1. 1.1. Sistema MPC: Manufacturing Planning & Control Il sistema di controllo e pianificazione della produzione (MPC system: Manufacturing Planning and Control) permette di ottenere informazioni e gestire efficientemente il flusso dei materiali, le risorse umane e gli attrezzi, di coordinare le attività interne con quelle dei fornitori e di comunicare coi clienti. Il sistema MPC è fondamentalmente un supporto per il processo decisionale del manager per quanto concerne: Pianificazione delle capacità per raggiungere gli obiettivi di mercato; Pianificazione dei materiali (tempo d arrivo e quantità) necessari alla produzione; Utilizzo ottimale delle risorse; Mantenimento della giacenza di materie prime, semilavorati, beni in lavorazione e finiti; Programmazione delle attività per centri di lavoro e persone; Possibilità di rintracciare materiali, addetti, ordini, attrezzatura, ed altre risorse dell azienda; Comunicazione con clienti e fornitori; Soddisfacimento delle richieste dei clienti in un contesto dinamico difficile da anticipare; Rispondere in caso di problemi; Fornire informazioni ad altri settori aziendali. Spesso si utilizzano molte persone addette al sistema MPC: questo è il prezzo da pagare per ottenere riduzione di giacenze, lead time e spazio nel magazzino ed aumentare la produttività. La responsabilità del sistema MPC deve essere dei top manager e deve essere consistente coi piani strategici, i budget dei reparti e con le capacità aziendali. 1
Il sistema MPC può variare molto per aziende differenti, ma deve comprendere comunque tre distinte fasi (Figura 1.1): Creazione di un piano di produzione generale. In questa fase si stabiliscono gli obiettivi del MPC e si coordinano tutte le attività che richiedono capacità produttiva: Ordini effettivi (acquisiti) Previsioni di vendita Ordini e fabbisogni interni Livelli di scorta desiderati dei magazzini Questi dati sono l input della pianificazione. In questa fase si colloca il MPS (Master Production Schedule) che è la versione disaggregata del piano produttivo generale. Il MPS deve integrare e gestire efficacemente la domanda, presupposto per dar luogo ad un piano di produzione/acquisto bilanciato e fattibile. Dettaglio del piano con le richieste di materiali e capacità Tramite il MRP (Material Requirement Planning) si determinano le richieste per ogni periodo di tutte le parti (siano essi materie prime e semilavorati) per soddisfare il MPS. Inoltre, questo piano di materiali può essere ulteriormente utilizzato per calcolare la richiesta di capacità dei centri di lavoro (CRP: Capacity Requirement Planning). Esecuzione del piano L esecuzione del piano dettagliato di materiali e capacità deve essere tradotto nella programmazione (scheduling) dei centri di lavoro. Questi, devono avere delle procedure definite per iniziare e portare a termine gli ordini di lavoro rilasciati e per i casi di guasti o assenza del personale. Quest attività di scheduling deve però sempre essere aggiornata. Anche per le parti acquistate si deve procedere alla programmazione per minimizzare i costi finali per i clienti. I fornitori devono essere considerati come risorse di capacità produttiva esterna e quindi si devono stabilire regole di collaborazione che permettano l esecuzione del piano. 2
Piano delle risorse Piano di produzione generale Piano Principale (MPS) Richieste management Piano di produzione generale Distinta base Piano dettagliato capacità (CRP) Piano dettagliato dei materiali Richieste per periodo Informazioni giacenza Dettagliare il piano con le richieste di materiali e capacità Piani materiali e di capacità Sistema di controllo della produzione Sistema di fornitori Esecuzione piano Figura 1.1 Sistema MPC Il sistema MPC presentato è generale e deve presentare le tre fasi; esso varierà in base agli specifici bisogni dell azienda e dovrà essere in grado di evolvere per adattarsi alle mutate richieste del mercato, della tecnologia, dei prodotti e dei processi. 3
1.2. Il problema della programmazione della produzione 1.2.1. Il problema Nonostante la numerosità dei settori produttivi e la diversità delle tecnologie, le problematiche inerenti alla programmazione della produzione sono sostanzialmente costanti. Bisogna fronteggiare il problema dell utilizzazione efficace delle risorse interne e/o approvvigionare efficacemente le risorse esterne per rispondere alle richieste del mercato con un livello di servizio adeguato. Obiettivo principale della programmazione della produzione è ottenere il coordinamento delle attività (ossia stabilire in quale intervallo temporale esse vanno svolte) sia nel rispetto dei vincoli e delle relazioni di precedenza delle stesse attività, sia in modo da minimizzare il tempo/costo di completamento. 1.2.1.1. Attività Le attività (o fasi) sono caratterizzate da alcuni attributi: Durata (eventualmente funzione della quantità di risorse utilizzate) Richiesta di risorse Relazioni di precedenza con le altre attività 1.2.1.2. Risorse Le risorse sono: Materie prime e semilavorati Personale Impianti Attrezzature La richiesta di risorse per un attività può essere fissa (come nel caso di materie prime per costruire una parte standard) o variabile (ad esempio per il personale). Nel caso di variabilità della richiesta, la relazione che lega la quantità di risorsa alla durata dell attività è spesso non lineare. 4
1.2.1.3. Relazioni di precedenza con le altre attività Le relazioni di precedenza fra attività sono di varie tipologie. Analizziamo le tre principali: Finish to Start: l attività 2 deve aspettare la fine dell attività 1 prima di poter essere iniziata. Finish to Finish: l attività 2 deve aspettare la fine dell attività 1 prima di poter essere terminata. Start to Start: l attività 2 deve aspettare l inizio dell attività 1 prima di poter essere iniziata. 1.2.1.4. Utilizzare efficacemente le risorse L utilizzo efficace delle risorse significa: Assegnare il lavoro alle risorse più adatte Sfruttare gli investimenti negli impianti Mantenere bassi i livelli di magazzino Non generare materiali obsoleti Diminuire i lead time Aumentare il fattore d utilizzo delle risorse 1.2.1.5. Il livello di servizio Rispondere al mercato con un livello di servizio adeguato significa: Avere tempi di risposta accettabili Essere in grado di prevedere la consegna Mantenere le consegne promesse Il mercato si mostra attraverso gli ordini dei clienti, le richieste interne, gli obiettivi di scorta, le previsioni di vendita. Secondo le situazioni compaiono tutti o parte di questi fattori. 1.2.2. Programmazione Programmare con successo significa anticipare i problemi e non subirli quando è tardi per porvi rimedio. Gli obiettivi del nostro problema sono l ottenimento dei seguenti output: 5
Che cosa chiederà il mercato? Piano previsioni Che cosa acquistare? Quando e dove Piano degli acquistare? Acquistare o produrre? acquisti Che risorse sono a disposizione ora e quali in Piano disponibilità futuro? Sono sufficienti per coprire il ed impegni risorse fabbisogno? Bisogna procurare nuove risorse? Come usare gli impianti ed il personale in modo economicamente conveniente? Che cosa Piano di lavoro delle risorse fare prima e cosa dopo? Quando avverrà la consegna al cliente? Quanto avverrà la spedizione? Piano delle consegne Tabella 1.1 Obiettivi del problema della pianificazione Rispondere a queste domande non è facile, soprattutto quando non si ha sotto controllo pienamente la situazione. 1.2.2.1. Difficoltà del problema di programmazione Sono molti i fattori che rendono difficile la risoluzione anche parziale del problema: Variabilità e complessità dei prodotti e del mercato Il mercato impone di: diversificare l offerta di prodotti avere prodotti con cicli di vita sempre più breve utilizzare tecnologie complesse e diverse tra loro. Tutto questo si ripercuote sui sistemi di gestione della produzione. Complessità intrinseca del sistema Il numero di fattori, le relazioni tra loro e i vincoli presenti nel sistema fabbrica rendono complicata l analisi e la modellazione dell ambiente. Volumi dei dati in gioco Nelle produzioni industriali, la numerosità degli ordini cliente, il numero di materie prime, di semilavorati e di finiti sono spesso talmente elevati che, anche disponendo di un metodo certo per 6
ottenere la soluzione, il tempo per applicarlo potrebbe non essere accettabile. Non univocità della soluzione Le ipotesi e gli scenari possibili sono numerosi e talvolta ci si deve accontentare di una soluzione fattibile ma non ottimale. L ideale sarebbe poter ottenere e confrontare più soluzioni per scegliere quella migliore. Variabilità del reale Il mercato non è stabile, così come non lo è la fabbrica stessa. La soluzione trovata oggi potrebbe non essere più accettabile domani. Questo ci costringe a riprogrammare in continuazione. 1.2.3. La soluzione Il problema di programmazione in azienda si pone su diverse scale temporali: c è un problema di programmazione a medio - lungo termine ed uno a breve. A lungo termine, bisogna prevedere l andamento del mercato e procurare le risorse produttive e i materiali necessari a soddisfare gli obiettivi di consegna. A breve termine, il problema è sfruttare in modo efficiente le risorse produttive disponibili, fornendo le sequenze ottimali delle attività sugli impianti / persone. Il primo è un problema di pianificazione, il secondo di scheduling. Come in tutte le questioni complesse, l approccio risolutivo è quello di scomporre il tutto in sotto problemi per poi individuare gli strumenti adatti per affrontarli. Esaminiamo i moduli fondamentali della programmazione della produzione con gestione a fabbisogno (o tecniche push ), mantenendo la suddivisione in fasi introdotta nel Paragrafo 1.1. 7
1.2.3.1. Piano di produzione generale PIANO PRINCIPALE (MPS) Il piano principale di produzione stabilisce quali elementi devono essere prodotti, quando essi sono necessari e in quale quantità. Gli input del MPS provengono da varie sorgenti: ordini effettivi dei clienti, previsioni di vendita, pianificazione strategica e richieste dei manager per quanto concerne qualità e costi della produzione. Il primo problema è stabilire a medio/lungo termine quali siano i fabbisogni di prodotti finiti. A costituire questo fabbisogno contribuiscono gli ordini clienti acquisiti e qualora essi non coprano tutto l orizzonte di pianificazione, le previsioni commerciali ed i livelli di scorta desiderati. L orizzonte temporale di pianificazione deve necessariamente coprire il lead time cumulativo per produrre i prodotti finiti (comprende i lead time di rifornimento, produzione, assemblaggio e controllo). Il modo con cui si manifestano i fabbisogni non sempre sono compatibili con le capacità produttive della fabbrica: il piano è generato in termini di ciò che è necessario e non di ciò che è possibile. L andamento della domanda, inoltre, può essere non uniformemente distribuito nel tempo (esempio: stagionalità) e comunque irregolare, mentre idealmente l obiettivo della produzione sarebbe tenere pressoché costante il livello produttivo. Integrare domanda effettiva con previsione e ridistribuire la domanda nel tempo in modo da ottenere un profilo compatibile con la capacità produttiva della fabbrica sono le attività di pianificazione a medio/lungo termine che costituiscono il piano principale di produzione. L output generato sarà l input della successiva fase di dettaglio di materiali e capacità. 8
INPUT OUTPUT Piano produzione generale Ordini acquisiti e previsti Livello di servizio e MPS Domanda Globale Disponibilità alla vendita Profilo giacenza Costi manutenzione simulato Tabella 1.2 Flusso delle informazioni Master Production Schedule 1.2.3.2. Dettaglio del piano con le richieste di materiali e capacità Quando la domanda deriva da piani di produzione di determinati prodotti (come avviene per materiali grezzi, parti e componenti) utilizzati per costituire il prodotto finale, questi articoli sono soggetti a domanda dipendente. Le parti e i materiali che entrano nella produzione di un automobile sono esempi di domanda dipendente, poiché la somma totale di parti e materiali grezzi necessari durante un qualsiasi periodo sono funzione del numero d auto che saranno prodotte. Al contrario, la domanda d auto finite è indipendente, poiché l auto non è membro di un altro oggetto. CALCOLO FABBISOGNI MATERIALI (MRP) Stabilita la distribuzione della domanda indipendente nel tempo, devono essere generati gli ordini di produzione dei finiti necessari a coprire la domanda per gli stessi. La produzione dei finiti comporta un fabbisogno di domanda dipendente (quindi sui componenti, semilavorati e materie prime). I componenti di produzione interna vanno fabbricati per tempo qualora non siano disponibili in magazzino e le materie prime vanno ordinate ai fornitori con sufficiente anticipo. Conoscendo i parametri caratteristici dei materiali è possibile generare un piano tempificato dei fabbisogni e degli ordini d acquisito e produzione necessario a soddisfare la domanda indipendente. 9
Il calcolo dei fabbisogni (MRP Material Requirement Planning) è la procedura d ordine e pianificazione delle scorte a domanda dipendente. Un piano di produzione per un determinato numero di prodotti finiti è tradotto nell esigenza di parti componenti e materiali lavorando all indietro, usando le informazioni della struttura della distinta base e del lead time per determinare rispettivamente quanto e quando ordinare. INPUT OUTPUT Distinta base e Ordini di lavorazione lead time Pianificati Domande Ordini indipendente (MPS) e MRP di dipendente acquisto Date consegna e Fabbisogni Giacenze per ogni fase Tabella 1.3 Flusso delle informazioni Material Requirement Planning PIANIFICAZIONE FABBISOGNO DI CAPACITA (CRP) Non necessariamente, il piano generato dal MRP è fattibile. I problemi che s incontrano sono dovuti all impossibilità di ordinare per tempo le materie prime e alla mancanza di risorse per realizzare gli ordini di produzione. Calcolando l impatto che ha il piano MRP sulle risorse, è possibile capire dove sussistono delle criticità e dove esiste della capacità produttiva in esubero. Ciò consente di prendere (per tempo) importanti decisioni: produrre in modo alternativo, ricorrere a risorse esterne, procurarsi risorse aggiuntive. La pianificazione del fabbisogno di capacità (CRP) è la procedura che consente di calcolare i profili di fabbisogno di capacità delle risorse (centri, personale). E importante notare che al livello corrente (pianificazione) si ragiona come se le risorse fossero a capacità infinita. Se si vuole scendere ad 10
un livello maggiore di programmazione si deve tenere presente la reale capacità delle risorse (capacità finita). INPUT OUTPUT Cicli di Operazioni lavorazione datate Ordini Profili di capacità CRP delle risorse Risorse Situazione di carico delle risorse Tabella 1.4 Flusso delle informazioni Capacity Requirement Planning PIANIFICAZIONE A CAPACITA FINITA (FCP) Le procedure descritte sopra consentono di arrivare ad una pianificazione delle attività produttive / acquisto e alla pianificazione della disponibilità delle risorse. I moduli MRP e CRP non sono in grado di distinguere fra un piano principale possibile ed uno impossibile. Nel caso il piano risultasse non realizzabile si dovrebbe modificarlo od aumentare la capacità. Modificare un piano comporta un gran numero di revisioni, computer potenti (per utilizzare il MRP in tempi ragionevoli) e un programma con capacità di simulazione. Per pianificazione a capacità finita (FCP Finite Capacity Planning) s intendono gli strumenti e le procedure che consentono di simulare i piani di lavoro e di consegna ai clienti. Questi piani sono datati tenendo conto di tutti i vincoli significativi (materiali impianti collo di bottiglia) nel medio periodo e degli obiettivi prefissati (principalmente il mantenimento del livello di servizio). SCHEDULING A CAPACITA FINITA (FCS) Nel breve periodo è necessario scendere in maggior dettaglio nella pianificazione, stabilendo esattamente quali risorse utilizzare per ciascun attività e stabilendo le sequenze ottimali di lavorazione. 11
Per scheduling a capacità finita (FCS Finite Capacity Scheduling) s intendono gli strumenti e le procedure che generano i piani di lavoro di dettaglio delle risorse. Tali piani sono generati tenendo conto di tutti i vincoli significativi (impianti personale - attrezzature) coinvolti nel sistema e degli obiettivi prefissati (principalmente la massimizzazione dell utilizzo delle risorse). 1.2.3.3. Esecuzione del piano L ultimo step del sistema di programmazione è rendere operative le decisioni prese e i piani definitivi. L obiettivo finale della programmazione è alimentare i reparti produttivi con la lista dei compiti da svolgere a breve e di avviare il processo di riordino dei materiali necessari a produrre. Tale attività è formalizzata dal rilascio degli ordini in produzione e dall invio di proposte d acquisto all Ufficio Acquisti. Gli ordini di produzione sono presi in carico dai reparti e tracciati dal sistema d avanzamento produzione. E, inoltre, molto importante controllare i fornitori in modo che i loro prodotti giungano secondo le date prefissate. La fase di controllo, mentre presenta elevate criticità per la realizzazione, non presenta (da un punto di vista concettuale) problemi ai fini della programmazione della produzione. 1.3. Closed Loop In seguito al perfezionamento della tecnica d esecuzione del piano, l attenzione è tornata sulla prima fase del sistema MPC, quindi sulla scelta del piano: si ricerca di generare e mantenere un piano che possa essere effettivamente eseguito. Nel momento in cui questi piani migliorati sono stati integrati in sistemi MPC (basati su MRP), si è iniziato a parlare di sistemi MRP Closed Loop. La soluzione integrata proposta è schematizzata in Figura 1.2. 12
Il Closed Loop è uno schema logico d integrazione delle procedure per la generazione e gestione del piano di produzione. Lo schema segue una logica d esecuzione / verifica fattibilità / retroazione: le informazioni e indicazioni ottenute da una certa fase servono a correggere gli input della fase stessa e di quelle precedenti. Sistema CLOSED LOOP MPS MRP CRP Master Plan Schedule (Piano Principale): gestisce e determina la date obiettivo di consegna pilotando il MRP, sulla base delle richieste esterne e delle previsioni di vendita. Material Requirement Planning (Calcolo Fabbisogni Materiali): genera il piano di produzione e d acquisto per soddisfare gli obiettivi di consegna. Capacity Requirement Planning (Programmazione del Fabbisogno di Capacità): evidenzia il fabbisogno di risorsa necessario a rendere fattibile il piano MRP. FCP Esecuzione Piano Finite Capacity Planning (Pianificazione a Capacità Finita): crea un piano operativo fattibile e ottimale nell utilizzo delle risorse disponibili. Esecuzione del Piano Principale Figura 1.2 Schema riassuntivo logica Closed Loop 13
1.4. MRP II Con successivi miglioramenti nei tre livelli del sistema MPC (Figura 1.1), gli utenti hanno cominciato a considerarlo un sistema aziendale invece di un sistema relegato alla produzione. Infatti, è oggi possibile includervi piani finanziari e di marketing dettagliati e la possibilità di simulazioni su migliaia di codici materiali diversi (grazie anche all utilizzo della tecnologia dei computer a costi ridotti). Questa visione totale di sistema di pianificazione e controllo va oltre il concetto originario di MRP: per rendere chiara l evoluzione, è stato coniato il termine MRP II. L acronimo MRP ora non sta più per Material Requirement Planning, ma per Manufacturing Resource Planning, ossia pianificazione delle risorse produttive. Il proposito del MRP II è di integrare, nel processo di pianificazione, le funzioni principali dell azienda con altre funzioni quali amministrazione, personale, ricerca e sviluppo in modo da far conoscere e condividere il progetto comune dell azienda e motivare il personale. Marketing e finanza sono le due più importanti aree influenzate ed hanno un notevole impatto sul piano industriale. Infatti, in troppi casi vari settori quali produzione, marketing e finanza operano senza avere una completa conoscenza di quello che altre aree dell azienda stanno facendo: per essere più efficienti è necessario che tutti i settori dell azienda siano focalizzati sugli stessi obiettivi. In aggiunta alle risorse manifatturiere, devono, infatti, essere definiti in termini quantitativi e temporali i mezzi finanziari che occorrono e le risorse del marketing. In base alla disponibilità dei diversi mezzi necessari, la pianificazione iniziale deve essere rivista prima che si possa definire in modo più rigoroso la programmazione della produzione. A questo punto entra in gioco il MRP, introducendo richieste più specifiche al sistema che possono richiedere ulteriori aggiustamenti del piano definito. 14
Si tratta, quindi, di un processo continuo dove la produzione pianificata può essere rivista per perseguire gli scopi predefiniti. I manager si trovano a disposizione numerosi elementi che consentono di controllare il processo e di effettuare simulazioni grazie alle quali stimare le opzioni disponibili e le relative conseguenze. 15