Dalla capacità infinita al data driven fino ad algoritmi di ML e AI

Le principali tipologie di schedulazione considerano questi tre fattori: le macchine, il personale e tutta la sequenza delle lavorazioni (multifase) oppure nei casi più semplici si schedula solamente la fase di lavorazione più critica (monofase), ma entriamo nel dettaglio delle varie casistiche.

• • La schedulazione per ordini è utile per monitorare l’avanzamento complessivo dell’ordine e per garantire che tutti i passaggi siano completati in sequenza. Vengono schedulati interi ordini di produzione, considerando tutte le operazioni necessarie per il loro completamento.
  • La schedulazione per risorse è utile per ottimizzare l’utilizzo di una risorsa specifica (es. per minimizzare i tempi di setup di una macchina costosa o per bilanciare il carico tra diversi operatori). La schedulazione avviene a livello di singola risorsa (es. macchina, postazione) e si definisce la sequenza di operazioni da eseguire su quella risorsa. A sua volta la schedulazione per risorse può interessare prioritariamente le macchine o gli uomini o gli ordini da evadere.
  • La schedulazione per risorse macchina si concentra sull’allocazione degli ordini di lavoro alle attrezzature di produzione analizzando la capacità produttiva di ogni singola macchina e tenendo conto di parametri come la velocità di produzione, i tempi di setup e la disponibilità al netto di manutenzione programmata e fermi macchina per ottimizzare l’utilizzo degli impianti, riducendo i tempi di inattività e massimizzando la quantità di prodotto finito che esce dal sistema in un dato periodo cercando di raggruppare ordini simili per minimizzare il tempo speso per la riconfigurazione di una macchina fino a sfruttare algoritmi di ottimizzazione dei setup ( matrici di setup).
  • La schedulazione per risorse umane considera la disponibilità e le competenze degli operatori assegnando loro le attività in base al turno, alla qualifica e alle certificazioni assicurando che ogni operazione sia eseguita da una persona con le competenze necessarie, bilanciando il carico di lavoro tra i membri del team. Questo aiuta a prevenire l’affaticamento, migliorare la sicurezza e aumentare l’efficienza complessiva. Il MES può gestire i turni, le pause e le assenze per creare un piano di lavoro fattibile.
  • La schedulazione per fasi di lavorazione si concentra sulla sequenza ottimale delle operazioni per un dato prodotto definendo l’ordine in cui le fasi di lavorazione devono essere eseguite, rispettando le precedenze tecnologiche e ottimizzando il flusso. Questo tipo di schedulazione minimizza il tempo di attraversamento dell’ordine in fabbrica (lead time) e riduce il work in progress (WIP), cioè la quantità di semilavorati in attesa tra una fase e l’altra. L’eventuale integrazione con il WMS (Warehouse Management System) aiuta a fare in modo che l materiale per ogni fase sia disponibile “just-in-time”.

Facciamo un accenno alle logiche di schedulazione iniziando a parlare della schedulazione a capacità infinita che è la gestione più semplice perchè non tiene conto affatto dei vincoli di capacità reali delle risorse. Quindi la schedulazione a capacità infinita, assegna le operazioni alle macchine e agli operatori basandosi unicamente sulle date di consegna o sulle priorità, senza verificare se la risorsa sia già occupata o indisponibile. Può essere utile per analisi iniziali, per calcolare il carico di lavoro teorico totale e per identificare i potenziali colli di bottiglia prima di una schedulazione più dettagliata.

Un MES moderno combina le logiche di capacità finita, backward e forward generando un approccio dinamico e reattivo in linea con le attuali modalità di richiesta da parte dei mercati.

• La schedulazione a capacità finita ha un approccio di base che combina le esigenze di macchine, operatori e lavorazioni. Un algoritmo considera simultaneamente la disponibilità delle macchine, degli operatori e la sequenza delle operazioni per generare un piano di produzione realistico e senza colli di bottiglia. Rispetta i vincoli di capacità reali delle risorse tenendo conto della disponibilità di macchine, operatori, utensili e materiali. Crea un piano di produzione fattibile e realistico, evitando sovraccarichi. Se una risorsa non è disponibile, l’operazione viene riprogrammata per un momento successivo o riassegnata a una risorsa alternativa. È fondamentale per generare i programmi di lavoro operativi e per supportare i capi turno nel bilanciamento del carico di lavoro e nella gestione dei turni.
• La schedulazione backwards (a partire dalla data di consegna all’indietro) è ottima per processi in cui è cruciale rispettare le scadenze dei clienti, poiché evidenzia subito i potenziali ritardi. Il sistema parte dalla data di consegna richiesta dal cliente e calcola all’indietro tutte le fasi, determinando la data di inizio ottimale. Se questo calcolo non è fattibile con le risorse attuali, il MES segnala un potenziale ritardo determinando la data di inizio più tardiva possibile per rispettare la scadenza ( al più tardi).
• La schedulazione forward (a partire dalla data di inizio in avanti) è ideale per processi in cui i materiali sono appena disponibili o per evitare un’eccessiva quantità di lavoro in corso (WIP – Work in Progress) in un’ottica “pull”. Fa si che il sistema parta dalla data di disponibilità dei materiali o dalla data di inizio turno e calcoli in avanti, determinando la data di completamento prevista più vicina possibile ( al più presto).
• La schedulazione dinamica o reattiva (event driven in tempo reale) è l’approccio più avanzato perché gli approcci visti in precedenza non sono mutualmente esclusivi ma possono essere combinati per creare un sistema di pianificazione ibrido e altamente flessibile, capace di adattarsi alle specifiche esigenze dell’azienda. Di conseguenza, invece di seguire un piano statico, il MES ricalcola costantemente la schedulazione in base agli eventi in tempo reale che si verificano in produzione. Ad esempio, se arriva un ordine urgente o si verificano molti scarti oppure una macchina si guasta, il sistema rielabora immediatamente il programma per minimizzare l’impatto e massimizzare la reattività riassegnando automaticamente i compiti alle risorse disponibili, mantenendo il flusso di produzione il più possibile inalterato. La schedulazione dinamica rappresenta il livello più alto di automazione della schedulazione e può essere supportato da algoritmi di Machine Learning e Intelligenza Artificiale (AI).