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Hierarchical production management : the flow-control
layer
Camille Libosvar
To cite this version:
Camille Libosvar. Hierarchical production management : the flow-control layer. Business administra-tion. Université Paul Verlaine - Metz, 1988. English. �NNT : 1988METZ022S�. �tel-01775763�
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NodOrdre:
THBSE
=-'--,"1 r -J
d,IBLiU I HtrUUT UNIVÊRSITAIRL
présentée
à
LA FACUITE DES SCIENCES
DE L'UNIVERSITE DE MT,TZ
pour obtenir le grade de
4?810+ss
DOCTEIJR
DE L'UNIVERSITE
DE METZ
par
Camille LIBOSVAR
Sujet de la thèse :
HIERARCHICAL PRODUCTION MANAGEMENT :
THE FLOW-CONTROL LAYER
, Soutenue le 15 Avril 1988, devant la commission d'examen composée de
lnrsSlzz
ne kr
o
s/E-z-Rapporteur
Rapporteur
Mme
MM.
Melle
M.
F. CHATELIN
S.B. GERSHWIN
J.B. LASSERRE
B. MUTEL
M.C..PORTMANN
J.M. PROTH
. METZABSTRACT
Production Management is concerned with a class of decisions to be made in a manufacturing firm in order to gear it towards its objective. Since this decision making problent is very large, it must be approached hierarchically. Hierarchical production management systems are characterized by several decision levels operating in a coordinated fashion. Designing such systems means defining the models to be used at each level (entities, objective, horizon), and a coordination procedure. The models studied in this work are devised for the higher levels of a hierarchy; the production system is represented as a network of subsystems with limited capacity and the objective sought is to minimize the flow time of product families. It is proved that under certain assumptions concerning the inventory holding costs, a very simple algorithm exists to solve this deterministic optimization problem. It is then shown that it is possible to relax this assumption by using dynamic programming but the amount of computations required increases dramatically.
key words: hiçrsrchical control, flow control, finite capacity, inventory, deterministic optimizing. RESUME
La gestion de production s'intéresse à une classe de décisions à prendre dans une entreprise de production de façon à lui faire atteindre son objectif. Comme le problème à résoudre est tÈs vaste, il faut I'aborder au moyen d'une approche hiérarchisée. Les sytèmes de gestion hiérarchiques se caractérisent par plusieurs niveaux de décision coordonnés. Concevoir de tels systèmes suppose de définir les modèles à utiliser à chaque niveau (çntités, objectif, horizon), et une procédure de coordination. Les modèles étudiés dans ce mémoire sont destinés au niveau haut d'un système hiérarchique; I'outil de production est représenté comme un réseau de sous-sysrèmes à capacités finies et I'objectif à aneindre est la production à flux tendus de familles de produits. On démontre que pour certaines structures de coûts de stockage' il existe un algorithme très simple pour résoudre ce problème d'optimisation déterministe. On montre également qu'il est possible de relaxer cette contrainte et d'utiliser la programmation dynamique, mais le volume de calcul requis s'en trouve considérablement augmenté.
Cette thèse est le résultat de la recherche
menée
par I'auteur
pendant
son séjour à I'INRIA
l.orraine,
puis au Centre
de Recherche
du groupe
Péchiney
à Voreppe
et enfin au Massachusetts
Institute of Technology.
Elle a été entièrement
financee
pt la Société
Aluminium Péchiney,
et
redigée
durant l'année
87 au l-aboratory
for Information and Decision
Systems
du MIT.
Dans tes différentes équipes où i'ai eu la chance de travailler, i'ai
rencontré de nombreuses personnes
qui, d'une façon ou d'une autre, ont
contribuê à faire de mon sé jour une expérienee à ta fois agréable et
enrichissante.
Je leur en suis extrèmement reconnaissant.
Je tiens à
remere ier tout par-t icu I ièrement :
/u\.64UDlLL€.R€.,Directeur
des FtuX
à Aluminium
PéehineY,
quia
fournî le thème et te f inancement de cette étude,
philippe vARtN , Dîreeteur d'Aluval PéchineY,
pour m'y avoir aecuellll
et avoir remis mon travail en perspective quand i'en ava[s besoin,
Stanley 6€R3HW
I N , Senior Researeb 3e ient ist au ll4 Il , pour rn'avolr
accueilli dans son équipe et pour tout ee que jai appris à son
eontact,
et enf in, surtout, ie remercie tl4. PRO'|
H, dîrecteur de l'lNRlA
Lorraine, mon patron'et néanmoins
amÏ (sie), pour sa conf iance et
son eonstant sout ien , et pour m'avoir ense igné le mét ier de
TABLE OF CONTENTS
I n t r o d u c t i o n
Produgtion management
in perspective.
or why it is hierarchical
The flow-control layer
An4lytical results
The sinele-stase mono-oroduct oroblem The multi-stage mono-product problem The sinele-stase multi-oroduct oroblem The multi-stage multi-product problem
A p p l i c a t i o n s
The case of two subsystems
in series
with decreasing
costs
.
An application
to a flow shop system
C o n c l u s i o n s
R e f e r e n c e s
Appendix: Synthèse en français
2r
93 il3 1 3 5 t+4 1 5 8 t73 188 196 1 9 8, Introduction P r o d u q t i o n M a n a g e m e n t i s o n e o f t h e f i e l d s i n w h i c h t h e r e i s a s i g n i f i c a n t g a p b e L w e e n t h e o r y a n d p r a c t i c e . T h i s g a p h a s e v e n s e e m e d t o w i d e n a s r e s e a r c h e r s s t r i v e d t o m a k e t h e i r m o d e l s m o r e ' c r e d i b l e ' - a t t h e e x p e n s e o f a n i n c r e a s i n E c o m p l e x i t y - , w h e r e a s i n d u s t r y f a v o r e o s o l u t i o n s b a s e d o n s i m p r e c o n c e p t s , s o m e t i m e s m o r e p h i r o s o p h i c a l t h a n c o n c r e t - e . f n f a c t , w h a t s e e m s t o b e t h e o b j e c t i v e o f p r o d u c t i o n m a n ê E e m e n t , i . e . t o i m p r o v e t h e ' p e r f o r m a n c e ' - i n t h e b r o a d e s t s e n s e o f t h e t e r r n -o f a p r -o d u c t i -o n s y s t e m , c a n b e a c h i e v e d t h r o u g h a v a r i e t y o f a c t i o n s : - â i m p r o v i n g t h e p r o d u c t d e s i g n , t h e p r o d u c t i o n p r o c e s s o r t h e t o o l i n g p e r f o r m a n c e ; - ) i m p r o v i n g t h e w o r k o r g a n i z a t i o n o r t h e w o r k f o r c e ' s a t t i t u d e ; + i m p r o v i n g t h e i n f o r m a t i o n s y s t e m ; - ) i m p r o v i n g t h e p l a n n i n g o f a c t i v i t i e s r e l a t e d t o p r o d u c t i o n . T h e s e a r e ' a t l e a s t , t h e ' l e v e r s ' t h a t a m a n u f a c t u r i n g e n g i n e e r i s t y p i c a l l y a w a t r e o f , w h e n h e t h i n k s o f w a y s . t o ' d o h i s j o b , . P r o d u c t i o n m a n a g e m e n t i s m o s t l y c o n c e r n e d w i t h t h e l a s t t y p e o f a c t i o n s a n d , i n p a r t i c u l a r , w i t h t h e d e v e l o p m e n t o f m o d e l s t o t h a t e f f e c t ; m o d e l l i n g h a s p r o v e d t o b e d i f f i c u l t i n t w o r e s p e c t s : O n t h e o n e h a n d , t h e o n - g o i n g c o n t r o v e r s y a b o u t t h e a d p q u a t e n e s s o f t h e o p t i m i z i n g m o d e l s d e v e J o p e d t o d a t e s u g g e s t . s t h a t d e s i g n i n g g o o c l m o d e l s f o r p r o d u c t i o n p l a n n i n g o r s c h e d u l i n g i s n o t a n e a s y t a s k . T h e i n t e r a c t i o n s b e t w e e n d i f f e r e n t e r a y s t o i m p r o v e t h e p e r f o r m a n c e o f a p r o d u c t i o n s y s t e m , a s w e l l a s t h e e x i s t e n c e o f m a n y c r i t e r i a t o e v a l u a t e t h e s e a c t i o n s p a r t i a l l y a c c o u n t f o r t h i s d i f f i c u l t y . O n t h e o t h e r h a n d , m o s t o f t h e m o d e l s d e s i g n e d t o d a t e ( a n d i n p a r t i c u l a r t h o s e b a s e à o n c o m b i n a t o r i a l o p t i m i z a t i o n ) r e q u i r q a v e r y } a r g e , u s u a l l y e x c e s s i v e , a m o u n t o f c o m p u t a t i o n s .
lntroduct,ion T h e g a p b e t w e e n t h e o r y a n d p r a c t i c e i n p r o d u c t i o n m a n a g e m e n t c a n t h u s b e p a r t i a l l y a c c o u n t e d f o r b y t h e f a c t t h a t i t w o u l d s e e m p o i n t l e s s t . o s t r u g g l e t o a c h i e v e a g i v e n g a i n i n p e r f o r m a n c e b y q b e t t e r p r o d u c t i o n p l a n n i n g i f a b e t t e r d e s i g n o r a b e t t e r w o r k o r g a n i z a t i o n y i e l d e d t h e s a m e g a i n a t a l o w e r c o s t . T h i s e x p l a i n s t , h e w i d e s p r e a d u s e o f ' m a n u a f ' s c h e d u l i n g a i m e d a t f e a s a b i l i t y , a s o p p o s e d t o c o m p u t e r - b a s e d o p t i m i z i n g s c h e d u l i n g A n o t h e r f a c t o r t h a t a c c o u n t s f o r t h i s s i t u a t i o n i s t h e l a c k o f d a t a c o n c e r n i n g t h e e v e n t s t h a t t a k e p l a c e i n a m a n u f a c t u r i n g s y s t e m : ê s u b s t a n t i a l g a i n i s s t i l l - t o b e r e a l i z e d i n m a n y c o m p a n i e s t h r o u g h t h e i m p l e m e n t a t i o n o f a n i n f o r m a t i o n s y s t e m a n d a l s o , w h i c h i s m o r , $ d i f f i c u l t , t h r o u g h t h e d e f i n i t i o n o f a s e t o f d a t a a n A l y s + 9 p r o c e d u r e s . I n f a c t , i t i s e s s e n t i a l t o h a v e b o t h a r e l i a b l ç i n f o r m a t i o n c o n c e r n i n g t h e s t a t e o f t h e p r o d u c t i o n s y s t e m a t a n y p o i n t i n t i m e , a n d a h i s t o r i c a l i n f o r m a t i o n f r o m w h i c h d i f f e r e n t a s p e c t s o f i t s e f f i c i e n c y c a n b e a s s e s s e d i . A I s o , t h e e x i s t e n c e o f i n t e r a c t i o n s b e t w e e n t h e d i f f e r e n t p o s s i b l è , l e v e r s , a v a i t a b l e f o r p e r f o r m a n c e i m p r o v e m e n t h a s m o t i v a t q d t h q s e a r c h f o r a c e r t a i n s y n e r g y a n d f o r c o n s i s t e n c y i n t h e d e c i s i o n ; p r o c e s s ( s e e P A R N A B Y t P N l a n d [ I E ] ) . H e n c e t h e s u c c e s s o f s u c h ' g l o b a l ' c o n c e p t s a s t h e J u s t I n T i m e / Z e r o D e f a u l t i m p l e m e n t e d i n t h e J a p a n e S è i n d u s t r y ( s e e S H O E N B E R G E R t S O l ) , â s w e l l a s t h e g r o w i n g i n t e r e s t i n C o m p u t e r I n t e g r a t e d M a n u f a c t u r i n g : a I t t h e d e c i s i o n s r e l a t e d t ' q m a n u f a c t u r i n g m a d e c o n s i s t e n t l y t h r o u g h t h e u s e o f a c o m p u t e r " ' , : . U n f o r t u n a t e l y , J I T i s m o r e a p h i l o s o p h y t h a n a t e c h n i q u e , m o r e t h é s t a t e m e n t o f a g o a l t h a n a m e t h o d t o a c h i e v e i t . T h e r e f o r e , a l t h o u S h t h e p r e v i o u s i m p r o v e m e n t s o f m a n a g e m e n t s y s t e m s c l a i m e d t o b ' q i m p l e m e n t a t i o n s o f i t e x e m p l i f y s o m e m e t h o d s t o a c h i e v e J I T , i t i : o f t e n n e c e s s a r y t o f i n d n e w m e t h o d s f o r e a c h n e w a p p l i c a t i o n
Introduction S i m i l a r l y , C I M i s m o s t l y a r e s e a r c h o b j e c t i v e ; i n f a c t , i f n o n e o f t h e d e c i s i o n m a k i n g p r o b l e m s r e l a t e d t o m a n u f a c t u r i n g ( i . e . d e s i g n , p r o c e s s p l a n n i n g o r s c h e d u l i n g ) h a s y e t b e e n s o l v e d o n a c o m p u t e r i n d i v i d u a l l y ( a t l e a s t i n a s a t i s f i c i n g m a n n e r a n d f o r a w i d e v a r i e t y o f c a s e s ) , s o l v i n g a l l o f t h e m j o i n t l y i s n o t c u r r e n t l y p o s s i b l e , e x c e p t m a y b e f o r v e r y p a r t i c u l a r m a n u f a c t u r i n g s y s t e m s . A t t h e s a m e t i m e , t h e c o m p e t i t i o n i n m a n y i n d u s t r i a l f i e l d s h a s i n c r e a s e d - d u e especially t o t h e i n t e r n a t i o n a l " i z a t i o n o f t h e m a r k e t s - - . t o t h e p o i n t w h e r e i t i s n o t p o s s i b l e a n y m o r e , f o r a f i r m , t o r e i y e x c l u s i v e l y o n o n e t y p e o f a c t i o n ( e . 9 . i m p r o v i n g t h e p r o c e s s ) t o k e e p . i t s c o m p e t i t i v e e d g e : T a k i n g a l l p o s s i b l e a c t i o n s h a s b e c o m e a m u s t , a n d t h e r e i s a s t r o n g d e m a n d , i n t h e s e i n d u s t r i e s , f o r m e t h o d s t o i m p r o v e p r o d u c t i o n p l a n n i n g , e s p e c i a l l y w h e n t h i s f u n c t i o n w a s n o t c o n s i d e r e d e s s e n t i a l i n t h e p a s t , a n d t h e o n l y s c h e d u l i n g t o o l s c u r r e n t l y u s e d a r e G a n t t c h a r t s . . . T h e q u e s t i o n s a r e t h e n : w h i c h m o d e L s w i J , l - s a t i s f y t h i s d e m a n d ? , a n d i t s c o u n t e r p a r t z . w h y s h o u J - d s u c h m o d e l - s b e f o u n d n o w i f t h e y w e r e n o t j n Ê h e p a s t ? T h e a n s r ^ r e r t o t h i s I a t t e r q u e s t i o n i s t h a t t h e f i e l d h a s m a t u r e d a n d t h e t o o l s t o u s e a r e b e t t e r t h a n t h e y w e r e : o n t h e o n e h a n d , t h e r e c e n t d e v e l o p m e n t s i n c o m p u t e r t e c h n o l o g y a n d i n f o r m a t i o n p r o c e s s i n g a I l o w t o c o n s i d e r s o l v i n g p r o b l e m s o f i n c r e a s i n g c o m p l e x i t y i n a ' r e a s o n a b l e ' a m o u n t o f t i r n e ; o n t h e o t h e r h a n d , m o r e a n d m o r e e m p h a s i - s h a s b e e n p l a c e d , i n r e c e n t r e s e a r c h , o D t h e p r a c t i c a l i t y o f s o l u t i o n s , a n d g o o d s u b o p t i m a l s o l u t i o n s h a v e b e e n s o u g h t w h e r e t h e o p t i m i z a t i d h methods $rere not applicable.
A s f o r t h e i n i t i a l q u e s t i o n , t h e m a i n t h r u s t o f t h e t e a m s w i t h w h i c h t h e a u t h o r h a s c o l l a b o r a t e d i s t h a t h i e r a r c h i c a l m o d e l s f o r production management could satisfy the needs of industry.
S u c h m o d e l s a r e several subProblems + f o r m u l a t i o n s a l g o r i t h m s t o T h e o b j e c t o f t h i s t h e s i s r e s u l t i n g f r o m t h e P r e v i o u s f l o w c o n t r o f m o d e l s . T h e d e s c r i b e d h e r e u n d e r . r n t r o d u c t i o n c h a r a c t e r i z e d b y a c o o r d i n a t e d r e s o l ' u . t i o n o f a n d t h e y r e q u i r e t h e s p e c i f i c a t i o n o f : f o r e a c h o f t h e s u b p r o b l e m s i d e n t i f i e d ' a n d s o l v e t h e m c o n s i s t e n t l Y . i s t o s t u d y t h e t y p e o f a g g r e g a t e m o d e l s d e c o m p o s i t i o n m e t h o d , w h i c h a r e c a l l e d o r g a n i z a t i o n o f t h e w o r k p r e s e n t e d i 9 - + a m e t h o d t o d e c o m p o s e t h e o r i g i n a l d e c i s i o n p r o b l e m , A n e r â r a p p r o a c h t o h i e r a r c h i c a l p r o d u c t i o n m a n a g e m e n t i s c u r r e n t l l t i n v e s t i g a t e d b y P R O T H a n d c o - w o r k e r s I H E ] , t M P l ; t h e d e c o m p o s i t i o n m e t h o d i s a p r o d u c t - a n d m a c h i n e a g g r e g a t i o n a l g o r i t h m d e v i s e d t o g e n e r a t e a f l o w s h o p - t i k e a g g r e g a t e m o d e l o f t h e s y s t e m ' t h a t i s ' a m o d e l i n w h i c h p r o d u c t f a m i l i e s f l o w b e t w e e n s u b s y s t e m s ' s o t h a t n q t v r o f l o w s a r e i n o p p o s i t e d i r e c t i o n s . c o o r d i n a t i o n i s a c h i e v e d t h r o u g h t h e t o p - d o w n t r a n s m i s s i o n o f c o n s t r a i n t s , t h e d e c i s i o n s m a d e a t t h e ' u p p e r l e v e l s d e f i n i n g c o n s t r a i n t s f o r l o w e r l e v e l - s d e c i s i o n s ' I n c h a p t e r : - r s e v e r a l a r g u m e n t s c o n c u r r i n g t o j u s t i f y t h e u s e o f a h i e r a r c h i c a l a p p r o a c h f o r m a n a g e m e n t a r e p r e s e n t e d , a n d t h e c o n t r i b u t i o n o f t h i s t h e s i s i s o u t l i n e d i n t h e p e r s p e c t i v e o f t h e f r a m e w o r k p r o p o s e d b y P R O T H a n d c o - w o r k e r s . c h a p t e r 2 i s a s u r v e y o f b o t h t h e r e s e a r c h c o n d u c t e d i n C o n t r o l T h e o r y o n h i e r a r c h i c a l s y s t e m s a n d o f t h e d i f f e r e n t h i e r a r c h i c a l m o d e l s s t u d i e d i n p r o d u c t i o n m a n a g e m e n t . T h e f l o w c o n t r o l m o d e l t h a t i s t h e o b j e c t t h i s s t u d y i s i n t r o d u c e d i n c h a p t e r 3 ' a n d t h e a s s u m p t i o n s i m b e d d e d i n i t b f o r m u l a t i o n a r e j u s t i f i e d ; a n a l y t i c a l r e s u l t s a r e t h e n d e r i v e d i " C h a p t e r 4 , a n d t w o a p p l i c a t i o n s o f t h e s e r e s u l t s a r e p r e s e n t e d i h C h a p t e r 5 .
chapter
1:
PRODUCTION
MANAGEMENT IN PERSPECTIVE.
qR V/HY IT IS HIERARCHICAI-,
Production Management in Perspective I n o u r e c o n o m i c s y s t e m ' s u r v i v i n g ' f o r a f i r m ' i s s y n o n y m o u s w i t h m a k i n g a p r o f i t . - A l t h o u g h , f o r a s h o r t p e r i o d o f t i m e , o r j u s t w h e n s t a r t i n g i t s a c t i v i t y , a c o m p a n y i s i n f a c t a l l o w e d t o I o s e a l i m i t e d a m o u n t o f m o n e y - . F u r t h e r m o r e , t h e h i g h e r t h e p r o f i t , t h e b e t t e r t h e c o m p e t i t i v e p o s i t i o n o f t h e f i r m , a s l o n g a s p r e s e n t p r o f i t s a r e n o t r e a l i z e d a t t h e e x p e n s e o f f u t u r e o n e s ' T h e r e f o r e ' t h e o b j e c t i v e o f a m a n u f a c t u r i n g f i r m - s t a t e d i n m a t h e m a t i c a l t e r m s - ' i s t o m a x i m i z e t h q r e x p e c t e d v a l u e o f i t s d i s c o u n t e d p r o f i t o v e r a c e r t a i n p e r i o d o f t i m e . c a l l e d s t r a t e g i c h o r i z o n : e x p e c t e d v a l u e , b e c a u s e p r o f i t u s u a l l y d e p e n d s o n S o m e f a c t o r s s u c h â s r f o r e x a m p l e , t h e e v o l u t i o n o f t h e m a r k e t , w h i c h a r e n e v e r k n o w n w i t h c e r t a i n t y w h e n d e c i s i o n s a r e t o b e m a d e ' : ' - d i s c o u n t e d , b e c a u s e ' d e p e n d i n g o n t h e t y p e o f f i r m ( a n d i n p a r t i c u l a r o n w h a t c o u l d b e c a l l e d i t s r e s p o n s e t i m e ) , t h e r e l a t i v e i m p o r t a n c e o f p r e s e n t a n d f u t u r e r e s u l t s w i l l b e d i f f e r e n t ' - h o r i z o n , b e c a u s e t h e p e r f o r m a n c e c a n b e d a n g e r o u s l y l o w e r e d b y t h e a b s e n c e o f a n t i c i p a t i o n , b u t a l s o b e c a u s e , b e y o n d a c e r t a i n p o i n t , t h e u n c e r t a i n t y o f t h e f o r e c a s t s i s s u c h t h a t t a k i n g t h e m i n t o a c c o u n t n o l o n g e r i m p r o v e s t h e p e r f o r m a n c e o f t h e f i r m . r n o r d e r t o a c h i e v e t h i s o b j e c t i v e , t h e v a r i o u s a c t o r s o f t h e f i ' r m a r e c o n s t a n t l y t a k i n g a c t i o n s . T h e q u e s t i o n i s t h e n : h o w s h o u } d t h e y d e c i d e w h a t a c t i o n t o t a k e n e x t ' g i v e n t h a t t h e r e i s a n o b j e c t i v e t h a t t h e f i r m a S a w h o l e m u s t m e e t ? o t , i n o t h e r w o r d s , h o w t o d e s i g n a e f f i c i e n t d e c i s i o n - m a k i n g o r g a n i z a t i o n , e f f i c i e n t m e a n i n g e n a b r i n g : : : f i r m t o a c h i e v e i t s o b j e c t i v e . ( S o m e w o r k h a s b e e n d e v o t e d - . o n u m e r i c a l m e t h o d s t o a s s e s s t h e a b i l i t y o f a s y s t e m t o m e e t i t s g o a l s : s e e f o r e x a m p l e V { A S H I N G T o N a n d L E V I S I ! { t ] f o r t h e d e c i s i o n o f w h e t h e r o r n o t t o i m P l e m e n t a n F ' M ' S ' ) '
Production Management in Perspective
II DECISION-MAKING ORGANIZATION
T h e r e i s . u s u a l l y a l a r g e n u m b e r o f d e c i s i o n s t o b e m a d e c o n c u r r e n t l y a t e a c h p o i n t i n t i m e t o r u n a f i r m . A L s o ' i f t h e s t r a t e g i c h o r i z o n i s t o b e l o n g e n o u g h t o a l l o w f o r r e a c t i o n t o t h e e v o l u t i o n o f t h e e n v i r o n m e n t , t h e n i t i s g e n e r a l l y o f s e v e r a L o r d e r s o f m a g n i t u d e l o n g e r t h a n t h e d u r a t i o n o f e l e m e n t a r y a c t i o n s . T h i s m e a n s t h a t t h e p r o b l e m o f f i n d i n g t h e o p t i m a l p l a n o f a c t i o n i n i t s m o s t d e t a i l e d f o r m a n d u p d a t i n g i t e a c h t i m e t h e r e a f i z a t i o n s d i f f e r f r o m t h e p l a n c a n n o t b e d e a l t w i t h b y c u r r e n t l y a v a i l a b l e c o m p u t e r s . M o r e o v e r , e v e n i f t h e r e h r e r e c o m p u t e r s t o s o l v e p r o b l e m s o f t . h i s s i z e , u s i n g t h e m t o t h a t e f f e c t w o u l d r e s u l t i n a w a s t e , b e c a u s e b y t h e t i m e a c t i o n s w o u l d a c t u a l l y b e t a k e n , t h e y w o u l d h a v e b e e n r e - p l a n n e d t h o u s a n d s o f t i m e s . T h e a p p r o a c h g e n e r a l l y a d o p t e d i n h u m a n o r g a n i z a t i o n s c o n s i s t s , Q n t h e o n e h a n d , o f I u m p i n g e l e m e n t a r y a c t i o n s ( o r ' s t e p s ' ) i n t o m o r e g l o b a l o n e s f o r t h e p u r p o s e o f d e c i s i o n - m a k i n g a n d , o n t h e o t h e r h a n d , o f i d e n t i f y i n g c l a s s e s o f w e a k l y c o u p l e d a c t i o n s t h a t c a n b e d e c i d e d i n d e p e n d e n t l y . F o r e x a m p l e , b u i l d i n g a n e w p l a n t c a n b e c o n s i d e r e d a s a s i n g l e a c t i o n , a n d t h e r e w i I I b e o n l y o n e d e c i s i o n c o n c e r n i n g i t a s s u ç h , a l t h o u g h i t s i m p l e m e n t a t i o n c l e a r l y i n v o l v e s a w e a l t h o f m o r e d e t a i l e d s t e p s . O n t h e o t h e r h a n d , m a n y d e c i s i o n s m a d e b y t h e S a l e s d e p a r t m e n t , f o r e x a m p l e , a r e i n d e p e n d e n t , t o a l a r g e e x t e n t , f r o m t h e d e c i s i o n s m a d e i n D e s i g n . T h e p r o c e s s e s r e s u l t i n g i n t h e s e s i m p t i f i c a t i o n s a r e r e f e r r e d t o a s a g g r e g a t j o n a n d s p e c i a T i z a t i o n .III AGGREGATION
T h e a g g r e g a t i o n o f a c t i o n s i s p e r f o r m e d a t o n g t w o d i m e n s i o n s : t i m e a n d g ç 1 2 p g , w h i c h m e a n s t h a t a n a g g r e g a t e d e c i s i o n c a n b e a s e q u e n c e o f s t e p s , o r a g r o u p o f s i m u l t a n e o u s s t e p s , o r a n y c o m b i n a t i o n . T h e r e i s t h u s a c o m p l e t e s p e c t r u m o f a c t i o n s w i t h d i f f e r e n t s c o p e s a n d / o r d i f f e r e n t d u r a t i o n s .Product,ion Managenlc-nt in perspective
F o l l o w i n g f r o m A N T H O N Y ' s c l a s s i f i c a t i o n , t h i s s p e c t r . u m i s c o m m o n l y b r o k e n d o w n i n t o t h r e e c l a s s e s : s t r a t e g i c , t a c t i c a l , a n d o p e r a t i o n a l a c t i o n s . L a u n c h i n g a n e r ^ r p r o d u c t , s t o p p i n g a l i n e f o r p r e v e n t a t i v e m a j - n t e n a n c e o r c a s t . i n g a n ingot are actions that betong respectively t o e a c h o f t h e s e c l a s s e s . T h e s e e x a m p l e s i l l u s t r a t e h o w t h e s p e c i f i c a t i o n o f a n a c t i o n i s a l l t h e m o r e a b s t r a c t a s t h e a c t i o n i s ' a g g r e g a t e r . T h i s f a c t h a s t w o i m p l i c a t i o n s : o n t h e o n e h a n d , d e c i s i o n s c o n c e r n i n g a g g r e g a t e a c t i o n s w i I l m a t e r i a l i z e o n l y i f t h e y a c t u a l l y t r i g g e r a s e t o f e l e m e n t a r y a c t i o n s , a n d , o n t h e o t h e r h a n d , t h e e x a c t s e t a n d s e q u e n c e o f t h e s e e l e m e n t a r y a c t i o n s i s n o t k n o w n a p r i o r i , w h i c h m e a n s t h a t t h e r e i s a n e e d f o r m o r e d e c i s i o n s a f t e r a n a g g r e g a t e a c t i o n i s d e c i d e d . A l s o , a n a c t i o n a c t u a l - I y m a t e r i a l - i z e s o n l y a t t h e I a s t l e v e I o f d e c i s i o n - m a k i n g , w h e n a I I i t s p h y s i c a l c o n t e n t s h a s b e e n c a r r i e d o u t . T h e r e f o r e , a n a g g r e g a t e a c t i o n t a k e s o n d i f f e r e n t ' m e a n i n g s ' , d e p e n d i n g t h e l e v e I o f a b s t r a c t i o n a t w h i c h i t i s c o n s i d e r e d : f o r e x a m p l e , f o r a s h o p - f l o o r m a n a g e r , s t o p p i n g a l i n e f o r p r e v e n t a t i v e m a i n t e n a n c e d o e s n o t m e a n t h e a c t i o n o f p u s h i n g a r e d b u t t o n , b u t r a t h e r : s c h e d u r i n g t h i s l o s s o f p r o d u c t i o n , m a k i n g s u r e t h a t t h e m a i n t e n a n c e p e r s o n n e l w i l l b e t h e r e , t h a t t h e l i n e p e r s o n n e l w i l l b e k e p t b u s y , e t c .
IV DECTSION
PROCESS
T h i s e x a m p l e c a s t s a n e w l i g h t o n t h e r o l e o f a d e c i s i o n - m a k e r ( D M ) . À s s t a t e d p r e v i o u s l y , i t i s t o ' c h o o s e a m o n g a s e t o f a c t i o n s o r s e q u e n c e s o f a c t i o n s t h e o n e t h a t w i l l b e s t r e a l i z e a n o b j e c t i v e , a n d t h e n i m p l e m e n t i t ' ; t h i s s t a t e m e n t i s n o w m a d e m o r e s p e c i f i c . F i r s t , a D M i s a s s i g n e d a n a c h i e v e i t . I t m u s t t h e n b e o b j e c t i v e h a s b e e n a c h i e v e d , m i s s e d .objective and commensurate æSgllrce.Ê to p o s s i b l e t o a s s e s s w h e t h e r o r n o t t h e a n d i f i t h a s n o t , b y h o w m u c h i t $ r a s
Production t{anagement in Petspective _ ^ - - 1 ^ l - . ^ + l a a r r | f I ' r a 2 r r 1 ' l a ) n s I I l c l L l l t -. s e c o n d l y , a D M m u s t h a v e s o m e k n o w l e d g e a b o u t t h e a c t i o n s t h a t h e c a n t a k e t o a c h i e v e h i s o b j e c t i v e , m o r e p r e c i s e l y , h e m u s t h a v e a m o d e l t h a t w i I I a l l o w h i m t o p r e d i c t t h e i m p a c t o f d i f f e r e n t a c t i o n s o n h i s o b j e c t i v e . T h i s m o d e r m u s t i n p a r t i c u r a r s p e c i f y t h e h o r i z o n o f t h e p r o b l e m , t h a t i s , t h e p e r i o d f o r w h i c h t h e i m p a c t o f t h e a c t i o n s o n t h e o b j e c t i v e m u s t b e c o n s i d e r e d ' T h i r d l y , a D M n e e d s S o m e f e e d b a c k c o n c e r n i n g b o t h t h e r e s o u r c e s t h a t h e h a s b e e n a s s i g n e d , a n d t h e a c t i o n s t a k e n b y a t l o t h e r D M s ' T h i s i n f o r m a t i o n i s e s s e n t i a l t o t h e D M b e c a u s e t h e s e t o f a c t i o n s h e c a n p o s s i b l y t a k e a n d t h e i r i m p a c t o n t h e o b j e c t i v e b o t h d e p e n d o n i t ' a s w i I I b e c o m e c l e a r w h e n t h e p r e v i o u s e x a m p l e o f t h e p r e v e n t a t i v e m a i n t e n a n c e i s c o n s i d e r e d ' l { h a t t h i s e x a m P l e i a c t i o n g e n e r a l l y m e a n s , I l u s t r a t e s i s t h a t i m p l e m e n t i n g a n a g g r e g a t e f o r t h e D M : + i d e n t i f y i n g t h o s e e l e m e n t a r y a c t i o n s t h a t h e w i l t p e r f o r m h i m s e l f ( e . g . c a l l t h e s u b c o n t r a c t o r i n c h a r g e o f t h e m a i n t e n a n c e ) , + d e f i n i n g m o r e c o n c r e t e o b j e c t i v e s o r s u b g o a l s t o p a s s t o o t h e r d e c i s i o n m a k e r s f o r t h e m t o i m p l e m e n t t h e c o r r e s p o n d i n g a c t i o n s a n d a l l o t i n g t h e m s o m e r e s o u r c e s t o t h a t e f f e c t ; ( u s u a l l y , t h e m o r e , a g g r e g a t e , t h e a c t i o n , t h e m o r e i m p o r t a n t t h i s c o m p o n e n t o f i t ) , + c o o r d i n a t i n g t h e a c t i o n o f t h e s e o t h e r D M s , t h a t i s , c o n s t r a i n i n g t h e i r c h o i c e s o f a c t i o n s i n o r d e r t h a t e a c h o f t h e m i s i n a p o s i t i o n t o a c h i e v e h i s o b j e c t i v e , e v e n i f i t d e p e n d s o n t h e o t h e r D M s ' a c t i o n s ' A I s o , l f t h e a c t i o n b e i n g i m p l e m e n t e d i s p a r t o f m o r e a g g r e g a t e p l a n o f a c t i o n , t h e n t h e D M m u s t g e n e r a t e f e e d b a c k c o n c e r n i n g t h e r e a l i z a t i o n o f h i s o b j e c t i v e , a n d o f t e n e v a l u a t e b a s e d o n h i s m o d e l -h i s r e s o u r c e n e e d s b e f o r e h e d e c i d e s o n h i s a c t i o n ' A t t h a t p o i n t ' t h e m o d e l h e h a s w i l l a l l o w h i m t o d o s o ' T h e s e i n t e r a c t i o n s a r e i l l u s t r a t e d i n f i g u r e l - '
Production Management in Perspective N o t e t h a t t h e m o d e l t h a t a D . M . h a s o f t h e i m p a c t o f h i s d e c i s i o n s i s , v e r y d e p e n d e n t o n t h e t y p e o f a c t i o n s t h a t ' h e d e c i d e s ' Ï n p a r t i c u l a r , t h e m o r e a g g r e g a t e a n d a b s t r a c t t h e a c t i o n s , t h e m o r e a g g r e g a t e a n d a b s t r a c t t h e m o d e l a l s o '
I
f e e d b a c k
r e s o u r c e s
s t 8 t e
fig. I
V SPECIALIZATION
T h e o t h e r p r o c e s s u s e d t o r e d u c e t h e s i z e o f t . h e d e c i s i o n p r o b l e m , ' s p e c i a t i z a t i o n , i s b a s e d o n t h e a s s u m p t i o n t h a t t h e s e L o f a c t i o n s t o t a k e i n a f i r m c a n b e p a r t i t i o n e d s o t h a t a c t i o n s b e l o n g i n g t o t v r o d i f f e r e n t c l a s s e s c a n b e d e c i d e d r e l a t i v e l y i n d e p e n d e n t l y ' T h i s p a r t i t i o n i n g c a n b e b a s e d o n d i f f e r e n t f a c t o r s a s t h e t y p e o f p r o d u c t , t h e t y p e o f p r o c e s s , t h e l o c a t i o n o f t h e f a c i l i t i e s , t h e m a r k e t c o v e r e d , e t c . F o r e x a m p l e , a l a r g e c o r p o r a t i o n h a s u s u a f l y o n e d i v i s i o n p e r p r o d u c t l i n e : j e t e n g i n e s , p o w e r g e n e r a t o r s , p l a s t i c s " ' b u t i t c o u l d a l s o h a v e a d i v i s i o n ' h e a v y i n d u s t r y ' , a d i v i s i o n ' h i g ho b j e c t i u e
r e s o u r c e s
d e c i s i o n - m a k e
c o n s t r a i n t s
- f e e d b a c k
o b j e c t i u e
r e s o u r c e s
e l e m e n t a r g
a c t i o n
: c o n s t r a i n t s
Production Management in Petspective T h e d e c i s i o n d o m a i n , t h a t i s , t h e t y p e o f k n o w l e d g e r e q u i r e d t o m a k e t h e d e c i s i o n s , i s a l s o u s e d a s a p a r t i t i o n i n g c r i t e r i o n ' R o u g h l y s p e a k i n g , f o u r t y p e s o f k n o w l e d g e a n d i n f o r m a t i o n c a n b e i d e n t i f i e d i n a f i r m : f i n a n c i a l , t e c h n i c a l , m a n a g e r i a l a n d m a r k e t - r e l a t e d ( k n o w l e d g e a n d i n f o r m a t i o n d i f f e r o n l y i n t h e i r l i f e t i m e ) ' + T h e f i n a n c i a l i n f o r m a t i o n c a n b e f o u n d s u m m a r i z e d i n a n y a n n u a l f i n a n c i a l r e p o r t . I t i s m a i n l y u s e d i n s t r a t e g i c d e c i s i o n s b e c a u s e d i r e c t l y r e l a t e d t o t h e g l o b a I o b j e c t i v e ' T h e c o r r e s p o n d i n g k n o w l e d g e i s f o r e x a m p l e t h e k n o w l e d g e o f t h e s t o c k m a r k e t ' + T h e m a r k e t i n f o r m a t i o n c o m p r i z e s q u a l i t a t i v e a n d q u a n t i t a t i v e ' a n s w e r s t o s u c h q u e s t i o n s a s " w h a t i s t h e p o s i t i o n o f t h e f i r m w i t h r e s p e c t t o i t s c o m p e t i t o r s ? , , , o r , , a t w h i c h s t a g e o f t h e i r I i f e - c y c l e . a r e t h e p r o d u c t s o f t h e p o r t f o l i o ? ' ' , b u t i t a l s o i n c l u d e s I e s s ' e l a b o r a t e i n f o r m a t i o n s , s u c h a s t h e c o n t e n t s o f a c u s t o m e r s d a t a - b a s e ' - â T h e t e c h n i c a l k n o w l e d g e i s t h e d o m a i n o f r e s e a r c h e r s ' e n g i n e e r s a n d t e c h n i c i a n s ; s o m e o f i t i s p r o p r i e t a r y a n d p r o t e c t e d b y p a t t e n t s b u t m o s t o f i t i s i n t h e k n o w - h o w o f e x p e r i e n c e d p e r s o n n e l ' T e c h n i c a l i n f o r m a t i o n c a n c o n s i s t o f d r a w i n g s , f i n i t e e l e m e n t s a n a l y s e s ' e t c ' - ) T h e m a n a g e r i a l k n o w l e d g e i s w h a t i s r e q u i r e d f o r ( b u t a l s o r e s u l t s f r o m ) t h e u n d e r s t a n d i n g o f t h e b e h a v i o r o f t h e p r o d u c t i o n s y s t e m . I t i n c l u d e s a r e p r e s e n t a t i o n o f t h e p r o d u c t i o n p r o c e s s e s ' o f t h e m a c h i n e s , c h a r a c t e r i s t i c s a n d o f w o r k f o r c e s k i l l s . A s i n g l e d e c i s i o n - m a k e r i s u n a b l e t o p r o c e s s a I I t h i s i n f o r m a t i o n o r t o m a s E e r t h i s k n o w l e d g e , u n l e s s t h e f i r m u n d e r c o n s i d e r a t i o n i s p a r t i c u l a r l y s m a l I o r i f s e v e r a l o f t h e c o m p o n e n t s o f t h e d e c i s i o n k n o w l e d g e a r e a t r o p h i e d . F o r i n s t a n c e , L f t h e f i r m i s a c o n s u l t ' i n g c o m p a n y w o r k i n g e x c l u s i v e l y o n d e f e n s e c o n t r a c t s , m o s t o f t h e k n o w l e d g e i t n e e d s i s t e c h n i c a l . I n g e n e r a l , h o w e v e r ' t h e d e c i s i o n p r o c e s s i s c a r r i e d o u t b y s e p a r a t e e n t i t i e s , s p e c i l a l i z e d i n o n l y o n e o f t h e c r a s s e s o f k n o w l e d g e , l i k e t h e M a r k e t i n g a n d s a l e s ( M s ) ' D e v e l o p m e n t a n d D e s i g n ( D D ) o r M a n u f a c t u r i n g ( M ) d i v i s i o n s '
10
Production l'lanagenent in Perspective T h e i d e a b e h i n d t h i s p a r t i t i o n i s t h a t d e c i s i o n s r e q u l r i n g s p e c i f i c k n o w l e d g e s h o u l d b e m a d e b y t h e c o m p e t e n t d e c i s i o n m a k e r s . I n f a c t ' a s f i g u r e 2 i l l u s t r a t e s i t , t h e p a r t i t i o n b a s e d o n t h e n a t u r e o f t h e k n o w l e d g e o r i n f o r m a t i o n n e e d e d f o r d e c i s i o n i s a I I t h e b e t t e r a s t h e d e c i s i o n s a r e e l e m e n t a r y . T h e m o r e a g g r e g a t e a d e c i s i o n , a n d t h e m o r e I i k e l y i t i s t o r e q u i r e e l e m e n t s o f k n o w l e d g e o r i n f o r m a È i o n d r a w n ' f r o m d i f f e r e n t d o m a i n s . S t r a t e g i c d e c i s i o n s , i n p a r t i c u l a r , c a n n o t b e a s s o c i a t e d w i t h a n y o n e t y p e o f k n o w l e d g e e x c l u s i v e l y ' o n t h e o t h e r h a n d , t h e f i n a n c i a l k n o w l e d g e i s u s e d p r e d o m i n a n t l y a t t h e s t r a t e g i c I e v e l . T o s i m p l i f y t h e e x p o s i t i o n , i t i s a s s u m e d t h a t a I I t h e o p e r a t i o n a l o r t a c t i c a l - d e c i s i o n s a r e m a d e b y t h r e e ' o p e r a t i o n a l ' d i v i s i o n s : M a r k e t i n g a n d S a I e s ( M S ) , D e v e l o p m e n t a n d D e s i g n ( D D ) a n d M a n u f a c t u r i n g ( M ) , a n d t h e y a r e b a s e d m o s t l y o n k n o w l e d g e o f o n e k i n d ' T h e s t r a t e g i c d e c i s i o n s , o n t h e o t h e r h a n d , a r e m a d e b y t h e ' s t r a t e g y a n d F i n a n c e ' ( S Q l division, b a s e d o n k n o w l e d g e o f t h e f o u r k i n d s '
t g p e s o f k n o u r l e d g e
r e q u i r e d f o r d e c i s i o n s
o f d i f f e r e n t l e u e l s
fit*Z
s t r E t e g i c
t a c t i c a l
e r a t i o n o l
a n a g e r i a l
l lProduction Management in Perspective G i v e n t h e p a r t i t i o n o f t h e d e c i s i o n - m a k i n g o r g a n i z a t i o n a d o p t e d ' i t s s t r u c t u r e i s e n t i r e l y d e t e r m i n e d . r n f a c t , t h e S t r a t e g y / F i n a n c e d i v i s i o n t r a n s l a t e s t h e o v e r a l l o b j e c t . i v e i n t o l o c a l o b j e c t i v e s f o r t h e t h r e e ' o p e r a t i o n a l ' d i v i s i o n s , a n d s h a r e t h e r e s o u r c e s o f t h e f i r m a m o n g t h e m . t h e o p e r a t i o n a l d i v i s i o n s i n t u r n m a k e l o c a l d e c i s ' i o n s t o a c h i e v e f h e i r o b j e c t i v e a n d c o n s t a n t l y f e e d b a c k i n f o r m a t i o n c o n c e r n i n g t h e i r l e v e l o f p e r f o r m a n c e
p e r f o r m a n c e
f e e d b a c k
C o o r d i n a t i o n :
l o c a l o b j e c t i u e s
e s o u r c e s
l o c a l
d e c i s i o n s
f i g . 3
A s r e p r e s e n t e d o n f i g u r e 4 , t h e a c t i o n s t h a t e a c h o f t h e t h r e e o p e r a t i o n a l d i v i s i o n s c a n t a k e d e p e n d o n t h e d e c i s i o n s m a d e b y t h e t w o o t h e r s . T h e r e f o r e , s i n c e e a c h o f t h e m i s s t r i v i n g t o a c h i e v e i t s o v ' n o b j e c t i v e a n d t h e i r o b j e c t i v e s a r e d i f f e r e n t , t h e i r d e c i s i o n s w o u l d b e a n t a g o n i s t i c i f i t v l e r e n o t f o r t h e c o o r d i n a t ' i o n f u n c t i o n o f t ' h e s 9 d i v i s i o n . I n t h a t c o n t e x t o f c o m p e t i t i o n f o r r e s o u r c e s ' t h e c o o r d i n a t i o n p r o b l e m c o n s i s t s o f f i n d i n g t h e r e s o u r c e a l l o c a t i o n t h a t w i I I y i e l d a n e q u i l i b r i u m b e t w e e n t h e o p e r a t i o n a l d i v i s j - o n s , a n d t h e c o n c e p t o f s h a d o w p r i c e s c a n b e u s e d t o f i n d t h a t e q u i l i b r i u m 'Global objective
t a t e f e e d b a c
t2
Production Management in Perspective B u t t h i s i s n o t t h e o n l y a s p e c È o f c o o r d i n a t . i o n : w h e n t h e a b i l i t y o f o n e d i v i s i o n t o a c h i e v e i t , s o b j e c t i v e d e p e n d s o n t h e o u t p u t o f a d i f f e r e n t o n e , c o o r d i n a t i o n f o r f e a s i b i l i t y i s r e q u i r e d . T h i s m e ê n s t h a t t h e o u t p u t s o f e a c h d i v i s i o n m u s t b e s u f f i c i e n t l y c o n s t r a i n e d f o r t h e o t h e r d i v i s i o n s ' p r o b l e m t o b e s o l v a b l e . F o r e x a m p l e , t h e s e t o f p o s s i b l e d e s i g n s f o r a p a r t w i l l b e r e s t r i c t e d t o t h o s e t h a t a l l o w f o r p r o d u c t i o n i n s m a l l b a t c h e s i f t h e o b j e c t i v e o f t h e m a n u f a c t u r i n g d i v i s i o n i s t o r e d u c e t h e v o l u m e o f w o r k - i n - p r o c e s s . . . T h e m a j o r i n t e r a c t i o n s b e t w e e n t h e d i v i s i o n s o f r e p r e s e n t e d o n t h e f o l l o w i n g f l - o w - ' c h a r t : f i r m a r e
e c h n i c a
k n o u l e d g e
m a r k e t
k n o u r l e d
m a n a g e r i a l
k n o u l e d g e
@
@
@
m o r k e t ' s d e s i d e r a t a
f i r m ' s t e c h n i c a l e r P e r t i s e
s a l e s a n d f o r e c a s t s
@ o r o o u c t i o n
c a p a b i l i t u
@ n " t f o r m a n c e
o f t h e t o o l s
@ o . o t e s s
p l a n
f i g . 4
l 3
production Management in Petspective l r l h a t e v e r i t s o b j e c t i v e , t h e m a n u f a c t u r i n g d i v i s i o n ' S a b i l i t y t ' o a c h i e v e i t w i I I d e p e n d , t o s o m e e x t e n t r o l t ! ' r o o u p u t s o f t h e o t h e r o p e r a t i o n a l d i v i s i o n s : t h e p r o c e s s p l a n s o f t h e p r o d u c t s ' w h i c h s p e c i f y t h e n e e d s o f m a c h i n e - t i m e p e r p a r t t o p r o d u c e , a n d t h e s a l e s p l a n , f r o m w h i c h p r o d u c t i o n r e q u i r e m e n t s a r e d r a w n ' T h e p r o b l e g r o f t h e M a n u f a c t u r i n g d i v i s i o n c a n t h u s t h e n b e s t a t e d : G l , v e n t h e n e c e s s a r y i n f o r m a t i o n a b o u t t h e p r o d u c t i o n s y s t e m ' f i n d t h e a c t i o n s t o t a k e s o a s t o b e s t a c h i e v e t h e o b j e c t i v e a s s i g n e d w i t h t h e r e s o u r c e s a T T o c a t e d f o r t h a t p u r p o s e a n d j n s u c h a w a y t h a t t h e c o n s t r a i n t s i n p o s e d b y t h e s a l e s a n d T e c h n o f o g y d i v i s j o n s ( e ' g ' t h e p r o d u c t i o n v o T u m e s a n d t e c h n i c a T s p e c i f i c a t i o n s ) b e s a t i s f i e d ' A l t h o u g h t h i s i s s t i I I a v e r y g e n e r a l s t a t e m e n t ' t h e p r e v i o u s i l l u s t r a t i o n s s u g g e s t t h a t , f o r a n y s y s t e m o f r e a l i s t i c s i z e , t h e d i m e n s i o n a l i t y o f t h i s p l a n n i n g p r o b l e m i s s t i I l p r o h i b i t i v e l y l a r g e ' T h e c o n c e p c s o f s p e c i a l i z a t i o n a n d a g g r e g a t i o n i n t r o d u c e d p r e v i o u s l y s h o u t d t h u s b e u s e d a g a i n i t e r a t i v e l y u n t i l t h e p l a n n i n g p r o b l e m i s t r a n s l a t e d i n t o a s e t o f t r a c t a b l e s u b - p r o b l e m s - A t t h e o u t s e t ' t h e s t r u c t u r e o f t h e p l a n n i n g s y s t e m w i l l b e a r e c u r s i o n o f t h e p a t t e r n r e p r e s e n t e d o n f i g u r e 5 , i . e . a m u l t i - I e v e 1 , h i e r a r c h i c a l - s t r u c t u r e ' t t t t t t - t t t t t t t t
l e u e l k + |
t t t t t t t t - t t t t t t t tl e u e l k
o o o o o o
scope: subsYstem
(k+l)t
- horizonmodel: _ffiË;
o b j e c t i v e re30urcet' c o o r d i n a t i w e constraints p e r f o r m a n c f e e d b a c ks c o p e :
:v9Y::TI),,
model:
.liff:l
scope: subsYstem
kt
- horizon model: _ entitiesfie. 5
t4
Production Managerrent in Perspective I n p r a c t i c e , t h e d e s i g n o f t h i s s t r u c t u r e c a n b e c o n d u c t e d t h r o u g h a b o t t o m - u p p r o c e d u r e , t h e i n p u t d a t a b e i n g t h e p r o c e s s p l a n s o f t h e d i f f e r e n t p r o d u c t s , t h e p e r f o r m a n c e o f t h e m a c h i n e s a n d t h e s t r a t e g i c d e m a n d f o r e c a s t s . S u c h a p r o c e d u r e i s d e s c r i b e d i n H I L L I O N , M E I E R a n d P R O T H [ H E ] , a n d i t s m a j o r s t e p s a r e : r l d e n t i f y g f r o u p s o f m a c h i n e s c o n s t i t u t i n g s u b s y s t e m s a n d s u c h t h a t f o r a n y t r d o s u b s y s t e m s , a l l p r o d u c t s v i s i t i n g b o t h o f t h e m w i I I v i s i t t h e m i n t h e s a m e o r d e r , + F i n d t h e r o u t i n g s t h a t b e s t m a c h i n e s w i t h i n e a c h s u b s y s t e m , b a l a n c e s t h e w o r k l o a d o f t h e + A g g r e g a t e t h e p r o d u c t s i n t o p r o d u c t f a m i l i e s s o t h a t p r o d u c t s b e l o n g i n g t o t h e s a m e f a m i l y h a v e c o m p a r a b l e p r o c e s s i n g t i m e s o n a l l t h e s u b s y s t e m s , f t e r a t e t h e s e s t e p s u n t i l e i t h e r t h e r e i s o n l y o n e p r o d u c t f a m i l y I e f t , o r t h e l a s t s u b s y s t e m o b t a i n e d i s t h e e n t i r e s y s t e m , - - à D e t e r m i n e t h ; h o r i z o n s a s s o c i a t e d w i t h e a c h l e v e l - b y a s s u m i n g i t f i r s t i n f i n i t e a n d t h e n r e d u c i n g i t t o b r i n g t h e s y s t e m w i t h i n t h e b o u n d s o f t r a c t a b i l i t y , - + I n a t o p - d o w n a p p r o a c h ( t h a t i s , s t . a r t i n g f r o m t h e o b j e c t i v e o f t h e e n t i r e d i v i s i o n ) , d e t e r m i n e t h e o b j e c t i v e s o f a I I t h e s u b p r o b l e m s i t h e s e w i l l b e c h o s e n s u c h t h a t t h e o b j e c t i v e a s s i g n e d t o a g i v e n l e v e l i s a c t u a l l y l i k e l y t o b e a c h i e v e d w i t h i n t h e t i m e f r a m e w o r k d e f i n e d b y t h e h o r i z o n o f t h a t I e v e l . N o t e s : L - T h i s d e s i g n p r o c e d u r e i s o n l y o n e o f t h e p r o c e d u r e s d e v i s e d f o r t h a t p u r p o s e ( o t h e r f r a m e w o r k s a r e d e s c r i b e d i n C h a p t e r 2 ) a n d t h e m o d e l s t u d i e d i n t h i s w o r k i s c o n s i s t e n t w i t h t h i s a p p r o a c h . H o w e v e r , m o d e l s o f t h i s t y p e , i , : . e . f l o w - c o n t r o l m o d e l s , w o u l d a l s o b e r e l e v a n t i n d i f f e r e n t f r a m e w o r k s f o r p r o d u c t i o n m a n a g e m e n t ; t h e i r c h a r a c t e r i s t i c p r o p e r t i e s a r e d e s c r i b e d i n t h e f o l l o w i n g s e c t i o n .
1 5
Production l4anagement in Petspective 2 - T h e c o n s t r a i n t o n t h e f l o w s b e t w e e n s u b - s y s t e m s i s m e a n t t o f o r c e t h e a g g r e g a t e m o d e l s t o b e o f t h e ' f l o w - s h o p ' t y p e , f o r w h i c h t h e r e a r e m o r e a l g o r i t h m s t o s o l v e o p t i m a l c o n t r o l p r o b l e m s ; t h i s a s s u m p t i o n i s n o t p a r t i c u l a r l y r e s t r i c t i v e i n m o s t h e a v y i n d u s t r i e s ' 3 - T h e p r o c e d u r e t o d e t e r m i n e t h e p r o d u c t f a m i l i e s i s b a s i c a l l y a c l u s t e r i n g t e c h n i q u e : t h e p r o d u c t s b e i n g r e p r e s e n t e d b y t h e t u p l e o f t h e i r p r o c e s s i n g t i m e s o n t h e d i f f e r e n t s u b s y s t e m s , t h e i d e a i s t o f i n d c l a s s e s o f t h e s e t u p l e s s o a s t o m i n i m i z e t h e t o t a l i n t r a - c l a s S e s , i n e r t i a . 4 - T h e p l a n n i n g h o r i z o n o f a n o p t i m a l c o n t r o l p r o b l e m ( P ) i s t h e i s m a l l e s t h s u c h t h a t Y z > h , t h e r e s t r i c t i o n t o [ 0 , h ] o f t h e s o l u t i o n t o : l ( p ) o n [ 0 , 2 ] i s e q u a l t o t h e s o l u t i o n t o ( P ) o n [ 0 , h ] . F o r c e r t a i n t y p e s o f p r o b l e m s , l i k e t h e c o n c a v e c o s t s p r o b l e m s ( s e e P R O T H t P R l l ' t h e r è e x i s t a n a l y t i c a l r e s u l t s t h a t c h a r a t e r i z e t h e p l a n n i n g h o r i z o n ' M o r e g e n e r a l t r y , t h e c o n c e r n e x p r e s s e d i n t h e c o n s t r a i n t p r e v i o u s l y s t a t e d f o r t h e s e a r c h o f h o r i z o n s i s t o h a v e t h e m s h o r t e n e d b y m e a n s p f a n a l y t i c a l r e s u l t s a n d n o t m e r e l y j u s t e n o u g } r f o r t h e r e s u l t i n g p r o b l e m s t o b e t r a c t a b l e f o r a g i v e n c o m p u t a t i o n a l p o v Ù e r . T h e p r e v i o u s S e c t i o n s o f t h i s c h a p t e r h a v e b e e n d e v o t e d t o a n a n a l y s i s o f t h e d e c i s i o n s t o b e m a d e i n a m a n u f a c t u r i n g f i r m ' I t h a s b e e n a r g u e d t h a t c o n t r o l l i n g a s y s t e m o f s u c h n a t u r e a n d s i z e ' t h a t i s , g e a r i n g i t t o w a r d s t h e a c h i e v e m e n t o f i t s o b j e c t i v e ( m a x i m i z i n g t h e e x p e c t e d p r o f i t ) r e q u i r e s t h a t t h e c o n t r o l p r o c e s s ' a l s o c a l l e d d e c i s i o n m a k i n g p r o c e s s b e s t r u c t u r e d . A s t r u c t u r e b a s e d o n t h F c o n c e p L s o f a g g r e g a t i o n a n d s p e c i a l i z a t i o n l ^ I a S c o n s t r u c t e d , a n d p r o d u c t i o n m a n a g e m e n t l ô ' a s d e f i n e d a S a p a r t o f t h i s d e c i s i o n - m a k i n g s t r u c t u r e .
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Production Management in Perspective A S s u c h , p r o d u c t i o n m a n a g e m e n t \ Â t a s i t s e l f d e s c r i b e d a s a h i e r a r c h i c a l l y s t r u c t u r e d d e c i s i o n - m a k i n g p r o c e s s . O n e o f t h e p r o b l e m s t o s o l v e i n t h i s p r o c e s s c o n s i s t s o f d e c i d i n g , o v e r a c e r t a i n h o r i z o n , t h e p r o d u c t i o n r a t e s o f t h e m a c h i n e s i n t h e s y s t e n ' T h i s p r o b l e m i s c a l l e d f l o w - c o n t r o t p r o b l e m a n d i t c a n a p p e a r a t d i f f e r e n t l e v e l s o f a h i e r a r c h i c a l p r o d u c t i o n m a n a g e m e n t S y s t e m . D e p e n d i n g o n t h e l e v e l ' t h e ' m a c h i n e s ' c o n s i d e r e d a r e p h y s i c a l m a c h i n e s r o t w o r k c e n t e r s , o t e v e n e n t i r e p l a n t s , w h e r e a s t h e ' p r o d u c t s ' w h o s e f l o w r a t e s m u s t b e d e t e r m i n e d a r e e i t h e r p h y s i c a l P a r t s ' o r p a r t f a m i l i e s ' M o r e g e n e r a l l y ' t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e p h y s i c a t s y s t e m t o b e r e t a i n e d i n t h e m o d e l w i I I d e p e n d o n t h e d e c i s i o n l e v e I c o n c e r n e d ' T h e f l o w - c o n t r o l m o d e l s t u d i e d i n t h i s w o r k i s c o n s i s t e n t w i t h t h e t h e h i e r a r c h i c a l d e s i g n p r o c e d u r e o u t l i n e d i n t h e p r e v i o u s s e c t i o n ' t r t i s a l s o p a r t i c u l a r l y w e I I s u i t e d f o r t h e c o r p o r a t e l e v e } o f a l a , r g e m a n u f a c t u r i n g f i r m : t h e e n t i t i e s c o n s i d e r e d a r e p r o d u c t i o n s u b s y t e m s a n d p a r t f a m i l i e s , a n d t h e o b j e c t i v e i s t o m i n i m i z e t h e a c c u m u f a t i o n o f t h e s e , p r o d u c t s ' b e t w e e n p r o d u c t i o n s u b s y s t e m s , g i v e n t h a t t h e r e i s a n e x t e r n a l d e m a n d t o s a t i s f y a n d t h a t t h e p r o d u c t i o n s u b s y t e m s h a v e a f i n i t e c a p a c i t y . , . G i v e n t h e P r o b l e m a d d r e s s e d - i i s a d d r e s s e d a s o n e ] e v e I o f a p r e s e n t e d i s o r g a n i z e d a s f o l l o w s ' e . f l o w c o n t r o f - a n d g i v e n t h a t i t h i e r a r c h i c a l f r a m e w o r k , t h e w o r k c h a p t e r 2 i s a s u r v e y o f t h e w o r k o n h i e r a r c h i e s i n p r o d u c t i o n m a n a g e m e n t a n d c o n t r o l . T h e I i t e r a t u r e o n h i e r a r c h i c a l c o n t r o l i s s u r v e y e d i n t h e f i r s t p a r t ; m o d e l a g g r e g a t i o n t e c h n i g u e s ' b o t h ' i o r s t a t i c a n d d y n a m i c s y s t e m s , a r e p r e s e n t e d f i r s t , a n d t h e r e m a i n i n g w o r k i s c l a s s i f i e d c o n s i s t e n t l y w i t h t h e n o t i o n s i n t r o d u c e d i r i M E S A R O V I C e t a I . t M C l o f m u l t i l e v e l a n d m u l t i l a y e r h i e r a r c h i e s '
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Production Management in Perspective M u l t i l a y e r h i e r a r c h i e s a r e i n t r o d u c e d i n c o r r e l a t i o n w i t h t h e n o t i o n o f t i m e - s c a l e d e c o m p o s i t i o n , w h e r e a s m u l t i l e v e l h i e r a r c h i e s a r e s h o w n t o b e b a s e d o n t h e c o n c e p t o f c o o r d i n a t i o n . T h e I i t e r a t u r e o n h i e r a r c h i c a l p r o d u c t i o n m a n a g e m e n t i s s u r v e y e d i n t h e s e c o n d p a r t o f t h e c h a p t e r ; t h e f i r s t t w o s e c t i o n s a r e d e v o t e d t o w o r k t h a t h a s d i r e c t l y i n f l u e n c e d t h e r e s e a r c h o n h i e r a r c h i c a l p r o d u c t i o n m a n a g e m e n t : m o n o l i t h i c m o d e l s f o r d e c i s i o n s b e l o n g i n g t o d i f f e r e n t l e v e l s , e c o n o m i c s m o d e f s o f t h e ' r e s o u r c e a l l o c a t i o n ' t y p e ' a n d d e c o m p o s i t i o n t . e c h n i q u e s f o r m a t h e m a t i c a l p r o g r a m m i n g . T h e n , t h e s e m i n a l w o r k o f H A X a n d c o - w o r k e r s i s d e s c r i b e d , t o g e t h e r w i t h d i f f e r e n t i m p r o v e m e n t s a n d a p p l i c a t i o n s . F i n a l l y , t h e n o v e l a p p r o a c h e s t o h i e r a r c h i c a l c o n t r o l m o t i v a t e d b y t h e i n t e r e s t i n F I e x i b I e M a n u f a c t u r i n g - a n d i n p a r t i c u l a r t h e a p p r o a c h o f G E R S H W I N . t q c o - w o r k e r s - a r e s u r v e y e d . C h a p t e r 3 j u s t i f i e s a l t t h e a s s u m p t i o n s i m b e d d e d i n t h e f r o m u t a t i o n o f t h e f l o w - c o n t r o l m o d e L s t u d i e d : i n p a r t i c u l a r , t h e c h o i c e o f a c o n t i n u o u s r e p r e s e n t a t i o n o f t i m e a n d t h e a b s e n c e o f r a n d o m n e s s a r e a d d r e s s e d , a s w e l l a s t h e d e f i n i t i o n o f t h e o b j e c t i v e a n d t h e f o r m u l a t i o n o f t h e c a p a c i t y c o n s t r a i n t , s h o w n t o b e a n a p p r o x i m a t i o n . ( I n f a c t , t h e s e c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e m o d e f a r e c a u s e t h a t i t i q b e t t e r s u i t e d f o r a h i g h l e v e l o f a h i e r a r c h i c a t c o n t r o l s y s t e m ) . T h e m a t h e m a t i c a l p r o b l e m c o r r e s p o n d i n g t o t h i s m o d e l i s t h e n f o r m u l a t e d f o r a g e n e r a l i z e d f l o w - s h o p . I t c o n s i s t s o f m i n i m i z i n g t h e i n t e g r a l o f t h e i n v e n t o r y h o l d i n g c o s t i n c u r r e d a t a I l - p r o d u c t i o n s u b s y s t e m s ' s u b j e c t t o a c o n s t r a i n t o n t . h e m i n i m a l o u t p u t o f t h e s y s t e m , a n d ? c o n s t r a i n t o n t h e m a x i m a l f l o w t h r o u g h e a c h s u b s y s t e m . ' S o m e a n a l y t i c a l r e s u l , t s c o n c e r n i n g t h e s o l u t i o n t o t h i s p r o b l e m a r e d e r i v e d i n C h a p t e r 4 ; f i r s t , t h e s o l u t i o n f o r a s i n g l e s t a g è p r o d u c t i o n s y s t e m a n d a s i n g l e p r o d u c t i s c h a r a c t e r i z e d . I t i s s h o w n t h a t t h e o p t i m a l c o n t r o l i s o f t h e ' s w i t c h i n g ' t y p e a n d t h a t t h e p r o d u c t i o n a t a n y t i m e i s e q u a l e i t h e r t o t h e d e m a n d o r t o t h e c a p a c i t y a t t h i s t i m e
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Production Management in Perspective M o r e p r e c i s e l y , i t i s p r o v e d t h a t t h e p r o d u c t i o n r a t e i s e q u a l t o t h e c a p a c i t y i f a n d o n l y i f t h e i n v e n t o r y i s s t r i c t l y i n c r e a s i n g o r d e c r e a s i n g ; i n o t h e r w o r d s , t h e o p t i m a l c o n t r o l c o n s i s t s o f p r o d u C i n g a s L a t e a s p o s s i b l e , a n d t o o v e r p r o d u c e o n l y t o h e d g e a g a i n s t a f u t u r e p e a k i n d e m a n d . I t i s t h e n s h o w n t h a t t h e f i r s t r e s u l t a l s o h o l d s f o r a m u l t i - s t a g e m o n o - p r o d u c t s y s t e m i i n f a c t , i f t h e i n v e n t o r y h o l d i n g c o s t s i n c r e a s e w i t h t h e s t a g e , t h e o p t i m a l c o n t r o l c a n e v e n b e o b t a i n e d b y s o l v i n g f i r s t t h e s i n g l e - s t a g e p r o b l e m f o r È h e m o s t d o w n s t r e a m s u b s y s t e m a n d t h e n , i t e r a t i v e l y , f o r a I I t h e p r e v i o u s s u b s y s t e m s . I n o t h e r w o r d s , u n d e r t h i s c o s t s t r u c t u r e , t h e g l o b a l o p t i m u m i s a c h i e v e d i f e a c h s t a g e o p t i m i z e s i t s I o c a l c r i t e r i o n w h i l e s a t i s f y i n g i t s c o n s t r a i n t s , ' a n d i n p a r t i c u l a r t h e d e m a n d i t f a c e s . H o w e v e r , i t i s s h o w n o n a c o u n t e r - e x a m p l e t h a t t h i s r e s u l t d o e s n o t h o l d i f t h e c o s t a s s u m p t i o n i s n o t s a t i s f i e d , a n d t h a t n o ' s i m p l e ' a l g o r i t h m c o u l d p o s s i b l y b e f o u n d i n t h a t c a s e . T h e s i n g l e - s t a g e m u l t i - p r o d u c t s y s t e m i s s t u d i e d n e x t , a n d i t i s p r o v e d t h a t t h e o p t i m a l c o n t r o l i s o b t a i n e d b y s o l v i n g f i r s t a s i n g l e - s t a g e , m o n o - p r o d u c t p r o b l e m f o r t h e m o s t ' e x p e n s i v e ' p r o d u c t - i . e . t h e o n e w i t h h i g h e s t i n v e n t o r y h o l d i n g c o s t - a n d d e p l e t i n g t h e c a p a c i t y I e f t f o r t h e o t h e r p r o d u c t i o n s a c c o r d i n g l y , a n d t h e n i t e r a t i n g t h i s p r o c e d u r e f o r a l l t h e p r o d u c t s . T h i s r e s u l t m e a n s i n p a r t i c u l a r t h a t t h e p r o d u c t i o n r a t e a t a n y t i m e i s e i t h e r e q u a l t o t h e d e m a n d , o r t o t h e c a p a c i t y , o r t o z e r o , a n d t h a t i f t h e r e i s a p r o d u c t k e p t i n i n v e n t o r y , t h e n n o c h e a p e r p r o d u c t i s b e i n g p r o d u c e d , a n d t h e s y s t e m i s w o r k i n g a t c a P a c i t Y . I n o r d e r t h a t t h e s e r e s u l t s b e e x t e n d e d t o t h e m o s t g e n e r a l c a s e ( m u l t i - s t a g e , m u l t i - p r o d u c t ) , a r e s t r i c t i v e a s s u m p t i o n o n t h e c o s t i s r e q u i r e d : i t i s n e c e s s a r y t h a t t h e r a n k i n g o f t h e p r o d u c t s b y c o s t b e t h e s a m e a t a I I s t a g e s a n d t h e c o s t i n c r e m e n t s f o r a n y t w o p r o d u c t s b e t w e e n s t a g e s b e i n t h e s a m e o r d e r a s t h e i r c o s t s '
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Ptoduction Management' in Petspective H o w e v e r ' w h e t h e r o r n o t t h i s a s s u m p t i o n h o l d s , t h e o p t i m a l Ç o n t r o l m u s t s a t i s f y s o m e n e c e s s a r y c o n d i t ' i o n s w h i c h I i m i t t h e ' c a n d i d a t e s ' t o a f i n i t e n u m b e r . T h e q u e s t i o n o f w h e t h e r t h i s a l l o w s t o u s e d y n a m i c p r o g r a m m i n g t o s o l v e t h e p r o b l e m i s t h u s i n v e s t i g a t e d i n t h e f i r s t p a r t o f C h a p t e r 5 : t h e t w o - s t a g e c o n l e r - e x a m p l e o f C h a p t e r 4 i s s o l v e d b y t h i s t e c h n i q u e , b u t i t a p p e a r s t h a t t h e a m o u n t o f c o m p u t a t i o n s r e q u i r e d e x p l o d e s a S t h e s i z e o f t h e p r o b l e m i n c r e a s e s a n d t h a t i t b e c o m e s e x c e s s i v e , e v e n f o r p r o b e m s o f r e a l i s t i c s i z e ' o n t h e o t h e r h a n d , t h e a r g o r i t h m o f c h a p t e r 4 - p r o v e d t o y i e r d t h e o p t i m a l c o n t r o l u n d e r c e r t a i n c o s t c o n d i t i o n s - i s e x t r e m e l y s i m p l e a n d c a n e v e n b e p r o g r a m n e d o n a s p r e a d s h e e t . A n e x a m p l e i s a l s o d e v e l o p e d i n t h e s e c o n d p a r t o f c h a p t e r 5 , a n d p o s s i b l e e x t e n s i o n s o f t h i s w o r k a r e P r o p o s e d i n t h e c o n c l u s i o n '
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cbapter
2:
HIERARCHIES
IN
PRODUCTION
MANAGEMENT AND CONTROL:
Hierarchies in Production Management and ControT: a Survey
