MonOct14

Βελτίωση της Απόδοσης Σύγχρονων Παραγωγικών Συστημάτων

Η Τεχνολογία, Ομαδοποίησης Μηχανών (Group Technology), η οποία αποτελεί μία σύγχρονη τεχνική παραγωγής, συνίσταται στην ομαδοποίηση, αφ' ενός των μηχανών σε βιομηχανικά κύτταρα(manufacturing cells) αφ’ ετέρου δε των παραγόμενων κομματιών σε ομοειδείς, ως προς την επεξεργασία, οικογένειες (part families).

Η δυσκολία όμως στην πράξη δημιουργίας πλήρως αυτόνομων βιομηχανικών κυττάρων συνεπάγεται μετακινήσεις κάποιων κομματιών από κύτταρο σε κύτταρο, συνήθως με υψηλό κόστος. Ο περιορισμός των μετακινήσεων αυτών μπορεί να επιτευχθεί: α) με την ανάθεση της παραγωγής των κομματιών εκείνων που δημιουργούν μετακινήσεις σε υπεργολάβους (part subcontracting) και β) με την αγορά κεφαλαιουχικού εξοπλισμού, την ένταξη δηλαδή στα (ήδη) υπάρχοντα βιομηχανικά κύτταρα, νέων μηχανών πανομοιότυπων (machine duplication) με εκείνες οι οποίες έχουν το μεγαλύτερο φόρτο επεξεργασίας στην συγκεκριμένη παραγωγική διαδικασία.

Η Τεχνολογία Ομαδοποίησης Μηχανών (Group Technology) για τη βελτίωση της απόδοσης των συστημάτων παραγωγής έχει γίνει εξαιρετικά δημοφιλής τα τελευταία χρόνια, ιδιαίτερα σας ΗΠΑ. Η τεχνική αυτή είναι μία σύγχρονη αντιμετώπιση του σχεδιασμού της παραγωγής και υπάγεται στο γενικότερο πλαίσιο του σχεδιασμού Ευέλικτων Συστημάτων Παραγωγής (Flexible Manufacturing Systems).

Η κεντρική ιδέα αυτής της, σχετικά, νέας (στην εφαρμογή της) τεχνικής είναι η «αποκέντρωση» της παραγωγής. Αυτό επιτυγχάνεται με την ομαδοποίηση, αφ’ ενός των μηχανών σε βιομηχανικά κύτταρα (manufacturing cells) και αφ’ ετέρου των διακενουμένων κομματιών σε ομοειδείς, ως προς την επεξεργασία, οικογένειες (part families) oι οποίες αντιστοιχίζονται στα βιομηχανικά κύτταρα. Ιδανικά, τα βιομηχανικά κύτταρα είναι πλήρως αυτόνομα, δεν υπάρχουν δηλαδή μετακινήσεις κομματιών από ένα κύτταρο σε ένα άλλο. Επειδή όμως αυτό, όπως θα δούμε στη συνέχεια, είναι συνήθως ανέφικτο, ο στόχος είναι η ελαχιστοποίηση αυτών των μετακινήσεων.

Μερικά από τα οφέλη που προκύπτουν από αυτή τη διάσπαση της παραγωγής σε αυτόνομες (ή σχεδόν αυτόνομες) μονάδες είναι: η μείωση στους χρόνους διακίνησης και επεξεργασίας υλικών, η μείωση των χρόνων αναμονής, η καλύτερη εκμετάλλευση των μηχανών χάρις στις μειωμένες απαιτήσεις αλλαγής εργαλείων και επανεκκινήσεων και η απλοποίηση του προγραμματισμού της παραγωγής. Αξίζει να σημειωθεί ότι ο σχεδιασμός βιομηχανικών κυττάρων είναι συνήθως το πρώτο βήμα για την εφαρμογή της φιλοσοφίας JIT.

Ο μέγιστος δυνατός βαθμός αυτονομίας των βιομηχανικών κυττάρων εξαρτάται από τα δεδομένα του σχεδιασμού, δηλαδή τη ροή της παραγωγής και υπόκειται σε βελτιστοποίηση. Στη πράξη είναι εξαιρετικά
σπάνια η δυνατότητα δημιουργίας πλήρως αυτόνομων βιομηχανικών κυττάρων, όποια και αν είναι τα κριτήρια βελτιστοποίησης, έτσι, σε κάθε λύση υπάρχουν στοιχεία εξαίρεσης (exceptional elements), δηλαδή μηχανές που πρέπει να επεξεργαστούν κομμάτια που ανήκουν σε περισσότερες από μία οικογένειες κομματιών ή (από άλλη όψη) κομμάτια που πρέπει να υποστούν κατεργασία σε περισσότερα από ένα βιομηχανικά κύτταρα. Oι μηχανές που επεξεργάζονται τέτοια κομμάτια αναφέρονται συχνά και σαν μηχανές «στένωσης» (bottleneck machines).

Στο απλό παράδειγμα του σχήματος 1, μία θέση σημειώνεται με «χ» αν η αντίστοιχη μηχανή επεξεργάζεται το αντίστοιχο κομμάτι. Με εναλλαγές γραμμών και στηλών σχηματίζονται, στο σχήμα 1(B), δύο βιομηχανικά κύτταρα με ένα στοιχείο εξαίρεσης (μηχανή 1, κομμάτι 5). Η μηχανή 1 είναι μηχανή στένωσης. Μάλιστα, μπορεί πολύ εύκολα να αποδειχθεί ότι για αυτό το παράδειγμα δεν υπάρχει λύση χωρίς στοιχεία εξαίρεσης.

 

ΣΧΗΜΑ 1

Απλό παράδειγμα μήτρας αντιστοίχισης μηχανών-κομματιών

scheme 1

Α: Αρχική μορφή

Β: Σχηματισμός δυο βιομηχανικών κυττάρων με ένα στοιχείο εξαίρεσης, μετά από αναδιάταξη γραμμών και στηλών

 

Οι μετακινήσεις μεταξύ διαφορετικών κυττάρων συνεπάγονται κόστος, λόγω ακριβώς της μερικής απουσίας των οφελών που προαναφέρθηκαν. Η έκταση του προβλήματος έχει βρεθεί ότι είναι σημαντική. Για παράδειγμα, μία έρευνα σας ΗΠΑ σε 14 παραγωγικές μονάδες έδειξε ότι μόνο 36% των βιομηχανικών κυττάρων δεν περιείχαν στοιχεία εξαίρεσης [Pullen, 1976].

Στην εργασία αυτή το ενδιαφέρον επικεντρώνεται στον περιορισμό των μετακινήσεων - αλληλεπιδράσεων μεταξύ διαφορετικών κυττάρων, δηλαδή στην προσπάθεια της μείωσης των στοιχείων εξαίρεσης δεδομένης μίας κατανομής των μηχανών σε βιομηχανικά κύτταρα και των κομματιών σε οικογένειες. Το πρόβλημα του προσδιορισμού αυτής της κατανομής (των τρόπων αναδιάταξης των γραμμών και στηλών μίας μήτρας αντιστοίχισης μηχανών - κομματιών) δεν εξετάζεται στα πλαίσια της παρούσας εργασίας. Συνοπτική περιγραφή των χρησιμοποιούμενων αλγορίθμων για τον προσδιορισμό αυτό καθώς και μία νέα αντιμετώπιση που εξετάζει τη σημαντική παράμετρο της σειράς επεξεργασίας των κομματιών στις μηχανές έχουν δοθεί από τους Cheng [1992] και Sofianopoulou [1994], αντίστοιχα. Για τον περιορισμό των αλληλεπιδράσεων μεταξύ των βιομηχανικών κυττάρων χρησιμοποιούνται κυρίως δύο μέθοδοι, μη αλληλοαποκλειόμενοι:

  • Η ανάθεση της παραγωγής των κομματιών εξαίρεσης σε υπεργολάβους (part subcontracting).
  • Η αγορά μηχανών πανομοιότυπων (machine duplication) με τις μηχανές στένωσης και η ενσωμάτωσή τους στα βιομηχανικά κύτταρα για την απαλοιφή της ανάγκης μετακινήσεων μεταξύ βιομηχανικών κυττάρων.

Πάντως, είτε η επιχείρηση αποδέχεται την ύπαρξη στοιχείων εξαίρεσης είτε προσπαθεί να τα περιορίσει με κάποιο τρόπο, υπάρχει πάντα ένα κόστος το οποίο πρέπει να ελαχιστοποιηθεί.

 

Η πολυπλοκότητα του προβλήματος - Η αλληλεξάρτηση μεταξύ των στοιχείων εξαίρεσης

Ένα παράδειγμα μπορεί να δείξει την πολυπλοκότητα του προβλήματος και, κυρίως, την αλληλεξάρτηση μεταξύ των στοιχείων εξαίρεσης. Στο σχήμα 2, εάν στη θέση (μηχανή χ, κομμάτι ψ) υπάρχει κάποιος αριθμός ν αυτό σημαίνει ότι η ν-οστή φάση κατεργασίας του κομματιού ψ γίνεται στη μηχανή χ. Εάν υπάρχουν δύο αριθμοί μ,ν, το κομμάτι επισκέπτεται τη μηχανή δύο φορές. Αριθμοί έξω από τα κύτταρα της διαγώνιου δηλώνουν στοιχεία εξαίρεσης.

 

ΣΧΗΜΑ 2

Παράδειγμα μήτρας αντιστοίχισης μηχανών-κομματιών

scheme 2

 

Στο παράδειγμα, η επεξεργασία του κομματιού 2 στη μηχανή 5 (που είναι ενδιάμεση κατεργασία) απαιτεί δύο κινήσεις εκτός του κυττάρου Α. Το ίδιο κομμάτι όμως, για την επεξεργασία στη μηχανή 8 κινείται μόνο μία φορά έξω από το κύτταρο Α γιατί η αντίστοιχη φάση κατεργασίας είναι η τελευταία. Από την άλλη, το κομμάτι 6 κινείται τρεις φορές εκτός του κυττάρου Β για την τρίτη και την τελευταία φάση κατεργασίας του στη μηχανή 1.

Αν η εξεταζόμενη στρατηγική για τη μείωση των στοιχείων εξαίρεσης είναι η αγορά νέου κεφαλαιουχικού εξοπλισμού προκύπτουν διάφορα ερωτήματα. Για παράδειγμα, αν ο προϋπολογισμός δαπανών επιτρέπει την αγορά μίας μόνο μηχανής τύπου 5, ένα ερώτημα που τίθεται είναι που θα έπρεπε να τοποθετηθεί αυτή, στο κύτταρο Α (για την τρίτη φάση κατεργασίας του κομματιού 2) ή στο κύτταρο Γ (για τη δεύτερη φάση κατεργασίας του κομματιού 7). Μπορεί πάλι να προταθεί η αγορά δεύτερης μηχανής τύπου 1 και η τοποθέτηση της στο κύτταρο Β για επεξεργασία των κομματιών 5 και 6, απαλείφοντας έτσι συνολικά έξη κινήσεις εκτός του κυττάρου Β. Είναι πιθανό όμως, μία μηχανή τύπου 1 να είναι ακριβότερη από δύο ή και τρεις μηχανές τύπου 5. Ανάλογα ερωτήματα προκύπτουν και όταν εξετάζεται η ανάθεση της παραγωγής κομματιών σε υπεργολάβους.

Να σημειωθεί ότι, πριν τη λήψη των αποφάσεων αγοράς νέων μηχανών ή/και ανάθεσης της κατασκευής κομματιών σε τρίτους, επιβάλλεται η διερεύνηση πιθανού επανασχεδιασμού των κομματιών ή αλλαγής της πορείας τους μεταξύ των διαφόρων μηχανών. Τέτοιες επεμβάσεις, όταν δεν αλλοιώνουν επικίνδυνα το βασικό σχέδιο παραγωγής μπορούν να οδηγήσουν σε βελτίωση των «αρχικών συνθηκών» του προβλήματος. Επίσης, δεν θεωρείται γενικά πρακτική η ανάθεση σε τρίτους μέρους μόνο της επεξεργασίας κάποιου κομματιού, για προφανείς λόγους δυσχέρειας στον προγραμματισμό και στη διακίνηση υλικών.

Τέλος, πρέπει να τονιστεί ότι oι αποφάσεις αγοράς νέου εξοπλισμού ή ανάθεσης παραγωγής κομματιών σε υπεργολάβους είναι θέματα που υπάγονται στη γενικότερη στρατηγική μιας επιχείρησης και πρέπει να αντιμετωπίζονται ανάλογα. Μία επιχείρηση που έχει πρόσφατα επενδύσει σε εξοπλισμό και προβλέπει αλλαγές στα παραγόμενα κομμάτια είναι προφανές ότι πρέπει να στραφεί στην ανάθεση μέρους της παραγωγής σε τρίτους. Αντίθετα, αν η επιχείρηση δεν περιμένει ριζικές αλλαγές στα παραγόμενα προϊόντα αλλά αντιμετωπίζει συχνά προβλήματα με τις μηχανές στένωσης οφείλει να προβεί σε αγορά νέου εξοπλισμού.

 

Μέθοδοι αντιμετώπισης του προβλήματος

Το πρόβλημα έχει μέχρις στιγμής αντιμετωπιστεί ικανοποιητικά μόνο σαν ανεξάρτητο πρόβλημα και όχι σαν μέρος ενός συνολικού μοντέλου σχεδιασμού βιομηχανικών κυττάρων. Οι τεχνικές που χρησιμοποιούνται για το συνολικό πρόβλημα είτε αγνοούν τελείως τα στοιχεία εξαίρεσης και δεν συμπεριλαμβάνουν οικονομικά δεδομένα για τις εναλλακτικές στρατηγικές μείωσης τους, είτε ενσωματώνουν μεν τέτοια δεδομένα, αλλά καταλήγουν σε μοντέλα μη ρεαλιστικά ή μη επιλύσιμα.p IMG 0203 low Αυτό συμβαίνει διότι ακόμα και το απλοποιημένο πρόβλημα του σχεδιασμού βιομηχανικών κυττάρων βάσει «αποστάσεων» μεταξύ των μηχανών (αριθμός κινήσεων κομματιών μεταξύ μηχανών, άλλα κριτήρια συγγένειας κ.λπ.) είναι δύσκολο. Οι απλές μέθοδοι για την επίλυσή του (π.χ. ιεραρχική ανάλυση συστοιχιών) δεν συλλαμβάνουν την πολυπλοκότητά του ενώ οι πιο σύνθετες (μοντέλα μαθηματικού προγραμματισμού) είναι δυσεπίλυτες και στην καλύτερη περίπτωση δίνουν μόνο προσεγγιστικά αποτελέσματα.

Μία συνήθης αντιμετώπιση είναι, για παράδειγμα, η απαλοιφή όλων των στοιχείων εξαίρεσης (βλ. π.χ. [Cheng, 1992]). Έτσι, σε ένα μοντέλο μπορεί να υποτίθεται ότι για κάθε μηχανή στένωσης θα αγοραστεί πανομοιότυπη μηχανή προκειμένου να απαλείφουν τα στοιχεία εξαίρεσης [McAuley, 1972] ή ότι κάθε κομμάτι εξαίρεσης θα παραχθεί από τρίτους [Wei,Gaither, 1990]. Οι θεωρήσεις αυτές δεν είναι, προφανώς, ρεαλιστικές.

Απομονώνοντας συνεπώς το πρόβλημα που μας ενδιαφέρει, περιγράφουμε συνοπτικά μία τυπική μέθοδο για την αντιμετώπισή του και τη λήψη αποφάσεων σχετικά με την αγορά νέων μηχανών ή/και την ανάθεση της παραγωγής κομματιών σε τρίτους. Η μέθοδος αυτή προτείνεται από τους Kern και Wei [1991]. Προϋποθέσεις είναι η ύπαρξη μίας κατανομής μηχανών και η εξάντληση κάθε δυνατότητας επανασχεδιασμού ή/και αλλαγής δρομολογίου των κομματιών εξαίρεσης. Επίσης εξετάζεται η ανάθεση σε τρίτους ολόκληρης της επεξεργασίας κάποιου κομματιού. Η διακίνηση των κομματιών θεωρείται ότι γίνεται σε παρτίδες (batches), όπως συμβαίνει συνήθως στη πράξη, π.χ. σε παλέτες.

Τα βήματα της μεθόδου έχουν ως εξής:

  1. Για κάθε στοιχείο εξαίρεσης, υπολογίζεται ένας λόγος Α=κόστος ανά κίνηση εκτός κυττάρου που αποφεύγεται, αν η παραγωγή του εμπλεκόμενου κομματιού ανατεθεί εξ ολοκλήρου σε τρίτους και ένας λόγος Β=κόστος ανά κίνηση εκτός κυττάρου που αποφεύγεται, αν αγοραστεί ο απαιτούμενος αριθμός του εμπλεκόμενου τύπου μηχανής.
  2. Επιλέγεται, η ενέργεια που αντιστοιχεί στο μικρότερο λόγο που έχει υπολογιστεί, για όλα τα στοιχεία εξαίρεσης,
  3. Εάν δεν υπάρχουν άλλα στοιχεία εξαίρεσης ή το διατιθέμενο κονδύλιο έχει εξαντληθεί η διαδικασία σταματά, αλλιώς κατασκευάζεται η νέα μήτρα αντιστοίχισης μηχανών-κομματιών και η διαδικασία συνεχίζεται ξανά από το βήμα (α).

Η μέθοδος αυτή, σε συνδυασμό με μία πρώτη λύση στο πρόβλημα, όπου έχουν ήδη κατανεμηθεί οι υπάρχουσες μηχανές σε βιομηχανικά κύτταρα, με κριτήριο την ελαχιστοποίηση της κίνησης κομματιών εκτός των κυττάρων τους (για παράδειγμα [Sofianopoulou, 1994]) μπορεί να δώσει μια πολύ καλή λύση ομαδοποίησης της παραγωγής.

Μία παρόμοια μεθοδολογία περιγράφεται από τον Seiffoddini [Seiffoddini, 1989], με μόνη επιλογή όμως την αγορά επιπλέον μηχανών. Εδώ σε κάθε επανάληψη της διαδικασίας εντοπίζεται η μηχανή στένωσης στην οποία αντιστοιχούν oι περισσότερες κινήσεις κομματιών εκτός κυττάρων (κρίσιμη μηχανή στένωσης), βρίσκεται το κύτταρο στο οποίο υπάρχουν τα περισσότερα στοιχεία εξαίρεσης για αυτή τη μηχανή (υποψήφιο κύτταρο) και υπολογίζεται ο απαιτούμενος αριθμός νέων μηχανών. Αν το κόστος αγοράς τους είναι μικρότερο από το επιπλέον κόστος διαχείρισης υλικών λόγω των κινήσεων κομματιών εξαίρεσης στην υπάρχουσα μηχανή, λαμβάνεται απόφαση αγοράς και η διαδικασία συνεχίζεται όπως και με την προηγούμενη μέθοδο.

Οι προαναφερθείσες δύο μέθοδοι είναι τυπικές και περιγράφουν την πλέον συνηθισμένη προσέγγιση του θέματος. Υπάρχουν βέβαια πολλές παραλλαγές αυτών, δεδομένης της ποικιλίας των παραμέτρων που μπορεί κανείς να επιλέξει, αλλά η κεντρική ιδέα παραμένει πάντοτε η ίδια.

Πρέπει να αναφερθεί τέλος η πρόσφατα δημοσιευθείσα μέθοδος των Vannelli και Hall [1993] η οποία αντιμετωπίζει μεν συνολικά το πρόβλημα του σχεδιασμού των βιομηχανικών κυττάρων και συνεπώς δεν μπορεί να δώσει σαν αποτέλεσμα απαντήσεις στα θέματα στρατηγικής που εξετάζονται εδώ, πλην όμως λαμβάνει υπόψη αρκετά από τα τεχνικοοικονομικά δεδομένα που ενδιαφέρουν (κόστος ανάθεσης σε τρίτους μέρους της παραγωγής για περιορισμένο χρονικό ορίζοντα, κόστος αγοράς μηχανών και συντήρησής τους για μεγαλύτερο χρονικό ορίζοντα). Βάσει αυτών των παραμέτρων υπολογίζονται «αποστάσεις» μεταξύ των μηχανών και ακολουθεί η κατανομή τους σε βιομηχανικά κύτταρα με σκοπό την συνένωση «γειτονικών» μηχανών. Επειδή ακριβώς στη μέθοδο αυτή συνυπολογίζονται μεγέθη που ενδιαφέρουν, μπορεί αυτή να χρησιμοποιηθεί για να δώσει μία καλή αρχική λύση. Αλλά πλεονεκτήματα της μεθόδου είναι ότι παράγει βιομηχανικά κύτταρα χωρίς μεγάλες αποκλίσεις στον αριθμό των μηχανών που περιέχουν, πράγμα επιθυμητό, και ότι δίνει και εκτιμήσεις για την απόκλιση της λύσης από τη βέλτιστη.

 JIT JIT Method Just In Time Just in Time Inventory 570x250

Συμπεράσματα

Το πρόβλημα της μείωσης των στοιχείων εξαίρεσης σε μία κατανομή της παραγωγής σε βιομηχανικά κύτταρα είναι απαραίτητο υποπρόβλημα για την αποκέντρωση της παραγωγής και, ενδεχομένως, την υιοθέτηση της φιλοσοφίας JIT. Αφορά κυρίως αποφάσεις ανάθεσης της παραγωγής κομματιών εξαίρεσης σε υπεργολάβους ή/και την αγορά μηχανών πανομοιότυπων με τις μηχανές στένωσης. Το πρόβλημα αντιμετωπίζεται καλύτερα σαν αυτόνομο πρόβλημα με βάση μία αρχική κατανομή της παραγωγής παρά σαν μέρος του συνολικού προβλήματος του σχεδιασμού βιομηχανικών κυττάρων.

Αν και το πρόβλημα είναι αρκετά πολύπλοκο, λόγω της αλληλεξάρτησης των στοιχείων εξαίρεσης, η τυπική μεθοδολογία για την επίλυσή του είναι αρκετά απλή και δίνει ικανοποιητικές λύσεις, υπό την προϋπόθεση ότι η αρχική λύση δεν περιέχει πολλά στοιχεία εξαίρεσης. Συνεπώς είναι σημαντική η χρήση κατάλληλης μεθόδου για την αρχική κατανομή. Τέλος, σε καμία περίπτωση δεν πρέπει να αγνοείται η γενικότερη στρατηγική της επιχείρησης, καθώς οι αποφάσεις που λαμβάνονται είναι στρατηγικής φύσης.

 

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

  1. Cheng, C. (1992) Algorithms for grouping machine groups in group technology. OMEGA 20 (4), 493-501.
  2. Kern, G.M. and Wei, J.C. (1991). The cost of eliminating exceptional elements in group technology cell formation. IntJ.Prod.Res., 29 (8), 1535-1547.
  3. McAuley, J. (1972). Machine grouping for efficient production. The
    Production Engineer, 51, 53-57.
  4. Pullen, R.D. (1976). A survey of cellular manufacturing cells. The Production Engineer, 56, 451-454.
  5. Seifoddini, Η. (1989). Duplication process in machine cells formation in Group Technology. ΠΕ Transactions, 21 (4), 382-388.
  6. Sofianopoulou, S. (1994). A mathematical programming approach to the manufacturing systems cell formation problem. Proceedings, 2nd Balkan Conference on OR.
  7. Vannelli, A., Hall, R.G. (1993). An eigenvector solution methodology for finding part-machine families. IntJ.Prod.Res, 31(2), 325-349.
  8. Wei, J.C. and Gaither, N. (1990). An optimal model for cell formation decisions. Decision Sciences, 21, 416-433.

 

Σπηλιόπουλος Κ. & Σοφιανοπούλου Σ. - Πανεπιστήμιο Πειραιώς

Πηγή: Σύγχρονη Διοίκηση Προμηθειών-Ελληνικό Ινστιτούτο Προμηθειών-Εκδόσεις Παπαζήση, 1995

Rate this item
(0 votes)
Hellenic Purchasing Institute

Ανεξάρτητος Μη Κερδοσκοπικός - Μη Πολιτικός - Μη Συνδικαλιστικός Οργανισμός με σκοπό την βελτίωση της Διοίκησης Αγορών,Προμηθειών & Εφοδιασμού. Εκπρόσωπος του International Federation of Purchasing & Supply Management στην Ελλάδα.

Leave a comment

Make sure you enter all the required information, indicated by an asterisk (*). HTML code is not allowed.

Go to top