toimitusketjujen suunnittelu ja skedulointi

S ysteemianalyysinLaboratorioTeknillinen korkeakoulu Esitelmä 10 – Ilmari Kuikka

Optimointiopin seminaari - Syksy 2009

Toimitusketjujen suunnittelu ja skedulointi

Luku 8

Ilmari Kuikka



Aiheet

• Erilaiset toimitusketjut• Toimitusketjujen osat• Eri aikaskaalat• Toimitusketjujen optimointi



Erilaiset tuotantotyypit

• (I) Jatkuva tuotanto– Prosessiteollisuus

• (II) Kappaletavaratuotanto– Tavaroiden tuotanto



(I) Jatkuva tuotanto

• Toiminnot– (I-a) Valmistustoiminto– (I-b) Viimeistely- tai muuntamistoiminto



(I-a) Valmistustoiminto jatkuvassa tuotannossa

• Muunnetaan raaka-aineet lopputuotteen vaatimaan muotoon

• Yleensä suuria koneita– Toimivat kellon ympäri– Suuret käynnistys- ja pysäytyskustannukset– Suuret asetuskustannukset

• Optimointitehtävissä syklinen tai sekakokonaisluku lähestymistapa



(I-b) Viimeistelytoiminto jatkuvassa tuotannossa

• Muunnetaan valmistustoiminnon tuotteita• Leikataan, taivutetaan tai maalataan



(I-b) Viimeistelytoiminto jatkuvassa tuotannossa

• Valmistus tilauksesta – Perustuu asiakkaan eräpäiviin– Järjestysriippuvaiset asetuskustannukset– Yksittäisen- tai rinnakkaisten koneiden

skedulointitehtävä• Valmistus varastoon

– Varastonhallintatehtävä, s-S tai Q-R• Voi olla yhdistelmä näistä



(I) Jatkuva tuotanto

• Esimerkki paperin valmistus– (I-a) Valmistustoiminto

• Paperin valmistus paperikoneella

– (I-b) Viimeistelytoiminto• Paperin leikkaus tilauksia vastaaviin kokoihin



(II) Kappaletavaratuotanto

• (II-a) Perus muuntotoiminto• (II-b) Valmistustoiminto• (II-c) Kokoonpanotoiminto



(II-a) Perus muuntotoiminto kappaletavara uotannossa

• Muokataan laitokseen sisään tulevia raaka-aineita prosessin tarvitsemaan muotoon

• Vastaava, kuin (I-b) Viimeistelytoiminto jatkuvassa tuotannossa

• Optimointiongelmat vastaavia kuin (I-b), mutta ne voivat olla sidottuja tuotannon muihin toimintoihin



(II-b) Valmistustoiminto kappaletavaratuotannossa

• Tuoteaihiot kulkevat useiden koneiden läpi, ja niille tehdään erilaisia toimintoja

• Koneita voi olla paljon erilaisia ja niissä on kiinni paljon pääomaa

• Erilaiset tuotteet kulkevat koneiden läpi eri järjestyksissä

• Valmistetaan tilauksesta



(II-c) Kokoonpanotoiminto kappaletavaratuotannossa

• Kootaan tuotteet erilaisista osista• Kokoonpanolaitoksessa osille ei juurikaan

tehdä muutoksia, voidaan esimerkiksi maalata

• Materiaalinhallintajärjestelmät ja kokoonpanorobotit, ei varsinaisia koneita

• Kokoonpanolinjoja, tuotantosoluja (workcell) tai niiden yhdistelmiä



(II-c) Kokoonpanotoiminto kappaletavaratuotannossa

• Työsolut eivät tyypillisesti tarvitse töiden järjestelyä, mutta niihin vaikuttaa työntekijäöiden oppimiskäyrät

• Kokoonpanolinjoilla työt on järjestelty ryhmittely- ja jaotteluheuristiikalla ottaen huomioon lähetyspäivät



(II) Kappaletavaratuotanto

• Esimerkki piirilevyjen valmistus– (II-a) Perus muuntotoiminto

• Leikataan epoksilevyistä oikean kokoisia kortteja

– (II-b) Valmistustoiminto• Piirretään ja syövytetään piirilevyt

– (II-c) Kokoonpanotoiminto• Kiinnitetään komponentit piirilevyille



Lisätoiminnot

• Jatkuvassa tuotannossa– Raaka-aineiden keräystoiminto– Jakeluvaihe viimeistelyn jälkeen

• Kappaletavaratuotannossa– Raaka-aineiden keräystoiminto, voi olla (I-b)– Jakelu

• Molemmissa tuotantotyypeissä voi olla useita laitoksia jokaisessa toimintovaiheessa



Parametrit ja tuntomerkit

• (i) Suunnitteluhorisontti• (ii) ”Kellotaajuus” (clock-speed)• (iii) Tuotteiden erilaistamisen taso



Sektorien piirteet

Sektori Prosessi Suunnittelu- Kellotaajuus Tuotteiden

horisontti erilaistaminen

(I-a) suunnittelu pitkä-medium low erittäin matala

(I-b) suunnittelu/skedulointi medium/lyhyt medium/korkea medium/matala

(II-a) suunnittelu/skedulointi medium/lyhyt medium erittäin matala

(II-b) suunnittelu/skedulointi medium/lyhyt medium medium/matala

(II-c) skedulointi lyhyt korkea korkea



Mallityypit

• (I-a) Valmistustoiminto jatkuvassa tuotannossa

• Malli: – Tuotantoeränkokomallit– Sykliset aikataulutusmalli

• Ratkaisutekniikka:– Kokonaislukuoptimointi sekamallit



Sekakokonaislukuoptimointi

• Mixed Integer programming MIP• Osa muuttujista kokonaislukuja • Tuotantomäärät voivat olla niin suuria, että niissä

voidaan käyttää jatkuvia muuttujia• Aikataulumalleissa on yleensä vain

kokonaislukumuuttujia• Jos kokonaislukumuuttujia on tehtävässä vain vähän,

voidaan käyttää hyväksi lineaarista optimointi relaksaatiota



Kehykset toimitusketjujen suunnittelussa ja skeduloinnissa

• Tavoitteena tuottaa ja kuljettaa valmiit tuotteet kuluttajille ajoissa ja mahdollisimman edullisesti.

• Maailmanlaajuisessa toimitusketjussa kaikkien vaiheiden koordinointi pitää yhdistää samaan kehykseen (framework)

• Aloitetaan laajoista kokonaisuuksista ja pitkästä aikavälistä

• Edetään pienempiin osiin ja lyhyempiin aikaväleihin



Optimoinnin vaiheet

• Keskipitkä aikaväli– Aika viikkoina tai kuukausina– Tuotantoyksikkönä laitokset– Optimoidaan koko ketjua

• Lyhyt aikaväli– Perustuu keskipitkän aikavälin suunnitelmaan– Aika päivinä tai tunteina– Käsitellään yksittäisiä koneita



Lyhyen aikavälin suunnittelu

• Huomioidaan– Aidot tilaukset– Yksittäiset tuotteet– Laitoksien sisäinen aikataulutus

• Ratkaisumenetelminä– Lähetyssäännöt (dispatching rule)– Pullonkaulatekniikat– Paikalliset etsintämenetelmät– Kokonaislukuoptimointi



Suunnitelmien vuorovaikutus

• Keskipitkä aikaväli– Suunnittelu– Tiedot lyhyen aikavälin suunnitelmista

• Lyhyt aikaväli– Skedulointi– Rajoitteet keskipitkän aikavälin suunnitelmista

• Iteratiivinen prosessi



Optimointitehtävän purkaminen

• Tehtävä voi olla liian laaja ratkaistavaksi sellaisenaan

• Tehtävä voidaan purkaa ajan, laitosten, tuoteperheiden tai maantieteellisten alueiden mukaan

• Osatehtävien ratkaisuista yhdistellään tehtävälle kokonaisratkaisu



Jatkuvien muuttujien diskretointi

• Jatkuvakin tuotanto voidaan joutua optimoimaan diskreettien yksiköiden mukaan

• Esimerkiksi valmistus tai kuljetussäiliön koko

• Ajan suhteen diskretointi– Aikayksikön pituus riippuu

suunnitteluhorisontista



Kotitehtävä 10

• Yritys valmistaa lukollisia peltisiä postilaatikoita. Yrityksessä halutaan hallita tuotantoketjua alusta loppuun, tuotantoketju lähtee yhtiön omista rautakaivoksista.

• Muodosta postilaatikoiden tuotantoa kuvaava malli käyttäen esityksen toimintojakoa päättyen tukkuliikkeeseen.

toimitusketjujen suunnittelu ja skedulointi

Documents