Bankovní institut vysoká škola Praha zahraničná vysoká škola Banská Bystrica
Katedra kvantitatívnych metód a informatiky
Návrh simulačného modelu na optimalizáciu podnikových procesov
Diplomová práca
Autor : Bc. Alena Líšková
Informačné technológie a management
Vedoucí práce: Ing. Radoslav Forgáč, PhD.
Banská Bystrica Apríl 2009
Prehlásenie:
Prehlasujem, ţe som diplomovú prácu spracovala samostatne a s pouţitím uvedenej literatúry.
V Banskej Bystrici dňa 24.4.2008
Bc. Alena Líšková
Poďakovanie
Ďakujem týmto Ing. Radoslavovi Forgáčovi, PhD. za jeho odborné vedenie, poskytnuté informácie a pripomienky, ktorými prispel k vypracovaniu tejto diplomovej práce.
Anotácia práce
LÍŠKOVÁ, Alena Bc.: Návrh simulačného modelu na optimalizáciu podnikových procesov (Diplomová práca) 64 s.
Vedúci práce : Ing. Radoslav Forgáč, PhD., Bankovní institut vysoká škola Praha, zahraničná vysoká škola Banská Bystrica, 2009
Diplomová práca je zameraná na návrh modelu na optimalizáciu výrobného podnikového procesu. Pozornosť je venovaná podnikovým procesom ako takým, ich opisu, hlavnému deleniu a metódam optimalizácie podnikových procesov. Vo svojej nosnej časti sa zameriava na vytvorenie modelu výrobného procesu v podniku, jeho podrobnému priebehu a optimalizácii pomocou nástroja Riešiteľ, ktorý je súčasťou kancelárskeho balíka MS Excel. V záverečných kapitolách je zhodnotenie výsledkov optimalizácie procesu.
Cieľom tejto diplomovej práce je poskytnúť všeobecný pohľad na podnikové procesy prebiehajúce v podniku a na základe konkrétnej optimalizácie ukázať ako je moţné daný proces zlepšiť.
Annotation
The aim of thesis is the proposal of a model optimizing business production prcess.
It addresses business processes as such, their description, classification and methods of optimization. The main part deals with setting up a production process model in a business, its detailed flow and optimization using a tool called Solver, which is a part of MS Excel.
Evaluation of optimization process outcomes is found in the final chapter. In the first instance, it is to offer a general outlook on the business processes taking place in a business. Secondly, it is to demonstrative a way of improving the process on the basis of the specific otimization.
Obsah
1 Úvod ... 6
2 Optimalizácia podnikových procesov ... 7
2.1 Podnikové procesy a procesné riadenie ... 7
2.2 Delenie podnikových procesov ... 8
2.3 Úloha IS pri optimalizácii podnikových procesov ... 16
2.4 Metódy optimalizácie podnikových procesov ... 17
2.4.1 Reengineering ... 17
2.4.2 Zlepšovanie procesov ... 19
2.5 Nástroje na optimalizáciu v Exceli ... 24
2.6 Zhodnotenie ... 38
3 Optimalizácia výrobného procesu v Exceli ... 39
3.1 Charakteristika spoločnosti ... 39
3.1.1 Organizačná štruktúra ... 39
3.1.2 Procesná mapa ... 42
3.2 Analýza súčasného stavu výrobného procesu ... 43
3.3 Návrh optimalizácie výrobného procesu ... 50
3.2.1 Matematický model ... 51
3.2.2 Hľadanie riešenia s dodrţaním pracovnej doby ... 54
3.2.3 Hľadanie riešenia s ohľadom na zisk ... 58
3.2.4 Zhodnotenie ... 61
4 Zhodnotenie výsledkov optimalizácie ... 62
5 Záver ... 63
6 Použitá literatúra ... 64
1 Úvod
Táto diplomová práca je venovaná návrhu simulačného modelu na optimalizáciu podnikových procesov. Je zameraná na podnikové procesy, ich definíciu a hlavné delenie.
Teoretické znalosti o podnikových procesoch prebiehajúcich v podniku sú doplnené o praktický vybraný proces v existujúcom podniku a jeho simuláciu za pomoci vyuţitia informačných technológií.
Riadenie podnikových procesov sa uskutočňuje od čias, kedy vznikol prvý podnik nezávisle od jeho veľkosti a formy. Uţ v prvotnopospolnej spoločnosti postavenej na zásade vzájomnej výmeny museli ľudia vyrábať výrobky, pestovať plodiny a chovať zvieratá. Tieto činnosti tieţ predstavovali proces. Jeho realizácia sa uskutočňovala len na základe poznania vstupov, výstupov, určitých pomôcok a znalostí potrebných k realizácii procesu, teda výroby alebo pestovania. Po vzniku peňazí vstúpil do procesu aj aspekt nákladov. To isté platí aj pre čas. Ak človek poznal trvanie svojho procesu a mnoţstvo vynaloţených peňazí, dokázal svoj výrobok alebo sluţbu aj oceniť. Postupne pribúdali k základným atribútom procesov aj ďalšie.
Väčšina následne vzniknutých podnikov bola budovaná na princípe deľby práce.
Zmyslom deľby práce bolo rozloţenie procesov priemyselnej výroby na najjednoduchšie a najzákladnejšie čiastkové úlohy. Existoval tzv. Smithov princíp, ktorý vychádzal zo záverov, ţe určitý počet špecializovaných robotníkov, z ktorých kaţdý vykonáva pri výrobe čiastkové operácie, môţe za deň vyrobiť podstatne viac produktov ako rovnaký počet univerzálnych robotníkov, z ktorých kaţdý vyrába celý produkt samostatne. Tento princíp bol vyuţitý v automobilovom priemysle, kde sa ním zjednodušil výrobný proces, ale zloţitejším sa stal proces koordinácie ľudí. Výrazný rozvoj riadenia výrobných procesov nastal so zavádzaním informačných systémov do podnikov, ktoré umoţňujú riadiť aj komplexné procesy. V sedemdesiatych a osemdesiatych rokoch sa začala presadzovať koncepcia Computer Integrated Manufacturing (CIM). Táto koncepcia predstavuje nasadenie počítačovej a informačnej technológie do všetkých činností výroby, od návrhu a tvorby výrobku aţ po jeho expedíciu, ďalej vedenie ľudí a riadenie strojov, zariadení a hmotných tokov. Dnes sa koncept počítačom integrovanej výroby rozšíril na koncepciu integrovaného podniku, ktorý okrem integrácie výrobného procesu zahŕňa aj ostatné podnikové procesy prostredníctvom informačných technológií.
2 Optimalizácia podnikových procesov
2.1 Podnikové procesy a procesné riadenie
Procesy sú súčasťou procesného riadenia. Toto riadenie systematicky identifikuje podnikové procesy, ich atribúty, vytvára podmienky pre ich efektívny priebeh, koordináciu, meranie a neustále zlepšovanie, ktorého výsledkom je kvalitný produkt, výrobok alebo sluţba v súlade s poţiadavkami zákazníka a podnikovou stratégiou [6].
Podniky prechádzajú transformáciou a z funkčného riadenia prechádzajú na riadenie procesné. Procesné riadenie nepredstavuje len úpravu existujúcho systému, ale je to zmena medzi dvomi úplne odlišnými spôsobmi riadenia a jeho úspešné zavedenie je priamo úmerné úspešnosti jednania medzi pracovníkmi a manaţérmi podniku [7].
V literatúre sa uvádzajú štyri základné zásady procesného riadenia, pomocou ktorých je moţné realizovať rozvoj vlastného firemného prístupu k procesnému riadeniu a to [10]:
- stanovenie strategického zámeru a cieľov, ktoré budú v rámci organizačnej štruktúry dôsledne oznamované smerom dole celou firmou pomcou stanvenia špecificých cieľov jednotlivých procesov a rozhodnutí na úrovni tímov a čiastvých organizačných jednotiek,
- definvanie procesov a ich zmapovanie s dôrazom na kľúčové procesy, ktoré sú dôleţité pre úspech a preţitie firmy,
- uplatnenie vlastníctva procesu vrcholového manaţmentu ku zdokoleniu procesov prostredníctvom osobnej zodpovednosti stáleho nasadenia, nepretrţitého oznamovania firemných strategických cieľov a tvorby rozhodnutia, ktoré sa zhodujú s procesným myslením,
- zmena organizačnej štruktúry firmy pomocou podpory manaţérskeho úilia o zmapovanie procesov.
Procesy prebiehajú v podnikoch, organizáciách alebo inštitúciách. Proces je to teda súbor na seba nadväzujúcich činností a stavov, ktoré potrebujú pre svoj priebeh vstupy.
Pomocou mnoţiny aktivít, ktoré patria do procesu sa dosahujú poţadované výstupy. Proces má svoj začiatok a koniec a jednotlivé činnosti majú svoje parametre, ktoré sú merateľné.
Parametre procesu moţno sledovať z rôznych hľadísk napríklad z hľadiska nákladového, personálneho, kvalitatívneho alebo kvantitatívneho. Samotný podnikový proces sa
neskladá výlučne z činností, ktoré môţu vykonávať ľudia, ale aj činností strojových, tokov materiálov a dokumentov (Obr. 1).
Vstupy Výstupy
Spätná väzba Spätná väzba
Obr. 1 Schéma podnikového procesu
2.2 Delenie podnikových procesov
Kaţdý podnik alebo inštitúcia má určitú hierarchiu podnikových procesov [7].
Podnikové procesy vo všeobecnosti delíme na (Obr. 2):
- hlavné podnikové procesy, - podporné podnikové procesy, - riadiace procesy.
Hlavné podnikové procesy:
- marketingový proces, ktorý stojí na začiatku a konci celého podnikového hodnototvorného reťazca. Jeho hlavným zmyslom je analýza zákazníkov a trhov, na ktorých môţe podnik umiestniť svoje produkty a presadzovanie vyrobených produktov. Okrem toho by mal podnik neustále analyzovať konkurenciu a svojich zákazníkov z čoho vyplýva, ţe marketingový proces prebieha neustále,
- inovačný proces, ktorý vychádza predovšetkým z marketingových analýz alebo konkrétneho dopytu zákazníka na výrobu neštandardného výrobku. Výstupom inovačného procesu je technická príprava výroby aţ do podoby projektu,
Podnikové zdroje
Atribúty procesu Podnikový
proces
Dodávatelia Zákazníci
- výrobný proces sa môţe začať v prípade objednávky zákazníka na konkrétny výrobok alebo aţ po skončení inovačného procesu ak si zákazníci ţiadajú nový produkt. Výstupom tohto pocesu je výrobok,
- proces dodania obsahuje predaj výrobku zákazníkovi [7].
Podporné podnikové procesy:
Podporné podnikové procesy sú tie, ktoré podporujú hlavné procesy v podniku a môţu to byť napríklad [7]:
- manaţment kvality, - informačný manaţment, - znalostný manaţment, - strategický manaţment, - ekonomický manaţment, - mnaţment BOZP a iné.
Riadiace podnikové procesy:
Riadiace procesy zahrňujú opatrenia, ktoré by mali manaţéri vykonávať na podporu podnikových procesov (hlavných i podporných). Medzi riadiace procesy patrí napríklad stanovovanie cieľov, operatívne plánovanie, či spätná kontrola [7].
Obr. 2 Podnikové procesy Organizácia
Riadiace procesy
Podporné procesy Hlavný
proces
Hlavný proces
Dodávateľ Zákazník
Za najväčší proces prebiehajúci v podniku je povaţované práve riadenie podniku.
Je to proces zameraný na efektívne dosahovanie cieľov, ktorého základnými fázami sú plánovanie, rozhodovanie, organizovanie, vedenie ľudí a kontrola. S týmto procesom je úzko spojený manaţment a manaţérska práca, ktoré predstavujú zvláštny druh činnosti človeka, ktorá je spätá s okolím prostredníctvom informácií. Musia to byť objektívne informácie, na základe ktorých si môţe subjekt riadenia urobiť v potrebnom čase predstavu o stave riadeného objektu, o rozporoch vznikajúcich vo vnútri riadeného objektu alebo medzi riadeným objektom a jeho okolím. Informácie sú preto základnou podmienkou racionálneho riadenia. Na kvalitné riadenie ale nestačí, aby mal manaţér len dostatok informácií. Rovnako dôleţité je, aby mal k dispozícii aj kvalitné metódy a výkonné prostriedky, pomocou ktorých spracuje tieto informácie pre prípravu rozhodnutí. Pre tento účel sa v podniku vyuţívajú informačné systémy, ktorých úlohou je produkovať kvalitné a relevantné informácie potrebné pre riadiaci proces [6].
Procesný model
Významným nástrojom efektívneho riadenia podniku je procesný model, ktorý umoţňuje jednotne, komplexne a prehľadne opísať všetky podnikové procesy a väzby medzi nimi. Konzistentným procesný model podniku vytvára predpoklady pre efektívne zvládnutie optimalizácie a minimalizáciu rizík neúspechu a neefektívneho vyuţitia zdrojov [2].
Modelovanie podnikových procesov
Pre lepšiu orientáciu v procesoch existuje ich grafické znázornenie tzv. procesná schéma, procesný diagram, ktoré znázorňuje prebiehajúce toky v podniku a ich vzájomnú interakciu. Procesné schémy môţu byť pouţité pri zisťovaní neefektívnosti procesov, nájdení kritických miest v podniku ako aj pri implementácii nového informačného systému. Tak isto môţe slúţiť pri zaškoľovaní nových zamestnancov, riadiacich pracovníkov, aby pochopili ako podnik funguje. Grafické znázornenie procesov sa môţe urobiť v rôznych nástrojoch. V tejto oblasti neexistuje ţiadna štandardizácia symbolov a kaţdý grafický nástroj má svoju sadu symbolov. Rozlišujeme aj nástroje, ktoré sa pouţívajú len na grafické znázornenie procesov ako napríklad Visio a nástroje, ktoré sa pouţívajú aj na modelovanie, optimalizáciu a simuláciu podnikových procesov ako napríklad Aris Toolset [2].
Visio
Aplikácia Visio patrí k produktom frmy Microsoft a a uľahčuje odborníkom v rôznych odvetviach vizualizovať a analyzovať komplexné informácie, systémy a procesy. Pomocou diagramov je moţné vylepšiť zrozumiteľnosť podnikových procesov, začať sa orientovať v komplexných informáciách a vyuţiť ich na prijímanie lepších rozhodnutí. Aplikácia Visio obsahuje celý rad diagramov, napríklad vývojové diagramy, sieťové diagramy, diagramy pracovných postupov, databázové modelov a softvérové schémy. Diagramy sa dajú prepojiť s podkladovými dátami, čím je moţné získať úplnejší pohľad.
Aris Toolset
Patrí k rade produktov firmy IDS Scheer. Produkty Aris tvoria jednotné prostredie nielen pre analýzu a návrh podnikových procesov, ale aj pre analýzu a návrh rozsiahlych informačných systémov. Pomocu nástrojov Aris je moţné modelovať podnikové procesy, organizáciu, dáta a funkcie a vytvárať medzi týmito objektami vzťahy. Produkty Aris podporujú rôzne techniky procesného modelovania, ako napríklad tok dát a implementáciu tokov práce. Slúţia na riadenie zásadných zmien v podniku, ale aj postupné zlepšovanie podnikových činností. Obsahujú prostriedky pre sledovanie a vyhodnotenie nákladov podnikových procesov. Aris Toolset obsahuje moduly, ktoré umoţňujú modelovať, navigovať a analyzovať podnikové procesy. Obsahuje tieţ špecifické referenčné moduly a špecifické projektové procedúry.
Procesný model je výsledok procesu modelovania, ktorý vytvárame za účelom analýzy reálneho stavu v zmysle spresňovania našej predstavy o ňom alebo za účelom overenia si budúcich vlastností projektovaných systémov.
Pri tvorbe procesného modelu je dôleţité si najskôr definovať kľúčové procesy a potom definovať vedľajšie. Pokúšame sa taktieţ eliminovať procesy, ktoré nemajú opodstatnenie, nepridávajú hodnotu, sú stratové alebo zbytočné. Do hlavných a podporných procesov môţeme pridávať činnosti chýbajúce ak zmeníme neefektívne vykonávané činnosti na efektvne.
Procesné modelovanie tvorí overený analytický a komunikačný nástroj, určený k optimalizácii terajších procesov a k zavedeniu novej procesne orientovanej štruktúry firiem. Je to vhodný nástroj procesného riadenia, ktorý je moţno pouţiť k lepšiemu
pochopeniu terajších firemných procesov a ku zrušeniu alebo zjednodušeniu tých procesov, ktoré vyţadujú zmenu. Procesné modelovanie poskytuje overenú metodológiu k identifikácií terajších procesov vo firme a taktieţ ho je moţné vyuţiť ako návod pre reengineering firemných procesov. Koncepcia procesného modelovania je pouţitá k popisu všetkých zásadných krokov firemných procesov [10]. Výsledkom implementácie procesného modelovania môţu byť zistenia, ţe:
- manaţéri sa často chybne domnievajú, ţe procesom vo firme dobre rozumejú, - väčšina manaţérov v skutočnosti nevie, čo procesy vlastne sú, kde a ako prebiehajú
a či je moţné ich zlepšiť, zjednodušiť alebo dokonca odstrániť.
Základné náležitosti modelovania
V literatúre môţeme nájsť veľké mnoţstvo prístupov a noriem modelovania podnikových procesov. Mnoţstvo z nich je silne ovplyvnené informačnými systémami a technológiami, ktoré sú v nich vyuţívané, niektoré sa snaţia akceptovať ľudskú stránku procesov, iné skôr technologickú a podobne. Všetky však majú spoločné určité základné prvky modelu podnikových procesov: proces, činnosť a väzba. Proces je vţdy modelovaný ako štruktúra vzájomne nadväzujúcich činností, pričom kaţdá činnosť môţe byť samostatne popísaná ako proces. To, či činnosť je alebo nie je popísaná ako proces, závisí na potrebe zrozumiteľnosti modelu, obmedzení moţnej veľkosti modelu a pod., teda nie na obsahu samotného procesu. Jednotlivé činnosti neprebiehajú náhodne, ale na základe definovaných podnetov. Takýmto podnetom môţe byť vonkajšia alebo vnútorná skutočnosť. Vonkajšie podnety sa nazývajú udalosti a sú z hľadiska procesu objektívne, pretoţe prichádzajú z vonkajšieho okolia procesu. Vnútorné podnety sa nazývajú stavy a sú z hľadiska procesu subjektívne. Stavy predstavujú situácie, v ktorých sa daná činnosť nachádza. Činnosti procesu na seba vzájomne nadväzujú. Tieto nadväznosti činností sú popísané pomocou väzieb, ktorými sú definované rôzne typové usporiadania činností v procese [2].
Jedným z prínosov procesného mapovania je aj lepšie pochopenie procesov a celkové zlepšenie všetkých podnikových činností a ich výkonov. Pre nové alebo reengineerované procesy môţe byť procesné mapovanie pouţité i pre špecifikáciu potrieb, poţiadaviek a funkcií procesu tak, aby čo najlepšie uspokojoval potreby zákazníkov a plnil poţadované funkcie. U existujúcich procesov je moţno na základe procesného mapovania analyzovať účel, ktorému proces slúţi, funkcie, ktoré proces vykonáva a zachytiť
mechanizmy, pomocou ktorých sa tak deje. Základnú predstavu o procesnom mapovaní môţeme vyjadriť pomocou nasledujúcich kľúčových bodov [7].
1. Porozumenie procesu pomocou vytvorenia procesnej mapy, ktorá graficky znázorňuje prvky (objekty alebo informácie) a činnosti.
2. Určenie, aké činnosti má systém vykonávať na základe toho, ako je systém k dosahovaniu týchto činností navrhnutý. Toto určenie musí byť z procesnej mapy jasne zreteľné.
3. Kaţdá procesná mapa by mala byť vnútorne konzistentná a mať hierarchickú štruktúru s hlavnými činnosťami na najvyššej úrovni a detailmi, ktoré sú zobrazené na niţších úrovniach.
4. Pravidelné hodnotenie vývoja procesnej mapy a zaznamenanie všetkých rozhodnutí, ktoré slúţi k zaisteniu toho, ţe procesná mapa maximálne odráţa úsilie zodpovedného riešiteľského tímu.
Procesné modelovanie na všeobecnej, najniţšej úrovni dekompozície procesu umoţňuje: určiť hranice procesu – t.j. kde proces končí a kde začína, rozpoznať obsah procesu, pomenovať proces, stanoviť účel procesu spolu s jeho vstupmi a výstupmi, vytvoriť schému priebehu procesu, či identifikovať produkty a sluţby procesu. Na vyšších stupňoch podrobnosti umoţňuje procesné modelovanie vytvoriť, znázorniť a prípadne i uskutočniť simuláciu dopadov identifikovaných príleţitostí a hrozieb pre firmu.
Procesné modelovanie môţe byť vyuţité:
- k identifikácii a popisu procesov podniku,
- k nájdeniu brzdiacich procesov alebo slabých miest, kde dochádza len k miernemu, alebo dokonca ţiadnemu pridaniu hodnoty k výstupom firemných procesov,
- k popisu prepojení procesov medzi hranicami funkčne definovaných organizačných jednotiek,
- k podpore manaţérov pri rozhodovaní o uprednostnení opatrení, ktoré vedie ku zdokonaleniu procesu a pri rozhodovaní o prideľovaní zdrojov jednotlivým procesným aktivitám,
- k efektívnej komunikácii, ktorá uľahčuje výmenu informácií naprieč vnútornými i vonkajšími hranicami firmy.
Pri procesnom modelovaní sa samozrejme môţu objaviť i určité problémy. Tieto nastávajú napríklad v prípade, ţe sa vrcholový manaţment vyčerpáva štúdiom detailov na niţších úrovniach, namiesto toho aby sa zameral na zmeny zistené v obdobiach eliminácie alebo zjednodušenia procesov. Ďalší problém môţe nastať, ak zamestnanci cítia odpor k mapovaniu procesov a radšej smerujú pozornosť procesného analytika na dodávateľa, vonkajších zákazníkov alebo organizácie, ktoré priamo neohrozujú ich vlastné pozície vo firme. Pri snahe o zdokonaľovanie procesov sa treba vyhnúť týmto umelým bariéram, ktoré obmedzujú procesné modelovanie [2].
Nástroje a metódy pre modelovanie procesov
Nástroje pre modelovanie sú zaloţené na jednotnej databáze a zdieľaných objektoch. Medzi ich hlavné výhody moţno zaradiť : konzistenciu pouţívaných objektov, rovnaké inštancie objektov, zmena objektu vedie automaticky ku zmene všetkých kópií, môţe sa robiť analýza pre overenie procesu, nájdenia slabých miest a iné.
V minulých rokoch boli vyvinuté nové softvérové nástroje špeciálne pre riadenie podnikových procesov. Väčšna z týchto nástrojov definuje podnikové prcesy pouţívaním graficých symbolov alebo objektov s individuálnymi riadacimi činnosťami znázorňované ako skupina okienok a šípok [5].
Nástroje pre modelovanie procesov môţeme rozdeliť do troch hlavných skupín:
- nástroje zaloţené na vývojových diagramoch, - nástroje zaloţené na dynamických systémoch, - nástroje zaloţené na diskrétnych udalostiach.
Nástroje zaloţené na vývojových diagramoch : najzákladnejším stupňom sú vývojové diagramy, ktoré pomáhajú definovať činnosti a smerovanie. Modely zaloţené na vývojovom diagrame sú nezávislé na metodológii. Ich jednoduché pouţívanie sa odráţa na ich ohraničenej moţnosti modelovania a schopností simulácie. Umoţňujú mapovanie procesov, ABC analýzu, modelovanie zdrojov, mdelovanie činností a vytvrenie výstupných zostáv.
Nástroje zaloţené na dynamických systémoch sú ďalším stupňom vývoja.
Dynamika umoţňuje vizuálne vyjadrenie vzťahov medzi prvkami podniku a modelovanie konkrétneho problému. Dynamický prístup podnikovou štruktúrou je vyjadrený vo forme
vytvrené týmito nástrojmi umoţňujú mapovanie procesov, animáciu modelovania zdrojov alebo výstupné zostavy.
Nástroje zaloţené na diskrétnych udalostiach sú najviac spôsobilým a silným nástrojom pre simuláciu podnikových procesov. Tieto nástroje zabezpečujú modelovanie jednotlivých tokov s animáciou spôsobilosti, ktorá umoţňuje pouţívateľovi vidieť ako funguje celý systém. Samozrejmosťou je ABC analýza, zobrazenie modelu zdrojov, štatistická analýza dát a výstupné zostavy. Niektoré z týchto nástrojov dokonca poskytujú objektovo orientované a hierarchické modelovanie, ktoré zjednodušuje rozvoj veľkých podnikových modelov.
Jednou z moţností modelovania je aj vytvorenie DFD Data Flow Diagramu.
Diagram toku dát je orientovaný sieťový graf so znázornenými vstupmi a výstupmi na úrovni konkrétnych pracovných úkonov. Uzly v diagrame reprezentujú činnosti. Hrany v diagrame reprezentujú údajový tok. Diagram toku dát je dekomponovateľný pomocou dekompozície procesov. Dekompozícia procesu na najniţšej úrovni abstrakcie modeluje daný proces s vyššou úrovňou detailizácie [2].
Ţiadne všeobecne rešpektované štandardy pre grafické vyjadrenie schémy procesu neboli zavedené. Prístup tvorcov modelovacích nástrojov je v tomto smere individuálny a pouţívaná grafická reprezentácia u jednotlivých nástrojov odlišná.
Nástroj pre vytváranie procesných schém by mal mať nasledujúce funkcie :
- grafické modelovanie procesov – smerovanie, riadenie úloh, stanovenie pravidiel, podmienok väzieb na dokumenty a iné aplikácie,
- kontrolu konzistencie vytvorenej procesnej definície – kontrola prekrývania termínov jednotlivých činností, kontrola prerušenia toku atď.,
- simuláciu toku – umoţňuje skontrolovať priebeh procesu pred jeho spustením, porovnať rôzne varianty priebehu, pomôcť vybrať optimálne riešenie,
- import prevádzkových dát do procesného modelu a ich vyhodnotenia odhaľuje úzke miesta v priebehu procesu resp. ďalšie nedostatky [2].
2.3 Úloha IS pri optimalizácii podnikových procesov
Informačný systém môţeme chápať vo dvojakom význame a to v uţšom programovo-technickom chápaní, na označenie systému programov pre prácu s údajmi alebo v širšom chápaní rozumieme systém na zabezpečovanie informácií pre riadenie.
V prvom rade je úlohou systému spracovanie údajov, ktoré v podniku vznikli. Nerieši otázku pre koho a na aké rozhodnutia budú tieto údaje slúţiť. V druhom prípade ide nielen o spracovanie údajov, ale aj o zhromaţďovanie, prenos, uchovávanie, výber a distribúciou údajov pre potreby riadiaceho subjektu. Informačný systém nemoţno redukovať len na systém spracovania údajov, ale musíme ho chápať ako systém pozostávajúci z ľudí, technických a programových prostriedkov na zabezpečenie zhromaţďovania a distribúcie, či prezentácie informácií pre potrebu rozhodovania tak, aby riadiaci pracovníci mohli vykonávať svoje riadiace funkcie vo všetkých zloţkách podniku [5].
Spoločným cieľom informačných systémov je získavanie, spracovanie a odovzdanie potrebných informácií na miesto ich vyuţitia vo vhodnom čase, v potrebnom rozsahu a v poţadovanej forme. Ak sa informácie vyuţívajú pri riadení objektov alebo procesov, potom podstatou funkcie tohto systému je na základe definovaných poţadovaných výstupných informácií, potrebných pre riadenie, zabezpečiť nevyhnutné vstupné informácie.
Medzi hlavné prínosy IS v podniku moţno povaţovať [5]:
- výrazné skrátenie času potrebného na analýzy rôzneho typu. Čo predtým trvalo hodiny, teraz sa dá stihnúť za niekoľko minút. Znamená to, ţe jednotliví uţívatelia môţu robiť viac komplexnejších analýz a zostane im viac času na iné činnosti,
- vďaka jednoduchosti pouţitia môţu s informáciami pracovať aj ľudia, ktorí nikdy predtým s počítačom nepracovali,
- všetci pracovníci majú k dispozícií tie isté údaje, tie isté pomerové ukazovatele, pouţívajú rovnaké jednotky. Toto výrazne zvyšuje schopnosť komunikácie a porozumenia vo firme,
- ľudia, ktorí robia rozhodnutia, majú k dispozícií lepšie podklady, rozhodujú sa rýchlejšie a spoľahlivejšie,
- informácie z rôznych zdrojov sú k dispozícii na jednom mieste v jednotnom tvare.
- systém umoţňuje sledovanie základných ukazovateľov a zároveň umoţňovať dynamickú analýzu detailných úrovní a zisťovanie príčin.
IS poskytuje poţadované informácie pre potreby riadenia pre nasledovné okruhy problémov [5]:
1. Čo sa stalo? - reporting a monitoring 2. Prečo sa to stalo? - analýza
3. Čo sa môţe stať? - modelovanie a optimalizácia 4. Čo by sa malo stať? - plánovanie
2.4 Metódy optimalizácie podnikových procesov
Podstatou optimalizácie podnikových procesov je ich pozitívna zmena – inovácia.
Hlavným dôvodom prečo podniky pristupujú ku optimalizácii svojich procesov sú [3]:
- zákazník a jeho individuálne potreby, - konkurencia,
- implementácia nových technológií, - obmedzené zdroje.
Cieľom zlepšovania podnikových procesov je určite : - zniţovanie nákladov,
- časová redukcia jednotlivých činností, - zvyšovanie kvality,
- skrátenie termínov výroby.
V koncepciách zaloţených na procesnom prístupe sú charakterizované dve základné metódy (prístupy) k optimalizácii podnikových procesov. Jedným z nich je radikálna prestavba podnikových procesov tzv. reengineering a druhým je postupné zlepšovanie procesov [3].
2.4.1 Reengineering
Proces optimalizácie procesov sa v podnikoch doposiaľ sústreďoval predovšetkým na metódu postupného zlepšovania podnikových procesov. Súčasná úroveň pouţívaných technológií však vytvára značné obmedzenia pre postupné zlepšovanie a je potrebné prehodnotiť jednotlivé procesy a uskutočniť úplný reengineering podnikových procesov a vykonať zmeny v organizácii, logistike a technológiách.
Reengineering – je jedna z metód zabezpečenia konkurencieschopnosti podniku, zaloţená na moţnosti zefektívňovania a racionalizácie procesov, ktorá vedie k radikálnej zmene technologických procesov a k uplatneniu logistického prístupu do materiálových, informačných a finančných tokov [3].
BPR – Business Process Reengineering
Ako sme uţ v predchádzajúcej časti spomenuli reengineering znamená zásané prehodnotenie a radikálnu rekonštrukciu podnikových procesov tak, aby mohlo byť dosiahnuté zdokonalenie z hľadiska kritických meradiel výkonnosti ako sú náklady, kvalita sluţby a rýchlosť. V prípade úspešného projektu môţe tento radikálny prístup pomôcť organizácii odpútať sa od zaţitých konvencií. Na druhej stane tento prístup skrýva vysoké riziko neúspechu projektu, a preto sa nedá uskutočniť zo dňa na deň a vyţaduje náročnú prípravu a dôslednú kontrolu projektu. Pre BPR je charakteristické najmä jednorazové zdokonalenie existujúcich procesov, implementácia formou projektu, obsahové prehodnotenie a radikálna rekonštrukcia terajších procesov [9].
V literatúre existuje veľa metód reengineeringu, líšiacich sa rozsahom, zameraním a taktieţ pomerom praktickej a teoretickej roviny. Tieto metodiky poskytujú základný prehľad problematiky a vzory postupov, ktorých pouţitie ale vyţaduje znalosti a schopnosti, nakoľko ţiadna metodika nevyrieši problémy, ktoré k reengineeringu vedú.
Pre konkrétny projekt je nutné vybrať si vlastnú metodiku, ktorá zohľadňuje danú situáciu, potreby a prostredie. Základom prípravy musí byť výber vhodnej metodiky, ktorá bude tvoriť základný kameň [9].
Jednou z metodík reengineeringu je metóda Process quality management PQM.
Pomocou tejto metódy je moţné identifikovať, ktoré procesy chýbajú, ktoré sú nadbytočné aj ktoré si vyţadujú zásadnú zmenu. Cieľom metódy PQM je podrobná analýza procesov prebiehajúcich vo vnútri podniku a ontrola ich podielu na plnení podniových cieľov so stavom ich doterajšieho zabezpečovania. Zahrňuje v sebe niekoľko základných krokov :
- určenie kľúčových rozhodujúcich procesov pre úspešnú prevádzku, - zhodnotenie investícií,
- posúdenie efektívnosti procesov, - identifikácia potrieb nových investícií.
Pomocou metódy PQM je moţné nájsť kritické miesta alebo oblasti procesov, ktoré ovplyvňujú kvalitu. Kritickým miestom alebo oblasťou je ktorákoľvek fáza procesu. Na základe tejto metódy, teda analýzy a identifikácie kritických miest v procesoch je moţné stanoviť konkrétne kvalitatívne kritériá [3].
2.4.2 Zlepšovanie procesov
Naproti reengineeringu je menej radikálnym zásahom do podnikových procesov ich postupné zlepšovanie. Ak sa na základe údajov získaných meraním a hodnotením identifikujú nedostatky je to začiatok zlepšovania procesov. Hodnotenie môţe zistiť aj zamestnanec sám tak, ţe identifikuje nedostatky svoje práce a pristúpi k jej zlepšeniu.
Tento princíp korešponduje aj s tzv. teóriou „pridanej hodnoty“, podľa ktorej efektívny proces by mal byť reťazou pridaných hodnôt. V dobe informačnej spoločnosti zaloţenej na znalostiach je predovšetkým kreativita zamestnancov určujúca pri zlepšovaní procesov.
Rizikom je ak sa zlepšovanie procesov orientuje iba na oblasti, ktoré podniku neprinášajú zvýšenie kapacít alebo zníţenie nákladov a zásob. Rovnako dôleţité je následné udrţanie dosiahnutých zlepšení v definovaných štandardoch, čo môţe byť niekedy problémom.
Optimalizáciu procesov nie je moţné uskutočniť bez predchádzajúcej identifikácie a merania podnikových procesov. Z toho je zrejmá vzájomná závislosť mdzi jednotlivými časťami obsahu procesného manaţmentu [4].
BPI – Business Prcess Improvement
Tento prístup predstavuje postupnú inováciu procesov vo firme, pri rešpektovaní obmedzení, ako napríklad existujúce organizačné štruktúry alebo ciele firmy. Pod pojmom Business Process Improvement teda rozumieme zdokonaľovanie procesov prostredníctvom priebeţnej implementácie drobných zlepšení terajších procesov. K hlavným charakteristikám BPI patria: priebeţná identifikácia a implementácia drobných zlepšení terajších procesov, riadenie procesov, realizované manaţmentom ako priebeţná, kaţdodenná činnosť a rozvíjanie princípov, ktoré sú pouţité pri zdokonaľovaní systému riadenia akosti podľa TQM. V posledných rokoch sa pôvodná komplexnejšia metóda TQM čiastočne zuţuje na certifikáciu a akosť výrobkov, predovšetkým v systéme ISO [4].
Benchmarking
Benchmarking je jednou z metód BPI a predstavuje ďalší z moţných prístupov ku zlepšovaniu procesov a vyuţíva sa ako pri postupnom, tak i pri radikálnom zlepšovaní procesov. Táto technika umoţňuje identifikovať procesy, ktoré sú neefektívne, a ktoré majú byť zlepšené. Podstatou tohto prístupu je porovnávanie procesu s podobným procesom, buď v inej časti podniku, alebo v inom podniku. Pri benchmarkingu môţu podniky spolupracovať a zdieľať tak informácie o procesoch. Ďalšou moţnosťou je tzv.
competitive benchmarking, ktorý pozostáva v analýze dostupných informácií o konkurenčnom podniku. Tieto údaje môţu potom predstavovať cieľové hodnoty zlepšovania podnikových procesov. Procesy v podniku by sa mali zrovnávať s ideálnymi procesmi, ktoré predstavujú procesy najlepšie v danom odvetví. V praxi však môţe dôjsť k tomu, ţe podnik nenájde ideálny proces, s ktorým by mohol svoje procesy porovnať.
Údaje, ktoré sa mu podarí získať sa nedajú vţdy povaţovať za spoľahlivé. Aby podnik skutočne vylepšil procesy, mal by teda zrovnávať len tie procesy, ktorých údaje sú povaţované za dostatočne spoľahlivé [4].
Six Sigma
Ďalšou metódou zlepšovania procesov je metóda Six Sigma. Táto metodológia je zameraná na optimalizáciu podnikových procesov v zmysle vysokej spoľahlivosti a stability procesov a začína sa uplatňovať najmä vo výrobných podnikoch. Integrácia tejto metodológie musí byť zabezpečená vo všetkých fázach ţivotného cyklu výrobku, čo sa prejaví v provom rade v predvýrobných procesoch a neskôr vo výrobných procesoch.
Metodológia Six Sigma je zaloţená na princípe zlepšovania podnikových procesov redukciou ich variability, ktorá vyjadruje premenlivosť sledovaných procesov vplyvom mnoţstva náhodných, ale aj determistických faktorov. Základným zámerom metodológie Six Sigma je optimalizácia podnikových procesov a s tým súvisiaca minimalizácia nákladov, efektívne plnenie poţiadaviek zákazníkov, dosahovanie konkurenčných výhod, zvyšovanie ziskovosti, produktivity a maximalizácia výkonnosti podnikových procesov.
Táto metodológia vyuţíva štatistické nástroje. Je manaţérsky nástroj, prostrednícvtom kotrého môţu firmy riadiť svoje procesy. Aj po jej úspešnej implementácii je nevyhnutné procesy podniku sledovať, hodnotiť a kontrolovať [9].
Porovnanie metód zlepšovania a reengineeringu vyjadruje nasledujúca tabuľka (Tab. 1).
Zlepšovanie Reengineering
- plynulé, postupné zlepšovanie - zásadné prehodnotenie a radikálna zmena procesov
- zavedené úplne nové pravidlá
- zameraný na procesy v kritickom stave - dôvodom je zlepšenie existujúcich
procesov
- vhodný pre systémy riadenia (systém riadenia kvality)
-účelom je dramatické zdokonalenie procesov z hľadisa kvality, rýchlosti alebo náladov
- vplyv silnej konkurencie nárast zlepšenia max 10% nárast radiáklny aţ do 85 % - riziko nízke
- nízke náklady
- minimálne nepriaznivé dôsledky
- riziko vysoé
- náročné financovanie
- potreba rozsiahlych investícií
- mţný neúspech aţ zánik organizácie - týka sa vybraného procesu
v rámci organizačnej jednotky
- týka sa celého systému procesov v organizácii
- krátky časový horizont – priemerne do 1 roka
- dlhodobá zleţitosť
- záleţí od rozsahu reengineeringu a veľkosti organizácie
- postupuje sa zdola nahor - musí byť záujem vedenia
- postupuje sa zhora smerom nadol - musí byť záujem vedenia
- jednotnosť vedenia a spolupráca
Tab. 1 Porovnanie zlepšenia a reengineeringu
Fázy optimalizácie podnikových procesov
Zmena procesu resp. jeho optimalizácia sa vo všeobecnosti delí na niekoľko fáz [8] (Obr.
3) :
1. Analýza – zhodnotenie procesu, jeho charakteristík, tvorba modelu, identifikácia miest pre zlepšenie.
2. Návrh – tvorba návrhov riešenia a ich odsúhlasenie s vedením podniku.
3. Modelovanie.
4. Zavedenie – samotná implementácia zmien, úprava smerníc, postupov alebo dokumentácie.
Analýza
Analýza je najťaţsou časťou celého postupu, analyzuje sa skutočná potreba zmeny, vzťah organizácie ku vybranému procesu prípadne spôsob integrácie nového procesu do prostredia podniku.
V tejto časti ide hlavne o opis súčasného stavu procesu, väčšinou v podobe textu, kedy definujeme proces, vymedzujeme jeho rozsah, špecifikujeme ciele, priebeh procesu, špecifikujeme vstupy a výstupy, parametre poprípade obmedzujúce faktory. Následne na opis sa robí analýza skutočného stavu, kedy sa zisťujú úzke miesta, analyzujú sa problémové oblasti, analyzuje sa okolie procesu a iné. V tejto časti sa vytvára model procesu resp. opisuje sa proces formou modelu s identifikáciou potencionálnych zlepšení ako samotného procesu, tak jeho podpory. Pre zistenie všetkých dostupných informácií sa pouţívajú základné postupy a to [8]:
- rozhovory, - dotazníky, - pozorovanie,
- preštudovanie technicej dokumentácie.
Rozhovory sú flexibilnejšie a poskytujú viacej príleţitostí k osobným názorom a vyjadreniam. Aby bolo moţné získať z rozhovorov najhodnotnejšie informácie, je potrebné rozhovory rozdeliť do štruktúrovaných častí. V prvej časti sú poloţené rovnaké otázky, v ďalších častiach je dobré umoţniť voľnosť vyjadrovania z ktorého môţeme získať návrhy pre riešenie nového systému alebo vylepšenie doterajšieho procesu. Veľmi úspešnou metódou je postup, pri ktorom pracovníci hovoria o jednotlivých štádiách
procesu súčasne s jeho usutočňovaním. Táto metóda zaručuje, ţe proces je úplne opísaný a môţe zahŕňať kritický komentár k jeho problémom.
Dotazníky poskytujú špecifclý pohľad na skúmanú problematiku. Sú vhodné pri veľkom počte respondentov a pre zber kvantitatívnych údajov. Otázky musia byť jasne formulované, inak pri ich zlej interpretácii dôjde k získaniu skreslených a nespoľahlivých informácií.
Postup pozorovania pozostáva zo zaznamenávania všetkých činností, ktoré prebiehajú počas procesu, kto ich robí, čo k tomu pouţíva, ako dlho trvajú. Tento prístup umoţňuje identifikovať neúčinné časti procesu alebo jeho úzke miesta. Obvyklým výstupom pozorovania je vývojový diagram sledovaného procesu.
Preštudovanie technickej dokumentácie je dôleţité pre získavanie ďalších informácií, na ktoré môţu respondenti zabudnúť. Medzi študovanou dokumentáciou by nemala chýbať dokumentácia k pouţívaným aplikáciám, opisy podnikových procedúr, podnikové smernice, normy a podobne. Väčšinou sa dáva prednosť rozhovorom a dotazníom, ktoré poskytujú globálny pohľad na proces a potom detailný prieskum a doplnenie informácií z dostupnej dokumentácie a vlastného pozorovania.
Návrh
V návrhovej časti sa upresňuje a prejednáva potenciál pre zlepšenie, vypracovávajú sa rámcové návrhy riešenia, prejednáva sa návrh a odsúhlasuje sa s vedením podniku, vrátane zaistenia potrebných rolí, konkrétnych pracovníkov. Pod pojmom procesné role je myslený vlastník procesu, ktorý odpovedá za plnenie cieľov procesu, je zodpovedný za rozvoj tohto procesu a koordinuje spoluprácu jednotlivých rolí v procese. Procesná rola môţe byť aj procesný tým, ktorý pouţíva spoločné pracovné postupy, je motivovaný na výsledkoch procesu a rieši problémy týmovo [8].
Modelovanie
Pri optimalizácii procesov, ich reengineeringu poprípade zvyšovaní efektivity sa vyuţívajú modely procesov. Model sa vytvára vtedy, keď je to nutné alebo výhodné, to znamená najmä vtedy, keď je proces komplikovaný s veľkým mnoţstvom väzieb, vstupov a výstupov. Miera podrobnosti modelu závisí od poţadovanej zmeny procesu, čo sa má s procesom urobiť. Proces môţeme : opísať (voľným textom, tabuľkami), môţeme ho zobraziť (Visio, vývojvý diagram) alebo vytvoriť jeho model (Aris...) [8].
Zavedenie
V tejto časti sa realizuje nový alebo modifikovaný proces, testuje sa, šolia sa koncoví uţívatelia a upravuje sa dokumentácia. V závere sa vyhodnocuje prínos zlepšenia procesu, či boli splnené plánované ciele alebo nie [8].
Obr. 3 Postup optimalizácie
2.5 Nástroje na optimalizáciu v Exceli
Tabuľkové procesory všeobecne, nielen Excel sú vhodné nielen pre vytváranie tabuliek a grafov, ale ponúkajú aj nástroje pre modelovanie. Ide o oblasť vyuţívanú len zrieka, ale je vhodné si uvedomiť, ţe takúto moţnosť Excel ponúka. Modelovanie môţeme pouţiť nielen v ekonomickej oblasti, ale napríklad aj pre výsledky chemických reakcií alebo výpočet elektrických obvodov, proste všade tam, kde sú na seba nadväzujúce výpočty a zmena vstupných hodnôt sa premietne na výstupoch [1].
Návrh Analýza
Modelovanie Zavedenie
Výhody a nevýhody
V nasledujúcej časti si porovnáme výhody a nevýhody vytvorenia procesného modelu v tabuľovom procesore MS Excel torý je súčasťou kancelárskeho balíka MS Office. Pouţitie tohto systému bude pre značnú časť podnikov spojené s nulovými zriaďovacími nákladmi, vzhľadom k súčasnému rozšíreniu tohto softvéru. Na vytvorenie jednoduchého modelu je potrebné zvládnuť okrem mapovania procesov, len štandardnú znalosť prostredia MS Excel. S vyuţitím grafickej podpory a jazyka Visual Basic pre aplikácie, ktorý je súčasťou MS Office, je moţné vytvoriť kvalitný procesný model podniku vhodný aj na simuláciu [1].
Výhody :
- nízke zriaďovacie náklady,
- pomerne rýchle zvládnutie prostredia daného produktu, - jednoduchý export a import dát.
Nevýhody :
- absencia preddefinovaných objektov a činností,
- všeobecné zameranie softvérového produktu neumoţňuje taký komfort ako pri pouţití iných produktov.
Tabuľkové procesory si môţeme predstaviť ako „dielňu“, kde máme k dispozícii rôzne náradie. Ide iba o to pouţiť pre vyriešenie problému vhodný nástroj. Mnoţstvo situácií je moţné riešiť viacerými nástrojmi, niektoré sú pracné, iné efektné ale len niektoré sú pre danú situáciu efektívne [1].
Pre optimalizáciu podnikových procesov ponúka Excel vo svojich nástrojoch niekoľko moţností. Okrem toho má k dispozícii analyticé a štatistické nástroje ktoré si opíšeme v závere tejto časti.
Nástroje na optimalizáciu v Exceli sú [1]:
- hľadanie riešenia, - citlivostná analýza.
Hľadanie riešenia – je veľmi uţitočný nástroj, ktorý umoţňuje zistiť hodnotu jednej premennej (argumentu) pre získanie poţadovaného výsledku vzorca alebo funkcie. Nemusí
ísť len o jeden vzorec, ale o sériu na seba nadväzujúcich vzorcov. Miesto pracného hľadania poţadovaného výsledku postpnou zmenou premennej a sledovaním výsledku, pôjdeme na riešenie opačným spôsobom. Pouţijeme príaz Nástroje / Hľadanie riešenia a do dialogu Hľadanie riešenia zadáme poţadovaný výsledok. Excel vráti hodnotu premennej pre dosiahnutie tejto hodnoty. V pozadí hľadania riešenia je iteračný algoritmus, ktorý mení hodnotu premennej a porovnáva dva za sebu idúce výsledky. Excel nerobí nič iné, len to, čo by sme robili my. Zmeníme premennú a skontrolujeme výsledok, či sa blíţi k poţadovanej hodnote. Excel však toto robí určite rýchlejšie ako my [1].
Citlivostná analýza – uľahčuje analýzu výsledkov vzorcov alebo funkcií pri zmene jednej alebo dvoch premenných. Podľa toho sa rozlišuje citlivostná analýza pre jednu alebo dve premenné. Analýza citlivosti sa jej hovorí preto ţe zisťujeme ako sa zmena na vstupe prejaví vo výsledku na výstupe zo vzorca alebo funkcie. Pri citlivostnej analýze pre jednu prmennú môţe byť súčasne spracovaných viac vzorcov alebo funkcií pre jednu mnoţinu vstupných dát. Pri citlivostnej analýze pre dve premenné môţeme analyzovať len jeden vzorec pre dve mnoţiny vstupných dát [1].
V rámci tabuľkového procesora je moţné pre hľadanie riešenia vyuţiť aj doplnky, ktoré táto aplikácia ponúka. Pouţívanie týchto doplnkov predpokladá teoretickú znalosť problému. To znamená rozšírené vedomosti o štatistike, finančnej analýze atď.
Doplnky v MS Excel : - analyticé nástroje - analyticé nástroje VBA
- sprievodca podmieneným súčtom - riešiteľ
Analyticé nástroje – tento doplnok poskytuje funkcie pre analýzu finančných a vedeckých údajov, predstavuje súbor nástrojov na analýzu údajov, ktoré uľahčia prácu pri vytváraní zloţitých štatistických a technických analýz.
Analytické nástroje VBA – tento doplnok poskytuje funkcie pre programovací jazyk Visual Basic.
Sprievodca podmieneným súčtom – tento doplnok pomáha sčítavať údaje v zoznamoch, vytvorí vzorec, na základe ktorého sa sčítajú údaje spĺňajúce zadané kritériá.
Solver (Riešiteľ) - manaţérske rozhodovanie je väčšinou výber jednej z mnohých variant a pokiaľ je moţné, tak varianty optimálnej, to znamená, ţe varianty najlepšie zodpovedajúcej zvoleným kritériám. Nie vţdy je moţné zvoliť variantu optimálnu a tak sa vyberá riešenie, ktoré sa blíţi k optimu. Nájsť optimálne riešenie pre viac premenných nám pomáha vyriešiť nástroj v MS Excel nazývaný Solver [1].
Solver je komplexný nástroj, ktorý v tabuľkových procesoroch patrí k vrcholným analytickým nástrojom pre riešenie optimalizačných úloh. Solver môţeme pouţiť k určeniu maximálnej, minimálnej alebo konkrétnej hodnoty jednej bunky zmenou hodnnôt iných buniek, ktoré musia byť vo vzájomnom vzťahu prostredníctvom vzorcov alebo funkcií.
Môţe slúţiť k riešeniu jednoduchých aj zloţitých lineárnych aj nelineárnych úloh.
Pri dizajnovaní optimalizéra pre tabuľkový procesor MS Excel pod dohľadom Microsoftu bolo prvoradé zahrnúť v ňom spracovanie modelov a algoritmy na riešenie úloh lineárneho, nelineárneho a celočíselného programovania. Pre tento nástroj existuje mnoho vyuţití v priemysle aj vo vzdelávaní. Od jeho prvého predstavenia vo februári 1991 sa stal najrozšírenejším všeobecným nástrojom pre optimalizáciu a modelovanie. Nachádza sa v balíku MS Excel a pouţívajú ho väčšina pouţívateľov kancelárskeho softvéru po celom svete. Zvyšné percento pouţíva Lotus 1-2-3 alebo Quattro Pro, ktoré obsahujú veľmi podobné solvery pre tabuľkové procesory, zaloţené na tejistej technológii ako MS Excel Solver. Táto jednoduchá dostupnosť Solver rozšírila do pouţívania v priemysle a správe. Zvyšuje sa počet vzdelaných pouţívateľov, ktorí si osvojujú tento nástroj a jeho pouţitie pri optimalizácii.
Optimalizácia v MS Exceli začína beţným modelom v tabuľkovom procesore. Na definíciu modelu sa pouţívajú vzorece tabuľkového procesora ako algebraický nástroj.
Pomocou Graphical User Interface (GUI – grafického pouţívateľského prostredia) si pouţívateľ stanovuje cieľ a ohraničenia vypĺňaním dialógových okien. Solver potom analyzuje komplexný model optimalizácie a vyprodukuje maticu, ktorú potom potrebujú optimalizátory. Optimalizátory pouţívajú simplexovú metódu, generalized-reduced- gradient (GRG) a branch-and-bound (metóda vetvenia a ohraničenia, v niektorej literatúre sa uvádza ako metóda vetvenia a skoku) metódy pre nájdenie optimálneho riešenia a vykonania analýzy senzitivity. Solver pouţije výsledné hodnoty na doplnenie modelu v tabuľkovom procesore a vygeneruje dodatočné listy pre senzitivitu a sumarizujúce informácie [11].
Simplexova metóda
Táto metóda sa vyuţíva na hľadanie optimálneho riešenia úlohy lineárneho programovania, pričom skúma len bázické riešenia. Táto iteračná procedúra po určitom konečnom počte krokov (iterácií) umoţňuje určiť optimálne riešenie úlohy lineárneho programovania alebo stanoviť, ţe optimálne riešenie neexistuje. Simplexová metóda je zaloţená na troch základných pojmoch : na prípustnosti, bázickosti a optimálnosti.
V kaţdej iterácii moţno získať prípustné bázické riešenie (ak prípustné bázické riešenie neexistuje, procedúra končí), ktoré sa testuje, či je optimálne. Ak je riešenie optimálne, tak sa výpočet ukončí, ak nie je, tak sa pristúpi ku skúmaniu ďalšieho prípustného bázického riešenia. Prostredníctvom simplexovej metódy sa skúmajú postupne len tie bázické riešenia, ktoré nie sú horšie ako predchádzajúce a po konečnom počte krokov určíme buď optimálne riešenie alebo zistíme, ţe optimálne riešenie neexistuje. Na testovanie optimálnosti sa vyuţíva preskúmanie tzv. čistých efektov účelovej funkcie (kritérium optimálnosti) [11].
Dizajn Solvera
Prístup k dizajnu What If Solvera, implementovaného v grafickom pouţívateľskom prostredí Excelu, vybral Microsoft z niekoľkých existujúcich optimalizátorov, zahŕňajúc What´s Best od Borlandu, skoršou alternatívou vyvinutou interne Borlandom a neskôr vyvinutým optimalizátorom od Lotusu. Hlavným cieľom bolo vytvoriť optimalizátor ako súčasť tabuľkového procesora namiesto prístupu ostatných balíkov, ktoré vyuţívajú tabuľkový procesor pre optimalizáciu. Vyplynulo to z filozofie, ktorá uprednostnila pouţitie Solvera na drobnú optimalizáciu pre milióny pouţívateľov tabuľkového procesora miesto niekoľkých tisícov profesionálnych pouţívateľov. Aj keď profesionálny pouţívatelia vyuţívajú Solver v dostatočnej miere, povaţujú niektoré aspekty za mätúce.
V mnohých prípadoch to vyplýva z rozdielov v architektúre tabuľkových procesorov a v očakávaniach väčšiny pouţívateľov tabuľkových procesorov, ktorí nie sú profesionáli alebo rozdielov v očakávaniach objednávateľov optimalizátora, ktorými bol v tomto prípade Microsoft [11].
Architektúra
Vďaka architektúre tabuľkových procesorov je jednoduché navrhnúť modely, ktoré obsahujú nespojité funkcie a dokonca aj nenumerické hodnoty. Takéto modely sa beţne
prispôsobené na všeobecné výpočty, ale nesústreďujú sa na optimalizáciu. Preto Excel podporuje širokú škálu operátorov, vstavané funkcie a tak isto pouţívateľské funkcie.
V tomto je rozdiel medzi Solverom a ostatnými modelovacími jazykmi, ktoré obsahujú iba nízky obmedzený počet operátorov a funkcií, ktoré postačujú pre vyjadrenie a optimalizciu lineárnych modelov, nelineárnych modelov a modelov celočíselných.
Solver bol navrhnutý pre potreby pouţívateľov tabuľkových procesorov, konkrétne pre pôvodných uţívateľov Excelu. Tomuto predpokladu je prispôsobená aj terminilógia, ktorá sa pouţíva. Táto terminológia bola pouţitá na ţelanie Microsoftu, aby korešpondovala s terminológiou pouţitou v nástroji, ktorý predchádzal Solveru [11].
Úloha Slvera v tabuľkovm procesore
Solver predstavuje menej obsiahly štandard optimalizátorov vo svojej funkcionalite, kapacite a výkone. Existujú omnoho výkonnejšie verzie, ktoré sú väčšinou vyuţívané na riešenie rozsiahlejších problémov v priemysle. Ako väčšina optimalizačného softvéru aj Solver sa neustále zlepšuje vo výkonnosti v priebehu rokov. Aj keď solvery v tabuľkových procesoroch nemôţeme porovnávať s inými optimalizačnými nástrojmi, poskytujú priestor pre riešenie a optimalizovanie jednoduchých, beţných modelov [11].
Používateľské prostredie
V Solveri, tak isto ako v algebraickom modelovacom systéme je optimalizačný model definovaný algebraickými výrazmi, ktoré sa nachádzajú v bunkách. Jazyk vzorcov v Exceli dokáţe vyjadriť širokú škálu matematických vzťahov, ale nemá dostatok moţností na odlíšenie rozhodovacích premenných, cieľových hodnôt alebo ohraničení. Preto Solver poskytuje interaktívny aj programovateľný prístup k dátam modelu a k určeniu ich špecifík [11].
Obr. 4 Inštalácia Solvera v prostredí Excelu
Parametre Solvera
Pri prvom riešení úlohy sa postupuje v nasledovných krokoch : 1. Na liste zošitu vytvoríme model ktorý chceme riešiť.
2. V ponuke Nástroje si nájdeme ponuku Riešiteľa. Pri zadaní Riešiteľa musíme určiť nastavovanú bunku, menené bunky – premenné, ktoré budeme meniť pre dosiahnutie výsledku, obmedzujúce podmienky a parametre modelu pre nájdenie riešenia.
3. V dialógu „Parametre riešiteľa“ doplníme parametre, podmienky pre cieľovú bunku, menené bunky a obmedzujúce podmienky.
4. Kliknutím na tlačítko „Moţnosti“ skontrolujeme alebo upravíme parametre riešenia v dialogu.
5. Kliknutím na tlačítko „Riešiť“ sa zobrazí dialóg výsledky riešenia.
6. Podľa výsledu uvedeného v dialógu sa rozhodneme : - riešenie bolo nájdené – klikneme na tlačítko OK,
- riešenie bolo nájdené – poţadujeme podrobnejší pohľad na výsledky – v zozname označíme druh správy a klineme na tlačítko OK,
- riešenie neblo nájdené – označíme poloţku obnoviť pôvodné hodnoty a klikneme na tlačíto OK. Následne môţeme zmeniť počiatočné hodnoty menených buniek, zmeniť parametre v dialogu moţnosti riešenia alebo zmeniť rajové podmienky.
V interaktívnom prístupe si pouţívateľ vyberá z menu v ponuke Nástroje poloţku Solver (Riešiteľ), ktorá zobrazí dialógové okno parametrov Solvera [1].
Obr. 5 Spustenie Solvera (Riešiteľa)
Obr. 6 Okno nastavenia parametrov
Obr. 7 Okná nastavenia možností a zamedzenia obmedzenia
Poloţka „Hodnota“ ponúka priamu cestu pre definovanie cieľových kritérií, ku ktorým má model dospieť. Ak pouţívateľ vyberie túto voľbu a vloţí cieľovú hodnotu, je do modelu pridané ohraničenie a moţnosť maximalizácie alebo minimalizácie je potlačená.
Rovnocenným postupom je pridanie ohraničenia do boxu „Obmedzenia“ v tomto dialógovom okne. V kaţdom prípade je problém riešený pre zadané kritérium a Solver prestane počítať pri prvom vyhovujúcom riešení. Toto je funkčnosť, ktorá nahrádza nástroj
„Hľadanie riešenia“ pri zloţitejších problémoch.
Pouţívateľské prostredie pre programovanie – funkčnosť, ktorá sa beţne v optimalizačných a modelovacích systémoch nenachádza, je veľmi dôleţitá pre mnohých pouţívateľov Excelu a balíka Office ako platforma pre vývoj aplikácií. Kaţdá existujúca interaktíva GUI má svoju podporu vo VBA (Visual Basic for Applications), Excelovskom vstavanom programovacom jazyku. Všetky komponenty Excelu zdieľajú túto funkčnosť, čím sa stáva flexibilnou platformou pre vývoj aplikácií pre podporu rozhodovania [11].
Položky a tlačítka Solvera
Rozhodovacie premenné sa zadávajú v poloţke „Meniť bunky:“. Excel podporuje zadávanie šestnástich polí oddelených čiarkami.
Alternatívou pre ručné zadávanie rozhodovacích premenných je stlačenie tlačítka
„Odhadnúť“, ktoré spustí v Solveri intuitívne vyhľadávanie polí s týmito premennými.
Táto funkčnosť je iba pomocná, nedá sa ňou riadiť, keďţe pri zloţitejších modeloch väčšinou Solver odhadne oblasti premenných nesprávne. Pre mnohých pouţívateľov tabuľkového procesora je však uţitočná. Po stlačení tlačítka odhadu Solver vloţí do poloţky rozhodovacích premenných všetky bunky (bez vzorcov), od ktorých je cieľový vzorec závislý. Tento výber väčšinou obsahuje bunky so všetkými rozhodovacími premennými, ktoré sú podmnoţinou mnoţiny buniek vo výbere. Preto je vhodné bunky, ktoré sú v modeli fixnými parametrami z odhadnutého výberu odstrániť.
Kľúčovým prvkom pouţívateľského prostredia v solveroch tabuľkových procesorov je metóda špecifikácie ohraničení. Predchodca Solvera pôvodne pouţíval pravidlo, ktoré určovalo, ţe hodnota ţiadnej bunky, ktorá je závislá od premenných nesmie byť záporná, avšak tento spôsob nebol intuitívny pre typických pouţívateľov tabuľkových procesorov a preto nebolo prijateľné pre Microsoft Excel. V Solveri po konzultácii s Microsoftom bolo vybrané ohraničenie pomocou logických výrazov (true alebo false), ktoré sú pouţívané beţnejšie. Povoľujú relácie ako väčší, menší, ktoré sa nedajú obsiahnuť danými optimalizačnými metódani, tak isto ako logické operátory ako and, or, not.
V súlade s GUI pouţívaným v Exceli môţe pouţívateľ vybrať oblasti buniek pre rozhodovacie premenné. Excel taktieţ dovoľuje pouţívateľém definovať symbolické názvy pre individuálne bunky alebo oblasti buniek pomocou poloţky v menu „vloţiť – názov“.
Solver rozozná názov, ktorý pouţívateľ zadá ako cieľ a tieto zobrazí v okne parametrov Solvera [11].
Nastavenie Solvera
Pouţívateľ môţe nastavovať pomocou dialógového okna Solver Options niekoľko parametrov a tolerancií, ktoré pouţíva optimalizátor. V štandardnom Solveri sú tieto moţnosti v jednom dialógovom okne [1].
Ďalšie možné nastavenia
Max Time (maximálny čas) – je určené pre určenie maximálneho času.
Iterations (iterácie) – určenie iterácií, po ktoré sa bude optimalizačný výpočet vykonávať.
Show iteration result (zobraziť výsledky iterácií) – hovorí Solveru, aby zastavil po kaţdej iterácii a zobrazil priebeţné riešenie v tabuľkovom procesore. Namiesto tejto moţnosti môţe pouţívateľ pouţiť aj klávesu ESC, ktorá Solver zastaví a zobrazí aktuálnu iteráciu a jej čiastkové riešenie. Pouţívateľ sa môţe rozhodnúť, kedy bude pokračovať a ktoré riešenie chce ponechať.
Assume Linear Model (predpokladať lineárny model) – určuje, či bude pouţitá simplexova metóda alebo algoritmus nelineárneho programovania GRG pre matematicko-algoritmické riešenie problému.
Use Automatic Scaling (pouţi automatickú mierku) – znamená, ţe model bude pred riešením vnútorne prispôsobený.
Assume Non.Negative (predpokladať nezáporné čísla) – posunie kaţdú hodnotu zápornej rozhodovacej premennej, ktorá ju nemá explicitne určenú v ohraničeniach, na nulu.
Precision (presnosť) – je pouţívaná všetkými optimalizérmi Solveru a indikuje toleranciu, v ktorej sa vyhodnocujú premenné.
Tolerance (tolerancia) – určuje toleranciu pri branch-and-bound metóde.
Konvergencia – obmedzenie výpočtu relatvnou zmenou hodnoty cieľovej bunky pri piatich posledných iteráciách. Pokiaľ sú zmeny niţšie ako zadané číslo, výpočet sa zastaví.
Pouţíva sa len pri nelineárnych problémoch [1].
Riešenie lineárnych modelov
Pokiaľ je zvolený predpoklad lineárneho modelu, Excel automaticky pouţíva pre nájdenie optimálneho riešenia simplexovu metódu s ohraničenými premennými. Tento algoritmus pracuje priamo s maticou koeficientov lineárneho programovania, ktorá je určená konečnými deriváciami. Štandardný Excelovský Solver vyuţíva celú maticu vrátane nulových vstupov, i keď pre ohraničujúce premenné nie sú potrebné [1].
Riešenie nelineárnych modelov
Pokiaľ nie je Assume Linear Model v dialógovom okne moţností Solvera zapnutý, samotný nástroj pouţíva GRG2 metódu na riešenie problému. Rovnako ako ostatné metódy zaloţené na gradientoch dokáţe GRG2 nájsť lokálne optimum iba na spojitých funkciách, na celom definočnom obore diferencovateľných a iba v prípade, ţe nenastanú numerické problémy, napríklad degenerácie alebo nesprávne podmienky. Táto podmienka je najkomplexnejšia v porovnaní s ostatnými nelineárnymi optimalizačnými metódami [1].
Uloženie riešenia a výsledné správy
Pokiaľ optimalizér vráti riešenie, Solver vloţí hodnoty riešenia do buniek s rozhodovacími premennými, prepočíta model a zobrazí dialógové okno „Výsledky riešiteľa“. V tomto okne si môţe pouţívateľ zvoliť, či chce zachovať optimálne riešenie alebo nastaviť v modeli pôvodné hodnoty. Dodatočne si môţe pouţívateľ zvoliť jeden alebo viacero správ, ktoré vytvorí Solver vo forme hárkov vloţených do dokumentu.
Solver dokáţe generovať tri typy správ : výsledková správa, citlivostná správa a limitná správa.
Výsledková správa ponúka počiatočné a konečné hodnoty premenných, cieľové a optimálne hodnoty pre kaţdú ľavú stranu ohraničení. Obsahuje cieľovú bunku a menené bunky s pôvosnými a výslednými hodnotami zoznam obmedzujúcich podmienok a informácie o obmedzujúcich podmienkach.
Citlivostná správa poskytuje konečné riešenie, duálne hodnoty pre premenné a ohraničenia v lineárnych aj nelineárnych modeloch. Poskytuje informácie o citlivsti riešenia malým zmenám vo vzorci v cieľvej bunke alebo k jedntlivým obmedzujúcim podmienkam.
Solver vytvára limitnú správu prejdením kaţdej rozhodovacej premennej cez optimalizér ako cieľové kritérium, maximalizačné a minimalizačné, pokým ostatné premenné ostávajú fixné na svojich optimálnych hodnotách. Správa ukazuje výslednú spodnú a hornú hranicu pre kaţdú premennú a zodpovedajúcu hodnotu pôvodnej funkcie.
Správa zobrazí cieľovú bunku a menené bunky s príslušnými hodnotami horných a dlných medzí a cieľové hodnoty [11].
Možné problémy
Automaticé upravenie mierok
Skoršie verzie Excel Solveru nemali moţnosť automatickej úpravy rozsahov matice koeficientov a táto matica pouţívala hodnoty priamo z pouţívateľských dát. Keďţe je veľmi jednoduché upraviť rozsahy cieľových kritérií a ohraničenia priamo v dátach, nepočítalo sa s potrebou prepočtu mierky, najmä pro problémoch lineárneho programovania. Po čase sa ukázalo na mnohých modeloch, ţe neboli vyriešené správne, pretoţe pri modelovaní boli pouţité zlé mierky. Takéto chyby však nie sú problémom optimalizačných algoritmov, ale sú chbami uţívateľov. Na odstránenie tohto problému v modelovaní bola implementovaná automatická úprava mierok, ktorá sa dá upraviť v moţnostiach Solvera. Ak je táto moţnosť zapnutá, prepočítava Solver intuitívne mierky stĺpcov, riadkov a pravostranných ohraničení na spoločný rozsah (stupeň alebo mernú jednotku). Pred zapisovaním hotového riešenia do budniek sú hodnoty spätne prepočítané pomocou mierok na pôvodné jednotky. Takto algoritmus optimalizácie vypočíta správne riešenie aj pri modeloch, ktoré majú nepresne definované merné jednotky [11].
Test linearity
Zle nastavené modely by mohli vypočítať nesprávny výsledok, ktorý by bol zavádzajúci. Pre pouţívateľa je potrebné určiť si, či je model lineárny alebo nelineárny, aj napriek tomu, ţe sa zakaţdým vykonáva aj jednoduchý numerický test linearity. Tento test sa vykonáva po získaní riešenia simplexovou metódou. Ani on však nemôţe byť úplne presný, ak napríklad model obsahuje niektorú excelovskú funkciu. Občas sa stáva, ţe nelineárny model môţe byť identifikovateľný ako lineárny. V opačnom prípade, model lineárny musí prejsť testom linearity s kladným výsledkom, pokiaľ má správne určené merné jednotky a mierky. Ak tento test skončí neúspešne, pouţívateľ je varovaný, aby nepouţil simplexovú metódu. Pokiaľ tento test skončí úspešne, Solver vykoná simplexovú metódu [11].
Problémy s nastavením mierok
Zle nastavený nelineárny model môţe spôsobiť omnoho viac problémov pri GRG2 ako pri simplexovej metóde. Na rozdiel od simplexovej metódy pri automatickom prepočítaní modelu na rovnaké merné jednotky pouţíva špecifické hodnoty.
Problém s celočíselným ohraničením
Ak problém obsahuje celočíselné premenné, Solver pouţíva metódu branch-and- bound, ktorá môţe vyuţiť buď simplexový algoritmus alebo GRG2 na vyriešenie podporoblémov. Pouţívateľ určí, ktoré z rozhodovacích premenných sú celočíselné pridaním ohraničenia. Algoritmus začne riešiť problém jedným alebo druhým spôsobom, ale uprednostní najlepšiu počiatočnú hodnotu zahŕňajúc celočíselné ohraničenie.
Algoritmus potom začne riešiť problém pre celočíselné premenné. Podproblém, ktorého riešenie vyhovuje všetkým celočíselným ohraničeniam je ten, ktorého si vyberie pre riešenie celkovej funkcie. Pri lineárnom probléme dokáţe simplexová metóda spoľahlivo určiť obor riešenia subproblémov a tým pádom aj vrátiť celkové riešenie problému. Pri nelineárnych celočíselných problémoch môţe algoritmus zlyhať pri hľadaní vhodného riešenia aj pokiaľ skutočne existuje [11].
Problémy so správami
Pri správach sa objavujú 2 problémy. Ten prvý vyplýva z toho, ţe kaţdá bunka správy dedí svoje formátovanie z korešpondujúcej bunky v modeli. Táto vlastnosť umoţňuje, ţe hodnoty v správe sú automaticky formátované s ohľadom na poţiadavky modelu. Problém vzniká, keď pouţívateľ formátuje model na zaokrúhľovanie premenných a ohraničení na celé čísla, čo spôsobuje, ţe duálne hodnoty sú tak isto formátované na celé čísla a tým pádom sa môţu zdať nesprávne vypočítané. Sú však uloţené v plnej presnosti a ich hodnota je zmenená iba formátovaním bunky.
Druhý problém sa vzťahuje na citlivostnú správu. Solver rozoznáva ohraničenia, ktoré sú hranicami pre premenné a podáva ich optimalizéru, kde sa spracovávajú. Pokiaľ je jedno z týchto ohraničení naviazané na riešenie, znamená to, ţe súvisiaca rozhodovacia premenná sa dostala na svoju hranicu. Duálna hodnota pre toto ohraničenie sa zobrazí ako zníţený náklad pre rozhodovaciu premennú. Preto je dôleţité pre zobrazenie duálnych hodnôt upraviť pravú stranu ohraničenia [11].
