Introdução
Embora existam muitos produtos de Planejamento e Programação Avançados (APS) no mercado, as soluções oferecidas pelo Simio têm várias vantagens exclusivas e atraentes. Este documento descreve seis pontos de venda atraentes da abordagem do Simio para planejamento e programação que o diferenciam de outras soluções no mercado.
Planejamento e programação baseados em riscos
Um problema crítico da abordagem APS tradicional é que ela exige que todos os dados sejam totalmente conhecidos e determinísticos. Por exemplo, todos os tempos de processamento devem ser fixos (sem variação) e não pode haver eventos inesperados (por exemplo, quebras de máquinas) ou atrasos inesperados (por exemplo, materiais comprados que chegam atrasados). Portanto, o cronograma resultante com o APS é, por natureza, otimista (ou seja, o caminho "feliz" que pressupõe que tudo ocorra conforme o esperado) e, normalmente, é muito diferente do que ocorre na instalação real. Não importa o quão poderoso seja o mecanismo de programação, a remoção da variação das programações normalmente produzirá grandes discrepâncias entre as programações previstas e o desempenho real. É comum que o que começa no início do período de programação como uma programação viável se torne inviável com o passar do tempo, à medida que a variação e os eventos não planejados degradam o desempenho.
Com o APS tradicional, somos forçados a trabalhar com um cronograma excessivamente otimista que promete mais do que podemos cumprir em termos de atender aos requisitos críticos do cliente. A experiência de um programador é que o cronograma determinístico raramente é cumprido e, como resultado, o programador é forçado a amortecer a degradação causada pela variação com alguma combinação de tempo extra, estoque ou capacidade; tudo isso adicionando ineficiência e custo à operação. O desafio é saber qual combinação desses amortecedores é necessária para produzir uma programação robusta a um custo mínimo. O APS não fornece as informações críticas necessárias para essa tarefa.
O Simio emprega o Planejamento e Programação Baseados em Risco (Risk-based Planning and Scheduling, RPS) que amplia o APS tradicional para considerar totalmente a variação presente em quase todos os sistemas de produção e fornecer as informações necessárias ao programador para permitir a mitigação antecipada do risco e da incerteza. O RPS é uma abordagem baseada em simulação que faz uso duplo do modelo de simulação subjacente. O modelo de simulação usado no RPS pode ser construído em qualquer nível de detalhe e pode incorporar toda a variação aleatória presente no sistema real. O RPS começa gerando um cronograma determinístico ao executar o modelo de simulação com toda a aleatoriedade desativada. Observe que isso é equivalente à solução APS. No entanto, o RPS usa o mesmo modelo de simulação com a aleatoriedade ativada para replicar a geração do cronograma várias vezes (empregando vários processadores, quando disponível) e registrar estatísticas sobre o desempenho do cronograma nas replicações. As medidas de desempenho registradas incluem a probabilidade de atingir uma meta (por exemplo, data de vencimento), a data de conclusão esperada do marco (normalmente posterior à data planejada com base na variação subjacente no sistema), bem como os tempos de conclusão otimistas e pessimistas (estimativas de percentil, novamente com base na variação). Para saber mais sobre por que a variação é tão importante, consulte o relatório especialRisk-based Planning and Scheduling: Why Variation Matters (Por que a variação é importante), do Dr. Dennis Pegden. A seguir, um exemplo de gráfico de Gantt do RPS com as metas mostrando a probabilidade de serem atingidas e codificadas por cores com base no nível de risco. Uma dica de ferramenta mostra as datas de envio planejadas, esperadas, pessimistas e otimistas que são geradas a partir da simulação replicada da geração do cronograma.
Observe que, com a adição das estimativas de probabilidade e dos níveis de risco codificados por cores, o planejador pode ver rapidamente que os trabalhos 3 e 4 estão OK, enquanto o trabalho 2 está em alto risco e o trabalho 1 está em risco moderado. O programador pode então atenuar o risco programando horas extras, dividindo lotes, alterando prioridades etc. O ponto principal é que o programador tem as medidas de risco antecipadamente, de modo que a ação pode ser tomada agora para garantir que os pedidos críticos dos clientes sejam atendidos em tempo hábil e com custo mínimo para as operações.
Embora o uso de simulação para RPS seja novo, a simulação tem um longo histórico de sucesso em uma ampla gama de áreas de aplicação para analisar e aprimorar o projeto do sistema. Por exemplo, os modelos de simulação são usados rotineiramente para avaliar mudanças em uma linha de produção ou para avaliar e comparar novos projetos de instalações. A simulação permite que você veja o impacto da mudança. Você pode fazer alterações rápidas no modelo para testar suas ideias sem interromper o sistema real. Com a simulação, os erros são cometidos no modelo, e não no seu negócio.
As alterações no projeto do sistema nem sempre produzem os resultados desejados ou esperados. Os sistemas complexos geralmente têm um comportamento contraintuitivo. Os investimentos (por exemplo, novos equipamentos) que resolvem um problema em uma área do sistema podem simplesmente transferir o problema para outra área sem melhorar o desempenho geral do sistema. A simulação permite que você separe as ideias vencedoras das perdedoras e otimize o desempenho de seus negócios. A simulação permite que você valide os projetos propostos e faça o melhor uso do capital limitado para concentrar seus recursos onde eles têm o maior impacto sobre os resultados.
A simulação dá vida às suas ideias, fornecendo uma visualização animada de uma mudança proposta. Também é possível registrar e exibir graficamente as principais medidas de desempenho do seu sistema. Isso ajuda não apenas a analisar as mudanças propostas, mas também a comunicar os benefícios dessas mudanças aos participantes do sistema.
Por fim, a simulação é o único método que permite considerar totalmente a variação em seus sistemas e o impacto que ela tem no desempenho geral do sistema. A simulação permite que você evite os problemas críticos criados pela aplicação da análise estática tradicional para tentar entender e prever o comportamento de um sistema dinâmico variável e complexo.
O Simio Enterprise, baseado no RPS, agora traz o poder da simulação - tradicionalmente reservado para o projeto do sistema - para as operações diárias de uma instalação. O Simio permite que um único modelo de simulação agregue valor de duas maneiras: o uso tradicional para analisar e comparar projetos de sistemas para reduzir custos e melhorar o desempenho do sistema, e o novo aplicativo RPS para melhorar as operações diárias da instalação.
Benefíciocomercial: Programações realistas que levam em conta a incerteza, percepção antecipada dos riscos e possíveis estratégias de mitigação que podem gerar mais receita a um custo reduzido com os ativos existentes.
Geração de cronograma
Do ponto de vista matemático, o problema geral de programação é classificado como NP-Hard, o que significa que não existe uma solução eficiente conhecida (limite polinomial) para o problema. Portanto, independentemente do que os produtos de agendamento possam inferir por seu nome (por exemplo, Optimizer) ou por suas declarações de marketing, não há algoritmo ou método que possa gerar uma solução ideal para a maioria dos problemas de agendamento da vida real. O melhor que se pode fazer é tentar gerar eficientemente uma boa solução viável para o problema que considere adequadamente as restrições críticas de recursos na instalação.
Existem duas abordagens básicas baseadas em computador para lidar com o problema de programação. A primeira é a otimização de programação baseada em restrições (CSO), em que o problema de programação é formulado como um conjunto de restrições que devem ser satisfeitas juntamente com um objetivo (por exemplo, minimizar o número de trabalhos atrasados ou maximizar a produtividade). A formulação matemática é então "resolvida" usando um algoritmo heurístico de Programação de Restrições (CP) (às vezes chamado de solucionador de CP). O solucionador de CP usa regras heurísticas para procurar soluções candidatas que satisfaçam as restrições e melhorem o objetivo. Um exemplo dessa abordagem são as soluções de agendamento baseadas no IBM ILOG CPLEX CP Optimizer do módulo SAP APO-PP/DS. Embora essa abordagem possa funcionar bem para alguns aplicativos selecionados, ela é limitada pelo tamanho e pela complexidade do problema com o qual pode lidar. O solucionador também pode levar muito tempo para gerar uma boa solução, principalmente à medida que o tamanho e a complexidade da formulação aumentam. Muitas vezes, o problema precisa ser simplificado, assumindo detalhes ausentes para manter o tamanho e a complexidade gerenciáveis para o solucionador de CP.
A segunda abordagem é a otimização de programação baseada em simulação (SSO), na qual usamos regras de decisão dinâmicas e simulamos o movimento de trabalhos por meio de um modelo da instalação para construir uma programação viável. Há várias regras de otimização heurística que são usadas na simulação para criar um bom cronograma. As regras de otimização heurística geralmente se concentram em maximizar a produtividade ou minimizar o número de trabalhos atrasados. Várias regras de otimização para maximizar o rendimento baseiam-se na Teoria das Restrições (TOC) e dão prioridade aos trabalhos que alimentam a estação de gargalo para minimizar a falta de recursos críticos. Outras regras de maximização da taxa de transferência incluem regras para minimizar as trocas e as regras de campanha que sequenciam os trabalhos em ordens eficientes específicas (por exemplo, de claro para escuro ou de largo para estreito). Exemplos de regras que minimizam o número de trabalhos atrasados incluem a data de vencimento mais próxima, a menor folga restante e a proporção crítica. Observe que um cronograma gerado pela simulação imita o fluxo real de trabalho que ocorrerá na instalação, supondo que essas mesmas regras heurísticas de "otimização" sejam aplicadas. A vantagem dessa abordagem é que o sistema de programação de SSO é normalmente muito mais fácil de implementar, pode capturar com mais flexibilidade as restrições da instalação e gerar uma programação muito mais rapidamente.
O Simio Enterprise oferece uma estrutura flexível para incorporar regras de otimização ao modelo de simulação. O Simio suporta regras estáticas (por exemplo, a data de vencimento mais próxima) e dinâmicas (por exemplo, o menor tempo de troca). O Simio também facilita a implementação de regras personalizadas em Visual Basic, C#, etc., usando a estrutura aberta .NET.
A velocidade de geração de programação é um recurso essencial para qualquer ferramenta de programação. Quando acontecem coisas inesperadas no sistema (máquinas quebram, material chega atrasado, etc.), é importante poder gerar rapidamente um novo cronograma que reflita a mudança. Essa é uma área em que as ferramentas de SSO têm uma vantagem significativa sobre as ferramentas de CSO devido à sua velocidade de execução. O Simio Enterprise foi desenvolvido com base no mecanismo de simulação Simio, altamente eficiente, que pode gerar um cronograma grande em menos de um minuto. O Simio também oferece um recurso exclusivo de empregar vários processadores para gerar rapidamente uma análise de risco correspondente com base em várias replicações do modelo.
Benefício comercial: capacidade de criar regras flexíveis para atingir metas operacionais, capacidade de reprogramar rapidamente em resposta a eventos não planejados.
Modelo flexível
Nas abordagens de programação de CSO e SSO, a própria ferramenta geralmente limita o nível de detalhe que pode ser incluído na programação. No caso das soluções de programação de CSO, a formulação do modelo é limitada pelos tipos de restrições que podem ser representadas no sistema. As soluções de programação de CSO são ainda mais limitadas pela necessidade de manter a formulação do modelo pequena e simples o suficiente para que o solucionador possa gerar uma solução em um tempo razoável. No caso das soluções de programação de SSO, um modelo orientado por dados geralmente é incorporado ao produto e não pode ser alterado ou personalizado para aplicativos específicos. Embora os dados que alimentam o modelo possam ser alterados, a estrutura subjacente do modelo não pode ser alterada.
Em outros casos, as ferramentas tradicionais ainda são usadas, mas as restrições críticas são ignoradas ou aproximadas, produzindo programações que são consideradas viáveis pela ferramenta de programação, mas são inviáveis em termos da instalação real.
Um exemplo de restrição crítica que normalmente é ignorada nas ferramentas de programação tradicionais são os dispositivos de manuseio de materiais, como AGVs ou empilhadeiras, usados para movimentar materiais entre as estações de trabalho. Se forem consideradas, essas restrições normalmente são aproximadas na programação como um tempo de movimentação "médio" e constante, independente do congestionamento no sistema. No entanto, nos casos em que estamos empregando tamanhos de lote de transferência para reduzir o WIP, a disponibilidade e a movimentação oportunas dos dispositivos de manuseio de materiais podem ser uma restrição crítica na instalação.
O Simio Enterprise usa a abordagem de SSO para a programação, mas substitui o uso de um modelo orientado por dados prontos por um modelo Simio do sistema criado para esse fim. A principal vantagem disso é que você tem à sua disposição todo o poder de modelagem do software de simulação Simio para capturar totalmente as restrições do seu sistema. É possível modelar o sistema usando a biblioteca padrão de objetos do Simio ou, se necessário, criar seus próprios objetos personalizados para modelar sistemas complexos. É possível incluir dispositivos de movimentação de materiais, como empilhadeiras ou AGVs (juntamente com o congestionamento que ocorre em seus caminhos de deslocamento), bem como dispositivos complexos de movimentação de materiais, como guindastes e transportadores. Também é possível modelar com precisão estações de trabalho complexas, como fornos, centros de usinagem com trocadores de ferramentas, etc. A ferramenta de modelagem Simio não impõe restrições quanto ao tipo e ao número de restrições incluídas no modelo.
Com o Simio Enterprise, você não precisa mais assumir restrições críticas em seu sistema de produção. Você pode gerar o plano determinístico e a análise de risco associada usando um modelo que capta totalmente a realidade da sua complexa cadeia de produção e suprimentos.
Benefíciocomercial: capacidade de modelar com precisão as restrições da instalação sem impor limites à ferramenta de programação que geram programações otimistas e ocultam custos desnecessários.
Gantt e registros interativos
O gráfico de Gantt clássico oferece uma visualização gráfica estática conveniente de um cronograma. Em produtos de agendamento típicos, o Gantt limita-se a fornecer uma visualização do cronograma. No entanto, o Simio oferece vários recursos exclusivos de Gantt para ajudá-lo a analisar e atenuar o risco associado a um cronograma específico. Esses recursos exclusivos e poderosos foram projetados para apresentar uma série de informações úteis e também permitir que você edite diretamente os dados subjacentes usados para gerar o cronograma.
Um gráfico de Gantt exibe barras de tempo espaçadas em uma linha do tempo, em que o comprimento da barra representa a duração de alguma atividade. Um gráfico de Gantt pode ser usado para mostrar as etapas do processamento de todos os trabalhos em um recurso específico. Esse tipo de Gantt é chamado de Gantt de recursos porque cada linha do Gantt é um recurso específico e as barras de tempo são etapas específicas de todos os trabalhos processados nesse recurso. Um gráfico de Gantt também pode ser usado para mostrar todos os recursos usados no processamento de um trabalho ou pedido específico. Esse tipo de Gantt é chamado de Gantt de entidade porque cada linha do Gantt indica uma entidade específica (trabalho ou pedido) e as barras de tempo são os recursos necessários para processar essa entidade. O gráfico de Gantt mostrado anteriormente para exibir a análise de risco é um Gantt de entidade. O gráfico mostrado abaixo é um exemplo do Gantt de recurso correspondente. O Simio RPS fornece um Gantt de recurso e um Gantt de entidade.
O Gantt de entidade do Simio é útil para acompanhar o progresso e o uso de recursos para trabalhos/ordens específicos. Esse Gantt também exibe as medidas de risco de cada trabalho, incluindo a probabilidade de cumprimento de marcos específicos (por exemplo, a data de vencimento). Além disso, esse Gantt mostra todo o tempo sem valor agregado (por exemplo, espera por um trabalhador ou material) gasto por cada trabalho durante seu processamento na instalação. Esse Gantt tem um registro de restrições associado na forma de uma grade dinâmica que detalha todas as restrições (materiais, recursos etc.) que atrasaram o progresso dos trabalhos. Esse registro de restrições pode ser filtrado, classificado e dinamizado para detalhar questões e problemas específicos relacionados a um ou mais trabalhos no cronograma.
O Gantt de recursos do Simio é útil para examinar a utilização de recursos individuais por cada trabalho no cronograma. Esse Gantt exibe o estado de cada recurso ao longo do tempo (ocupado, esgotado, fora do turno, etc.), bem como cada etapa do trabalho que é executada usando esse recurso. Esse Gantt também exibe graficamente os trabalhos que aguardam processamento ao longo do tempo nesse recurso.
Cada um dos gráficos de Gantt do Simio é vinculado para permitir que o usuário alterne rapidamente entre as duas visualizações de Gantt para um trabalho/recurso individual. Você pode clicar duas vezes na barra de tempo de um recurso no Gantt da entidade para saltar imediatamente para esse recurso e entidade no Gantt do recurso, no mesmo ponto da linha de tempo. Da mesma forma, você pode clicar duas vezes na barra de tempo de uma entidade no Gantt de recursos para ir imediatamente para a entidade correspondente na visualização do Gantt de entidades. Como veremos daqui a pouco, esses gráficos de Gantt estáticos também estão interconectados com a animação dinâmica 3D do cronograma.
Além de fornecer informações úteis para avaliar o risco e as restrições associadas a trabalhos específicos, os gráficos de Gantt também podem ser usados para editar diretamente as propriedades do recurso e do trabalho. Por exemplo, você pode clicar em um trabalho no Gantt e alterar sua prioridade ou clicar em uma máquina e alterar sua regra de seleção de trabalho. Também é possível inserir diretamente as paradas da máquina e as horas extras diretamente no Gantt do recurso. Como discutiremos mais adiante, os tipos de alterações que podem ser feitas pelo agendador são flexíveis e podem ser configurados durante o desenvolvimento do modelo do Simio RPS.
Benefíciocomercial: capacidade de avaliar rapidamente a qualidade de um cronograma, juntamente com a causa raiz e a estratégia de mitigação do tempo sem valor agregado.
Animação em 3D
Embora os gráficos de Gantt no Simio sejam muito poderosos, eles ainda fornecem apenas uma visão estática do cronograma. O Simio também oferece uma visualização animada em 3D da geração do cronograma, que pode ser executada de forma independente, mas também é integrada aos Gantts de entidades e recursos. Por exemplo, você pode clicar duas vezes em um recurso na animação 3D e ir diretamente para esse recurso no Gantt. Você também pode selecionar um recurso e programar o tempo no Gantt do recurso e ir diretamente para a animação nesse mesmo ponto no tempo. O modelo animado em 3D também pode ser usado para editar diretamente as propriedades da entidade e do recurso, ou seja, você pode clicar em uma entidade ou recurso na animação e alterar as propriedades selecionadas. A seguir, um instantâneo de uma animação 3D típica.
O Simio Enterprise oferece uma experiência 3D verdadeiramente imersiva que fornece insights sobre o cronograma que não são óbvios a partir de uma visão puramente estática, como a fornecida pelos gráficos de Gantt. A animação permite que você olhe para frente no tempo e veja seu cronograma em ação. Isso fornece uma visão do seu cronograma que não está disponível em outras soluções APS.
Benefício comercial: capacidade de obter insights operacionais adicionais em relação aos gráficos estáticos, fornecendo uma animação 3D interativa da geração do cronograma, mitigando assim o risco do cronograma antecipadamente e evitando custos.
Implementação rápida com dados personalizáveis e interface de usuárioAs soluções de agendamento, especialmente as soluções de CSO, são tradicionalmente caras e demoradas para serem instaladas. Em contraste, o Simio Enterprise aproveita a família de produtos Simio padrão para oferecer uma solução econômica de agendamento. O Simio está se tornando rapidamente um produto de simulação padrão em muitas empresas e também é amplamente ensinado e usado em mais de 400 universidades em todo o mundo. Os livros didáticos do Simio estão agora disponíveis em inglês, espanhol, italiano, chinês, mongol e português, e outros estão a caminho.
O Simio RPS emprega um modelo de instalação que pode ser desenvolvido usando qualquer um dos populares produtos de simulação Simio. Você também pode usar o mesmo modelo desenvolvido para avaliar as alterações no projeto de suas instalações para conduzir uma instalação do Simio RPS. Assim, um único modelo pode ser usado para conduzir melhorias no projeto de suas instalações, bem como auxiliar nas operações diárias.
O Simio Enterprise Edition permite que você personalize facilmente a interface do usuário para o agendador. É possível configurar totalmente os tipos de dados que o programador pode visualizar e editar, além de personalizar totalmente a implementação para áreas de aplicação específicas.
O Simio oferece suporte total à integração com uma ampla gama de fontes de dados externas, incluindo bancos de dados relacionais, como Oracle, SQL Server e Access. Você também pode criar interfaces personalizadas para outras fontes de dados, além de criar bancos de dados totalmente relacionais na memória do Simio que importam e se vinculam a bancos de dados externos.
Embora não seja necessário programar para implementar uma solução Simio Enterprise, o Simio foi desenvolvido com base na moderna estrutura Microsoft .NET com uma API aberta e, portanto, é facilmente ampliável usando qualquer uma das linguagens .NET (por exemplo, Visual Basic, C#, J# etc.). Essa estrutura aberta também suporta o desenvolvimento de regras de otimização personalizadas, por exemplo, seleção de trabalho/máquina.
Benefíciocomercial: uma interface de agendamento que pode ser personalizada para um aplicativo específico e, portanto, mais fácil de aprender e usar. Isso permite implementações mais rápidas e econômicas
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