CONstant Work In Process ( CONWIP ) Analisi comparata tecniche di controllo avanzamento

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1 CONstant Work In Process ( CONWIP ) Analisi comparata tecniche di controllo avanzamento 1

2 Sommario Parte 1: Definizione CONWIP Analisi della letteratura: articoli di riferimento principali fonte degli articoli classificazione Parte 2: Funzionamento e varianti del CONWIP Confronto con altre tecniche: Push System Kanban Synchro-MRP Contesti applicativi Svantaggi del CONWIP Parte 3: Tecniche ibride e personalizzate Parte 4: Possibili sviluppi futuri 2

3 Definizione CONWIP Il Constant Work In Process è una tecnica di controllo avanzamenti con logica ibrida push-pull, che limita il numero totale di parti all interno del sistema nello stesso momento fissando un valore costante del Work In Process totale (da cui il nome) 3

4 Articoli di riferimento principali SPEARMAN, M. L.; WOODRUFF, D. L.; HOPP, W. J.; 1990, CONWIP: a pull alternative to kanban. International Journal of Production Research, vol. 28, no. 5, pp SPEARMAN, M. L.; ZAZANIS, M. A.; 1992, Push and pull production systems: issues and comparisons. Operations Research, vol. 40, no. 3, pp SPEARMAN, M. L.; 1992, Customer service in pull production systems. Operations Research, vol. 40, no. 5, pp OVALLE, O. R.; MARQUES, A. C.; 2003, Exploring the utilization of a CONWIP system for supply chain management. A comparison with fully integrated supply chains. International Journal of Production Economics, vol. 83, pp

5 Articoli ( ) Riviste internazionali Conferenze Working paper Fonte articoli Numero articoli Computers and Industrial Engineering 1 Computers and Operations Research 1 European Journal of Operational Research 7 IEEE Transactions on Robotics and Automation 1 IIE Transactions 6 International Journal of Operations and Production Management 1 International Journal of Production Economics 10 International Journal of Production Research 15 International Journal of Project Management 1 Journal of Intelligent Manufacturing 3 Journal of Manufacturing Systems 1 Management Accounting Research 1 Management Science 1 Operations Research 7 Production Planning and Control 3 Queueing Systems 1 Robotics and Computer Integrated Manufacturing 1 Simulation Modelling Practice and Theory TOTALE 73 5

6 Classificazione articoli 6

7 Classificazione (1/2) Tipologia Argomento Concettuale Metodologia Caso studio Modello matematico Simulazione Rassegna della letteratura Presentazione CONWIP Tecniche Presentazione altre tecniche Confronto tra tecniche Implementazione Argomenti vari con CONWIP Cartellini Abdul-Nour et al. (1998) x x Amin et al (1997) x x x x x x Anavi-Isakow et al. (2003) x x x Axsater et al. (1999) x x x Ayhan et al. (1999) x x Beamon et al. (2000) x x x x Bonvik et al. (1997) x x x x x Bonvik et al. (2000) x x x x x Bonvik et al. (1996) x x x x Chang et al. (1994) x x x x Dar-el et al. (1999) x x x x Calcolo cartellini Distribuzione cartellini Dimensioni lotto Gestione scorte Liste priorità Scheduling Dispatching rule Backlog Produttività WIP % backorders Performance Setup Capacità Cycle time Lead time Service level Altre Zhang et al. (2001) x x x x Totale:

8 Classificazione (2/2) Centralità del CONWIP Valutazione Articolo Argomento principale Preso in considerazione Accennato Nominato Scarso Insufficiente Sufficiente Buono Ottimo Abdul-Nour et al. (1998) x x Amin et al (1997) x x Anavi-Isakow et al. (2003) x x Axsater et al. (1999) x x Ayhan et al. (1999) x x Beamon et al. (2000) x x Bonvik et al. (1997) x x Bonvik et al. (2000) x x Bonvik et al. (1996) x x Chang et al. (1994) x x Zhang et al. (2001) x x Totale:

9 Tipologia articolo Numero articoli Concettuale Metodologia Caso studio Modello matematico Classi Simulazione Rassegna della letteratura 9

10 Argomento articolo Presentazione CONWIP Presentazione altre tecniche Confronto tra tecniche Implementazione Argomenti vari con CONWIP Calcolo cartellini Distribuzione cartellini Dimensioni lotto Gestione scorte Scheduling Dispatching rule Backlog Produttività WIP % backorders Setup Capacità Cycle time Lead time Service level Altre 10

11 Centralità del CONWIP nell articolo Argomento principale Preso in considerazione Accennato Nominato Articoli non classificati* 24 * Gli articoli non nominano il CONWIP, ma sono presi come importante riferimento da altri 11

12 Valutazione articoli Numero articoli Valutazione 12

13 Scarsità dei casi studio Altri articoli 93% Casi studio 7% (5 articoli su 73) Autore Valutazione Fabbrica Risultato Fowler et al. (1997) Haller et al. (2003) Huang et al. (1998) Kim et al. (1998) B Pramanik et al. (2002) Wafer di semiconduttori Wafer di semiconduttori Laminazione a freddo Semiconduttori Impianto pilota Non sperimentato CONWIP, anche se ritengono che potrebbe avere buoni risultati CONWIP funziona bene CONWIP risulta migliore del precedente sistema L attenzione è focalizzata sulle regole di priorità, non tanto sul CONWIP Sono più interessati a implementare un sistema pull; CONWIP o Kanban è indifferente 13

14 Funzionamento e varianti 14

15 Obiettivo dei fondatori Spearman et al. (1990) propongono il CONWIP come un sistema di gestione della produzione: che possiede i benefici di un sistema pull e che può essere usato in un ampia varietà di ambienti manifatturieri 15

16 Schema CONWIP Materie Prime Cartellino che autorizza il contenitore ad entrare nel sistema Rastrelliera Cartellino staccato al contenitore standard all uscita del sistema Prodotti Finiti A Contenitori standard con attaccato il cartellino A B WS 1 WS 2 WS 3 WS N Sistema di N stazioni B Backlog List Num. Tipo Quantità Ordine codice 1 B 20 2 B 40 3 A 30 4 B 40 5 Avanzamento a lavoro completato Primo arrivato primo servito WS = Stazione di lavoro = Contenitore Standard di Prodotto A = Contenitore Standard di Prodotto B = Cartellino 16

17 Condizioni per l ingresso Affinché un lavoro entri nel sistema, devono essere presenti: un ordine di produzione in Backlog List Backlog List un cartellino (autorizzazione) Cartellino le materie prime MP Manufacturing System 17

18 Regole di priorità Backlog (lista di priorità per l ingresso nel sistema) Lista Backlog Può essere utilizzata una delle classiche regole di priorità (FCFS, SPT, EDD, ecc.) Mantenere la lista di backlog è responsabilità del personale addetto alla produzione e dello staff di controllo scorte. È permesso riordinare la backlog e/o aggiungere codici di parti ad essa. In nessun caso è permesso forzare l inizio di un lavoro senza un cartellino presente Lista di priorità per i centri di lavoro all interno del sistema Lista di priorità per i centri di lavoro (tranne il primo perché segue la Backlog) La politica comunemente utilizzata è first come first served (FCFS). Le uniche eccezioni sono le rilavorazioni, a cui è data priorità più alta. Possono comunque essere utilizzate altre regole di priorità al posto delle FCFS 18

19 Varianti di cartellino Cartellini Anonimi Specifici Liste priorità per i centri di lavoro interni Assenti Anonimo Specifico Presenti Anonimo Evoluto Specifico Evoluto 19

20 Combinazioni possibili linee-cartellini Linea semplice Configurazioni di linea Linee con centro di lavoro condiviso Linee con centro di assemblaggio Varianti di cartellino Anonimo Anonimo Evoluto Specifico Specifico Evoluto 20

21 Combinazioni linee-cartellini illustrate Linea semplice Configurazioni di linea Linee con centro di lavoro condiviso Linee con centro di assemblaggio Varianti di cartellino Anonimo Anonimo Evoluto 2 Specifico 3 Specifico Evoluto 4 = varianti illustrate schematicamente 21

22 Variante 1 Anonimo in linea semplice Materie Prime Rastrelliera Prodotti Finiti A A B WS 1 WS 2 WS 3 WS N Sistema di N stazioni B Backlog List Num. Tipo Quantità Ordine codice 1 B 20 2 B 40 3 A 30 4 B 40 5 WS = Stazione di lavoro = Contenitore Standard di Prodotto A = Contenitore Standard di Prodotto B = Cartellino 22

23 Variante 2 Anonimo evoluto in linea semplice Backlog A Ordine per A Ordine per B Autorizzazione del cartellino Rastrelliera Cartellini Cartellino staccato A Materie prime WS 1 WS 2 WS 3 WS N Prodotti Finiti B Lista di priorità per il centro di lavoro 2 Lista di priorità per il centro di lavoro 3 Lista di priorità per il centro di lavoro N B Movimentazione a lavoro ultimato Movimentazione a lavoro ultimato 23

24 Variante 3 Specifico in linea semplice A Backlog per prodotto A Cartellini specifici per A A Autorizzazione per A Materie prime WS 1 WS 2 WS N Prodotti Finiti B Backlog per prodotto B Autorizzazione per B Cartellini specifici per B B 24

25 Variante 4 Specifico evoluto in linea semplice A Backlog per prodotto A Autorizzazione per A Cartellini specifici per A Movimentazione a lavoro ultimato A Materie prime WS 1 WS 2 WS N Prodotti Finiti B Backlog per prodotto B Autorizzazione per B Lista di priorità per il centro di lavoro 2 Lista di priorità per il centro di lavoro N B Cartellini specifici per B 25

26 Variante 5 Anonimo in linee con centro di lavoro condiviso Materie prime per linea 1 Cartellini per linea di produzione 1 Prodotti finiti per linea 1 Centro di lavoro condiviso Materie prime per linea 2 Cartellini per linea di produzione 2 Prodotti finiti per linea 2 Fonte: Hopp et al. (1998) 26

27 Variante 6 Anonimo in linee con stazione di assemblaggio Materie prime per linea 1 Cartellino Linea 1 Prodotti finiti Stazione di assemblaggio Materie prime per linea 2 Linea 2 Fonte: Duenyas (1994) B 27

28 Confronto tra tecniche 28

29 Push System 29

30 CONWIP vs. Push System: caratteristiche Materiali in lavorazione Assegnazione priorità di lavorazione Movimentazione dei materiali Parametri di controllo Push System In coda a monte del centro di lavoro Dispatch list Movimentazione del lotto a lavorazione conclusa Produttività CONWIP In contenitori standard in coda a monte del centro di lavoro Backlog list e autorizzazione dai cartellini Movimentazione dei contenitori standard a lavorazione conclusa Numero di cartellini (ovvero il WIP) 30

31 Vantaggio del CONWIP su Push System Push System CONWIP Controlla Produttività WIP Osserva WIP Produttività È più facile controllare il WIP CONWIP risulta migliore 31

32 CONWIP vs. Push System: prestazioni Tempo di attraversamento Varianza tempo di attraversamento Puntualità date di consegna WIP (a parità di livello di servizio) Produttività (a parità di WIP) Varianza della produttività Push System CONWIP 32

33 Sistema pull: il Kanban 33

34 Schema semplificato dei flussi CONWIP : Kanban : Flusso dei materiali Flusso cartellini kanban Flusso cartellini CONWIP 34

35 CONWIP vs. Kanban: caratteristiche Kanban CONWIP Materiali in lavorazione In contenitori standard a monte e a valle del centro di lavoro In contenitori standard in coda a monte del centro di lavoro Assegnazione priorità di lavorazione Rastrelliera con cartellini kanban di produzione Backlog list e autorizzazione dai cartellini Movimentazione dei materiali Parametri di controllo Movimentazione dei contenitori standard su chiamata dei centri di valle tramite cartellini kanban di movimentazione Cartellini per ogni coppia di centri di lavoro (controllo locale) Movimentazione dei contenitori standard a lavorazione conclusa Cartellini per l intera linea (controllo globale) 35

36 Parametri di controllo Parametri da fissare Per il CONWIP Per il Kanban Il numero di cartellini CONWIP Il numero di Kanban tra la I coppia di centri Il numero di Kanban tra la II coppia di centri Il numero di Kanban per ultima coppia di centri Kanban controlla il WIP di ogni stadio CONWIP controlla il WIP dell intero sistema Il Kanban ha bisogno di un numero maggiore di parametri di controllo 36

37 Vantaggi del CONWIP sul Kanban Semplicità di implementazione Reattività del sistema Accettazione mix di prodotti Elasticità ad un mix di prodotti variabile Accettazione di ampi tempi di setup Accettazione di ordini piccoli e infrequenti Varietà di ambienti produttivi Kanban CONWIP 37

38 CONWIP vs. Kanban: prestazioni Tempo di attraversamento Varianza tempo di attraversamento Puntualità date di consegna WIP (a parità di livello di servizio) Produttività (a parità di WIP) Varianza della produttività Kanban CONWIP 38

39 Sistema push-pull: Synchro-MRP 39

40 Schema semplificato dei flussi CONWIP : Synchro-MRP : Flusso dei materiali Flusso cartellini Synchro Flusso cartellini CONWIP 40

41 CONWIP vs. Synchro-MRP: caratteristiche Materiali in lavorazione Assegnazione priorità di lavorazione Movimentazione dei materiali Parametri di controllo Synchro-MRP In contenitori standard a monte e a valle del centro di lavoro Rastrelliera con cartellini synchro 2 di produzione Dispatch list Movimentazione dei contenitori standard su chiamata dei centri di valle tramite cartellini synchro 2 di movimentazione Cartellini per ogni coppia di centri di lavoro (controllo locale) CONWIP In contenitori standard in coda a monte del centro di lavoro Backlog list e autorizzazione dai cartellini Movimentazione dei contenitori standard a lavorazione conclusa Cartellini per l intera linea (controllo globale) 41

42 Confronto tra CONWIP e Synchro-MRP Synchro-MRP CONWIP Logica Push Pull Push Pull Lanci in produzione Parametri da fissare Sulla base dei consumi di valle e dei piani di produzione Il numero di cartellini per ogni coppia di centri di lavoro Sulla base dei consumi di valle e dei piani di produzione Il numero di cartellini dell intera linea 42

43 Parametri di controllo Parametri da fissare Per il CONWIP Per il Synchro-MRP Il numero di cartellini CONWIP Il numero di Kanban tra la I coppia di centri Il numero di Kanban tra la II coppia di centri Il numero di Kanban per ultima coppia di centri Come per il Kanban, il Synchro-MRP controlla il WIP di ogni stadio Il CONWIP controlla il WIP dell intero sistema Il CONWIP ha bisogno di un numero minore di parametri di controllo 43

44 Contesti applicativi Push System (PUSH) Produzione Non Ripetitiva Produzione Ripetitiva Kanban (PULL) CONWIP (PUSH-PULL) Produzione Semiripetitiva Synchro-MRP / CONWIP (PUSH-PULL) 44

45 Sistemi produttivi di applicazione del CONWIP Il CONWIP potrebbe operare: sull intero processo produttivo su sottosistemi del processo produttivo, se quest ultimo fosse troppo lungo su una linea manifatturiera su un sistema composto da più linee manifatturiere dentro una cella manifatturiera su un sistema composto da più celle manifatturiere sull intera Supply Chain 45

46 Svantaggi del CONWIP: Può richiedere uno spazio di stoccaggio tra gli stadi maggiore rispetto al kanban e al Synchro-MRP, perché tutti i contenitori pieni possono accumularsi tra ogni due stadi Non considera l impatto che un centro di lavoro collo di bottiglia può avere sulle performance di una linea manifatturiera nel caso di un errata scelta dei parametri 46

47 Tecniche ibride 47

48 Tecnica Ibrida Kanban-CONWIP È una tecnica mista kanban CONWIP, proposta da Bonvik (1996) In pratica è un kanban a cui all ultima stazione della linea vengono tolti i relativi cartellini kanban e vengono aggiunti i cartellini CONWIP per l intero sistema Kanban CONWIP Ibrida kanban-conwip Flusso dei materiali Flusso cartellini kanban Flusso cartellini CONWIP 48

49 Differenze di WIP medio (a parità di produttività e di livello di servizio) Politica Produttività ( parti /min ) Livello di servizio WIP medio ( parti ) Kanban % 66.6 CONWIP % 49.3 Hybrid % 49.3 Linea di 6 macchine. Domanda di 0.65 parti/min Politica Produttività ( parti /min ) Livello di servizio WIP medio ( parti ) Kanban % CONWIP % 82.4 Hybrid % 80.8 Linea di 6 macchine. Domanda di 0.75 parti/min Politica Produttività ( parti /min ) Livello di servizio WIP medio ( parti ) Kanban % CONWIP % Hybrid % Linea di 6 macchine. Domanda di 0.85 parti/min Fonte: Bonvik (1996) 49

50 Tecnica Generica Kanban-CONWIP È una tecnica mista kanban CONWIP, proposta da Gaury et al. (2000) In pratica è un CONWIP a cui vengono aggiunti i cartellini kanban ad ogni stazione della linea, compresa l ultima, a differenza di Ibrida kanban-conwip di Bonvik (1996) che ne è sprovvista Kanban CONWIP Generica kanban-conwip Flusso dei materiali Flusso cartellini kanban Flusso cartellini CONWIP 50

51 Tecnica Generica Personalizzata Gaury et al. (2000) propongono Generica kanban-conwip, un modello misto kanban CONWIP, da cui partire per trovare la configurazione migliore per un dato sistema. Infatti non è detto che sia necessario mantenere per ogni coppia di centri di lavoro i relativi cartellini kanban. Tramite simulazione vengono studiate tutte le combinazioni possibili e viene quindi scelta la migliore, detta Generica Personalizzata. Generica kanban-conwip Generica Personalizzata (esempio) Flusso dei materiali Flusso cartellini kanban Flusso cartellini CONWIP 51

52 Confronto tecniche ibride Ibrida Kanban-CONWIP Generica Kanban-CONWIP Generica Personalizzata ( esempio ) Flusso dei materiali Flusso cartellini kanban Flusso cartellini CONWIP 52

53 Risultati di Gaury et al. (2000) La tecnica Ibrida Kanban-CONWIP è un caso particolare della Generica Kanban-CONWIP In tutte le simulazioni Ibrida Kanban-CONWIP non esce come soluzione migliore La soluzione Generica Personalizzata risulta migliore di Ibrida Kanban-CONWIP Il vantaggio maggiore è dato dal controllo globale del CONWIP, mentre il controllo locale del kanban aiuta solo a migliorare le performance Il CONWIP offre maggiori vantaggi del Kanban 53

54 Utilizzo di CONWIP e Generica Personalizzata CONWIP Generica Personalizzata WIP Linee corte Linee Lunghe WIP Per linee corte è sufficiente utilizzare il CONWIP Per le linee più lunghe è consigliabile oltre al controllo CONWIP anche qualche controllo locale kanban, quindi una Generica Personalizzata 54

55 Possibili sviluppi Analisi di casi studio, per vedere successi e/o insuccessi del CONWIP Dettagliata comparazione prestazionale tra CONWIP e Synchro-MRP Analisi approfondita sull aspetto pratico dell implementazione (tecniche di movimentazione, layout, posizione materie ) Analisi di un effettivo utilizzo nel job-shop 55