjusted SRs Projected on-hand Net requirements Planned order receipts Planned order releases Gyártástudomány és -technológia Tanszék Váncza 26

27 4. BOM kibontása Feladat Függő igények meghatározása Az egyes komponensekre A különböző végtermékekben szereplő azonos komponensekre összesítve Eljárás A szülő nettó igénye bruttó igényt generál a közvetlenül beépülő gyermekek számára Különböző bruttó igények összevonása periódusonként Bruttó igény átszámítása nettó igényre MRP számítás Feldolgozás sorrendje Végtermékeken indul, LLC = 0 Folytatás növekvő LLC szerint Gyártástudomány és -technológia Tanszék Váncza 27

28 Példa: BOM kibontása B termékről ismert Bruttó igény (MPS) Komponensei: raktárkészletek és futó megrendelések part t MPS on-hand scheduled receipt due qty lot-sizing rule lead time (week) B 40 0 FOP, 2 weeks 2 # LFL 2 # LFL 1 # LFL 4 Gyártástudomány és -technológia Tanszék Váncza 28

29 MRP: Part B Part B Gross requirements Scheduled receipts Adjusted SRs Projected on-hand Net requirements Planned order receipts Planned order releases Gyártástudomány és -technológia Tanszék Váncza 29

30 MRP: Part #500 Igény csak B-ből LLC = 1 Hibaüzenet (exception report) Az 1 periódusban már késő kezdeni Az MRP problémának adott feltételek közt nincs megoldása Part # Requirements from B Gross requirements Scheduled receipts Adjusted SRs Projected on-hand Net requirements Planned order receipts Planned order releases 25* 15 Gyártástudomány és -technológia Tanszék Váncza 30

31 MRP: Part #100 Igény A-ból és #500-ból LCC = 2 Hasonlóan a többi komponens esetén Part # Required from A Required from # Gross requirements Scheduled receipts Adjusted SRs Projected on-hand Net requirements Planned order receipts Planned order releases Gyártástudomány és -technológia Tanszék Váncza 31

32 MRP: Part #300 Part # Required from B Required from # Gross requirements Scheduled receipts 100 Adjusted SRs 100 Projected on-hand Net requirements Planned order receipts Planned order releases Gyártástudomány és -technológia Tanszék Váncza 32

33 MRP: output Transaction Part # Old Due Rel. Date New Due Qty Notice Change notice A defer Change notice A expedite Planned order release A OK Planned order release A OK Planned order release B OK Planned order release B OK Planned order release B OK Planned order release OK Planned order release OK Planned order release OK Planned order release OK Planned order release Late Planned order release OK Gyártástudomány és -technológia Tanszék Váncza 33

34 Változások követése Mi okozhat változást a tervben? Új megrendelés az MPS szintjén Kései teljesítés Selejtes gyártás BOM változása Általános módszerek Teljes újratervezés Top-down Változások követése (Net Change MRP) A terv csak azon részeit változtatjuk, amire hatással lehetnek az eredeti helyzettől eltérő input adatok Bottom-up Periódikusan meg kell ismételni Gyártástudomány és -technológia Tanszék Váncza 34

35 A tervezés gyakorisága és módja Milyen gyakran tervezzünk (át)? Túl gyakori áttervezés Sok hibaüzenet (exception report) Gyakran változó belső határidők Túl ritka áttervezés Lassú reakció az igényekre Elévült tervek Reakcióképesség vs. stabilitás Hogyan változtassuk a korábbi tervet? Re-generatív módon Azokat a tervezett munkákat, amik még nem kezdődtek el töröljük Új igényekre új terv Konzervatív módon Csak azokra a tételekre tervezünk, amikre változott az igény Gyorsabb, de a sorozatnagyságot nem tudja kihasználni Firm planned orders Mintha elindult volna a munka Stabilitás Gyártástudomány és -technológia Tanszék Váncza 35

36 Sorozatnagyság meghatározása Sorozatméret mint kompromisszum Sok kisebb munka Nagyobb átállási (setup), szállítási, kezelési idők Csökkentett kapacitások Több nagyobb munka Nagyobb raktárkészlet Felesleges készletek kockázata Kapacitás vs. raktárkészlet Setup költség gyakran a véges kapacitás megragadására szolgál Nagyobb átállás nagyobb sorozatnagyság kevesebb kapacitás veszteség Bő kapacitás kisebb átállási költségekkel számolnak kisebb sorozatok kisebb raktárkészlet MRP-ben használatos módszerek Tételt tételre (lot-for-lot, LFL) Gazdaságos rendelési tételnagyság (economic order quantity, EOQ) Rögzített rendelési tételnagyság (fixed order quantity, FOQ) Rögzített rendelési periódus (fixed order period, FOP) Gyártástudomány és -technológia Tanszék Váncza 36

37 Sorozatnagyság: LFL Lot-for-Lot Annyit gyártunk minden időszakban, amennyi ott a nettó igény Tulajdonságok A periódus végére nincs raktárkészlet minimalizálja a raktárkészletet Minden periódus elején setup maximálja a setup költségeket Előnye Nem vonja össze több időszak munkáját kiegyenlített terhelés Just in time Ha kicsi a setup költség, érdemes használni Gyártástudomány és -technológia Tanszék Váncza 37

38 Sorozatnagyság: EOQ Alapfeltevések Nincs kapacitáshatárunk, tehát a gyártás/megrendelés összes tétele teljesül Nincs időkülönbség a gyártás megkezdése/rendelés feladása és a teljesülés között Az igény ismert és időben állandó Pl. ha az évi igény 365 db, akkor naponta eggyel kell számolnunk Az átállási költségek függetlenek a mennyiségtől Csak egy termékkel foglalkozunk Jelölések D = Az igény mértéke, [db/év] c = Egy termék gyártási költsége, nem beleértve az átállítási és készletezési költségeket [Ft/db] A = Egy sorozat konstans átállási /megrendelési költsége [Ft/sorozat] h = Egy termék egy évi tartási költsége [Ft/db/év], amennyiben a tartási költség kizárólag a lekötött tőke kamata, akkor h = i*c, ahol i az éves kamatláb Q = Sorozatnagyság [db]: ezt kell meghatároznunk! Gyártástudomány és -technológia Tanszék Váncza 38

39 Sorozatnagyság: EOQ (2) A készletek alakulása Q Q/D 2Q/D 3Q/D 4Q/D Idő [év] Cél: egy darabra eső összköltség minimalizálása Átállás + gyártás + tartás Modellezési szempontból a termékek számát és az időt folytonos változóként kezeljük Gyártástudomány és -technológia Tanszék Váncza 39

40 Sorozatnagyság: EOQ (3) Tartási költség: Átlagos raktárkészlet: Éves tartási költség: Egy egységre: Átállási költség sorozatonként A, így egy egységre: Gyártási költség egységenként: c Költségfüggvény: hq A Y( Q) c 2 D Q Optimum dy ( Q) h A 0 2 dq 2D Q Q 2 hq 2 hq 2D * 2AD Q h Gyártástudomány és -technológia Tanszék Váncza 40 A Q

41 Sorozatnagyság: EOQ (4) Példa D = 1000 c = 250 A = 500 h = (0.1)(250) + 10 = 35 évente és darabonként i = 10% Q * 2(500)(1000) Cost ($/unit) Y Q* =169 Y(Q) hq/2d c A/Q Order Quantity (Q) Gyártástudomány és -technológia Tanszék Váncza 41 Q

42 Sorozatnagyság: FOQ/EOQ Fixed Order Quantity/Economic Order Quantity Belső megrendelés előre rögzített mennyiségre Segédeszközök fix méretei miatt Paletta, szállítókocsi, konténer,. Hatvány szerinti méretek: 1,2,4,8, Setup költségek csökkentése miatt EOQ modell módosítva Átlagos igény Setup költség Raktárköltség Sorozatnagyság D Ah Q Összevonással közelítve a sorozatnagyságot: Q = 50 Q 2AD h Period Net requirements Planned order receipts Gyártástudomány és -technológia Tanszék Váncza 42

43 Sorozatnagyság: FOP Fixed Order Period Ha t időszakban elkezdünk egy terméket gyártani, gyártsuk le összesen P időszak igényét. Ha P = 1, LFL Period Net requirements Planned order rec P meghatározása EOQ alapján D 135/ 9 15, A 150, h 2 Q 2AD P Q / D 47.4/ h 2 Gyártástudomány és -technológia Tanszék Váncza 43

44 Tartalékok Bizonytalanság kezelése MRP determinisztikus, a valóság nem Bizonytalanság forrásai Igény mértéke és időzítése Változó gyártási idők Kihozatal változása (selejt) Raktárkészlet tartalék Safety stock (SS) Az igényekkel kapcsolatos bizonytalanság ellen Számítása Raktárkészlet (Projected on-hand) csökkentése SS értékével Átfutási idő tartalék Safety lead time (SLT) Az időzítésekkel kapcsolatos bizonytalanság kezelése A határidő korábbra tolása Mintha növelnénk az átfutási időt Gyártástudomány és -technológia Tanszék Váncza 44

45 Példa: Raktárkészlet tartalék SS = 10 FOP, P = 2 Part B Gross requirements Scheduled receipts Adjusted SRs Projected on-hand Projected on-hand - SS Net requirements Planned order receipts Planned order releases Gyártástudomány és -technológia Tanszék Váncza 45

46 Példa: Átfutási idő tartalék Planned lead time = 2 Safety lead time = 1 Part B Gross requirements Scheduled receipts Adjusted SRs Projected on-hand Net requirements Planned order receipts Adjusted POR Planned order releases Veszély: önbeteljesítő jóslat A rögzített átfutási idők becslésen alapulnak Gyártástudomány és -technológia Tanszék Váncza 46

47 Az MRP problémái Kapacitás korlátok elhanyagolása Tervezés végtelen kapacitások mellett (infinite capacity) Végrehajthatatlan tervet eredményez Különösen, ha a rendszer a kapacitás-korlátok közelében működik Elég egyetlen erőforrás túlterhelése Hosszú átfutási idők Biztonság kedvéért növelt átfutási idők Nagyobb raktárkészlethez vezetnek A határidők betartása fontosabb Konstans átfutási idők Lomha a rendszer, nem tud reagálni a változó igényekre A rendszer érzékenysége System nervousness Kis változás az igényekben nagy változást okoz a belső megrendelésekben Az igények csökkenése akár végrehajthatatlan tervet is eredményezhet Gyártástudomány és -technológia Tanszék Váncza 47

48 MRP: összegzés Mikor, miből mennyit kell készíteni A külső független kereslet kielégítésére Bemenő adatok BOM Külső igények Raktárkészlet Futó belső megrendelések Eredmény: belső megrendelések Átütemezve Újak Elhanyagolások Kapacitások Technológiai tervek Aktuális terhelés Kétséges siker Végrehajthatatlan tervek Alapvetően hibás modell Részleteiben kiegyensúlyozatlan Gyártástudomány és -technológia Tanszék Váncza 48

49 Források, elérhetőség Ajánlott irodalom Hopp, W.J.; Spearman, M.L, Factory physics, Foundations of manufacturing management, Irwin, (second edition, 2000, third edition 2008). Koltai, T., Termelésmenedzsment, Typotex, Budapest, 2006 Elérhetőség Dr. Váncza József Gyártástudomány és -technológia Tanszék Váncza 49