LA PROGRAMMAZIONE OPERATIVA APPLICAZIONE DELLE TECNICHE DI SCHEDULING

1. Università degli Studi di Napoli Facoltà di Ingegneria Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica - Gestionale LA PROGRAMMAZIONE OPERATIVAAPPLICAZIONE DELLE TECNICHE DI SCHEDULING Cattedra di GESTIONE DELLA PRODUZIONE INDUSTRIALE Docente Consulente industriale Prof. Ing. Liberatina C. Santillo Dott. Ing.Ferdinando Palazzo Collaboratori Dott.Ing. Teresa Murino Dott. Ing. Sergio Gallo Anno Accademico 2001/2002

2. Bibliografia La Programmazione Operativa - Applicazioni delle tecniche di Scheduling Strumenti [1] Brandolese, Gestione della produzione industriale, HOEPLI, Milano, 1991. [2] Levy, MRP II logica e implementazione, Franco Angeli, Milano 1993. [3] Baker, Introduction to sequencing & scheduling, John Wiley & Sons, New York, 1974. [4] Johnson S. M., Optimal two and three stage production schedules with setup times included, Naval Research Logistics Quarterly, vol. 1, 1954. [5] Campbell H.G., Dudek R.A., Smith M.L., A heuristic algorithm for the n job machine sequencing problem, Management Science. [6] Bongaerts L., Valkenaers P., Wyns J.,1995. [7] A. Grando, Produzione e logistica, UTET, Milano, 1996. [8] Masturzi. Organizzazione e gestione della produzione industriale ,vol.III. Liguori editore,1990 Ing. Ferdinando Palazzo

3. Lettura di approfondimento La Programmazione Operativa - Applicazioni delle tecniche di Scheduling Strumenti Scheduling di Michael Pinedo Problem solving ferdinandopalazzo@libero.it Tel. 3381884886 Ing. Ferdinando Palazzo

4. OBIETTIVI La Programmazione Operativa - Applicazioni delle tecniche di Scheduling Introduzione • Ridurre il tempo di raccolta dati • Aumentare il tempo e la correttezza delle decisioni • Aumentare gli standard qualitativi dei servizi e/o dei prodotti • Realizzare report efficaci OBIETTIVO DELLA RICERCA INDUSTRIALE Sviluppo ed applicazione di sistemi Software basati su tecnologia WEB e tecniche innovative di scheduling Ing. Ferdinando Palazzo

5. DECISION SUPPORT SYSTEM La Programmazione Operativa - Applicazioni delle tecniche di Scheduling Introduzione Un DSS è un sistema software che richiede una stretta interazione on-line con l’utente per assisterlo in processi decisionali complessi e vincolati senza sostituirsi ad esso L’obiettivo è quello di migliorare l’efficacia della decisione Generalmente include tre sottosistemi : • di gestione dei dati • di gestione dei modelli • di interfaccia utente Ing. Ferdinando Palazzo

6. La Programmazione Operativa - Applicazioni delle tecniche di Scheduling Introduzione RUOLO DELL’ANALISTA E DEL DECISORE Mondo simbolico Analista Analisi Modello Risultati Interpretazione Decision Maker Astrazione Situazione Decisionale Decisione Intuizione Mondo reale Ing. Ferdinando Palazzo

7. STRUTTURA CONCETTUALE DI UN DSS La Programmazione Operativa - Applicazioni delle tecniche di Scheduling Introduzione (1) (2) (3) Raccolta di informazioni Domanda Linguaggio Informazioni memorizzate circa il dominio del problema Riconoscimento del problema Formulazione del modello Decisore Analisi ……… DSS (1) Linguaggio del sistema (2) Sistema di risoluzione del problema Risultato (3) Sistema di conoscenza Ing. Ferdinando Palazzo

8. La Programmazione Operativa - Applicazioni delle tecniche di Scheduling Metodologie estrumenti IL DATAWAREHOUSE In che modo? E’ un nuovo sistema di supporto decisionale ed in questo si colloca non solo come una novità tecnologica ma anche strategica Rivoluzionando l’attività di analisi, permette di navigare attraverso differenti viste di dati elaborate da altrettante diverse modalità di aggregazione Ing. Ferdinando Palazzo

9. L’AMBIENTE INFORMATIVO STRATEGICO ED INTEGRATO La Programmazione Operativa - Applicazioni delle tecniche di Scheduling Magazzino Finanza Prodotti Data Warehouse Aziendale Marketing Ordini Vendite Contatti Data Marts settoriali Data Marts Personalizzati 4 Dati esterni e non strutturati Cassa Metadati Tecnici e di Business Situazione precedente/Aree di Business Ambiente Operativo Ambiente Warehouse Metodologie estrumenti Ing. Ferdinando Palazzo

10. SCHEMA DEL FLUSSO DI INFORMAZIONE La Programmazione Operativa - Applicazioni delle tecniche di Scheduling Tecnologia innovativa CPU Acquisizione dei dati DB UI Composizione Stringa di ricerca Connessione ed ottenimento risultato Presentazione del risultato Formattazione risultato Ing. Ferdinando Palazzo

11. La Programmazione Operativa - Applicazioni delle tecniche di Scheduling DIAGRAMMA DI GANTT Strumenti La durata delle singole attività è indicata dalla lunghezza delle barre, mentre le relazioni di dipendenza tra due attività sono solitamente rappresentate da frecce, gli eventi significativi del progetto sono evidenziati infine da contrassegni di forma romboidale Ing. Ferdinando Palazzo

12. La Programmazione Operativa - Applicazioni delle tecniche di Scheduling DIAGRAMMA WBS Strumenti Ing. Ferdinando Palazzo

13. La Programmazione Operativa - Applicazioni delle tecniche di Scheduling ATTIVITA’ DEL PROGETTO Strumenti Ing. Ferdinando Palazzo

14. Schema generico della fase progettuale ed operativa La Programmazione Operativa - Applicazioni delle tecniche di Scheduling Strumenti Ing. Ferdinando Palazzo

15. La Programmazione Operativa - Applicazioni delle tecniche di Scheduling DIAGRAMMA DI GANTT MACCHINA 1 I J MACCHINA 2 J I MACCHINA 1 J I 0 4 5 9 MACCHINA 2 J I 0 1 5 6 Strumenti Ing. Ferdinando Palazzo

16. La Programmazione Operativa - Applicazioni delle tecniche di Scheduling DIAGRAMMA DI GANTT MACCHINA 1 MACCHINA 1 I J I J MACCHINA 2 MACCHINA 2 J I I J 0 0 4 5 9 10 1 5 10 Strumenti 6 Ing. Ferdinando Palazzo

17. CARATTERISTICHE DEI PROTOTIPI ATTUALMENTE VENDUTI La Programmazione Operativa - Applicazioni delle tecniche di Scheduling Introduzione • VISIBILITA’ • SCALABILITA’ • ADOTTABILITA’ • FLESSIBILITA’ Ing. Ferdinando Palazzo

18. ESEMPI DI PROTOTIPI La Programmazione Operativa - Applicazioni delle tecniche di Scheduling Strumenti TENDENZA INDUSTRIALE ATTUALE : • TECNICA DRAG AND DROP • MONITORAGGIO RISORSE • SPEECH ENGINE Ing. Ferdinando Palazzo

19. La programmazione operativa La Programmazione Operativa - Applicazioni delle tecniche di Scheduling Definizioni • loading • sequencing • scheduling Fa riferimento al breve periodo Si articola in tre momenti principali : Ing. Ferdinando Palazzo

20. Fase di loading La Programmazione Operativa - Applicazioni delle tecniche di Scheduling Definizioni Nella fase di allocazione (loading) delle operazioni sulle singole risorse disponibili, nota l’entità di ciascun ordine e, quindi, il relativo fabbisogno di macchine e di attrezzature, si verifica la possibilità di soddisfare tale fabbisogno con le risorse disponibili ripartendo l’insieme degli ordini tra le singole stazioni di lavoro  In sintesi Significa l’assegnare i job ai centri di processamento. Una corretta assegnazione è tale da minimizzare i costi, l’idle time ed i tempi di completamento Ing. Ferdinando Palazzo

21. Fase di sequencing La Programmazione Operativa - Applicazioni delle tecniche di Scheduling Definizioni Nella fase di sequencing si ricerca, per ogni centro di lavoro, la sequenza secondo la quale conviene che vengano eseguiti gli ordini in precedenza attribuiti a tale centro Ing. Ferdinando Palazzo

22. La Programmazione Operativa - Applicazioni delle tecniche di Scheduling Fase di scheduling Definizioni Nella fase di scheduling vero e proprio, a ciascun ordine, oramai assegnato ad uno specifico centro ed al quale compete una specifica posizione nella sequenza produttiva, viene associato un istante di inizio ed uno di fine lavorazione Ing. Ferdinando Palazzo

23. La Programmazione Operativa - Applicazioni delle tecniche di Scheduling IN PRATICA… Cause ed effetti Non sempre è necessario affrontare tutte le fasi sopra riportate. Ad esempio è evidente che se il sistema è costituito da un’unica macchina, la fase 1 non esiste!!! Ing. Ferdinando Palazzo

24. Ipotesi alla base dei modelli di scheduling La Programmazione Operativa - Applicazioni delle tecniche di Scheduling Strumenti • Le risorse da utilizzare sono note e non è possibile decidere a questo livello eventuali aumenti di macchinario o di orario • In genere, la risorsa critica (considerata nel modello) è una sola ed è costituita dalle macchine del sistema • Gli operatori sono considerati sempre disponibili e con perfetta intercambiabilità di mansioni Ing. Ferdinando Palazzo

25. Ipotesi alla base dei modelli di scheduling La Programmazione Operativa - Applicazioni delle tecniche di Scheduling Strumenti • I job sono completamente definiti (routing, entità di lotti, ecc.); non è detto però che i job siano tutti simultaneamente noti e disponibili per la lavorazione, ma possono pervenire in tempi successivi. In ogni caso quando un job è pervenuto al sistema, la sua data di possibile inizio lavorazione e la sua data di consegna sono fissate e note • I tempi di trasporto sono trascurabili • Non si considera la presenza di buffer interoperazionali Ing. Ferdinando Palazzo

26. Ipotesi alla base dei modelli di scheduling La Programmazione Operativa - Applicazioni delle tecniche di Scheduling Introduzione • Una macchina non può lavorare più di un job alla volta • un job non può essere lavorato contemporaneamente su più macchine, non vengono quindi modellati processi di assemblaggio in cui i sottoinsiemi diversi di uno stesso job sono montati contemporaneamente in stazioni diverse • Data la brevità dell’orizzonte temporale considerato, vengono trascurati “i costi di mantenimento a scorta”, cioè non viene associata nessuna penalità all’anticipo di un job purché la sua lavorazione avvenga tra la data di possibile inizio e la data di consegna Ing. Ferdinando Palazzo

27. La Programmazione Operativa - Applicazioni delle tecniche di Scheduling Tecniche di scheduling Definizioni Una differenziazione riguardante le tecniche di scheduling è quella relativa alla differenza esistente fra forward scheduling e backward scheduling. Ing. Ferdinando Palazzo

28. Forward Scheduling La Programmazione Operativa - Applicazioni delle tecniche di Scheduling Definizioni Metodologia di schedulazione secondo la quale lo schedulatore comincia con una prestabilita data di inizio per la prima operazione e procede con le operazioni successive, calcolando i tempi in avanti rispetto alla data da cui si è partiti Vantaggioso quando il consumatore, esterno o interno, chiede il completamento di un particolare ordine entro una determinata data Ing. Ferdinando Palazzo

29. Backward Scheduling La Programmazione Operativa - Applicazioni delle tecniche di Scheduling Definizioni Metodologia di schedulazione secondo la quale lo schedulatore comincia con una data prestabilita della fine dell’ultima operazione e da questa calcola le date delle operazioni precedenti effettuando un calcolo all’indietro fino a giungere alla prima operazione della lista Vantaggio • si può rinviare il più possibile il rilascio di un ordine cominciando la sua lavorazione solo quando un ulteriore rinvio potrebbe compromettere il rispetto della data di consegna dell’ordine stesso • si evita il sovraccarico dell’impianto di produzione evitando di effettuare una lavorazione prima del necessario Ing. Ferdinando Palazzo

30. Classificazione dei modelli utilizzabili per la programmazione operativa La Programmazione Operativa - Applicazioni delle tecniche di Scheduling Classificazione • Classificazione in base al sistema produttivo • Classificazione in base agli obiettivi della programmazione • Classificazione in base al tipo di tecnica utilizzata Ing. Ferdinando Palazzo

31. La Programmazione Operativa - Applicazioni delle tecniche di Scheduling Classificazione A cosa serve la classificazione ? • in quali realtà produttive il modello è utilizzabile • quali parametri di prestazione esso ottimizza • quali sono le sue concrete possibilità di applicazione in relazione ai tempi di ottenimento della soluzione Permette di conoscere: Ing. Ferdinando Palazzo

32. Simbologia (proposta da Graham e Blazewicz) La Programmazione Operativa - Applicazioni delle tecniche di Scheduling Classificazione • J rappresenta il numero di jobs nel sistema • M è il numero di macchine nel sistema • P è il tipo di processo produttivo (flowshop, jobshop, etc) • O è l’obiettivo che si vuole raggiungere J | M | P | O Ing. Ferdinando Palazzo

33. Classificazione in base al sistema produttivo La Programmazione Operativa - Applicazioni delle tecniche di Scheduling Classificazione • Macchina singola • Macchine parallele (identiche o generiche) • Open shop • Flow shop • Job shop Ing. Ferdinando Palazzo

34. ARCHITETTURAOPEN SHOP La Programmazione Operativa - Applicazioni delle tecniche di Scheduling Plant Layout Macch.1 Macch.2 Macch.3 Macch.4 Job A Job B Ogni job ha un ciclo tecnologico che prevede TL su più macchine senza tuttavia che sia specificato l’ordine nell’esecuzione delle operazioni Ing. Ferdinando Palazzo

35. ARCHITETTURAFLOW SHOP La Programmazione Operativa - Applicazioni delle tecniche di Scheduling Plant Layout Macch.1 Macch.2 Macch.3 Macch.4 Job A Job B Ogni job ha un ciclo tecnologico che prevede TL su più macchine e l’ordine nell’esecuzione delle operazioni è uguale per tutti i job Ing. Ferdinando Palazzo

36. ARCHITETTURAJOB SHOP La Programmazione Operativa - Applicazioni delle tecniche di Scheduling Plant Layout Macch.1 Macch.2 Macch.3 Macch.4 Job A Job B Ogni job ha un ciclo tecnologico che prevede TL su più macchine e l’ordine nell’esecuzione delle operazioni dipende dai job Ing. Ferdinando Palazzo

37. Classificazione in base agli obiettivi della programmazione La Programmazione Operativa - Applicazioni delle tecniche di Scheduling Classificazione • Massimizzazione del coefficiente di utilizzazione delle macchine, ovvero, con riferimento ad un definito portafoglio ordini, nella minimizzazione del suo tempo totale di completamento (Makespan) • Minimizzazione di una qualsivoglia funzione dei ritardi rispetto ai tempi di consegna Ing. Ferdinando Palazzo

38. Ed ancora..... La Programmazione Operativa - Applicazioni delle tecniche di Scheduling Classificazione • Minimizzazione dei tempi di set-up • Minimizzazione del WIP (Work In Process ) • Ottimizzazione di una funzione obiettivo composita che comprenda più obiettivi precedenti, generalmente ottenuta con combinazioni lineari delle funzioni obiettivo sopra esposte Ing. Ferdinando Palazzo

39. La scelta di un obiettivo (o di più obiettivi) dipende dal contesto produttivo e dalle priorità derivanti dalla strategia di produzione adottata.In generaleNon esiste un obiettivo migliore di altri La Programmazione Operativa - Applicazioni delle tecniche di Scheduling Cause ed effetti Ing. Ferdinando Palazzo

40. La Programmazione Operativa - Applicazioni delle tecniche di Scheduling Classificazione Criteri più comuni per misurare le prestazioni o la bontà di un algoritmo In relazione al completion time: Max flow time: FM = max {Fi} Max completion time: CM = max {Ci} Mean flow time: Fm =  Fi / n Mean completion time: Cm =  Ci / n In relazione alle due date: Max lateness: LM = max {Li} Max tardiness: TM = max {Ti} Mean lateness: Lm =  Li / n Mean tardiness: Tm =  Ti / n Numero di job in ritardo: Nt = (Ti) Con (Ti) =1 se Ti>0; =0 se Ti=0 Ritardo medio dei job in ritardo: Rm=Ti / Nt In relazione all’utilizzazione: Numero medio di job sotto processo: Nm,p = [ Np(t)] / T Max machine idle time: IM (tempo massimo di inutilizzo delle macchine) Mean machine idle time: Im (tempo medio di inutilizzo delle macchine) Ing. Ferdinando Palazzo

41. Classificazione in base al tipo di tecnica utilizzata La Programmazione Operativa - Applicazioni delle tecniche di Scheduling Classificazione Ing. Ferdinando Palazzo

42. Metodi di ottimizzazione analitici La Programmazione Operativa - Applicazioni delle tecniche di Scheduling Definizioni Garantiscono la miglior soluzione possibile in rapporto ai vincoli e agli obiettivi prefissati e sono sempre corredati da una dimostrazione che ne assicura l’ottimalità Ing. Ferdinando Palazzo

43. Metodi di ottimizzazione euristici La Programmazione Operativa - Applicazioni delle tecniche di Scheduling Definizioni Si limitano a fornire una soluzione generalmente buona in relazione agli obiettivi considerati e dovrebbero essere accompagnati da una prova sperimentale della loro capacità di trovare soluzioni buone Ing. Ferdinando Palazzo

44. Metodi di ottimizzazione analitici La Programmazione Operativa - Applicazioni delle tecniche di Scheduling Definizioni Forniscono una formula risolutiva che permette di calcolare il valore ottimale delle variabili decisionali. Apparentemente questi metodi sono solo di semplice e rapido impiego poiché la formula risolutiva non fornisce sempre la soluzione in forma esplicita ed esplicitarla spesso diventa alquanto difficoltoso. In base alla natura delle variabili in gioco è inoltre possibile differenziarli ulteriormente Ing. Ferdinando Palazzo

45. Metodi di ottimizzazione algoritmici La Programmazione Operativa - Applicazioni delle tecniche di Scheduling Definizioni Non forniscono direttamente la formula risolutiva, ma indicano una serie di passi, cioè appunto un algoritmo, che permette ogni volta di costruire una soluzione Ing. Ferdinando Palazzo

46. Metodi euristici per sostituzione di obiettivo La Programmazione Operativa - Applicazioni delle tecniche di Scheduling Definizioni Agiscono rimpiazzando l’obiettivo originario del problema con un altro opportunamente scelto in modo che la sua dipendenza dalle variabili decisionali sia meno complessa ed, inoltre, che ottimizzare il nuovo obiettivo porti ad ottenere una soluzione “buona” rispetto al vecchio, anche se subottima Ing. Ferdinando Palazzo

47. Metodi euristici miopi La Programmazione Operativa - Applicazioni delle tecniche di Scheduling Definizioni Si basano sull’idea che trascurare alcune delle interazioni tra le variabili, pur portando ad una perdita di informazioni ed in particolare alla scomparsa della garanzia di ottimalità, non peggiori di molto il risultato trovato Ing. Ferdinando Palazzo

48. Sistemi esperti La Programmazione Operativa - Applicazioni delle tecniche di Scheduling Definizioni Sono dei metodi euristici basati sull’intelligenza artificiale. Quello che è nuovo rispetto ai metodi precedenti è il modo di rappresentare e sfruttare la conoscenza euristica, la quale poi si riconduce ad una delle due categorie di euristiche già viste. Infatti, nelle tecniche di intelligenza artificiale la conoscenza non viene impiegata per costruire l’algoritmo, ma viene direttamente trasferita nel sistema che la usa di volta in volta per risolvere il problema; si parla in questo caso di knowledge based systems o, appunto, sistemi esperti. Ing. Ferdinando Palazzo

49. Metodi interattivi La Programmazione Operativa - Applicazioni delle tecniche di Scheduling Definizioni Sono dei metodi euristici che si collocano all’estremo opposto rispetto ai metodi di ottimizzazione analitici: la soluzione, quasi certamente subottimale, viene ottenuta attraverso una serie di intuizioni, tentativi e correzioni da parte di un decisore umano e mediante l’uso di computer. Ing. Ferdinando Palazzo

50. Release Date La Programmazione Operativa - Applicazioni delle tecniche di Scheduling Definizioni Il tempo di rilascio (indicato anche con la dicitura anglosassone release date) rj indica l’istante di tempo riferito ad un istante iniziale t0=0 prima del quale risulta impossibile iniziare l’esecuzione del job j. Ing. Ferdinando Palazzo