Как оптимизация вывела Dell в лидеры индустрии

Руководитель направления систем бизнес-аналитики BIA Technologies Станислав Воронин рассказывает, как в начале нулевых компания Dell увеличила объем производства на 35% за счет оптимизации программы планирования.

Однажды я уже описывал теорию и сложности производственного планирования на крупном дискретном заводе, а также ключевые подходы к автоматизации данной задачи. В этой статье я расскажу реальный кейс компании, которая достигла впечатляющих успехов благодаря математическим методам оптимизации производственного плана.

Dell на пороге нового тысячелетия

Dell — американская компания-производитель электроники, чья история началась в 1984 году с продажи персональных компьютеров. Компания изначально сделала ставку на модель прямых продаж, когда продукт нужной конфигурации собирается под конкретный заказ и реализуется непосредственно покупателю, минуя посредников. Модель оказалась успешной: к концу 1990-х — началу 2000-х годов темпы роста прибыли и объемов продаж значительно опережали отраслевые показатели.

Dell предлагала клиентам 10–12 различных «семейств изделий», которые соответствовали различным видам компьютерных корпусов (шасси). Кроме того, для каждого типа корпуса компания предлагала несколько вариантов внутренних компонентов для комплектации на выбор. Некоторые компоненты использовались только в одном семействе изделий, а другие — сразу в нескольких.

На заводе был целый ряд одинаковых линий комплектации, расположенных параллельно друг другу. На каждой линии были выделены полосы для поддонов с шасси и ячейки для коробок с комплектующими. Очередность сборки заказов определялась по элементарному принципу «первым пришел — первым обслужен» (FCFS). Dell распределяла семейства изделий по параллельным линиям комплектования на основе простой эвристики, ставя во главу угла выравнивание спроса между линиями. До определенного момента эта практика показывала хорошие результаты, а планировщики не нуждались в более сложных методах планирования.

Однако в 2003 году, в связи с постоянным увеличением ассортимента и объемов производства, Dell, казалось, достигла пределов мощности на одном из своих ключевых заводов — производственном центре имени Мортона Л. Топфера в Техасе, открытом двумя годами ранее. Несмотря на это, к 2004 году количество семейств изделий должно было удвоиться, а спрос, согласно прогнозам, — увеличиться на 13%.

Когда количество семейств изделий превысило количество полос для шасси на линии комплектования, политика FCFS стала нецелесообразной: она требовала большого количества переналадок, поскольку в любое время мог поступить заказ, требующий другого вида шасси. Однако отмена этой политики привела к увеличению сроков сборки и доставки компьютеров. В свою очередь, задержка в комплектации заказов привела к тому, что компоненты для отложенных заказов начали забивать рабочее пространство.

Так возникла необходимость в более точном планировании распределения семейств изделий по линиям сборки с тем, чтобы свести число переналадок к минимуму, предотвратить простои и замедление производства во время переналадок, а также не допустить скопления неиспользуемых деталей в рабочих зонах.

Алгоритм планирования производства

Проектная команда по оптимизации разработала трехступенчатый алгоритм планирования, в котором используется комбинация программ оптимизации и эвристики.

Первый этап:

Линейная смешанно-целочисленная программа оптимизации распределяет разные шасси по линиям сборки так, чтобы сбалансировать нагрузку между линиями, максимизировать их утилизацию, минимизировать число переналадок и, по возможности, сократить число компонентов на линии. При этом самые востребованные у потребителей семейства изделий занимают сразу несколько линий сборки, а шасси не должны перемещаться между линиями без острой необходимости. Чтобы избежать задержки заказов более, чем на один день, и не снижать уровень сервиса, было также решено, что каждое семейство изделий должно хоть какое-то время находится на линии сборки в течение дня. Оптимизационная модель осуществляет расчеты в оффлайн-режиме, а результаты загружаются в используемую Dell программу-планировщик Factory Planner раз в две недели.

Второй этап:

Алгоритм уравновешивает спрос по всей протяженности линии сборки и устанавливает последовательность размещения видов шасси на полосе. Программа учитывает, что новая последовательность в начале дня должна начинаться с шасси, оставленных на полосе в конце предыдущей рабочей смены. Определив начальную группу, модель затем отдает приоритет наиболее востребованным семействам изделий и выстраивает последовательность шасси на конвейере в порядке убывания спроса.

Третий этап:

С помощью эвристики осуществляется планирование времени размещения и снятия шасси и комплектующих с линии сборки. Стандартная продолжительность смены разбивается на временные отрезки, выделяемые на производство каждого семейства изделий пропорционально спросу на них. Определив время на производство того или иного вида изделий, алгоритм выстраивает точный график производства с учетом перерывов на отдых и переналадку с горизонтом в одну смену. Полученный план загружается в Factory Planner, где планировщики завода могут оперативно вносить любые корректировки при получении новых срочных заказов. Программа также помогает менеджерам заказывать необходимые комплектующие в четком соответствии с планом производства, избегая тем самым скопления деталей, ждущих свою очередь.

Более детальное описание использованного алгоритма с конкретными формулами расчетов можно посмотреть в публикации журнала Interfaces за 2007 год.

Результаты

Трехступенчатая модель планирования была внедрена в компании в июне 2004 года. Это помогло предотвратить значительное снижение производительности, которое было бы неизбежно при дальнейшем бурном развитии бизнеса в отсутствии умной оптимизационной системы. Эксперты компании прогнозировали, что при сохранении прежних практик планирования, почасовая производительность могла упасть почти на 20% ввиду постоянных переналадок.

Благодаря внедрению модели, Dell удалось увеличить объем производства более чем на 35% при сохранении текущего парка оборудования, а также увеличить ассортимент (количество семейств изделий) в два раза. Кроме того, Dell сумела избежать потенциальных издержек на сумму свыше $1 миллиона в год за счет экономии на выплате сверхурочных.

Компания продолжает процветать и по сей день. В 2009 году она вышла за пределы производства оборудования на рынок IT-услуг. По состоянию на январь 2021 года Dell — третий по величине поставщик персональных компьютеров в мире. В 2022 году компания заняла 31 строчку в рейтинге Fortune 500, поднявшись с 76 позиции в 2021 году.