La schedulazione euristica è un modulo opzionale del software MES Heuris ma che rappresenta per parecchie realtà produttive il vero motore decisionale. Mentre la maggior parte dei sistemi di schedulazione della produzione ordina le lavorazioni secondo la data di consegna e poco altro, l'approccio euristico assegna un punteggio a ciascuna variabile che influisce sulla sequenza, somma quei punteggi e propone il piano che rappresenta il miglior compromesso ingegneristico fra obiettivi in contrapposizione. Il nome dell'azienda nasce proprio da questo potentissimo sistema di calcolo.
In questa pagina affronteremo come funziona la schedulazione euristica, quali pesi si possono configurare, come si comportano i vincoli bloccanti e perché uno schedulatore di produzione governabile dai responsabili di reparto vale più di un sistema rigido e difficilmente modificabile dopo l'avviamento iniziale.
Indice della pagina
- Che cosa significa schedulare la produzione
- Schedulazione e sequenziamento non sono la stessa cosa
- Perché schedulare per sola data di consegna costa più di quanto sembri
- Perché i metodi esatti non reggono la complessità di una fabbrica
- Che cos'è la schedulazione euristica
- Schedulazione euristica e intelligenza artificiale, la coppia perfetta
- I tre pilastri dello schedulatore Heuris
- Primo pilastro, i pesi che spostano la commessa in avanti
- Secondo pilastro, vincoli minori e vincoli bloccanti
- Terzo pilastro, le forze vettoriali e le funzioni non lineari
- Perché un attrezzaggio si sacrifica e una scadenza no
- Attrezzisti contati, 90 macchine e due squadre
- Turni e presidio qualità nella collocazione delle lavorazioni
- Quali pesi si possono configurare, in pratica
- Il log euristico, perché quella commessa e non l'altra
- Chi governa i pesi in azienda
- Dal metodo al progetto, come si implementa uno schedulatore euristico
- Quando lo schedulatore euristico conviene davvero, e quando no
Che cosa significa schedulare la produzione
Schedulare significa decidere che cosa produrre, su quale risorsa, in quale istante e in quale ordine, tenendo conto di tutto ciò che in fabbrica non si può violare. È un processo decisionale che allo stesso tempo alloca risorse finite e fissa una tempistica, poiché stabilisce per ciascuna attività il momento di inizio e quello di fine.
La schedulazione della produzione opera in tempo reale e recepisce ogni variazione che arriva dalla fabbrica, dall'inserimento di un ordine urgente alla modifica di una distinta base, dal ritardo di una fornitura all'assenza improvvisa di un operatore qualificato o alla riparazione improvvisa di un macchinario. Un piano che non si aggiorna quando la realtà cambia smette di essere un piano nel giro di poche ore, e questa è la ragione per cui gli strumenti nati come fogli di calcolo vengono progressivamente abbandonati in favore di sistemi dinamici e che costantemente ricercano il calcolo dell'ottimo.
Schedulazione e sequenziamento non sono la stessa cosa
La confusione fra i due termini è frequente e ha conseguenze concrete sulle aspettative di chi acquista. Il sequenziamento stabilisce soltanto l'ordine delle operazioni, mentre la schedulazione aggiunge la dimensione temporale, sincronizza le risorse fra loro, verifica la presenza di materiale e attrezzature, verifica che la capacità disponibile sia sufficiente a sostenere la sequenza proposta e decine di altri parametri produttivi che possano vincolare o spostare le decisioni di avvio alla produzione.
Un sequenziamento privo di verifica sulla capacità produce elenchi ordinati che il reparto disattende entro mezza giornata, mentre una schedulazione a capacità finita restituisce un piano eseguibile, perché nessuna risorsa risulta impegnata oltre ciò che può realmente sostenere. Vale la pena distinguere anche dalla pianificazione della produzione, che lavora su orizzonti più lunghi e su volumi aggregati, laddove la schedulazione scende al singolo turno e alla singola macchina.
Perché schedulare per sola data di consegna costa più di quanto sembri
La quasi totalità delle aziende manifatturiere che incontriamo affronta la schedulazione della produzione ordinando le commesse per data di consegna, magari con qualche forzatura manuale decisa dal capoturno. È un criterio ragionevole e, in fabbriche semplici, sufficiente. Diventa costoso quando i vincoli si moltiplicano, perché il costo non compare da nessuna parte in contabilità e si distribuisce silenziosamente su decine di voci.
Chi schedula per sola data paga ogni giorno attrezzaggi che si sarebbero potuti evitare raggruppando lavorazioni affini, lavaggi supplementari dovuti a sequenze di colore sbagliate, straordinari degli attrezzisti concentrati per caso nella stessa fascia oraria, materiale che scade in magazzino mentre si produce altro, ritardi che nessuno collega mai alla sequenza, poiché vengono attribuiti ai fornitori o alle macchine, e decine di altre inefficienze. Sommate su un anno, queste voci superano di gran lunga l'investimento necessario a misurarle e governarle.
Perché i metodi esatti non reggono la complessità di una fabbrica
I problemi di scheduling appartengono a una classe matematica in cui il numero di combinazioni possibili cresce in modo esplosivo con il numero di lavorazioni e di risorse. Trovare la soluzione ottima con un metodo esatto richiede, in linea di principio, di enumerare tutte le alternative e sceglierne la migliore.
Su un problema con poche decine di variabili l'approccio funziona, mentre in uno stabilimento reale, dove convivono centinaia di ordini, decine di centri di lavoro, vincoli di attrezzatura, turni e competenze del personale, il calcolo esatto richiederebbe tempi incompatibili con il calcolo, e nel frattempo i dati di partenza sarebbero già cambiati. Un piano perfetto consegnato la settimana prossima vale meno di un ottimo piano disponibile in meno di trenta minuti.
Che cos'e la schedulazione euristica
La schedulazione euristica rinuncia deliberatamente alla ricerca esaustiva e adotta regole di decisione, dette appunto euristiche, che conducono rapidamente a una soluzione molto vicina all'ottimo. In Heuris queste regole prendono la forma di punteggi, poiché ogni variabile rilevante contribuisce con un valore numerico alla priorità complessiva di una lavorazione.
Il vantaggio della schedulazione euristica non riguarda soltanto la velocità di calcolo, che pure è determinante quando il piano va rigenerato più e più volte al giorno. Riguarda soprattutto il fatto che il criterio resta esplicito e leggibile, dunque discutibile in riunione e modificabile da chi conosce il reparto. Uno schedulatore di produzione costruito su punteggi può essere spiegato a un capoturno in mezz'ora, e questo determina se il sistema verrà usato oppure aggirato.
Schedulazione euristica e intelligenza artificiale, la coppia perfetta
Da qualche anno si tende a contrapporre gli algoritmi euristici all'intelligenza artificiale, come se i primi appartenessero a una stagione superata. La contrapposizione utile è un'altra e riguarda la governabilità della decisione, poiché un sistema che stabilisce la sequenza senza esporre il criterio mette il responsabile di produzione in una posizione insostenibile, quella di dover difendere davanti al reparto una scelta di cui ignora la motivazione.
Heuris usa l'intelligenza artificiale dove serve davvero, cioè nella costruzione delle funzioni di peso. Definire la curva con cui l'urgenza cresce all'avvicinarsi della consegna, stabilire quanto una similitudine di attrezzaggio debba valere rispetto alla priorità di un cliente, tarare l'interazione fra dieci parametri che si contendono la stessa macchina sono operazioni che nessun responsabile è tenuto a saper scrivere. Il sistema le genera analizzando lo storico e traducendo in funzione ciò che l'utente esprime a parole, dopodiché restituisce un parametro che resta suo, modificabile in qualunque momento e verificabile nel log. L'intelligenza artificiale scrive la funzione, l'operatore conserva il comando.
E dopo l'intelligenza artificiale?
I problemi di sequenziamento appartengono alla famiglia dei problemi di ottimizzazione combinatoria, la stessa su cui si concentrano oggi le ricerche più promettenti nel campo del calcolo quantistico. Heuris segue quel filone con attività sperimentali condotte in emulazione quantistica, nella convinzione che il nucleo combinatorio più duro potrà tra pochi anni essere affidato a un solutore di natura diversa, lasciando all'euristica pesata il governo dei vincoli industriali. Quello che entra in produzione oggi, però, è la schedulazione euristica alimentata e assistita dall'intelligenza artificiale.
I tre pilastri dello schedulatore Heuris
Il motore della schedulazione euristica poggia su tre meccanismi che lavorano insieme e che vale la pena tenere distinti, perché rispondono a esigenze differenti e vengono configurati da persone differenti.
Primo pilastro, "i pesi" che spostano la commessa in avanti
Nella schedulazione euristica ogni parametro configurato attribuisce alla lavorazione un certo numero di punti di importanza, e la somma di quei punti determina la posizione nella sequenza. Più il valore complessivo cresce, più la commessa scala in avanti rispetto alle altre. La logica è volutamente semplice, poiché la potenza del sistema non risiede nella complessità della formula bensì nel numero di variabili che riesce a considerare simultaneamente e nella libertà con cui ciascuna può essere tarata.
Il punto rilevante è che i pesi non appartengono al fornitore del software, anzi, facciamo degli esempi pratici: il responsabile della logistica può alzare il peso dell'ingombro di fine commessa quando l'area di spedizione è satura, l'ufficio commerciale può attribuire un valore diverso a un cliente in fase di acquisizione, il capo reparto può ridurre temporaneamente il peso della similitudine di attrezzaggio durante una settimana di consegne critiche. Nessuna di queste operazioni richiede l'intervento di un tecnico, eppure tutte concorrono a spostare il grado di importanza di ogni commessa.
Secondo pilastro, vincoli minori e vincoli bloccanti
Anche i vincoli, nella logica della schedulazione euristica, sono valori numerici, e questa uniformità di trattamento è ciò che consente al motore di confrontare grandezze eterogenee. Cambia soltanto l'ordine di grandezza del valore in gioco.
Un vincolo minore somma o sottrae un contributo modesto e agisce come preferenza, dunque orienta la sequenza senza imporla. Un vincolo bloccante, al contrario, immette nel calcolo un valore talmente elevato da collocare la lavorazione davanti a ogni altra considerazione, oppure azzera il punteggio complessivo e ferma la fase, rendendola non schedulabile finché la condizione di vincolo non sia risolta. L'assenza dello stampo, l'indisponibilità fisica del materiale, la mancanza di una certificazione obbligatoria per l'operatore appartengono a questa seconda categoria, poiché rappresentano impossibilità al proseguo della lavorazione e non semplici inconvenienti.
Terzo pilastro, le forze vettoriali e le funzioni non lineari
Alcune grandezze non possono essere descritte da un peso costante, perché il loro effetto dipende dalla distanza temporale. Due commesse dello stesso articolo con consegne distanti due giorni conviene quasi sempre accorparle, mentre due commesse distanti due mesi vanno tenute separate, poiché anticipare la seconda significherebbe immobilizzare materiale e occupare magazzino senza alcun beneficio.
Per rappresentare questo comportamento la schedulazione euristica di Heuris introduce funzioni di forza, nelle quali il contributo cresce in modo più che proporzionale al ridursi della distanza. Il moltiplicatore che governa la curva è a sua volta un parametro euristico, dunque può essere regolato dal responsabile della pianificazione della produzione secondo il settore e secondo l'orizzonte di pianificazione. Nel grafico che segue sono confrontate tre configurazioni, una lineare adatta a produzioni con orizzonte lungo, una quadratica tipica delle lavorazioni meccaniche a lotti ripetitivi e una esponenziale adatta ai contesti in cui l'accorpamento va premiato solo entro pochissimi giorni, come accade nell'alimentare fresco.
Perché un attrezzaggio si sacrifica e una scadenza no
Il raggruppamento degli attrezzaggi affini è una delle leve più redditizie della schedulazione della produzione con molti macchinari (es: presse per stampaggio, taglierine, etichettatrici, confezionatrici etc), poiché riduce i tempi improduttivi senza alcun investimento in impianti. Non è però un vincolo forte, bensì una preferenza pesata, e la differenza si vede proprio quando due obiettivi entrano in conflitto.
Se un cliente ha un peso superiore, oppure se un lotto contiene materiale la cui scadenza si avvicina, come accade regolarmente nell'alimentare e nel farmaceutico, il sistema sacrifica serenamente il vantaggio dell'attrezzaggio affine e privilegia la variabile più onerosa, più pesante appunto. Questo comportamento non è un compromesso imposto, è la manifestazione della gerarchia che l'azienda ha scelto, e chiunque può verificarla nel "Piano di Punteggio" o log leggendo quanti punti abbia portato ciascun fattore al valore finale.
Attrezzisti contati, 90 macchine e due squadre
Il caso che illustra meglio la potenza della schedulazione euristica riguarda uno stabilimento con novanta macchine da attrezzare e due sole squadre di attrezzisti, con un tempo medio di attrezzaggio di un'ora e venti minuti. Il collo di bottiglia, in questo contesto, non è la capacità produttiva delle macchine (spesso sottoproduttive), bensì la disponibilità delle squadre per il cambio tra una commessa e l'altra.
Lo schedulatore di produzione assegna quindi un peso molto elevato alla distribuzione temporale delle chiusure di fase, in modo che i cambi non si accumulino nella stessa fascia oraria e che ogni fine lavorazione cada mentre le altre macchine stanno ancora producendo. Il risultato è duplice, poiché le squadre lavorano in modo continuo senza attese e le macchine restano ferme il tempo strettamente necessario. Nessun software di schedulazione basato sulle sole date di consegna riesce a produrre questo comportamento, per la semplice ragione che la disponibilità degli attrezzisti non compare fra i suoi parametri. La raccolta dati dal campo alimenta il calcolo con i tempi di attrezzaggio reali, che quasi mai coincidono con quelli dichiarati a sistema.
Turni e presidio qualità nella collocazione delle lavorazioni
Un secondo esempio riguarda la differenza fra i turni. Alcune lavorazioni richiedono un controllo qualità intenso, spesso al primo pezzo e a intervalli ravvicinati, e collocarle nel turno di notte significa esporsi a un rischio, poiché il presidio è ridotto.
Configurando un peso sul presidio disponibile, la schedulazione euristica colloca nel turno diurno le fasi che richiedono maggiore sorveglianza e riserva alla notte le lavorazioni più standardizzate, quelle che possono procedere con un controllo meno intenso. È una regola che ogni capo reparto conosce e applica a mente, con il limite di doverla riapplicare ogni volta e di perderla il giorno in cui quella persona non c'è più.
Quali pesi si possono configurare, in pratica
La tabella che segue raccoglie i parametri più ricorrenti nelle installazioni. Non è un elenco chiuso, poiché ogni progetto aggiunge le variabili proprie di quel processo, ed è questa la ragione per cui la parametrizzazione delle funzioni rappresenta una parte cospicua dell'attività di avviamento.
| Parametro | Natura | Effetto sulla sequenza |
|---|---|---|
| Data di consegna | Peso con funzione non lineare | Cresce più che proporzionalmente all'avvicinarsi della scadenza |
| Priorità cliente | Peso configurabile | Combina storicità, fatturato, qualità della relazione e opportunità commerciale |
| Presenza e disponibilità del materiale | Vincolo bloccante o peso | Ferma la fase se il materiale manca, la penalizza se è impegnato altrove |
| Scadenza del materiale | Peso crescente | Anticipa i lotti deperibili, tipico di alimentare e farmaceutico |
| Utensile o stampo dedicato | Vincolo bloccante | Rende non schedulabile la fase in assenza dell'attrezzatura |
| Utensile alternativo | Peso penalizzante | Consente la lavorazione allungando il tempo ciclo |
| Qualifica dell'operatore | Peso penalizzante | Ammette la qualifica inferiore con tempi maggiorati |
| Similitudine di attrezzaggio | Peso di preferenza | Raggruppa i cambi affini, cede davanti a pesi superiori |
| Ordinamento di sequenza | Peso di preferenza | Dal chiaro allo scuro, per gradazione acida o alcolica crescente, riduce i lavaggi |
| Saturazione delle squadre di attrezzaggio | Peso di sincronizzazione | Distribuisce le chiusure di fase sulla capacità degli attrezzisti |
| Presidio del turno | Peso configurabile | Colloca nel diurno ciò che richiede controllo qualità frequente |
| Valore economico del materiale | Peso di anticipazione | Consuma prima ciò che vale di più, per fatturare e incassare prima |
| Ingombro di fine commessa | Peso di aggregazione | Allinea le chiusure che riempiono la stessa spedizione o lo stesso container |
| Ripetitività della lavorazione | Forza vettoriale | Accorpa lavorazioni uguali distanti pochi giorni, non quelle distanti settimane |
| Vita residua dell'utensile | Peso penalizzante | Evita di avviare un lotto lungo con un tagliente prossimo alla sostituzione |
| Coda a valle e collo di bottiglia | Peso di sincronizzazione | Frena chi alimenta un reparto già saturo |
| Scarto atteso per combinazione macchina e articolo | Peso storico | Predilige l'accoppiamento che statisticamente scarta meno |
| Penale contrattuale | Peso moltiplicativo | Distingue il ritardo costoso da quello tollerato |
| Rischio di obsolescenza del semilavorato | Peso crescente | Anticipa ciò che invecchia a magazzino |
| Vincolo di temperatura o climatizzazione | Vincolo bloccante o peso | Colloca le lavorazioni sensibili nelle fasce compatibili |
| Lotto minimo tecnico | Peso di aggregazione | Accorpa ordini piccoli sullo stesso attrezzaggio |
| Manutenzione programmata | Vincolo bloccante | Libera la finestra macchina già impegnata dall'intervento |
| Sequenza allergeni e contaminazione crociata | Vincolo bloccante | Obbligatorio nell'alimentare e nel farmaceutico |
| Certificazione o abilitazione dell'operatore | Vincolo bloccante | Ammette solo il personale qualificato su quella fase |
| Disponibilità di carrelli, stampi e mezzi ausiliari | Vincolo minore | Penalizza senza fermare, quando il mezzo è contendibile |
| Priorità commerciale temporanea | Peso a scadenza | Consente la forzatura tracciata, che decade automaticamente |
| Saldo di conto lavoro esterno | Peso di rientro | Considera i tempi del terzista nella sequenza interna |
| Costo di fermo macchina | Peso di continuità | Penalizza le sequenze che lasciano scoperto un centro critico |
| Fascia oraria energetica | Peso configurabile | Sposta i cicli energivori dove la tariffa risulta più conveniente |
Le stesse variabili incidono direttamente sul lead time e sulla capacità di sostenere una logica just in time, poiché una sequenza costruita sui vincoli reali riduce le attese fra una fase e la successiva assai più di qualunque intervento sui tempi ciclo.
Il log euristico, perché quella commessa e non l'altra
Il Piano di Punteggio o log della schedulazione euristica è la parte del sistema che i responsabili di produzione apprezzano maggiormente, perché restituisce la scomposizione del punteggio riga per riga. Per ciascuna commessa si legge quanti punti abbia portato la data di consegna, quanti il cliente, quanti la similitudine di attrezzaggio, e si arriva al totale che ha determinato la posizione.
Da questa lettura discende l'attività di affinamento, poiché diventa evidente quale parametro stia esercitando un'influenza eccessiva e quale invece risulti troppo debole per incidere. La taratura smette di essere una questione di opinioni e diventa una verifica numerica, ripetibile ogni volta che il mix produttivo cambia.
Chi governa i pesi in azienda
In ogni stabilimento esiste una persona che già oggi decide la sequenza, spesso con un foglio di calcolo personale e con una conoscenza accumulata in anni di reparto. Quella conoscenza è preziosa e il progetto non deve scavalcarla, deve incorporarla, poiché il rischio maggiore di ogni software di schedulazione non è produrre piani sbagliati, bensì produrre piani che il reparto ignora.
La configurazione dei pesi di schedulazione coinvolge quindi più funzioni aziendali, dalla logistica all'ufficio commerciale, dalla gestione del personale al controllo qualità, ciascuna competente sulle proprie variabili. Quando quella persona andrà in pensione, la sua esperienza resterà nel sistema anziché uscire dal cancello con lei, ed è questo, più del risparmio immediato, il valore che le direzioni riconoscono dopo il primo anno di esercizio.
Dal metodo al progetto, come si implementa uno schedulatore euristico
Un modulo di schedulazione euristica non si installa in mezza giornata, si costruisce, poiché richiede l'analisi dei vincoli reali, la verifica della qualità delle anagrafiche e dei cicli, la parametrizzazione delle funzioni e l'ottimizzazione della base dati che dovrà sostenere ricalcoli frequenti. Per questo motivo il percorso segue un metodo strutturato in cinque passi, ossia l'assessment della fabbrica e dei dati, la definizione dei bisogni e dei vincoli, la stesura del project charter, l'offerta master non vincolante e infine il proof of concept condotto sui dati reali dell'azienda.
Il proof of concept è il momento decisivo, poiché consente di misurare il beneficio prima di impegnare l'investimento completo e di verificare se l'organizzazione disponga davvero delle persone e dei dati necessari a governare il sistema. Trovi il percorso descritto per intero nella pagina dedicata al metodo di implementazione, insieme ai criteri con cui viene definito il perimetro di ciascuna fase.
Sul piano tecnico il modulo si appoggia all'infrastruttura del MES, dunque alla raccolta dati dal campo, all'integrazione con il sistema gestionale ERP per ordini, distinte e cicli, e al calcolo dell'indice OEE per la misura degli effetti. Una schedulazione costruita su tempi standard mai verificati produce piani eleganti e inattuabili, e questa è una delle ragioni per cui la raccolta dati precede sempre la schedulazione nei progetti seri.
Quando lo schedulatore euristico conviene davvero, e quando no
Preferiamo dirlo apertamente, anche a costo di ridurre il numero di richieste. Se la tua produzione ha poche risorse equivalenti, cicli semplici e vincoli scarsi, la schedulazione per data di consegna è assolutamente adeguata e un software di schedulazione euristica rappresenterebbe uno sforzo e una spesa sproporzionati. Il modulo di schedulazione euristica è una componente di livello enterprise, il cui costo di sviluppo, parametrizzazione e ottimizzazione può superare quello dell'intero resto del progetto MES.
Ha senso quando i vincoli sono numerosi e in conflitto fra loro, quando le risorse ausiliarie come attrezzisti, stampi e mezzi sono contese, quando la sequenza incide in modo misurabile su attrezzaggi, lavaggi, scarti e ritardi, e quando esiste in azienda qualcuno disposto a governare i pesi anziché subirli. In quei casi la schedulazione è la sola leva capace di aumentare la capacità produttiva senza acquistare una macchina nuova, ed è per questo che il ritorno si misura in mesi anziché in anni.
Se vuoi capire in quale delle due situazioni si trova la tua azienda, il primo passo è richiedere il tuo incontro gratuito, al termine del quale, dopo un primo esame della fabbrica e dei dati, sapremo dire con franchezza se il progetto ha un forte ritorno dell'investimento oppure no. Puoi approfondire nel frattempo le altre componenti del software MES, il funzionamento dello schedulatore per le produzioni engineer to order, l'adattamento dello schedulatore ai diversi modelli produttivi, la gestione della manutenzione che libera le finestre macchina, e i risultati raggiunti nelle case history del settore automotive e dello stampaggio plastica.
