Wprowadzenie

W pracy przedstawiono propozycję metodyki szybkiego prototypowania wirtualnych sieci produkcyjnych w ramach wykorzystania zdolności produkcyjnych małych i średnich przedsiębiorstw, ze szczególnym uwzględnieniem ich ograniczeń zasobowych i logistycznych. Podstawowym celem rozważań autora jest opracowanie wirtualnej platformy wymiany zdolności produkcyjnych (broker transakcyjny), której zadaniem jest "łączenie" małych i średnich przedsiębiorstw w wirtualne organizacje gwarantujące terminową realizację określonych przedsięwzięć. Z uwagi na wysoką specjalizację przedsiębiorstw oraz możliwości współczesnych sieci teleinformatycznych nastąpił rozwój kooperacji firm realizujących wspólne projekty w ramach tzw. sieci produkcyjnych. Idea produkcji w sieci sprowadza się do udostępniania zdolności produkcyjnych niezbędnych do wytworzenia danego wyrobu - będących w dyspozycji różnych przedsiębiorstw - oraz jego współprodukowania. Rozwiązanie takie daje możliwość realizacji zlecenia przez grupę wyspecjalizowanych przedsiębiorstw w sytuacji, gdy znacznie przekracza ono możliwości każdego z nich z osobna¹.

Współczesne sieci stanowią efekt współpracy firm pragnących wykorzystać efekt synergiczny, związany z poprawą globalnych wyników produkcji. W praktyce wiąże się to ze skróceniem czasu dostaw do klienta, zmniejszeniem stanów magazynowych w całym łańcuchu dostaw, zmniejszeniem kosztów realizacji zleceń oraz dążeniem do efektywnej obsługi klienta. W porównaniu z klasycznym, logistycznym łańcuchem następuje rozszerzenie jego struktury w układzie poziomym. Przynajmniej w teorii możliwe jest tworzenie ogromnej sieci dostawców surowców, producentów, dystrybutorów i klientów, dzięki której wszyscy jej uczestnicy zoptymalizowaliby swoją działalność pod kątem poziomu kosztów, zapasów i obciążenia swoich systemów².

Potrzeba reagowania na zmiany oraz tymczasowość i zmienność realizowanych projektów sprawiają, że sposób funkcjonowania współczesnych łańcuchów dostaw przestał być wystarczający. Brak elastyczności w doborze kontrahentów, sztywność powiązań pomiędzy partnerami oraz często wieloletnie umowy nie wpływają pozytywnie na efektywność takiej sieci. Zatem konieczność dopasowania się do zmienności jest bezpośrednią przesłanką stosowania zarządzania adaptacyjnego³, zdolnego do szybkiego dopasowania planowanych zleceń produkcyjnych do charakterystycznych cech wchodzących w skład sieci przedsiębiorstw, infrastruktury logistycznej oraz oczekiwań klienta. Stąd wynika idea kreowania wirtualnych sieci produkcyjnych, rozumianych jako organizacje, w których następuje połączenie zasobów współpracujących ze sobą firm, realizujące wspólne przedsięwzięcia po to, aby osiągnąć większe korzyści niż w przypadku działania w sposób tradycyjny⁴.

Organizacja wirtualna jest powoływana niejako specjalnie w odpowiedzi na potrzeby klienta i w celu wykonania określonego zadania. Ponadto klient może również czynnie uczestniczyć w realizacji zadania - jako podmiot organizacji wirtualnej na bieżąco biorący w niej udział. Działanie niezależne od lokalizacji jest możliwe dzięki zastosowaniu technologii informatycznych jako platformy funkcjonowania organizacji wirtualnych⁵.

Pomocą w kreowaniu sieci wirtualnych mogłyby być tworzone w ostatnich latach i dostępne w internecie systemy bazodanowe, których zadaniem jest gromadzenie informacji o zdolnościach produkcyjnych małych i średnich przedsiębiorstw, jednak spotkały się one, niestety, z brakiem zainteresowania ze strony przedsiębiorców. Nieskuteczność tego rodzaju narzędzi wynika m.in. z braku standardów wprowadzanych danych, mechanizmów szybkiego prototypowania rozwiązań dla konkretnego zlecenia oraz z niechęci udzielania poufnych informacji (np. na temat kosztów produkcji).

Jak łatwo zauważyć, problem intensyfikacji wykorzystania potencjału małych i średnich przedsiębiorstw jest ciągle otwarty. Stąd pojawiła się idea opracowania mechanizmu szybkiego prototypowania wirtualnych sieci małych i średnich przedsiębiorstw zdolnych do realizacji nowego przedsięwzięcia produkcyjnego (zlecenia), które może być terminowo ukończone - przy założeniu, że dany jest zbiór przedsiębiorstw dysponujących zdolnościami produkcyjnymi, połączonych odpowiednim systemem transportu.

Wyznaczenie wariantów dopuszczalnych sieci wirtualnych wiąże się z potrzebą rozwiązania problemu o dużej złożoności kombinatorycznej. Znane i stosowane metody rozwiązywania podobnych problemów - w szczególności metody optymalizacji, symulacyjne - charakteryzują się dużą czasochłonnością, pracochłonnością oraz wysokimi kosztami zastosowania⁶. Oddalają one możliwość wyznaczenia rozwiązań dopuszczalnych w trybie online. Stąd potrzeba prowadzenia badań oraz wdrażania metod i systemów informatycznych, umożliwiających szybkie generowanie dopuszczalnych wariantów realizacji planowanego zlecenia w warunkach występowania ograniczeń zasobowych, finansowych i logistycznych.

Model wirtualnej sieci produkcyjnej

Proponowany model wirtualnej sieci produkcyjnej stanowi zbiór niezależnych przedsiębiorstw produkcyjnych, transportowych połączonych określoną infrastrukturą komunikacyjną (sieci teleinformatyczne, drogowe, itd.) zdolnych zrealizować jednorazowe zlecenie produkcyjne. Zatem w rozważanym przypadku dany jest zbiór małych i średnich przedsiębiorstw produkcyjnych o wąskiej specjalizacji, dysponujących wolnymi mocami produkcyjnymi oraz zbiór przedsiębiorstw transportowych funkcjonujących w układzie komunikacyjnym. Znane są ograniczenia związane ze zdolnościami produkcyjnymi przedsiębiorstw (rodzaj operacji, okres dostępności, koszt wykorzystania zasobów produkcyjnych), z topologią tras, środkami transportu (liczba, pojemność, czasy i koszty przejazdu) oraz pojemnościami magazynów przedsiębiorstw. Przykład rozważanej sieci produkcyjnej zilustrowano na rysunku 1.

Rysunek 1. Model wirtualnej sieci produkcyjnej Legenda:
firmy A, B, C, D, E, F - przedsiębiorstwa realizujące proces P_z
W₁, ..., W₃ - środki transportowe
- przepływ materiału procesu P_z
Źródło: opracowanie własne
Planowane jest przedsięwzięcie produkcyjne (zlecenie), którego realizacja znacznie przekracza możliwości każdego z przedsiębiorstw z osobna - zarówno pod względem zdolności produkcyjnych, jak i posiadanej technologii. Zlecenie scharakteryzowane jest wielkością planowanej produkcji, określonym terminem jego ukończenia oraz kosztami wykonania (ceną). Sposób realizacji zlecenia opisany jest procesem produkcyjnym P_z = (O₁, O₂, ..., O_i), stanowiącym wektor, którego elementy określają operacje cząstkowe realizowane w poszczególnych przedsiębiorstwach.

W ogólnym przypadku problem sprowadza się do odpowiedzi na pytanie, czy istnieje sieć przedsiębiorstw zdolnych do zrealizowania przedsięwzięcia produkcyjnego w określonym czasie i przy zakładanych kosztach?

Metodyka szybkiego prototypowania wirtualnych sieci produkcyjnych

Prototypowanie układów sieci wirtualnych często wiąże się z potrzebą rozwiązania problemu o dużej złożoności kombinatorycznej. O rozmiarze problemu może świadczyć początkowa przestrzeń potencjalnych rozwiązań (wariantów sieci) PPR, którą można wyznaczyć na podstawie wzoru:

PPR = n^P
gdzie:
n - liczba potencjalnych przedsiębiorstw zdolnych do utworzenia wirtualnej sieci produkcyjnej,
p - liczba operacji wchodzących w skład procesu.

Spośród firm działających na rynku należy wybrać takie, których moc produkcyjna pozwoli na szybką realizację przedsięwzięcia, układ logistyczny - na zrealizowanie zakładanego przepływu materiału, a całkowite koszty realizacji nie przekroczą zakładanego poziomu.

Istotnym instrumentem proponowanej koncepcji szybkiego prototypowania sieci jest platforma wymiany zdolności produkcyjnych, reprezentowana przez brokera transakcyjnego. Podstawowym zadaniem platformy jest umożliwienie małym i średnim przedsiębiorstwom wykorzystanie wolnych mocy produkcyjnych, poprzez ich połączenie w wirtualne sieci, zdolne zrealizować nowe przedsięwzięcie produkcyjne. Rolą brokera jest dobór takich przedsiębiorstw funkcjonujących w logistycznym układzie komunikacyjnym, które gwarantują terminową realizację planowanego zlecenia przy najniższym możliwym poziomie całkowitych kosztów realizacji. Schemat ideowy przepływu informacji wykorzystywanej przez brokera zilustrowano na rysunku 2.

Rysunek 2. Platforma wymiany zdolności produkcyjnych (schemat systemu transakcyjnego zlecenie - broker - sektor MSP)

Źródło: opracowanie własne

Proponowane rozwiązanie stanowi swego rodzaju układ adaptacyjny, łączący z jednej strony wymagania rynku specyfikowane zleceniem produkcyjnym, którego realizacja wymaga zaangażowania specjalistycznych przedsiębiorstw, z drugiej zaś strony możliwości produkcyjne geograficznie rozproszonych przedsiębiorstw. W efekcie poszukiwane są nietrwałe organizacje zdolne do dostosowania się do wymogów planowanego do realizacji przedsięwzięcia produkcyjnego. W praktyce przedsiębiorstwa składają w systemie transakcyjnym brokera ofertę dostępnych zdolności produkcyjnych w czasie, jednocześnie określając koszty ich wykorzystania. Informacje są aktualizowane online - poprzez sieć teleinformatyczną, w określonym standardzie. Broker pozyskuje zlecenia produkcyjne wymagające zaangażowania specjalistycznych firm. Łącząc przedsiębiorstwa w efektywną wirtualną organizację, zapewnia poprawny jakościowo przepływ (transport zewnętrzny) przy jednoczesnym niezakłóconym obciążeniu firm wchodzących w skład tworzonej organizacji.

Ze względu na dużą złożoność kombinatoryczną oraz potrzebę kreowania rozwiązań w trybie online, w proponowanym podejściu zasugerowano algorytm oparty na sekwencji sprawdzeń warunków wystarczających, których spełnienie gwarantuje dopuszczalną realizację zlecenia. Szkic proponowanej metodyki został przedstawiony na rysunku 3.

Rysunek 3. Metodyka szybkiego prototypowania wirtualnej sieci produkcyjnej
Źródło: opracowanie własne

Proponowana metodyka składa się z trzech etapów. Przed przystąpieniem do etapu I następuje wyznaczenie początkowego zbioru dopuszczalnych wariantów sieci PDR (przestrzeń dopuszczalnych rozwiązań). Oznacza to wybór ze zbioru zgłoszonych przedsiębiorstw tych, które deklarują zrealizowanie danego rodzaju operacji, określonego w planowanym procesie produkcyjnym. Początkowa przestrzeń dopuszczalnych rozwiązań oznacza zatem zbiór kombinacji połączeń technologicznych wyselekcjonowanych przedsiębiorstw, zdolnych zrealizować planowany proces, biorąc pod uwagę rodzaj planowanej operacji (np. toczenie, niklowanie, malowanie). Sposób wyznaczenia liczby wariantów przedstawia wzór:

gdzie:
e_pi - liczba przedsiębiorstw zdolnych zrealizować i-tą operację ze względu na rodzaj operacji (np. toczenie, frezowanie, montaż),
m - liczba operacji rozważanego procesu.

W etapie I, na podstawie sekwencji sprawdzeń warunków wystarczających, następuje zawężenie wyznaczonego zbioru PDR ze względu na dostępne zdolności produkcyjne (m.in. maszyny, stanowiska pracy) poszczególnych przedsiębiorstw w czasie oraz następstwo realizacji operacji. Na tym etapie, w oparciu o zdolności produkcyjne oraz ich dostępność w czasie, następuje również wyznaczenie terminów i wielkości partii uzupełnień (dostaw).

W II etapie zbiór wariantów zostaje ograniczony do tych, które spełnią warunki związane z systemem transportu i magazynowania. Każdy z wariantów oceniany jest pod względem dostępnej struktury tras, liczby i pojemności dysponowanych środków transportowych oraz pojemności magazynów kooperantów. W proponowanym podejściu system transportu realizuje operacje przemieszczania materiału pomiędzy przedsiębiorstwami zgodnie z ustalonym harmonogramem. Pojazdy o znanych pojemnościach poruszają się po ściśle określonych trasach łączących poszczególnych uczestników sieci logistycznej.

Harmonogram ustalany jest na podstawie oferty przedsiębiorstw spedycyjnych, gwarantujących dostępność środka transportu o określonej pojemności, w określonym horyzoncie czasowym, na danym odcinku trasy. Pozwala to szybko i wiarygodnie ocenić możliwość realizacji operacji transportowych - bez potrzeby prowadzenia kosztownych (i czasochłonnych) czynności, związanych z ponownym planowaniem rozkładu jazdy w systemie transportu. Zastosowanie proponowanego rozwiązania gwarantuje możliwość znalezienia jakościowo dopuszczalnych rozwiązań wariantów, o ile takie istnieją. W efekcie wyodrębnione zostają warianty układów sieci wraz z wariantami obsługi transportowo-magazynowej, które gwarantują jakościowo poprawną realizację zlecenia w zadanym terminie.

W ostatnim etapie proponowanej metodyki (III etap) zostaje ustalony planowany koszt realizacji zlecenia oraz wybrany jego najtańszy wariant. Podstawą oszacowania planowanego kosztu realizacji zlecenia jest wydzielenie kilku grup, do których należą wydatki związane z: materiałami, realizacją poszczególnych procesów zlecenia produkcyjnego, transportem elementów wyrobów i ubezpieczenia podczas transportu, magazynowaniem oraz usługami brokera.

Koszty realizacji poszczególnych procesów są określane przez kooperujące przedsiębiorstwa. Do wyznaczenia jednostkowego kosztu procesu proponuje się zastosowanie rachunku kosztów działań ABC (Activity-Based Costing). Koncepcja tej metody opiera się na założeniu, że koszty pośrednie powstają na skutek realizacji przez przedsiębiorstwo określonych działań służących do wytworzenia określonego produktu lub usługi i dostarczenia go klientowi. Zatem w rachunku kosztów działań wprowadza się dodatkowy etap kalkulacji, polegający na wycenie kosztów poszczególnych działań. Wysokość kosztów pośrednich, przypisana do poszczególnych produktów (procesów), zależy od rodzaju i liczby działań potrzebnych do ich wytworzenia⁷. Oszacowany w taki sposób koszt procesu jest powiększany o marżę poszczególnych kooperantów.

W rozważanym podejściu wyodrębnione zostają wszystkie warianty gwarantujące realizację zlecenia przy założonej w nim cenie (planowany całkowity koszt realizacji zlecenia) oraz terminie realizacji. Informacja o kosztach realizacji pozwala wybrać najtańszy z wariantów sieci kooperacyjnej. Przykład wyboru wariantu sieci zdolnej do realizacji zlecenia produkcyjnego zilustrowano na rysunku 4.

Rysunek 4. Wariant sieci realizującej zlecenie produkcyjne Z_z

Legenda:
Firmy A, B, D, E, F - przedsiębiorstwa realizujące proces Pz.
W₁, ..., W₃ - środki transportowe
- przepływy materiału
Źródło: opracowanie własne

W przypadku uzyskania zbioru pustego proponowana metodyka zakłada odrzucenie nowo wprowadzanego zlecenia, jednocześnie dostarczając informacji o jego przyczynie. Pozwala to na wprowadzenie zmian zarówno w strukturze systemu (dodatkowy środek transportu itp.), jak i w zleceniu produkcyjnym (m.in. negocjacja terminu realizacji, ceny).

Podsumowanie

Możliwość wynajęcia potencjału produkcyjnego i niedociążonych zasobów daje dodatkowe możliwości kooperacji wielu małym i średnim przedsiębiorstwom. Oznacza to, że w wielu przypadkach małe i średnie firmy zorganizowane w ramach wirtualnych sieci mogą konkurować ze znacznie większymi i silniejszymi kapitałowo przedsiębiorstwami. Realizacja jednorazowych przedsięwzięć daje możliwość lepszego wykorzystania ich potencjału, zwiększenia produktywności oraz redukcji kosztów krańcowych. Na uwagę zasługuje jednak brak metod i narzędzi informatycznych, pozwalających na szybką (w trybie online) i wiarygodną ocenę możliwości wspólnej realizacji nowych przedsięwzięć produkcyjnych. Rodzi to potrzebę budowy platformy wymiany zdolności produkcyjnych (broker transakcyjny), wyposażonej w metodykę szybkiego prototypowania dopuszczalnych organizacji sieci produkcyjnych i organizacji przepływu produkcji, gwarantującej terminową realizację zlecenia przy zadanym poziomie kosztów.

W opracowaniu zaproponowano metodykę opartą na propagowaniu ograniczeń systemu kooperujących przedsiębiorstw. Jej celem jest wybór partnerów zdolnych do realizacji przebiegu procesów produkcyjnych w sieci oraz ocena możliwości realizacji nowych zleceń w warunkach występowania ograniczeń związanych z systemem transportu, magazynowania, terminem i kosztami realizacji oraz dostępną w czasie strukturą wolnych mocy przedsiębiorstw partnerskich. Dalsze badania koncentrują się na opracowaniu standardów opisu operacji technologicznych i logistycznych (transport, magazynowanie) potencjalnych partnerów projektowanej sieci oraz stworzeniu komputerowej platformy wymiany zdolności produkcyjnych. Platforma (broker) pozwoli na szybkie prototypowanie wirtualnych sieci produkcyjnych, charakteryzujących się elastycznością i efektywnością ekonomiczną.

Bibliografia

• A. Arenas, B. Aziz, J. Bicarregui, B. Matthews, Managing conflicts of interest in virtual organizations, "Electronic Notes in Theoretical Computer Science" 2008, nr 197.
• J. Chen, Y. Feng, X. Shi, A federation-agent-workflow simulation framework for virtual organisation development, "Information & Management" 2002, nr 39.
• D. Kisperska-Moroń, Świat wirtualnych organizacji, "Zeszyty Naukowe Wyższej Szkoły Zarządzania Ochroną Pracy w Katowicach" 2008, nr 1 (4).
• D. Kisperska-Moroń, Żywe łańcuchy dostaw jako przedmiot zarządzania projektem, "Prace Naukowe Uniwersytetu Ekonomicznego we Wrocławiu" 2008, nr 11.
• H. Stadtler, Supply chain management and advanced planning-basics, overview and challenges, "European Journal of Operational Research" 2005, nr 163.
• Y. Tu, Production planning and control in a virtual one-of-a-kind production company, "Computers in Industry" 1997, nr 34, s. 271-283.
• H. Zhuge, J. Z. Banaszak, J. Józefczyk, Virtual enterprise modelling: the constraint theory approach, [w:] J. Jędrzejewski (red), Virtual manufacturing, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2001.