Tehdasfysiikan periaate

Mitä tehdasfysiikka on?

Tehdasfysiikan tarkoituksena on auttaa käyttäjäänsä luomaan toiminnat eli operaatiot niin, että ne toimivat ennustettavasti halutun päämäärän mukaisesti. Tehdasfysiikka auttaa tunnistamaan tarkasti tarvittavat parannuskohteet tärkeysjärjestyksessä paremman suorituskyvyn saavuttamiseksi.

Tehdasfysiikka tarjoaa palvelu- tai tuotetuotannolle yleisen näkökulman prosessin kuvaamiseen ja mallintamiseen. Se auttaa ymmärtämään, mitkä tekijät vaikuttavat suorituskykyyn, ja mitkä ovat tekijöiden väliset riippuvuussuhteet (keskinäisvaikutukset).

Tehdasfysiikka auttaa kehittämään parempaa intuitiota operaatioiden toiminnasta. Se auttaa saavuttamaan organisaatiossa yhtenäisen kuvan, kuinka operaatiot, taloudelliset näkökulmat ja asiakkaan vaatimukset sovitetaan yhteen parhaalla mahdollisella kombinaatiolla tai luomaan tietoa, mistä saadaan paras mahdollinen hyöty parantamiseen.

Kysyntä, varasto, tuotanto -malli
(Demand, Stock, Production -malli)

Tehdasfysiikka on niin yksinkertaista, kun se voi olla. Maailma on monimutkainen, mutta ymmärtämällä tuotannon käyttäytymistä, voidaan sitä kehittää merkittävästi. 

Tehdasfysiikassa yleistystä kutsutaan formaaliksi syyksi. Se kuvaa elementit, mitä palvelun tai tuotteen tuottaminen tarvitsee. Elementit ovat:

1. Kaksi oleellista tuotantosysteemin osaa: kysyntä ja muunnos (demand, transformation)
2. Kaksi primitiivistä tuotantosysteemin elementtiä: varasto ja virtaus (stock, flow)
3. Jos kysyntä ja muunnos eivät ole tarkasti yhdenmukaiset, syntyy yksi tai useampia puskuri (buffer)
4. On olemassa vain kolme erilaista puskuria eli bufferia
   1. Varasto (inventory)
   1. Aika (time)
   1. Kapasiteetti (capacity)
5. Yleinen syy kysynnän ja muunnoksen väliseen epäsuhtaan on vaihtelu (variability)

Edellä käsitellyt asiat voidaan parametroida ja muuttaa numeraaliseen muotoon, jonka jälkeen mallien avulla näitä voidaan käsitellä.

Tätä edellä olevaa voidaan vielä konkretisoida ja tätä kutsutaan DSP-malliksi. Toiminta palvelu- ja tuotantosysteemissä ajatellaan prosessina, joka koostuu kysyntä, varasto ja tuotantoketjusta. Varasto ei ole välttämättä fyysisiä komponentteja tai raaka-aineita. Varasto voi olla päätöstä vaativa työ, tietorivi tai resurssi. Stock on eri asia kuin Inventory. 

Tehdasfysiikka tarjoaa kolme mallia ja neljä kaaviota, jolla monimutkaisuutta kuvataan ja ymmärretään.

Neljä keskeistä kuvaa auttaa ymmärtämään:

1. Vasen yläkulma: läpimenon, keskeneräisentyön ja jaksoajan vaihtelun aiheuttamat yhteydet sekä kuvaamaan vaihtelun aiheuttaman kapasiteetin, keskeneräisentyön ja aika -bufferit suhteessa ideaalitilaan.
2. Oikea yläkulma: käyttösuhteen, vaihtelun ja jonon välisiä suhteita ja ymmärtämään, kapasiteetti-bufferin merkityksen.
3. Vasen alakulma: työn tekemisen eräkoon, vaihtelun ja jaksoajan välisen yhteyden, joka on tärkeä tekijä tarkoituksen mukaisen eräkoon määrittämisessä.
4. Oikea alareuna: varaston täyttöasteen ja varaston arvon suhdetta vaihtelu huomioiden.  

Edellä olevat kaaviot voidaan karkealla tasolla muodostaa kolmella alla olevalla mallilla.

Tehdasfysiikassa on 27 lakia, jotka kuvaavat operaatioiden lainalaisuuksia. Näiden 27 lainalaisuuden ymmärtäminen on erinomainen tuki tehokkaaseen operaatioiden johtamiseen. Kirjassa Factor Physic for Managers mainitaan: ”älköön kukaan, joka ei ymmärrä operaatioiden käyttäytymistä, puuttuko niiden johtamiseen.”

Vaihtelu ja operaatiot

Tulevaisuuden ennustaminen olisi helppoa, jos ei olisi vaihtelua. Tehdasfysiikka sitoo yhteen kolme tärkeää kokonaisuutta: aika, vaihtelu ja monimutkaisuus näkökulmat. Tämä kuvataan ohessa olevan kuvan avulla. 

Aika- ja tuottavuusnäkökulmaa esittää vasemman reunan tuottavuusratas. Monimutkaisuutta esittää tietokoneavusteinen tuotannonsuunnittelu ja -ohjaus. Vaihtelua kuvaa laaturatas. Tehdasfysiikka sitoo nämä yhteen ja auttaa ymmärtämään näkökulmien hyödyt ja olosuhteiden vaikutuksen näkökulman toimintaan ja vaikuttavuuteen.

Vaihtelu aiheuttaa prosessissa keskinäisvaikutuksia. Tämän vuoksi, on tärkeää tietää, mikä on vaihtelun suuruus ja paikka suhteessa suunniteltuun tavoitetilaan. Jos yritämme lyhentää aikaa tai kuormittaa toimintaa enemmän, kuin vaihtelu sen sallii, käy niin, että hyvää tarkoittava asia koituukin helposti negatiiviseksi ilmiöksi. Vaihtelun ymmärtäminen, kuvaaminen ja lajeihin luokittelu on tärkeä keino tuottavuuden parantamisessa.

Teknologia on tärkeä osa modernia tuotantoa. Tätä tulee käyttää laskennassa, monimutkaisuuden hallinnassa mutta täytyy ymmärtää, että tämänhetkiset järjestelmät eivät hallitse vaihtelua. Ne ovat deterministisiä. Tuoterakenneongelmat, puutteet, häiriöt, tms. ongelmat tulee käsitellä muuten. Vaihtelunäkökulma auttaa ymmärtämään, kuinka tarkkaan voidaan asioita järjestelmällä suunnitella.

”Maksa minulle nyt, tai maksat myöhemmin” on lause, joka kuvaa, että vaihtelua vastaan täytyy suojautuaprosessissa. Suojautuminen tapahtuu kolmella bufferilla: aika, varasto ja kapasiteetti.  Nämä bufferit eivät ole hukkaa, vaan mahdollistavat ennustettavan toiminnan.

Mallit auttavat ymmärtämään tämän, kuinka valitset optimaalisen bufferiportfolion parhaan mahdollisen taloudellisen ja operatiivisen suorituskyvyn saavuttamiseksi.

Alla olevassa ensimmäisessä kuvassa tuotantosysteemissä on riittävästi kapasiteetti- ja aikabufferia käytössä, josta seuraa, että tuotanto on ennustettava. Toisessa kuvassa kapasiteettibufferia on liian vähän, josta seuraa, että aikabufferi tulee hallitsemattomasti, mutta varmasti käyttöön. Tilanne on ei-ennustettava operatiivisella tasolla ja aiheuttaa reagointitarvetta jälkijättöisesti. 

Yläpuolella olevassa kuvassa Y-akselilla on kysynnän ja kapasiteetin suhde.  X-akselilla on kuvattu aikatavoite joka rajaa, ovatko valmistuneet tuotteet ajoissa tai myöhässä. Koska valmistumisaikavaihtelua kuvaava jakauma on vasemmalla puolella pystyviivaa, toimitaan ajan suhteen ennustettavasti. Tuotantosysteemi on ennustettava.

Yllä olevassa kuvassa valmistumista kuvaava jakauma on levinnyt pystysuorassa olevan tavoiteaikaviivan vasemmalta puolelta oikealla, koska ei ole ollut kapasiteettiä kompensoimaan vaihtelua. Myöhästymiset ovat kroonisia, suorituskyvyttömyydestä johtuvia myöhästymisiä. Operatiivisella tasolla toiminta on ennustamatonta ja aiheuttaa reagointia ja lisää vaihtelua.