will bertrand - pure · will bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik...

248
Will Bertrand Citation for published version (APA): Houtum, van, G. J. J. A. N., Kok, de, A. G., & Ooijen, van, H. P. G. (editors) (2011). Will Bertrand: passievol logistiek ontwerper. Oisterwijk: Uitgeverij BOXPress. Document status and date: Gepubliceerd: 01/01/2011 Document Version: Uitgevers PDF, ook bekend als Version of Record Please check the document version of this publication: • A submitted manuscript is the version of the article upon submission and before peer-review. There can be important differences between the submitted version and the official published version of record. People interested in the research are advised to contact the author for the final version of the publication, or visit the DOI to the publisher's website. • The final author version and the galley proof are versions of the publication after peer review. • The final published version features the final layout of the paper including the volume, issue and page numbers. Link to publication General rights Copyright and moral rights for the publications made accessible in the public portal are retained by the authors and/or other copyright owners and it is a condition of accessing publications that users recognise and abide by the legal requirements associated with these rights. • Users may download and print one copy of any publication from the public portal for the purpose of private study or research. • You may not further distribute the material or use it for any profit-making activity or commercial gain • You may freely distribute the URL identifying the publication in the public portal. If the publication is distributed under the terms of Article 25fa of the Dutch Copyright Act, indicated by the “Taverne” license above, please follow below link for the End User Agreement: www.tue.nl/taverne Take down policy If you believe that this document breaches copyright please contact us at: [email protected] providing details and we will investigate your claim. Download date: 22. Jun. 2020

Upload: others

Post on 14-Jun-2020

1 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

Will Bertrand

Citation for published version (APA):Houtum, van, G. J. J. A. N., Kok, de, A. G., & Ooijen, van, H. P. G. (editors) (2011). Will Bertrand: passievollogistiek ontwerper. Oisterwijk: Uitgeverij BOXPress.

Document status and date:Gepubliceerd: 01/01/2011

Document Version:Uitgevers PDF, ook bekend als Version of Record

Please check the document version of this publication:

• A submitted manuscript is the version of the article upon submission and before peer-review. There can beimportant differences between the submitted version and the official published version of record. Peopleinterested in the research are advised to contact the author for the final version of the publication, or visit theDOI to the publisher's website.• The final author version and the galley proof are versions of the publication after peer review.• The final published version features the final layout of the paper including the volume, issue and pagenumbers.Link to publication

General rightsCopyright and moral rights for the publications made accessible in the public portal are retained by the authors and/or other copyright ownersand it is a condition of accessing publications that users recognise and abide by the legal requirements associated with these rights.

• Users may download and print one copy of any publication from the public portal for the purpose of private study or research. • You may not further distribute the material or use it for any profit-making activity or commercial gain • You may freely distribute the URL identifying the publication in the public portal.

If the publication is distributed under the terms of Article 25fa of the Dutch Copyright Act, indicated by the “Taverne” license above, pleasefollow below link for the End User Agreement:www.tue.nl/taverne

Take down policyIf you believe that this document breaches copyright please contact us at:[email protected] details and we will investigate your claim.

Download date: 22. Jun. 2020

Page 2: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”
Page 3: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

WILL BERTRAND:

PASSIEVOL LOGISTIEK ONTWERPER

Liber Amicorum voor Will Bertrand

Redactie:

Ton de Kok Geert-Jan van Houtum Henny van Ooijen

Page 4: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”
Page 5: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

INHOUD

VOORWOORD

A MATTER OF PERSISTENCE 1

Henk Zijm

BERTRAND, DE ONDERNEMENDE PROFESSOR 5

Paul Gosselink

WILL BERTRAND ALS DIRECTEUR VAN LMS 11

Twan Geenen

DE PROCESONTWIKKELING VAN DE KLM IN DE AFGELOPEN

12 JAAR 23

Peter Bos

A REFERENCE MODEL FOR THE DESIGN OF OPERATIONS

PLANNING AND CONTROL SYSTEMS IN THE FLOW PROCESS

INDUSTRY 39

Jan Fransoo

OPERATIONS MANAGEMENT IN HEALTH CARE 55

Jan Vissers en Guus de Vries

THE EUT MAINTENANCE RESEARCH 67

Geert-Jan van Houtum

A TYPICAL AND HIERARCHICAL WORKLOAD-ORIENTED

APPROACH IN EDUCATION 79

Corné Dirne

Page 6: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

THE IMPACT OF NON-COMPLIANCE TO PRODUCION CONTROL

PRINCIPLES ON PERFORMANCE OF REAL-LIFE PRODUCTION

SYSTEMS 95

Joris Keizers

WHAT AND HOW OF PLANNING AND CONTROL OF OPERATIONAL

PROCESSES 105

Ton de Kok

IN THE GALLERY OF CELEBRITIES 119

Marc Lambrecht

EEN EXCURSIE DOOR EEN ORDER ACCEPTATIE MODEL EN HET

GEBRUIK DAARVAN TEN BEHOEVE VAN HET ONTWERPEN VAN

DE BEHEERSING VAN EEN ÉÉN-FASE PRODUCTIE-VOORRAAD-

SYSTEEM 127

Jacob Wijngaard

WILL BERTRAND AND DOUBLE MATCHING QUEUES 139

Onno Boxma

ON THE ONSET OF WEAK MONOTONICITY RESULTS ON LATTICE

FRAGMENTS 149

Andreea Dragut

PRODUCTIEBEHEERSING: GROEI NAAR VOLWASSENHEID 169

Will Bertrand

THE STRUCTURING OF PRODUCTION CONTROL SYSTEMS 187

Will Bertrand and Jacob Wijngaard

A NOTE ON THE DESIGN OF LOGISTIC CONTROL SYSTEMS 207

Will Bertrand

Page 7: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

Lijst met promovendi met Bertrand als eerste promotor 221

Lijst met afgestudeerden met Bertrand als eerste begeleider 223

Lijst met ontwerpers met Bertrand als eerste begeleider 229

Auteursgegevens 233

Page 8: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”
Page 9: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

VOORWOORD

Wim Monhemius schrijft ons naar aanleiding van onze uitnodiging om bij te dragen aan dit

Liber Amicorum het volgende:

Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam

en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”. In de periode van 22 jaren

tussen toen en nu is er veel gebeurd, in die faculteit maar ook op het gebied van de

productiebeheersing. Welke gebeurtenissen dat waren en wat het belang ervan was heb ik om

allerlei redenen nauwelijks waargenomen en ik heb daarover geen enkel oordeel. Maar wel wil

ik terugblikken op het verschijnen in 1990 van twee boeken die in 1989 al ,, bijna rond” waren.

Dat waren,”Productiebeheersing en Material Management” en “Production control; a

structural and design oriented approach”. Vooral het verschijnen van dat laatste boek vond ik

zeer belangrijk. Naar mijn mening was daarmee namelijk vastgesteld dat productiebeheersing

waarlijk een ingenieursvak is, waarbij een wetenschappelijke benadering van groot belang is.

Systematisch ontwerpen, gesteund door multidisciplinaire analyses, leidend tot concrete

oplossingen voor concrete problemen.

Met het verschijnen van dit boek had mijns inziens Will Bertrand, samen met Hans Wortmann

en Jacob Wijngaard een stevig, voortreffelijk fundament gelegd. Deze auteurs waren indertijd

alle drie hoogleraar aan de Faculteit Technische Bedrijfskunde te Eindhoven. Productie-

beheersing is een ingenieursvak, goed passend in een opleiding tot bedrijfskundig ingenieur. De

disciplines die in de analyse van productiebeheersing een rol spelen, zijn vooral, zo blijkt uit het

boek van Bertrand e.a., toegepaste wiskunde en statistiek, organisatiekunde, bedrijfseconomie

en accountancy, bedrijfsinformatica en organisatiepsychologie. Het ontwerp moet leiden tot een

doelgericht en doelmatig beheersingssysteem. Gebaseerd op wetenschappelijk inzicht, gericht

op de praktijk.

Voor mij was daarmee overtuigend gedemonstreerd dat bedrijfskunde een technische studie-

richting op academisch niveau kan zijn.

Mijn eigen opleiding in de werktuigbouwkunde vond plaats tientallen jaren eerder aan de toen

geheten Technische Hogeschool te Delft. Daar had ik het belang geleerd van systematisch

ontwerpen, gebaseerd op en gebruik makend van wetenschappelijke methoden en resultaten. In

het bijzonder de colleges van prof. dr. ir. Biezeno en van prof. Ir. van Hasselt hadden op mij

grote indruk gemaakt.

Page 10: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

Het proces van wetenschappelijk productief samen bezig zijn om het boek “Production

Control” te schrijven deed mij denken aan enkele regels van Rudyard Kipling:

If you can think and not make thoughts your aim, …. maar ook

If you can walk with kings nor lose the common touch, of

If you can talk with crowds and keep your virtue …..

Kortom, ik ben er trots op, indertijd met Will Bertrand te hebben samengewerkt.

W. Monhemius

Het leek ons als redactie van dit Liber Amicorum, ter gelegenheid van het afscheid van Will

Bertrand als hoogleraar aan de (sub) faculteit Technische Bedrijfskunde, gepast om als eerste de

nog in leven zijnde promotor van Will Bertrand, Prof. Em. W. Monhemius, aan het woord te

laten.

In 1964 zette Will Bertrand zijn eerste stappen op de Technische Universiteit Eindhoven (toen

nog Technische Hogeschool Eindhoven) als student werktuigbouwkunde. Toen in 1966 de

afdeling Technische Bedrijfskunde werd opgezet, waar studenten die hun propedeuse

Werktuigbouwkunde hadden konden instromen, stapte hij over naar deze in oprichting zijnde

afdeling. Hier studeerde hij in 1970 af met een opdracht bij metaalwarenfabriek N.V. Simmonds

Precision in Brummen. In 1981 promoveerde hij, samen met Hans Wortmann, op het

proefschrift “Production Control and Information Systems for Component Manufacturing

Shops”. In dit onderzoek, waarin een aantal principes voor het ontwerpen van productie-

beheersing- en informatie systemen worden ontwikkeld, kwam al duidelijk naar voren dat Will

“ontwerpen” in zijn hart had gesloten. Dit ontwerpen heeft hij nooit meer losgelaten.

Will is de Technische Universiteit Eindhoven altijd trouw gebleven en heeft alle rangen

doorlopen: van student tot hoogleraar. Daarnaast vervulde hij ook diverse functies in het

bedrijfsleven. Van 1984 tot 1985 was hij hoofd organisatieontwikkeling en logistiek van ASML

Lithopgraphy in Veldhoven en van 1985 tot 1988 hoofd Logistiek bij de Philips Machine

fabrieken in Eindhoven. Gedurende de jaren in het bedrijfsleven had Will echter toch altijd een

gedeeltelijke aanstelling bij de TUE. In 1988 werd hij aangesteld als voltijds hoogleraar aan de

Technische Hogeschool (nu Technische Universiteit) Eindhoven. In 1986 startte de Technische

Hogeschool met de 2-jarige nadoctorale ontwerpers opleiding Beheersing van Bedrijfs-

processen. Will was daar in het begin blokdocent en vooral betrokken bij de ontwerp-

Page 11: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

componenten waarbij zijn hart met name lag bij het praktijkgedeelte. Daarin speelde het echte

ontwerpen een belangrijke rol en moet de cursist laten zien dat hij het vak beheerst; dit had

altijd zijn volle aandacht.

In de jaren ‘90 was hij nauw betrokken bij de opzet (het “ontwerp”) van de research school

BETA en hij was van 1996 tot 2003 de eerste wetenschappelijk directeur van deze research

school. Hiermee heeft hij een centrale rol gespeeld in de het omvormen van de faculteit

Technische Bedrijfskunde van een professioneel gerichte organisatie naar een wetenschappelijk

gerichte organisatie. Logistiek is uiteindelijk uitgegroeid tot één van de zogenaamde profilerings

gebieden van de TUE.

Will’s leidraad is altijd kwaliteit geweest en hij heeft altijd geopereerd op basis van een

inhoudelijke visie, een visie die gebaseerd is op de kernrol van de TUE: ontwerpend onderzoek.

De ingenieursaanpak is dan ook kenmerkend voor zijn, zowel theoretisch als ook toegepast,

onderzoek. In dit Liber Amicorum vinden we dit in alle bijdragen terug. We kunnen deze

bijdragen ruwweg in een drietal categorieën onderscheiden:

- Bouwen aan Bedrijfskunde, waar de bijdragen wat persoonlijker van aard zijn

- Toepassen van Bedrijfskunde

- Ontwikkelen van modellen

Een kenmerk van goede wetenschap is dat zij nooit haar actualiteit verliest. Wij menen dat

Will’s werk een voorbeeld is van goede wetenschap. Daarom hebben wij besloten een aantal

van Will’s meest veelomvattende conceptuele bijdragen in deze bundel op te nemen. Het

onderwerp van deze bijdragen betreft Will’s passie: het ontwerpen van logistieke beheersings-

systemen. De onderstaande drie bijdragen geven een beeld van de ontwikkeling van Will’s

denken met betrekking tot dit onderwerp:

- Will’s intreerede

- Het samen met Jacob Wijngaard in IJOPM gepubliceerde artikel over de structuur van

productiebeheersingssystemen

- Zijn notitie over het ontwerpen van logistieke beheersingssystemen, een notitie die de

basis is van het vak Design of Operational Planning and Control Systems. Deze notitie

is ook de aanleiding geweest voor de ontwikkeling (door Incontrol) van een software

pakket dat uitgaat van processen zoals gedefinieerd in deze notitie en ondersteunend is

voor het ontwerpen van logistieke beheersingssystemen.

De redactie

Page 12: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”
Page 13: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

1

A MATTER OF PERSISTENCE

Henk Zijm

When I was asked to write a personal memory at the occasion of the retirement of our friend and

colleague Will Bertrand, my first feeling was one of hesitation. Not that I would find it hard to

respond, but merely since I was wondering whether Will would embrace the idea of a collection

of tributes. He has never been the kind of person who placed himself on the foreground, but

nevertheless has built a name not only in science, but merely (and I believe to his joy) in

industrial practice. No doubt Will has made significant contributions to the science of industrial

engineering, but I can’t help still seeing him in the first place as a bridge builder, between an

awakening science and the practice of operations management. It is this ability to strengthen ties

between various worlds that made him a key factor in expanding the position of Eindhoven

University of Technology, and to establish the name it currently holds in the field of Industrial

Engineering.

In this personal account, I will very briefly go back to the first encounters with my colleagues

from what is now named the School of Industrial Engineering, but which, in search for its

identity, went through a number of profiles. The first person I met there was not Will, but Jacob

Wijngaard, at that time an associate professor but also a former PhD of my supervisor Jaap

Wessels in the math department, where I did my PhD as well. Will at that time was working on

the theory and practice of workload control which would lead in 1981 to a joint dissertation with

Hans Wortmann who explored its IT ramifications. The book (it was also published as a

textbook) drew quite some attention from practice, where both Will and Hans got their primary

inspiration as well. Will, Hans and Jacob worked out these and other notions in their book on

production control, as well as in Dutch language books, which still are remarkable because they

did not just present theoretical foundations but, other than similar books, also described

systematic approaches on how to implement such systems in practice. They were not the only

ones; an early prophet of workload control in Germany was Hans-Peter Wiendahl (although not

very well known at that time), later Eliyahu Goldratt popularized the notion in The Goal, while

concepts like CONWIP and others were elaborated in books such as Factory Physics by Wally

Hopp and Mark Spearman. It should be said that not all the latter contributions sufficiently

acknowledged the pioneering role that the Dutch school, and in particular Will, had played in

developing these concepts and in bringing them to maturity. This experience certainly made

Will realize once more that, in order to gain full recognition, one simply has to play on two

Page 14: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

2

different chess boards, that of practice and that of science. Which is what he did, although I

believe that, till this day, Will’s heart is basically at the side of practice, even more, of industrial

practice (despite his steps aside in the world of health care).

During my first period at the Eindhoven University of Technology, we did not have much

contact but that started to change when, after completing my PhD in early 1982 and

subsequently a short period back in Amsterdam, I joined Philips Electronics in Eindhoven in

1983, at walking distance of the university.

Natural contacts remained with my former supervisor Jaap Wessels but through him and Jacob

ties with Industrial Engineering were strengthened as well. Long before joining Philips, I had

become familiar with the two-volume book on the theory and practice of production and

inventory control, by Ruud van Hees and Wim Monhemius, the first one still at Philips when I

joined it, the latter one then a professor at the Eindhoven University of Technology, and one of

Will’s supervisors on his PhD research. Since I was working primarily in production logistics at

Philips at that time, I became naturally familiar with Will’s work, also because he practiced it at

the same time while being employed as head of the Logistics Division of Philips Machine

Factories during these years. In 1987, I was appointed as part time professor at the TU/e

Department of Mathematics and Computer Science, one year later Will received his

appointment as a full professor in Production Logistics at the Industrial Engineering

Department. So, although we still did not have many personal contacts until then, a future

collaboration seemed natural.

But things went different. In 1990, both Jacob and I left Eindhoven. Jacob accepted a position as

a full professor at the University of Groningen, and I left both Philips and the TU/e to become a

full professor in Production and Operations Management at the University of Twente. Ties with

Eindhoven remained, and were strengthened after a visit in 1994 of Will and Ton de Kok (who

was just appointed in Eindhoven at that time), together with some group members of Industrial

Engineering, to my group Production and Operations Management at the Mechanical

Engineering Faculty of the University of Twente. In the early nineties also the notion of national

PhD research schools came to life and we all felt this to be the chance to definitively establish

Operations Management and Industrial Engineering as a mature scientific discipline.

In what follows, I draw some bits and pieces from a speech that I held in June 2008 at a festive

meeting of the joint Eindhoven-Twente research school Beta. Will has been more than

instrumental in building Beta, he was the driving force behind its establishment and that was

both remarkable and necessary. Remarkable because Will was in the first place a man who

believed in transferring knowledge to society. And necessary because he was one of the few

people who had a clear vision on the multi-disciplinary nature of the field, and wanted to include

Page 15: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

3

the full breadth of the disciplines. At the same time, however, he realized that, similar to

international scientific acknowledgements, a full recognition of the field of Operations

Management and Industrial Engineering by the scientific community in the Netherlands was

indispensible. This concerned in particular organisations such as the Royal Netherlands

Academy of Sciences (KNAW) and the Netherlands Scientific Research Council (NWO), the

former being responsible for the formal accreditation of Dutch Research Schools.

The first attempt was not an immediate success, not in the last place because established

scientific bodies in the Netherlands at that time (and still today) have difficulties in truly

valueing highly interdisciplinary research. The first version of Beta indeed became a school with

a very wide scope, so wide that some researchers were wondering what was the tie that held

them together.

That school was not accredited at a first attempt, partly for the reason already mentioned, but

partly also because there was quite some diversity in quality of the composing groups, and I

believe it was a wise and certainly a courageous decision to limit the scope of Beta somewhat

and to concentrate more on quality.

To lead such a process of rethinking scope and scale at such a still embryonic stage is a delicate

process. Establishing a research school in those days when people could not fully envision the

role and power of such schools is already hard in itself. Everyone wants to jump on the

bandwagon, hoping that once you’re in, the ships with money will sail in more or less

automatically. Excluding researchers who are at the same time friends and colleagues naturally

is quite a dramatic decision. And of course the person who is leading the process is the first one

to blame, not only by the excluded but even by the included, once they discover that the

perceived ship with money is sailing terribly slow. It takes a lot of patience, endurance and a

strong and sustainable believe in the outcome of the process to keep going, and I still feel

admiration for the way in which Will led the process to a successful end. Beta was established as

a research school in its current form in 1995, received accreditation and became highly

successful. Of course, there are many persons who deserve credits for that, but among them Will

is still the first one.

In 1999, I returned for one year to the Eindhoven University of Technology but family reasons

prevented me to move definitively. Beta as a research school already at that time played a

dominant role, as was also recognized by the Executive Board of Eindhoven University, who

granted Beta the right to award an honorary doctorate to John Buzacott, the first one ever in the

Netherlands in the field of Industrial Engineering. For Beta (and for me personally, acting as the

honorary supervisor), the ceremony but certainly also the seminar organized by Beta at that

occasion and the book resulting from it, marked a further step ahead in building a reputation.

Page 16: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

4

The role Beta is currently playing in the Supply Chain Thought Leaders Forum (for which

Will’s successor as scientific director of Beta, Ton de Kok, deserves credits) is a further

indication of worldwide recognition. The recent foundation of the Dutch Institute of Advanced

Logistics (DINALOG) and the key role Beta has played in its establishment again contributes to

that recognition as a mature scientific institute.

The challenge to build on what has been established so far however remains big, and it is hard to

predict what will be the impact of current developments in Dutch politics with respect to

disciplines such as Industrial Engineering. History repeats itself; also the current debate is partly

on the delicate balance between scientific rigor and practical relevance, two concepts that should

go hand in hand but unfortunately too often are placed opposite of each other. In particular,

Industrial Engineering and Management Science have faced that challenge, far more than

traditional disciplines such as Physics or Chemistry with a rich tradition in industrial research as

well. But Industrial Engineering has made a significant step, and the role Will has played in

paving that road is undeniable.

What is too often forgotten is the price you pay for perseverance and endurance. What is

forgotten are the disappointments that we all encounter now and then and of which also Will has

received his share. What remains are the things to cherish: a sound scientific career, a great

feeling for industrial relevance, and above all a contribution that changed the landscape of

Industrial Engineering definitively.

What lies ahead is a future with hopefully some more time for all the things that had to be

postponed so long. Will, thanks for all your contributions, your inspiration and encouragement. I

wish you all the best.

Page 17: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

5

BERTRAND, DE ONDERNEMENDE

PROFESSOR

P.B.A. Gosselink

Ik ben vereerd een kleine input te leveren aan het boek dat de periode van Will Bertrand aan de

Technische Universiteit Eindhoven beschrijft. Meer specifiek de faculteit Technische

Bedrijfskunde en de afdeling Logistiek. Met minimaal de volgende afkortingen: KBS, LBS,

OPC, OPAC. Een kleine bijdrage aan zijn afscheid kent wat mij betreft 2 fasen:

1. Mijn universiteitsperiode en zijn input (1983-1988)

2. ITP TUE-TNO (instituut gestart in 1986-2004 voor mij)

In die verschillende perioden hebben zijn en mijn (professionele) levens elkaar een aantal keer

gekruist! Van een beperkte interactie liep dat, in elk geval vanuit mij bezien, naar een

intensieve en leerzame samenwerking!!

1. Mijn universiteitsperiode en zijn input

Ik startte september 1983 met de opleiding Technische Bedrijfskunde. Wat me daar van vooral

nog is bijgebleven is dat Bertrand de (voor ons) moeilijke en beruchte vakken “Inleiding

Productiebeheersing” en “Beheersing dynamische processen in de bedrijfsvoering“ gaf. Nu

terugdenkend viel op dat hij worstelde met en ‘leed’ aan het lesgeven aan grote groepen waar

lang niet altijd het enthousiasme voor het Logistieke vak uit bleek. Veel rumoer en

ongeïnteresseerdheid van het publiek leidde tot een vermoeid gezicht bij hem en hij moest zich

er echt toe zetten ‘les te geven’. De punten van ons waren er ook naar! Daarna ben ik nog een

tijd student-assistent bij hem geweest om de homologatiefase voor de 2e fase

ontwerpersopleiding ‘Logistics Management Systems’ mede vorm te geven.

Ten slotte was hij mijn afstudeerbegeleider. Ik studeerde af bij het golfkarton productiebedrijf

De Zeeuw in Eerbeek. De opdracht voor mij was het ontwerpen van een geïntegreerde en

optimale productieplanning voor de Golfkartonmachine en de nabewerkingen. Wat was

Bertrand streng (doch ook rechtvaardig)! En wat heb ik geworsteld! Het was niet altijd een fijne

beleving om eens per 2-3 weken bij hem mijn tussenverslag te moeten bespreken. Ik vond het

Page 18: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

6

moeilijk om de theorie in de praktijk te brengen. Hoe moest ik nou de juiste formules vinden,

toepassen en vertalen voor de planning van de Zeeuw. Na mijn afstudeervoordracht kreeg ik 2

typen commentaren. Mijn familie en vrienden hadden niet veel begrepen van de presentatie en

het rapport en hielden vooral wat termen vast: ‘Go - No Go decision’, ‘kick-off meeting’ en

‘orderdoorlooptijd’. Bertrand vond het maar zozo en gaf het een 6. Een kleine teleurstelling

voor mij.

Later hebben we het er nog wel eens over gehad en was hij milder! Hij zei dat het echt theorie in

de praktijk brengen was en iets (praktisch) had toegevoegd aan de theorie. Iets wat eind jaren

’90 en begin 2000 niet meer voorkwam bij afstuderen. Dat gaf mij achteraf weer een beter

gevoel!

2. ITP TUE-TNO

In 1986 werd het Instituut Informatie-Technologie voor Productieautomatisering TUE-TNO,

ofwel ITP, opgericht. Bertrand was daar één van de grondleggers van (naast bijv. prof.

Bemelmans, prof. van Hee en prof. Rijnsdorp). Het ITP was tot 1994 gevestigd in Gebouw O

(nu afgebroken), tegenover het Paviljoen. Het was als instituut opgenomen in de TNO-

organisatie en viel onder de Hoofdgroep Technisch-Wetenschappelijke Diensten (TWD), met

hoofdzetel aan de Schoemakerstraat 97 te Delft. Het ITP richtte zich op geavanceerde

industriële computertoepassingen in de productie, logistiek en productiemanagement. Doel van

de dit gezamenlijke initiatief van TUE en TNO was de bij beide instellingen beschikbare kennis

en kunde op dat gebied verder te ontwikkelen en efficiënt in de praktijk te brengen. ITP deed

strategisch en toepassingsgericht onderzoek en voerde projecten uit op het gebied van:

o De stuksgewijze productie, zowel kleine serie als in massaproductie;

o De procesindustrie;

o De logistieke beheersing van de goederenstroom en de ondersteuning van het

productiemanagement.

In deze lijnen is de hand van Bertrand duidelijk herkenbaar.

ITP had vaste medewerkers die naar behoefte met TUE medewerkers, studenten en promovendi

werd uitgebreid (detachering op tijdelijke of projectbasis). Bertrand zat in de Wetenschappelijke

Raad van ITP welke de directie terzijde stond bij het opstellen en uitvoeren van het

onderzoekprogramma.

Page 19: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

7

Het paste goed bij een andere kant van Will: de ondernemende professor! Dat was mede zijn

uitgangspunt om zijn kennis en kunde via ITP in de praktijk te brengen (en er wat geld aan te

verdienen!). Actief speelde hij een rol bij de oprichting en inhoudelijke invulling van ITP.

Wat hem vooral aantrok, volgens mij, was de theorie van ‘Capaciteitsmanagement en doorloop-

tijdbeheersing’ bij complexe seriematig werkende productiebedrijven in de praktijk te brengen.

Vandaar dat hij ook Hoofd Logistieke organisatie van de Philips Machinefabrieken is geweest

en later inhoudelijk adviseur bij onder andere ASML en Besi/Fico in Duiven/Zevenaar en actief

betrokken is geweest bij het opzetten en implementeren van productiebeheersing.

Wat mij betreft heeft in onze samenwerking tijdens ITP toch vooral ‘het logistiek concept

volgens de 4 kranen’ en ‘de werklastbeheersing’ centraal gestaan. Dit uitte zich in:

o De 2-daagse cursus Capaciteitsmanagement en doorlooptijdbeheersing in produktie-

afdelingen. Jaap Jagtenberg, Bertrand en ik waren verantwoordelijk voor de organisatie

en inhoud hiervan. De cursus werd 2x per jaar gegeven, via open inschrijving en

meestal in de Rosep te Oisterwijk. Voor iedereen die verantwoordelijkheid draagt voor

de goederenstroom in een productiebedrijf. De cursus richtte zich met name op de

enkelstuks- en seriematige fabricage.

Opvallend was altijd weer de verrassing bij de planners dat Werklastbeheersing tot

doorlooptijdverkorting en verhoging leverbetrouwbaarheid leidde, met een lagere

werklast. Dat laatste was meestal het grootste discussiepunt! Het ging zo tegen het

gevoel in om weinig werk op de werkvloer te hebben.

Tijdens het PC-spel ‘BeWe’ en in de avond bij de behandeling van de praktijksituaties

had Bertrand vaak hele interessante en vurige discussies met de planners. Daar voelde

hij zich als een vis in het water en genoot hij volop!

Later hebben we er nog een module rond organisatie (taken, verantwoordelijkheden,

bevoegdheden en rekenschap) aan toegevoegd om de toepassing in de praktijk te

vergemakkelijken.

Eind jaren ’90 was Werklastbeheersing volgens Bertrand wel ‘klaar’ qua theorie. Even

later zijn we ook gestopt met de cursussen en is de toepassing van Werklastbeheersing

in de praktijk stil komen te staan.

o Het Europese CRAFT-project Shopfloor Planning And Registration / SPAR. Hier

hebben we een prototype voor de PC ontwikkeld van een systeem voor shopfloor

planning en controle. Dit was gebaseerd op de principes van Werklastbeheersing en de

4 kranen. Een aantal bedrijven in Nederland, België en Portugal hebben het

Page 20: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

8

daadwerkelijk gebruikt. Limis uit Enschede (spin-off van de Universiteit Twente) was

verantwoordelijk voor de computertoepassing en is erin geslaagd het gedachtegoed en

het softwaresysteem te vercommercialiseren. Meerdere systemen zijn er sinds 1994

verkocht en onderhouden. Het bedrijf bestaat nog steeds en heeft de functionaliteit flink

uitgebouwd.

o Advisering en toepassing Werklastbeheersing bij bedrijven. Enerzijds paste ik het zelf

toe bij vooral toeleveranciers in de metaalindustrie. Voorbeelden zijn tandwielen-

fabrikant Hankamp uit Enschede, fijnmetaalbedrijf Buhl uit Hilversum, fijnemechanisch

productiebedrijf Norma uit Hengelo, fabrikant van badkameraccessoires Haceka uit

Amersfoort, Philips Machinefabriek in Acht en metaalbedrijf Janssen uit Heijen.

Anderzijds schakelde Bertrand mij soms in bij bedrijven waar hij kwam. Leverancier

van equipement voor de halfgeleiderindustrie Fico uit Zevenaar was de meest

intensieve. Naast de Trim&Form fabriek uit Zevenaar kwam ik later ook nog in hun

Tooling fabriek in Brunssum en had ik samen met Bertrand enkele management sessies

met de directie van de groep over de goede toepassing van het Logistieke concept.

o Studentenbegeleiding (medio jaren 90 en rond 2005 enkele jaren); ik was enige tijd de

flexibele kracht voor OPAC afdeling op de TUE om afstudeerders te begeleiden. Een

leuke tijd om betrokken te blijven bij nieuwe theoretische ontwikkelingen en om jonge

mensen te laten zien hoe de theorie toe te passen in de praktijk. Wat een herkenning van

mijn eigen afstudeertijd!

ITP werd uiteindelijk niet het succes wat Bertrand (de professoren van de TU/e in het

algemeen?) ervan verwacht had. De eerste jaren ging het als een speer, binnen 4 jaar waren er

50 mensen werkzaam voor ITP. In 1990 liet TNO ITP echter fuseren met het Metaalinstituut

van TNO uit Apeldoorn tot IPL (Instituut voor Productie en Logistiek). Samen meer dan 200

mensen, op 2 locaties met 2 afdelingen: Logistiek Management en Productiesystemen. Het werd

echter geen eenheid. Herstellen van de oude situatie zat er vanuit TNO niet meer in. Een ADL-

onderzoek van TNO centraal leidde tot een filosofie waarin een researchclub van 50 personen

niet meer paste! De afdeling Productiesystemen werd overgeplaatst naar de Technisch

Physische Dienst van TNO in Delft. Logistiek Management werd in april ’92 verzelfstandig als

BV onder TNO Management BV’s, met nog 12 mensen. Eind ’94 verhuisde IPL van gebouw O

op de TUE campus naar De Run in Eindhoven (achter de 1e gebouwen van ASML).

In 2000 werd IPL helemaal verzelfstandigd van TNO via een management buy-out. Ik verliet

het IPL als werknemer en aandeelhouder in 2004 (voor de BOM). Tegenwoordig zit IPL met

circa 10 mensen in het Beta gebouw op de High Tech Campus in Eindhoven. Bertrand heeft er

volgens mij al jaren geen betrokkenheid meer mee.

Page 21: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

9

Tot slot

De laatste jaren hebben Bertrand en ik elkaar niet meer gezien. Ik ben veel meer werkzaam in de

Nieuwe Energie en groene grondstoffen industrie. Niet zozeer zijn gebied. Tevens was hij

begonnen met de afbouw van zijn loopbaan als hoogleraar en ging hij meer en meer genieten

van zijn privé leven: hardlopen en zijn dierbaren om hem heen.

Ik hoop dat hij echt blijft genieten van …. en dat hij met een goed gevoel de Universiteit achter

zich kan laten..

Ik kijk terug op een interessante, leerrijke en plezierige samenwerking met hem!!

Page 22: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

10

Page 23: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

11

WILL BERTRAND ALS DIRECTEUR VAN LMS

Twan Geenen

In dit hoofdstuk wil ik graag de rol belichten die Will heeft gespeeld als directeur van de

Ontwerpersopleiding Logistics Management Systems van 20 juni 1991 tot 2 juni 1999 en van 15

december 2000 tot 1 maart 2002. Ik zal dat doen door een stukje van de geschiedenis van deze

opleiding te beschrijven en hoe ik mijn periode als programmamanager (van oktober 1995 tot

november 2007), met Will als directeur, heb ervaren. Dit hoofdstuk pretendeert niet de volledige

geschiedenis van de opleiding te beschrijven, het beschrijft de naar mijn mening belangrijkste

punten. Daarvoor heb ik uiteraard gebruik gemaakt van het archief van de opleiding en daarbij

kwamen ook zaken naar voren die ik nog niet wist.

1. Een stukje geschiedenis over hoe we elkaar leerden kennen

Het is misschien, als achtergrondinformatie, aardig om te weten dat ik Will al ken sinds eind

jaren zestig. Will was net afgestudeerd en als wetenschappelijk medewerker verbonden aan de

faculteit Technische Bedrijfskunde i.o. De faculteit was in oprichting en had nog geen eigen

propedeuse. Nadat ik in 1968 mijn propedeuse werktuigbouwkunde had behaald ging ik verder

met bedrijfskunde en kwam daar Will, toen nog getooid met een woeste baard passend bij de

tijdgeest, regelmatig tegen als docent. In 1972 werd hij begeleider bij mijn afstudeerproject.

Nadat ik 2 jaar als consultant en 15 jaar in managementfuncties in de gezondheidszorg had

gewerkt kwam ik medio 1989 weer terug bij de faculteit bij de vakgroep Organisatiekunde en

vanaf dat moment zagen we elkaar weer regelmatig. Na enige tijd ging ik over naar de vakgroep

Internationale en Distributielogistiek die later weer fuseerde met de capaciteitsgroep Operations,

Planning, and Control waarvan Will de voorzitter was.

Page 24: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

12

2. Korte geschiedenis van de totstandkoming van de Ontwerpers-

opleiding ‘International Program in Logistics Management

Systems’ (LMS in het kort) De aanleiding tot het opzetten van ontwerpersopleidingen was gelegen in het in 1982

terugbrengen van 5 naar 4 jaar van bijna alle universitaire opleidingen waaronder ook de

ingenieursopleidingen. Het bedrijfsleven was bang dat de ingenieursopleidingen theoretischer

van aard zouden worden en dat het ontwerpkarakter verloren zou gaan. Onder druk van het

bedrijfsleven werden ontwerpersopleidingen opgezet en deze kwamen vooral van de grond in

Eindhoven en veel minder in Delft en Enschede. Eind 1985 nam het plan van de faculteiten

Technische Bedrijfskunde, Werktuigbouwkunde en Wiskunde & Informatica concrete vormen

aan om in september 1986 gezamenlijk te starten met de 2-jarige nadoctorale

ontwerpersopleiding Beheersing van Bedrijfsprocessen. Daar waren enkele rapporten op hoger

niveau aan vooraf gegaan.

Een voorbereidingswerkgroep bestaande uit een aantal hoogleraren uit de deelnemende

faculteiten en aangevuld met een aantal mensen uit het bedrijfsleven (Philips, DAF en Volmac)

legt de contouren en de eindtermen vast en besluit tot de volgende naam: Ontwerpen van

Logistieke Besturingssystemen. In die contouren wordt ook vastgelegd dat het eerste halfjaar

van de opleiding besteed wordt aan ‘gewone’ vakken uit de predoctorale fase(s) van de

opleiding(en) gevolgd door een jaar lang speciale nadoctorale werkcolleges, vaardigheids-

trainingen, groepsprojecten en als afsluiting een onderzoeksproject (het ware natuurlijk beter

geweest om dit een ontwerpproject te noemen) van een half jaar. Medio 1986 wordt de

voorbereidingswerkgroep opgeheven en wordt een opleidingswerkgroep ingesteld waarin de

bedrijfsmensen geen zitting meer hebben. Deze laatsten komen in een Adviesraad. Uit de

opleidingswerkgroep zien we de Docentenraad ontstaan waarin de docenten zitting hebben die

de verschillende ‘blokken’ van de opleiding gaan coördineren. We komen dan de naam van Will

Bertrand tegen als blokdocent van blok G waarover later meer.

De opleiding krijgt nu de volgende structuur: een half jaar ‘homologatiefase’, daarna een jaar

‘cursorische fase’ en ter afronding een ontwerpopdracht van een half jaar.

De naam voor het eerste half jaar is eigenlijk niet erg toepasselijk. In die periode worden vakken

gevolgd uit de gewone predoctorale fase(s) van de opleiding(en). Het betreft eigenlijk een

‘homogeniseringsfase’. Het doel is om bij de brede en diverse instroom (vanuit verschillende

vooropleidingen zoals technische bedrijfskunde, werktuigbouwkunde, wiskunde, informatica,

natuurkunde, econometrie, landbouwkunde, scheikunde etc. ) een gemeenschappelijk fundament

en begrippenkader aan te brengen waarop in het daarop volgende jaar (de cursorische fase

genoemd) kan worden voortgebouwd. Dit eerste halfjaar heeft altijd tot veel onbegrip geleid bij

Page 25: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

13

het overkoepelende Stan Ackermans Instituut omdat onze opleiding eigenlijk de enige was met

zo’n diverse instroom. De andere ontwerpersopleidingen hadden daardoor veel minder of geen

behoefte aan een ‘homogeniseringsfase’.

In tegenstelling tot het eerste halfjaar worden in de ‘cursorische fase’ vakken gedoceerd die

speciaal zijn ontworpen voor de opleiding.

2.1 De werkelijke start De Ontwerpersopleiding draagt bij de start in september 1986, wanneer de eerste cursisten

starten met hun opleiding, de naam Ontwerpersopleiding Logistieke Besturingssystemen en is

dan één van de circa 10 ontwerpersopleidingen van de Technische Universiteit Eindhoven.

Informeel werd deze ontwerpersopleiding nog tot ver in de jaren ’90 en zelfs nog daarna,

aangeduid met de benaming NADO. Dit laatste stond voor NADOctorale opleiding maar de

naam was buiten de eigen faculteit natuurlijk niet onderscheidend. Alle ontwerpersopleidingen

waren immers NADO’s. Ze waren organisatorisch ondergebracht bij het IVO (Instituut

Vervolgopleidingen), het latere Stan Ackermans Instituut. Zij werden echter gehuisvest binnen

de ‘penvoerende’ faculteit.

In september/oktober 1986 beginnen de eerste twee cursisten aan hun opleiding. Uit het

sollicitantenoverzicht van oktober 1986 blijkt dat er redelijk veel HBO-opgeleiden solliciteren

naar een opleidingsplaats maar dat uiteindelijk slechts een enkeling wordt toegelaten. In latere

jaren worden ze niet meer toegelaten omdat de kans van slagen minimaal blijkt te zijn.

In februari 1987 wordt Andries Veldkamp de eerste cursuscoördinator. In de archiefstukken lees

ik dat hij al in juni van datzelfde jaar aan de docentenraad zijn ‘kijk op de ‘NADO-

LOGISTIEK’ presenteert. Aan de hand van een Ishikawa (visgraat)-diagram, gebaseerd op de

industrie voor professionele producten, maakt hij de relatie duidelijk tussen een aantal factoren

zoals het product, het initiële proces, het productieproces, organisatie cultuur & ondersteuning

en tenslotte externe invloeden en de als gevolg daarvan geleverde logistieke prestatie. Een

aantal leden van de raad herkent en deelt de gepresenteerde relaties en de conseqenties die dit

kan hebben voor de wijze waarop een logistiek probleem dan ‘moet worden aangepakt’.

De gedachtengang is dat de meeste ‘logistieke ontwerpopdrachten’ in feite ‘herontwerp-

opdrachten’ zijn met als doel een gegeven situatie (prestatie) te verbeteren.

Veldkamp doet het voorstel om dergelijke Ishikawa-diagrammen niet alleen te ontwikkelen

voor de industrie voor professionele producten maar ook voor consumentengoederen, de

procesindustrie, de confectie, vervoersorganisaties en het grootwinkelbedrijf en daarop dan een

soort weging toe te passen om gevoel te krijgen voor de mate waarin de factoren invloed kunnen

hebben op de uiteindelijke logistieke prestatie. In feite probeert hij daarmede ook aan te geven

dat er naast de productie en het vervoer nog andere sectoren in de industrie zijn waar logistieke

processen een rol spelen. Veldkamp neemt de ‘dienstverlening’ mee maar is nog niet zover om

Page 26: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

14

ook administratieve dienstverlening (zoals bijvoorbeeld uitkeringsorganisaties, salaris admini-

straties en verzekeraars) te zien als organisaties waarin logistieke processen een belangrijke rol

spelen (later worden daarvoor de termen ‘kantoorlogistiek’ en ‘Workflow Management’

gehanteerd). Met de ontwikkeling van de bestuurlijke informatieverwerking neemt het belang

daarvan in latere jaren zeer sterk toe.

Met het benoemen van de ‘prestatiebeïnvloedende’ factoren in zijn Ishikawa diagram probeert

hij ook de begrenzing aan te geven van hetgeen tot het aandachtsgebied van de logistiek moet

worden gerekend.

Tijdens de vergadering van de docentenraad op 3 mei 1988 meldt Veldkamp dat hij het

Ishikawa-diagram wat heeft aangepast naar aanleiding van een aantal gesprekken die hij

gevoerd heeft met ‘verschillende personen uit het bedrijfsleven’. De door hem gewenste

‘weging’ kan niet worden gemaakt maar een aantal geïnterviewden gaf wel aan ‘dat ze het

Ishikawa-diagram in zijn kwalitatieve opzet een goed in kaart gebrachte inventarisatie vonden

van kennis die eigenlijk allemaal vereist is voor het goed doen functioneren van de logistieke

functie’. De docentenraad acht het diagram dan ook prima bruikbaar voor de vormgeving van de

opleiding NADO-logistiek. We praten dan dus niet over het diagram als schematechniek maar

over het door Veldkamp ‘gevulde’ diagram.

Tijdens diezelfde vergadering presenteert Veldkamp een notitie met zijn gedachten over de

invoering van Quick-Scans in de opleiding. Hij ziet dat als een oefening in het snel

diagnostiseren van een bedrijfsprobleem. Het beantwoorden dus van de vraag: “Wat is de

oorzaak van een gesignaleerd probleem (waardoor is de prestatie van het systeem niet conform

de verwachting)? ” Hij trekt de parallel met de opleiding tot arts. Eerst een wetenschappelijke

opleiding tot arts maar voordat je je mag vestigen als ‘behandelend’ arts moet je ook leren een

diagnose te stellen en een effectieve therapie te kiezen. Het uitvoeren van Quick-Scans bij

bedrijven door cursisten zou een goed middel kunnen zijn om die laatste vaardigheden te

trainen. De logistiek manager van de toekomst is volgens hem meer gebaat bij het vermogen tot

snelle diagnose dan ‘het onderbouwd hebben van een felle ontwerpdrift’.

Verder stelt hij dat, indien het lukt dit instrumentarium uit te bouwen, het in de toekomst

mogelijk moet zijn om de Quick-Scan uit te bouwen tot een product dat op de markt gevraagd

wordt en dan kan helpen een dekking te leveren voor de kosten van de opleiding. Hij beschikt

over een vooruitziende blik want het concept Quick-Scan blijkt in de jaren daarna zeer

succesvol zowel voor onze cursisten als voor bedrijven. Latere verfijningen in het concept

dragen daaraan zeker bij. De docentenraad besluit om iedere cursist minstens twee Quick-Scans

te laten uitvoeren.

Jammer genoeg legt Veldkamp hier zelf niet de link tussen de Quick-Scan en het door hem

opgestelde Ishikawa-diagram maar het is voor mij in ieder geval duidelijk dat dat diagram van

grote waarde had kunnen zijn bij het diagnostiseren van problemen. Ik schrijf hier bewust ‘had’

Page 27: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

15

omdat ik later, als programmamanager, het Ishikawa-diagram niet meer terugzag als instrument

bij de Quick-Scan. Het zogenaamde ‘cause-effect-schema’, dat in de kern ook beoogt om een

probleem gestructureerd in kaart te brengen, wordt daarin wel gehanteerd maar dat is enkel een

(lege) schematechniek terwijl in het door Veldkamp voorgestelde diagram heel veel

gecondenseerde kennis ligt opgeslagen.

Indien ik kennis had gehad van deze voorgeschiedenis toen ik in oktober 1995 programma-

manager werd, dan zou ik binnen de opleiding waarschijnlijk meer gebruik hebben gemaakt van

het ‘gevulde’Ishikawa-diagram in relatie tot het diagnostiseren van logistieke problemen.

2.2 De rol van Will als blokdocent binnen de ontwerpersopleiding Uit de opleidingswerkgroep zien we de Docentenraad ontstaan waarin de docenten zitting

hebben die de verschillende ‘blokken’ van de opleiding coördineren. We komen dan de naam

van Will Bertrand tegen als blokdocent van blok G. In september 1986 komt blok G , ook wel

het ‘integratieblok’ genoemd, voor het eerst mondeling en inhoudelijk aan de orde in de

Opleidingswerkgroep, schriftelijke uitwerking moet dan nog volgen. Het gaat dan om cases,

stages, groeps- en de ontwerpopdracht. In zijn brief van 1 oktober 1986 zet Will uiteen hoe hij

het betreffende blok G wil opzetten. Belangrijkste elementen zijn: gemeenschappelijke

begrippen afspreken (o.a. gebaseerd op de APICS-dictionary), verwijzing naar dezelfde

praktijkproblemen en het ontwikkelen van een gemeenschappelijke visie op de structuur van

logistieke beheersingssystemen bij de verschillende docenten. Veel later hoor ik dezelfde

aspecten weer terugkomen in discussies binnen de capaciteitsgroep als het over het steeds

terugkerende onderwerp ‘ontwerpen’ gaat.

Het gaat te ver om hier de gehele structuur van de ontwerpersopleiding te beschrijven maar ik

maak een uitzondering voor het gedeelte dat altijd de warme belangstelling van Will had en

waar volgens mij ook zijn hart lag. Dat was het praktijkgedeelte waarin het echte ontwerpen een

belangrijke rol speelt en waarin de cursist moet laten zien dat hij het vak beheerst (het hiervoor

genoemde blok G). Een blok dat zeer gewaardeerd wordt door de cursisten omdat ze het gevoel

hebben dat het daar uiteindelijk allemaal om draait. Binnen dit blok moeten ze logistieke

problemen binnen bedrijven oplossen en dus kunnen ze daar het ontwerpen oefenen en in de

praktijk brengen. Het blok bestaat dan uit een aantal componenten die cursisten in groeps-

verband uitvoeren en een individuele component. In groepsverband wordt tweemaal een Quick-

Scan uitgevoerd bij een bedrijf met een logistieke vraagstelling. De daarbij gebruikte Methode

Quick-Scan geniet ruime bekendheid en met twee groepen wordt parallel en in competitie aan

een project gewerkt. Daarbij gaat het er altijd fanatiek aan toe en wordt ‘bedrijfsspionnage’ niet

geschuwd. Het project wordt in deeltijd uitgevoerd. Beide groepen presenteren hun ‘oplossing’

aan de opdrachtgever en er wordt een groep aangewezen die het ‘het beste’ heeft gedaan. Het

‘beste’ betekent in dit verband de ‘beste’ oplossing passend bij dit specifieke bedrijf en gemeten

Page 28: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

16

naar de stand van de wetenschap. Ook de presentatie, rapportage en overtuigingskracht van de

groep speelt een belangrijke rol.

In 1993 worden de eisen die gesteld moeten worden aan het uitvoeren van de ‘ontwerpopdracht’

nog eens onder de loep genomen. De indruk bestaat dat cursisten te weinig van de methoden en

technieken, die ze geleerd hebben tijdens hun opleiding, gebruiken bij het (her)ontwerpen. De

‘wetenschappelijke’ benadering bij het ontwerpen komt te weinig aan bod. Op 29 november

1994 presenteert Will als blokdocent de checklist “Methoden en technieken NADO-Logistiek”,

welke checklist vanaf dat moment een belangrijke rol speelt bij alle praktijkcomponenten.

In de jaren 1996 en daarna komt als ‘groepscomponent’ het Global Supply Chain Project erbij

onder leiding van Jan Fransoo. Ook dit project wordt in deeltijd uitgevoerd in samenwerking

met studenten en prof. Hau Lee van de Stanford University in de Verenigde Staten en heeft een

doorlooptijd van ongeveer 3 maanden. Daarbij komt een groep studenten van Stanford een week

naar Eindhoven om te werken aan een probleemstelling bij een bedrijf. Daarna gaan zij terug en

wordt binnen de eigen universiteiten en eventueel bij bedrijven in de Verenigde Staten en

Europa gedurende ruim 2 maanden gewerkt aan de vraagstelling. Ter afronding gaan de

cursisten uit Eindhoven een week naar Stanford University om samen met de studenten daar het

project te presenteren en af te ronden. Meestal kunnen ze er dan nog een weekje vakantie aan

vastknopen. Al met al een zeer populair onderdeel van de opleiding waarbij de cursisten leren

om met Amerikaanse studenten samen te werken die een werkbenadering hebben die je zou

kunnen karakteriseren als deadline driven in tegenstelling tot de planning driven benadering die

in Eindhoven meer gebruikelijk is. Daarnaast leren ze om met moderne communicatiemiddelen

om te gaan waaronder uiteraard e-mail maar ook met video-conferencing dat op dat moment

nog niet zo gebruikelijk is. Ook de tijdsverschillen leiden tot een aparte dynamiek en heeft tot

gevolg dat er binnen de opleiding op tijden gewerkt wordt die niet ‘gebruikelijk’ zijn binnen de

faculteit.

De ‘individuele’ component bestaat dan uit een Logistics Design Project (eindproject) van

ongeveer 6 maanden waarbij de cursist, binnen een bedrijf, door het diagnostiseren en oplossen

van een logistiek probleem (door het maken van een geschikt herontwerp) moet aantonen dat hij

het logistiek ontwerpen beheerst. Het bedrijf moet hiervoor een substantieel bedrag betalen aan

de opleiding. De cursist wordt gedurende die periode fulltime gedetacheerd bij het bedrijf. Het

voordeel van het laten betalen door het bedrijf is dat daardoor echte problemen worden

gedefinieerd, dat het bedrijf er een zekere urgentie aan toekent en dat er een resultaats-

verplichting ontstaat voor de opleiding (zoals bij consultancy). Dit stelt daardoor ook zware

eisen aan de begeleiders van deze projecten. De begeleiders komen dan ook uit een

geselecteerde groep docenten met ontwerpervaring.

Zoals ik al schreef ligt Will´s hart bij deze ontwerpcomponenten en hij houdt als blokdocent de

touwtjes hierbij stevig in handen om de kwaliteit te kunnen bewaken. Dit doet hij o.a. door alle

Page 29: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

17

opdrachtomschrijvingen zelf te beoordelen op voldoende ontwerpgerichtheid en -inhoud.

Daarnaast door de docenten te selecteren die gekwalificeerd worden geacht om eindprojecten te

kunnen begeleiden. In de loop der jaren wordt dat wel een steeds groter probleem. Er zijn steeds

minder docenten (medewerkers) die ontwerpgericht zijn en/of ontwerpervaring hebben. Selectie

van medewerkers door de universiteit geschiedt gaandeweg steeds meer op onderzoeks-

kwaliteiten.

3. De rol van Will als directeur van de ontwerpersopleiding Van 20 juni 1991 tot 2 juni 1999 en van 15 december 2000 tot 1 maart 2002 was Will directeur

van de opleiding. Als programmamanager van oktober 1995 tot november 2007 werkte ik

gedurende die periode nauw met hem samen.

In de eerste jaren van de opleiding neemt de instroom geleidelijk toe. Een top wordt bereikt in

1993 wanneer een kleine 40 nieuwe cursisten instromen. Dit betekent dat er ultimo 1993

ongeveer 70 cursisten in totaal zijn waarvan er ongeveer 15 in bedrijven bezig zijn met hun

eindopdracht. De cursisten spreken hun zorg uit over de gevolgen voor de kwaliteit van hun

opleiding bij dit grote aantal. Er wordt beweerd dat het grote aantal zou samenhangen met de

geplande opschorting van de dienstplicht per 1 mei 1997. Vanaf augustus 1996 zouden al geen

dienstplichtigen meer worden opgeroepen. Door na hun universitaire opleiding nog een

ontwerpersopleiding van 2 jaar te volgen zouden cursisten kunnen voorkomen dat ze de

dienstplicht moeten vervullen. Vanaf 1994 neemt de instroom weer geleidelijk af. We gaan dan

richting hoogconjunctuur met een afnemende instroom van Nederlandse cursisten en wat later

een toename van cursisten uit Oost-Europa en het Verre-Oosten.

In oktober 1995 word ik programmamanager van de opleiding. Will laat er als directeur geen

gras over groeien en op 2 januari 1996 schrijft hij mij een brief waarin hij stelt dat het ‘tijd is om

eens na te denken over een aangepaste opzet van de NADO-Logistiek opleiding’. Hij wil

daarvoor een werkgroep opstarten die zich bezighoudt met de volgende 2 aspecten.

De studieduren van technische opleidingen zijn weer op het niveau van 5 jaar gebracht en het is

de vraag hoe de aansluiting van de doctorale op de postdoctorale opleiding het beste vorm kan

worden gegeven (bijv. een gedeeltelijke ‘indaling’ van de ontwerpersopleiding in de initiële

(ingenieurs)opleiding. Door deze ‘indaling’ zou mogelijk tijdwinst te behalen zijn. Misschien

zijn daarover afspraken te maken met de belangrijkste toeleverende faculteiten. Als gevolg van

het feit dat in de jaren daarna de Nederlandse instroom voor een groot deel ‘opdroogt’ en de

instroom dus vooral uit het buitenland komt, heeft het weinig zin meer om die ideeën nader uit

te werken.

Page 30: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

18

Een tweede reden voor een mogelijke herprogrammering zijn de resultaten van een evaluatie die

gehouden is onder afgestudeerden en aanwijzingen gegeven door de Raad van Advies.

De herprogrammeringscommissie komt begin 1997, samen met de docentenraad, tot de

conclusie dat geen grote veranderingen nodig zijn en dat alleen wat kleine wijzigingen en

aanpassingen zullen worden doorgevoerd. Zo zal onderzocht worden of er meer ontwerp-

mogelijkheden in de opleiding kunnen komen en wat meer technologie. In de vergadering van

de docentenraad van 12 juni 1997 brengt de commissie onder leiding van Will haar eindrapport

uit. Door de commissie is het gehele programma geherwaardeerd door middel van een zo goed

mogelijke schatting van belastingsuren. Daarbij wordt ook de ‘homogeniseringsfase’ terug-

gebracht ten gunste van de ‘cursorische fase’. Vervolgens worden een aantal kleine

aanpassingen voorgesteld voor een aantal vakken maar de grote aanpassingen vinden plaats bij

het ‘ontwerponderwijs’. Na een aanpassing naar aanleiding van opmerkingen van de Adviesraad

wordt het reeds eerder genoemde Global Supply Chain Project officieel ingevoerd met een

studiebelasting van 150 uren. De belasting voor de twee Quick-Scans wordt verhoogd van 200

uren tot 300 uren totaal en het Logistics Design Project wordt van 800 uren uitgebreid naar 900

uren. Met genoemde verschuivingen en uitbreidingen kan worden tegemoetgekomen aan reeds

eerder geuite wensen van het Stan Ackermans Instituut en van de Certificatiecommissie van het

KIVI. Naast deze uitbreidingen wordt ook een vak ingevoerd voor het ontwikkelen van sociale

en communicatieve vaardigheden (professional development). Met name door de toename van

buitenlandse cursisten ontstaat hieraan steeds meer behoefte. Deze cursisten blijken op dit

gebied toch minder vaardig dan de Nederlandse cursisten en ze moeten toch worden voorbereid

op een arbeidsplaats in een Nederlands of ander westers bedrijf waar op dit punt hoge eisen aan

hen zullen worden gesteld.

Medio 1998 wordt door de docentenraad, mede op verzoek van een voor de opleiding relevant

deel van het bedrijfsleven, besloten om de opleiding vanaf 1 december daaropvolgend geheel in

de Engelse taal te gaan aanbieden. Een bijkomend voordeel is dat dan ook buitenlandse

cursisten gemakkelijker kunnen instromen. Tot dat moment moeten zij eerst de |Nederlandse

taal machtig worden om in staat te zijn de Nederlandstalige colleges te volgen en te kunnen

participeren in de projecten. Uiteraard heeft dit besluit grote gevolgen. Zo moet al het materiaal

vertaald worden en kan voor het ‘homologatieprogramma’ geen gebruik meer worden gemaakt

van vakken uit de predoctorale fase(s) van de opleiding(en). Extra kosten zijn dus het gevolg.

Halverwege 1998 is de instroom van Nederlandse cursisten zodanig teruggelopen dat wordt

besloten om een communicatiebureau in te schakelen om een marktonderzoek te doen en de

wervingsactiviteiten te verbeteren. Tot dat moment geschiedt de werving centraal door het

overkoepelende Stan Ackermans Instituut en we vragen ons af of we de werving niet beter zelf

ter hand kunnen nemen. Bij de presentatie aan de docentenraad van de derde fase van dit project

op 2 juni 1999, komt ook de naam van de opleiding ter sprake. Men besluit om de naam

Page 31: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

19

‘Ontwerpersopleiding Logistieke Besturingssystemen’ te wijzigen in de volgens sommigen meer

aansprekende naam ‘International Program in Logistics Management Systems’. Dit verloopt

niet zonder discussie want de voorgestelde benaming ‘International Logistics Management’

vindt geen genade in de ogen van voorzitter Will. De opleiding gaat immers niet over

international logistics en het is ook geen opleiding op het gebied van logistics management. De

nieuwe naam moet dus met ‘aandacht’ worden gelezen.

Aan het einde van de vergadering van 2 juni 1999 draagt Will de voorzittershamer die hij 8 jaar

heeft gehanteerd, over aan Peter van Laarhoven. Ongeveer 1,5 jaar later krijgt hij hem weer

terug voor een interimperiode van ruim 1 jaar.

Vlak voordat Will de voorzittershamer weer opneemt wordt nog een belangrijke structurele

wijziging in de organisatie van het programma doorgevoerd. Tot medio 2000 heeft de opleiding

een jaarindeling met 3 trimesters en een zomerperiode waarin ook cursussen worden gepland.

Door de daarin vallende zomervakantie is die studieperiode veel korter. Bij 3 instroomtijd-

stippen per jaar leidt dat tot veel planningtechnische problemen. Besloten wordt om het jaar in

te delen in 4 periodes die inclusief vakantiedagen, een deel van de ADV-dagen en de feest-

dagen, evenveel werkdagen bevatten zodat een gelijkmatige werkverdeling ontstaat. De

overgang van het ene naar het andere systeem brengt uiteraard de nodige problemen met zich

mee, maar na invoering ontstaat veel meer rust in het programma.

In december 2000 neemt Will de voorzittershamer weer op. Door de lagere instroom zijn ook

begrotingsproblemen ontstaan en tegelijkertijd speelt de discussie of en hoe de opleiding moet

reageren op de invoering van de Bachelor/Master-structuur in de eerste fase-opleidingen. In

eerste instantie wordt door het management van de opleiding gedacht aan het voortzetten van de

ontwerpersopleiding als een masteropleiding in de logistiek voor excellente studenten. De

overheid heeft in haar notitie van 13 november 2000: “NAAR EEN OPEN HOGER

ONDERWIJS” die mogelijkheid geopend. Groot voordeel zou zijn dat de financiering via de

eerste geldstroom gaat en studenten onder het stelsel van studiefinanciering vallen waardoor

geen salaris meer betaald hoeft te worden. Selectie van studenten blijft mogelijk. Het College

van Bestuur blijkt nog niet toe te zijn aan masteropleidingen voor excellente studenten. Men is

bang voor een devaluatie van de ‘gewone’ masteropleidingen.

Als uitvloeisel van de discussie met het faculteitsbestuur hierover blijkt dat de gedachte leeft dat

er misschien behoefte is aan een postdoctorale (parttime) opleiding op het gebied van Logistics

Management Systems (MBA-achtig) gericht op academici en HBO-opgeleiden met een

technische of bedrijfseconomische achtergrond en met een aantal jaren relevante bedrijfs-

ervaring. Het opleidingsmanagement werkt gedachten hierover verder uit. Deze opleiding zou

dan buiten de eerste fase-opleiding en buiten de ontwerpersopleiding gestalte moeten krijgen.

Doordat het faculteitsbestuur geen duidelijk standpunt inneemt over deze voorstellen komt ook

dat niet van de grond.

Page 32: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

20

Eind 2001 wordt het echter spannend voor de ontwerpersopleidingen en voor LMS in het

bijzonder. De TU/e is financieel gezien in zwaar weer terechtgekomen. De LMS-begroting voor

2002 wordt door het overkoepelende SAI niet goedgekeurd met als voornaamste reden de

dalende instroom en het daardoor optredende financiële tekort. Ook wordt bekend dat het

College van Bestuur op een eerdere toewijzing van gelden aan het SAI nog 1 miljoen gulden

gekort heeft (2001 is het laatste jaar van deze vertrouwde munteenheid). Ook heeft het College

aan een commissie opdracht gegeven om een advies aan haar uit te brengen over de gewenste

toekomst van het SAI en de ontwerpersopleidingen. In een gesprek op 14 januari 2002 tussen

directie SAI, directie LMS, afvaardiging faculteitsbestuur en afvaardiging College van Bestuur

proberen we duidelijk te maken dat LMS nog steeds een goede toekomst heeft en ook in een

behoefte voorziet. LMS moet zich dan wel duidelijker gaan richten op een buitenlandse

instroom (Oost-Europa en Azië). Dit betekent wel een andere werving en selectie, een

herstructurering van het programma en intensievere begeleiding gezien de optredende

cultuurverschillen. Op 15 januari vindt een overleg plaats tussen de Rector Magnificus, directie

SAI en leden van de commissie herstructurering. Uit informatie blijkt dat men conform het

advies van de commissie het aantal ontwerpersopleidingen van het SAI van 10 naar 5 wil

terugbrengen. De opleiding LMS is daar niet bij. Het dreigt fout af te lopen voor LMS. Echter

door goede interne contacten en een informeel overleg tussen faculteitsbestuur en Rector

Magnificus wordt besloten dat LMS doorgaat met daarbij een herprogrammering en dat de

opleiding zich gaat richten op een grotere instroom vanuit het buitenland. Op 11 februari, twee

weken voordat Will de voorzittershamer voor de tweede keer overdraagt, horen we dat de

doorstart ook is gehonoreerd door de directie SAI, de commissie herstructurering en het

faculteitsbestuur. Dit laatste is nodig omdat onderdeel van de plannen ook blijkt te zijn dat de

ontwerpersopleidingen ondergebracht worden bij de penvoerende faculteiten waarbij de Rector

Magnificus beleidsmatig verantwoordelijk blijft. Dit houdt echter in dat de financiële en

personele verantwoordelijkheid voor de opleidingen geheel bij de desbetreffende penvoerende

faculteit komt te liggen. Het SAI wordt als aparte beheerseenheid binnen de TU/e opgeheven en

wordt omgevormd tot een klein staf- en dienstenbureau voor het College van Bestuur.

Het onderbrengen van de opleidingen bij de desbetreffende faculteiten zal, naar later blijkt,

grote consequenties hebben. De centrale regie over de opleidingen komt te vervallen en de

faculteiten kunnen nu zelfstandig beslissingen nemen over het eventuele voortbestaan van een

opleiding. Verder kunnen zij eisen stellen aan de wijze waarop aan de inhoud wordt

vormgegeven.

Ik denk dat het een gelukkig moment voor Will was om de voorzittershamer op 1 maart 2002

over te dragen aan Nico Dellaert. De richting die daarna met de opleiding wordt ingezet onder

invloed van eisen gesteld door het faculteitsbestuur zullen hem niet met vreugde vervullen. Om

tegemoet te komen aan de financiële eisen van de faculteit moet steeds meer gebruik gemaakt

Page 33: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

21

worden van vakken uit de reguliere masteropleiding en het specifieke karakter gaat dus een

beetje verloren.

Ik wil daar niet verder op ingaan want dit verhaal gaat over de periode Will Bertrand en die

eindigt hier. Het vervolg van het verhaal mag iemand anders schrijven in een volgend Liber

Amicorum.

Nogmaals benadruk ik dat ik niet heb geprobeerd de volledige geschiedenis van LMS in deze

periode te beschrijven. Ik heb de onderwerpen gekozen waarvan ik dacht dat ze belangrijk

waren en waarbij Will een leidende en bepalende rol heeft gespeeld.

4. Enkele persoonlijke herinneringen Zoals in de eerste paragraaf beschreven ‘ken’ ik Will inmiddels zo’n 40 jaren, waarvan de

laatste 21 jaren een stukje beter als collega. Zowel als lid van zijn capaciteitsgroep als in mijn

rol als programmamanager van de ontwerpersopleiding heb ik met veel plezier met hem

samengewerkt. We hadden vaak dezelfde mening over bepaalde onderwerpen maar soms ook

niet. Dat leverde altijd aardige discussies op tijdens de bekende koffie- en theepauzes. Het was

mijn gewoonte om hem en andere leden van de groep ’s morgens en ’s middags uit hun kamer te

halen voor de gezamenlijke koffie of thee. Enerzijds omdat ik het belangrijk vond dat mensen

zich niet de gehele dag in hun kamer achter de computer opsloten maar er was ook een meer

persoonlijke reden. Ik zat in een andere gang tussen buitenlandse cursisten en moest daar de

gehele dag Engels (of Dunglish zo u wilt) spreken en soms onnavolgbaar Engels aanhoren en

dan had ik af en toe behoefte om weer even gewoon Nederlands te kunnen spreken met

collega’s en over onderwerpen te kunnen praten die me interesseerden. In die gesprekken met

Will en de andere collega’s bespraken we ‘de toestand in de wereld’ en trachtten we ook

oplossingen te bedenken voor de wereldproblemen. De laatste jaren kregen wij als duo de

bijnaam ‘grumpy old men’ omdat we nogal eens discussieerden over de achteruitgang van het

onderwijs of misschien beter gezegd het dalende niveau van de instromende studenten aan de

universiteit en uiteraard ook omdat we tot de oudere generatie behoorden. Het doet me deugd

om te zien dat allerlei belangengroeperingen en ook de overheid tot ditzelfde inzicht is gekomen

en probeert daaraan iets te veranderen. Een zaak van lange adem.

Onze samenwerking binnen de ontwerpersopleiding was ook erg plezierig. Samen met Stance

van Woensel als secretaresse kon ik in grote zelfstandigheid de opleiding managen. We

vormden de ‘vader en moeder’ van de opleiding. Opbloeiende liefdes, liefdesverdriet,

huwelijken en ruzies, dat kwam allemaal voor. Ook werden we geconfronteerd met heimwee,

huisvestingsproblemen enz. Stance was fantastisch in het oplossen van deze zaken en ze hoorde

Page 34: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

22

ook altijd als er iets aan de hand was. Wat betreft de opleiding zelf probeerden we zaken zoveel

mogelijk zelf te regelen en we betrokken Will er pas bij als het echt niet anders kon. Hij kon dat

zeker waarderen.

Samen met Will en meestal ook nog een derde persoon heb ik vele sollicitatiegesprekken

gevoerd met mogelijke cursisten. Daarbij keken we naar vooropleiding, intellectuele

capaciteiten maar we probeerden ook in te schatten hoe die persoon het later mogelijk zou doen

in het bedrijfsleven. Will en ik waren het daarbij opvallend vaak met elkaar eens. Ik denk wel

eens dat we dat helemaal niet slecht deden hoewel we ook vergissingen hebben gemaakt. Veel

van onze afgestudeerden kwamen snel aan een baan en ook vrij snel op hoge posities in het

bedrijfsleven terecht.

Terugkijkend kan ik zeggen dat ik met heel veel plezier met Will heb samengewerkt, zowel in

de capaciteitsgroep als binnen de ontwerpersopleiding.

Één uitspraak van Will zal ik nooit vergeten toen ik me weer eens druk maakte over iets dat niet

goed ging maar waaraan ik toch niets kon veranderen. Hij zei toen: “Aan een dood paard moet

je niet trekken”. En zo is het maar net.

Hartelijk bedankt Will voor de jarenlange fijne samenwerking en vooral voor je troostende

schouder toen ik 4 jaar geleden een persoonlijk drama meemaakte. Je toonde je persoonlijke

betrokkenheid en dat heeft me ontzettend veel goed gedaan.

Ik hoop dat de komende periode voor jou heel fijn zal zijn en dat je er in goede gezondheid van

mag genieten. ’ Er zijn nog genoeg paden om te bewandelen’.

Het ga je goed.

Twan Geenen.

Page 35: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

23

DE PROCESONTWIKKELING VAN DE KLM

IN DE AFGELOPEN 12 JAAR

P.N. Bos

Inleiding

Twaalf jaar geleden kreeg ik van onze huidige president directeur, drs. ing. Hartman, de unieke

kans het hoofdproces van de KLM met alle operationele en commerciële afdelingen opnieuw te

structureren (sectie 1) en startte de samenwerking met prof. Bertrand. We konden de

gezamenlijke taal en werkmethodiek opnieuw opzetten en ontwikkelen, ten einde zo de

voortdurende ontwikkeling van de airline te faciliteren (sectie 2). Nu, ruim tien jaar later, is dit

nog steeds de methodiek, maar ook die vraagt voortdurend om onderhoud. Met mijn vertrek

naar de divisie grondafhandeling kregen we de gelegenheid de visie daar te herzien in een die

aansloot bij de net op ondernemingsniveau ontwikkelde visie (sectie 3) en in de jaren die

volgden hebben we de noeste arbeid verricht om de werkelijkheid en het model van de aircraft

flow naar elkaar toe te brengen en te vervolmaken (sectie 4). In dat proces hebben we een aantal

enthousiaste medewerkers en studenten aan onze zijde gekregen. Voor alle betrokken

uitvoerende afdelingen viel het niet altijd mee want de IT ontwikkeling ging met horten en

stoten. Maar eind goed al goed: het komende half jaar volgt de afronding.

Met de verdere ontwikkelingen is er nog een perspectief voor jaren: de completering van de

aircraft flow, het concept van grondtijdmanagement, waar supporters voor zijn, en in de

”verbreding” het concept van “real time hub”, dat in het MT van de Hub is ontwikkeld (sectie

5). Ten slotte komen we in sectie 6 terug op de diverse rollen die prof. Bertrand in de afgelopen

jaren bij de KLM heeft gespeeld.

1. Het Programma Operationele Integriteit

1.1. Het programma In het programma Hub in Transfer werd het belangrijke besluit genomen om een apart Hub

controle Centrum ( HCC) te starten. Dit besluit was een uitgangspunt voor de oprichting van het

Page 36: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

24

OCC. De besturing van de hub bleef geografisch en organisatorisch gescheiden van de besturing

van het netwerk.

Aan de oprichting van het Operationeel Controle Centrum (OCC) in de periode 1997 tot 1999,

ging een lange voorbereiding vooraf. Alle functies/bloedgroepen die een besturende rol hadden

op de dag van uitvoering in het wereldwijde netwerk gingen bij elkaar in een gebouw. Dit

gebouw werd er speciaal voor neergezet en ontworpen. Perioden van gezamenlijke training

namen veel tijd in beslag voordat de fysieke inhuizing plaatsvond.

Om het OCC goed te verankeren in het voorbereidingsproces van de operatie, werd er besloten

tot de start van het Programma Operationele Integriteit.

Dit moest zekerstellen dat de uitvoering startte met een haalbaar plan dat gebaseerd was op een

goed doordacht netwerkontwerp en een haalbaar serviceproces.

Deze twee, bij een airline voortdurend veranderende processen, gaan steeds door, maar moeten

twee maal per jaar een uitvoerbaar plan opleveren met de laatste goedgekeurde ideeën op het

gebied van netwerk en service. Het besluitvormingsproces voor beide processen was gescheiden

en een integraal besluitvormend circuit was hard nodig om de spanning tussen plan en

uitvoering weg te nemen en de benodigde veranderingen in netwerkontwikkeling en

serviceontwerp op gang te houden.

Dit herontwerp heeft voor een deel parallel met en voor een deel na de oprichting van het OCC

plaatsgevonden.

De oplossing bestond uit de verdeling van het hoofdproces van de onderneming in een aantal

fasen: strategisch, tactisch en operationeel(zie Fig.1). In de strategische fase, met een horizon

tussen 10 en 1 jaar, maakt de directie een match tussen wat zij in commercieel opzicht nodig

acht en wat operationeel en financieel haalbaar is.

In de tactische fase bepalen netwerk en service hun doelen en maken de match met operationele

haalbaarheid. Deze fase loopt van een jaar vooruit tot drie maanden voor de dag van uitvoering.

In de operationele fase, van drie maanden voor tot kort na de dag van uitvoering, zorgt het OCC

ten slotte dat de fit tussen wat commercie wilde en wat operationeel kon, in takt blijft.

In deze operationele fase blijven bescheiden bijstellingen van de plannen onderdeel uitmaken

van de werkelijkheid. De zomer en de winterdienstregeling werden beiden in tweeën gedeeld

om wijzigingen te vergemakkelijken en werden Operationele Plannen (OP) genoemd.

Page 37: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

25

Figuur 1.

Bovendien werd er een scheiding gemaakt tussen “Wat” er moest gebeuren in opdracht van de

verschillende commerciële afdelingen, de functionele specificatie, en “Hoe” het uitgevoerd

moest worden door een groot aantal operationele afdelingen, de technische specificatie. Dit

leidde tot een heldere scheiding der verantwoordelijkheden en schiep ruimte aan de operationele

kant om de mogelijkheid van kostenverlaging te vergroten.

Er ontbrak in deze veranderingen nog een mechanisme om de tactische fase en operationele fase

vorm te geven. Om bij te dragen aan het ontwerp hiervan legde Prof. Bertrand zijn auditrol en

bespiegelende rol, die hij tot nu toe in het redesign had gehad, af en ging een actieve rol spelen

in het herontwerp zelf.

1.2. De ontwerpen In de marge van bovengenoemde veranderingen werkten wij ook aan praktisch redesign werk.

Demand

Matching

Supply

Delivery Evaluation

Integrate Supply

Schedule planning Adjustments Execution Evaluation

Development / Acceptance

Planning / Preparation

Process Control

Matching

Staying Matched

Specify Demand

Integrate Demand

Specify Supply

Demand Management

Ope

ratio

nal P

lan

Con

trac

t

Operational Plan Management & Control (including flexibility)

Perf

orm

ance

Mea

sure

men

t / E

valu

atio

n Market

Strategy

Operations

Strategy

Matching

Strategic Operational Tactical

3 months

1 year

10 years

Day-of-delivery

Page 38: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

26

1.2.1. Tijdens het onderzoek naar de oorzaken van het slecht functioneren van het Europese

vliegnetwerk, bleek er geen verband te zijn tussen de gehanteerde vliegtijdnormen en de

gerealiseerde vliegtijden.

De afdelingen OCC en Netwerk namen samen een LMS student in dienst, om begeleid door

Prof. Bertrand te komen tot een elegant Ontwerp van een planningsmethodiek voor de KLM

dienstregeling. Dit heeft, als ik mij goed herinner, ook de tweede prijs van het Stan Ackermans

instituut (ontwerpersopleidingen) gewonnen.

1.2.2. In het OCC was er bovendien een een probleem met het bepalen van de hoeveelheid

reservecapaciteit. Een andere LMS student heeft daarom gewerkt aan een methodiek voor de

bepaling van de tijdbuffers en reservecapaciteit die aanwezig moeten zijn om onder normale

omstandigheden verstoringen op te kunnen vangen, zodat deze niet blijvend doorwerken in de

rest van de dienstregeling.

De twee ontwikkelde tools zijn zowel bruikbaar bij het ontwerp, de acceptatie, als de bijstelling

van de dienstregeling.

2. Het Building Block project

De aanleiding voor het project was de introductie van duidelijke verantwoordelijkheden bij de

uitvoerende en commerciële partijen en een verzakelijking op het raakvlak tussen beide hier

bovengenoemde partijen. Door de uitwerking van de wat/hoe scheiding moest de aansturing van

de commerciële afdelingen naar de uitvoerende divisies eenduidiger worden. Daarnaast werden

de processen als te complex en niet transparant ervaren en was er geen sprake van

procesverantwoordelijkheden en, niet onbelangrijk, waren de kosten onvoldoende beheerst.

In de zomer van 1999 is het Building Block en Compositie Regel concept geïntroduceerd en in

het najaar is een feasibility study uitgevoerd. Eind 1999 is een projectgroep uit alle diensten van

de KLM gestart. Ik was daarin projectleider en prof. Bertrand zat in een adviesrol en steunde het

programma met zijn autoriteit.

Zomer 2000 is de introductie ervan in de uitvoering geweest, terwijl in de tussenliggende

periode een aantal workshops zijn geweest met het MTR (Management Team Rederij). Het

MTR trad op als opdrachtgever.

Page 39: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

27

Figuur 2

Het uitvoerend proces van de KLM is in 7 stukken geknipt om daar de bouwstenen (Building

Blocks) van te maken voor een dienstregeling (MPS) van de KLM. Deze opdeling is te vinden

in Figuur 2 (PAX = passagierstroom; BAX = bagagestroom).

Blok één representeert links de aankomende vlucht en rechts de vertrekkende vlucht.

Blok twee en vier staan voor het leegmaken van het vliegtuig na aankomst resp. klaarmaken van

het vliegtuig voor vertrek. Blok drie staat voor toestel staat in onderhoud,staat reserve of wacht

op een volgende taak ergens op het vliegveld.

Vijf, zes en zeven zijn de stromen passagiers en koffers gerelateerd aan resp. overstappen,

arriveren of vertrekken. De overstappende stroom is bij de KLM 70% van de passagiers. Met

deze zeven blokken (BB) en een aantal compositieregels (CR) kan er een zogenaamd Master

Productie Schedule gemaakt worden.

Van belang daarbij is uiteraard de mogelijkheid om snel en efficiënt te komen tot de vaststelling

van het optimale MPS (zie Fig. 3) vanuit een catalogus van integraal en gestructureerd

ontwikkelde BB’s en CR’s, waarbij het bijbehorend OP betrouwbaar en efficiënt kan worden

gerealiseerd door de CSP’s (uitvoerende divisies).

1 = flight

2 = arriving aircraft

3 la o er aircraft

= pax/bax

= aircraft

1 1 2

3

4

5

6 7

= pax/bax

= aircraft

1 1 2

3

4

5

6 7

Page 40: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

28

Figuur 3

Teneinde de business control te verbeteren, kent de tactische fase zes doelstellingen:

Kostenbeheersing

Heldere interface tussen commercie en operatie

Een verantwoordelijke per processtap

Een transparant en efficiënt produktontwikkelingsproces

Een helder en efficiënt opgezet MPS/OP

Een integer en reproduceerbaar uitvoeringsproces.

Deze doelen zijn in een leerproces met de hele organisatie langzaam op zijn plaats gekomen en

er is een hele organisatie opgebouwd om er dagelijks mee om te gaan. Er zijn eigenaren van de

procesbouwstenen (Building Blocks), die tevens voorzitter zijn van een assemblageteam waarin

de ontwikkelingen in de BB werden afgestemd. Er zijn performance meetings voor de

dagelijkse operationele prestaties.

In deze fase heeft prof. Bertrand de relatie gelegd met de NS en die hebben we twee keer

bezocht om ervaringen uit te wisselen.

3. De hub Schiphol

3.1. Visie op de hub Schiphol Ik ben begin 2001 naar de hub, de divisie grondafhandeling, gegaan en heb het inleerproces van

het BBCR concept overgedragen aan mijn opvolger en Prof. Bertrand heeft ook hem begeleid

BB ontwikkeling

CR ontwikkeling

catalogus

MPS ontwikkeling

OP

Regie MTR

Service

Network

T ffi flow

BB/CR worden vastgesteld BB/CR staan vast

3 maanden voor dag van uitvoering

1 jaar voor dag van uitvoering

Operationele Fase

Strategiche Fase

e

Tactishe Fase

Page 41: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

29

en geadviseerd. In de jaren erna hebben we het model voor de hub ontwikkeld, vervolmaakt en

gedetailleerd.

Om de juiste blik op de ontwikkeling van de hub te krijgen en daarmee de context voor mijn

eigen bedrijfsonderdeel Aircraft Services helder te krijgen, zijn we in overleg met de

divisiedirectie met een werkgroep gestart samen met de centrale besturende afdeling op de hub,

het hub controle centrum. De conclusie van die werkgroep was dat het managen van al die

stromen passagiers en koffers vroeg om ketenmanagement van alle deelprocesstappen om die

stromen maximaal te ondersteunen. Voor het bagageproces kwamen er in die tijd revolutionaire

conclusies uit, en wel dat de afdeling die de koffers in en uit het vliegtuig haalde en de afdeling

die de koffers sorteerde onder een en dezelfde baas zouden moeten vallen om de stroom koffers

maximaal te ondersteunen en de toen heftige aansluitings problemen tussen die afdelingen op te

lossen. Door de stromen bagage en passagiers zoveel mogelijk te synchroniseren, werd

voorkomen dat koffers kwijt raakten (irrate) of dat we de passagiers gingen missen.

Figuur 4

De passagiersstroom vroeg bij aankomst oppakken en passagiers de goede weg wijzen

voorkwam problemen later in het traject. Het gaat pas echt mis als de stromen tot stilstand

komen, hetgeen we met name zien we bij de chaos die ontstaat bij slecht weer. Dus hou de

flows stromende !

Synchronisatie met betrekking tot het vliegtuig bleek gecompliceerder. Dit werd vooral

veroorzaakt door het feit dat er zeer veel verschillende partijen aan het vliegtuig werkten en er

niet gecoördineerd werd. Bovendien wordt er ook nog eens met het vliegtuig geschoven op

Schiphol: van gate naar buffer naar nog een buffer, dan naar onderhoud en daarna naar de gate

voor vertrek. Schiphol is uniek in het aantal verplaatsingen van vliegtuigen. Dit leidde tot een

enorme complexiteit aangaande de besturing van de vliegtuigstroom, en om de synchronisatie

tussen vliegtuig enerzijds en pax/baxstromen anderzijds goed te laten verlopen. De centrale

besturing werd verantwoordelijk voor het synchronisatie-mechanisme (zie Fig. 4).

aankomst transfer/lokaal vertrek

BAX Flow

A/C FlowCentrale

Besturing

PAX Flow

aankomst transfer/lokaal vertrek

BAX Flow

A/C FlowCentrale

Besturing

PAX Flow

Page 42: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

30

3.2. De ontwerpen Ondertussen deden we ook de eerste studies naar mogelijkheden om de kosten te verlagen en de

prestaties te verbeteren. In die periode hadden we geen duidelijke opvattingen over de

organisatie van het bedrijfsonderdeel. Dit bestond uit een aantal functionele afdelingen: de

sleepdienst voor het verplaatsen van vliegtuigen, de push back service voor het achteruit

drukken van vliegtuigen voor het vertrek, beiden samen een afdeling. Waterservice, toiletservice

en het rijden van los equipment rond het vliegtuig waren gecombineerd in een afdeling aqua. De

de-icing afdeling zat op dezelfde plek als aqua. De tankdienst, in bezit van een airline, en als

laatste de schoonmaak- en de cateringdiensten. Deze afdelingen gingen samen ongeveer 1,25

milj. keer per jaar naar het vliegtuig. Deels met eigen mensen en middelen, deels met mensen en

middelen uitbesteed zoals de schoonmaak maar dan wel voorzien van contractmanagers.

3.2.1. Houben (ref. 3) deed de eerste verkennende studie naar mogelijkheden voor verbetering.

Hij adviseerde, in een vroeg stadium, beter te controleren of de dienstregeling leidde tot een

voor de afdeling haalbare werkbelasting. Hij legde de eerste verbanden tussen de afdelingen en

de mogelijkheden om prioriteiten te stellen. Hij stelde voor om board supply als een functie

erbij te nemen en te combineren met schoonmaak om zo de prestaties overall te verbeteren.

Naast het beter aansturen van de push back deed hij ook suggesties voor herverdeling van de

besturing en aanbrengen van een gelaagdheid in de organisatiestructuur.

4. De Aircraft Flow

4.1. Het proces: Gereedstelling, Verplaatsing en Vluchtondersteuning In de zoektocht naar een structuur in de vliegtuig flow concentreerden we ons op de tien

processen binnen het bedrijfsonderdeel Aircraft Services (AS). Het eerste hoofdproces dat we

vonden binnen de aircraft flow was het gereedstellingsproces. Om de performance te verbeteren

werd volgens het idee van Houben het Board Supply proces van een andere KLM afdeling

overgenomen en gecombineerd met het schoonmaakproces. Daarnaast gingen we op zoek naar

nieuwe schoonmaakpartners en we betaalden hen beter. De combinatie van acties deed de

performance met een sprong stijgen. We voegden daar het halen en brengen van catering aan toe

en completeerden het met water, toilet en brandstof service en het plaatsen van los benodigd

equipment rond het vliegtuig. Het is complex maar daarmee is het toestel weer klaar voor een

volgend vertrek en de ontvangst van Pax en Bax. Om de afstemming van push-back en slepen

beter te laten verlopen werd de regie in het HCC naast die van de vliegtuigopstelplaatsen gezet.

Als volgende verbetering werd de de-icing en de push back beter aan de regie van het

Page 43: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

31

vluchtproces gekoppeld; dit werd vluchtondersteuning genoemd. Later is de Bruggendienst

overgenomen en in vluchtondersteuning geplaatst, evenals de Security aan boord welke een

onderdeel van gereedstelling is geworden. Daarmee viel gereedstelling in building block 2 en 4.

Vluchtondersteuning viel in building block 1 en was slepen het verband tussen 2, 3 en 4.

Op deze wijze geanalyseerd bestaat de Aircraft flow binnen AS uit de drie bovengenoemde

activiteiten (zie Fig. 5).

Naast AS hebben ook Passage en Bagage beiden een activiteit in de aircraft flow. Bovendien

heeft het onderhoud een activiteit en als laatste heeft het OCC het beheer van lege vliegtuigen.

Het geheel is dus een complex geheel van veel partijen.

Figuur 5

4.2. De besturing van de Aircraft flow Traditioneel wordt bij de KLM al het platform werk geregisseerd door groepen ervaren ex-

uitvoerenden die met portofoon als verbindingsmiddel en allerlei varianten van een handmatig

planbord proberen de uitvoerenden van hun functionele afdeling op het platform van vliegtuig

naar vliegtuig te sturen. Met het bovenstaande in gedachten hebben we het ambitieuze plan

opgevat om het geheel in drie fasen te automatiseren. Eerst de planborden in digitale vorm om

zetten, daarna al de teams en voertuigen eraan koppelen met hand held terminals die gestuurd

worden door de planborden, en deze na ontvangst van hun werkopdracht in verschillende

stappen de status van hun werk terug te laten melden en als derde en laatste stap de planborden

met een algoritme de indeling te laten automatiseren (zie Fig. 6). Een volgende stap zou zijn om

de digitale planborden van gereedstelling aan elkaar te koppelen en als laatste gereedstelling,

verplaatsing en vluchtondersteuning aan elkaar te koppelen. Zo zien we binnen de flow drie

besturingsniveaus om te komen tot integrale ketenaansturing, plus een niveau voor de hub als

geheel. We hebben dus vier niveaus van besturing voor de hele hub.

vlucht vluchtde-boarden, lossen boarden, laden

gereedstellen,maintenance,…

gereedstellen,maintenance,

gereed-stellen,mainte-nance,

vluchton-dersteunen

aankomst-

service

verplaatsen

verplaatsen

doors open doors closed

vlucht vluchtde-boarden, lossen boarden, laden

gereedstellen,maintenance,…

gereedstellen,maintenance,

gereed-stellen,mainte-nance,

vluchton-dersteunen

aankomst-

service

verplaatsen

verplaatsen

doors open doors closed

Page 44: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

32

Figuur 6

Eind 2004 heb ik prof. Bertrand en prof. Kroon (Erasmus in Rotterdam) gevraagd als auditor de

plannen te evalueren op haalbaarheid. Hun conclusie was positief, met de kanttekening dat het

een uiterst ambitieus plan was. Het project met al zijn organisatie en besturingsveranderingen en

de IT, zal met zijn afronding begin 2011 zes jaar geduurd hebben.

Er zijn nog twee verdere ontwikkelingen uit deze plannen gekomen en die zullen in hoofdstuk 5

aan de orde komen.

4.3. De ontwerpen

Het bovenstaande proces- en besturingsmodel werd ontwikkeld door een team binnen het

bedrijfsonderdeel ondersteund door prof. Bertrand en een zevental studenten. Daarbij werden

tevens de fundamenten gelegd voor een geavanceerd geautomatiseerd besturingsmodel dat ook

kort beschreven is. De zeven projecten waren:

4.3.1. Een vervolgstudie naar de opzet van de besturing in meerdere lagen, bij de gereedstelling,

de zeven sub processen, en bij gereedstelling en verplaatsing én het bovenliggende coördinatie

mechanisme (M. Schiebaan). Door de leiding is gekozen om slepen tot uitgangspunt te nemen

en alleen wijziging van sleeptijden aan te vragen als het schema onhaalbaar wordt.

Gedigitaliseerde regie (per AS proces) - CHIP elektronisch planbord - Mobiele datacommunicatie (MDC)

Geautomatiseerde indeling (per AS proces) - CHIP met ‘indeelautomaten’

Centrale regie voor de hoofdprocessen Verplaatsing, Gereedstelling en Vlucht-ondersteuning

- Centrale CHIP functionaliteit

Ni i i i Veranderings

Doelstellingen

• Het inzicht in de status van de processen vergroten ten behoeve van centrale besluitvorming

• Een efficiëntere regie realiseren: automatisering en integrale ketenaansturing

• Een efficiëntere uitvoering realiseren: wachttijden-vermindering

Page 45: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

33

4.3.2. Een onderzoek naar de inzet van de resources in de processen en hoe dat optimaal kan

gebeuren gegeven de onderlinge beïnvloedingsmogelijkheden tussen de processen (R. Graste).

Ook daar komt de invloedrijke rol van de sleepdienst als procesverstoorder voor catering en

tanken naar voren .

4.3.3. Onderzoek naar de relatie tussen slepen /push back en de gereedstelling en hoe een goed

schema voor de eerste ruimte biedt voot de tweede (M. Plonka). Binnen gereedstelling is

gezocht naar de maximale ruimte voor het tankproces door vroege berichtgeving en de bouw

van een simulatiemodel om het een en ander te toetsen.

4.3.4. Bouw, gebruikmakend van het Fleischmann algorithme, van een optimalisatie tool, met

vier sleepstrategien en zes planninghorizonten (Koray Hakan). Een halvering van het aantal

vertragingen lijkt mogelijk. Daarnaast lijkt de EBA-R de beste planning horizon.

4.3.5. Een buiten model probleem: Wat gaat er mis in de cabine en leidt al langdurig tot onvrede

bij de passagier ? (Karolina Omachel). Dit betreft zowel schoonmaak van als onderhoud aan het

interieur. In een lange zoektocht n.a.v. dat onderzoek hebben we die onvrede door een mix van

cabine onderhoud en schoonmaak voor het eerst sinds lang kunnen oplossen.

4.3.6. Ideeën voor een nieuw planning en control framework en een optimalisatie tool voor de

bouw van onze automatisering (Tony Tany). Daarnaast leidde dit ook tot een voorstel voor een

nieuwe strategy.

4.3.7. Afronding van het onderzoek voor dit deel met een implementatie ontwerp gebaseerd op

alle voorafgaande kennis (J. Perdaen). Dit leidde tot een hele mix van adviezen om een optimaal

draaiend geheel te krijgen.

Page 46: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

34

Figuur 7

5. Verdere ontwikkelingen

5.1. Grondtijdmanagement De in hoofdstuk 4 geschetste ontwikkelingen geven een eerste inzicht in de complexiteit van de

aircraft flow. Andere spelers in het spel dan de daar genoemde zijn: passage en bagage (met het

lossen en laden van passagiers en koffers). De technische dienst met het lijn onderhouden het

OCC met de bewaking van de lange wachttijden van de vloot. Dit moet allemaal gecoördineerd

plaats vinden. Dit alles bij voorkeur parallel 30 keer tegelijk en efficiënt uitgevoerd. Er bestaat

hier geen integraal coördinatiemechanisme voor, het proces vindt nu zijn weg door een lange

historie en met veel intuïtie (zie Fig.7).

Het bedrijf heeft de ambitie om het kostbaarste productiemiddel, het vliegtuig, maximaal in de

lucht te houden en te benutten.

Dit legt een extra claim op de beperkte grondtijd en op de strijd voor kostbare minuten op de

grond. Een omdraai per dag extra maken is het verschil tussen winst en verlies in Europa. Deze

grondtijd (Fig.7) managen, met deze complexiteit,en onder de gegeven beperkingen is de

uitdaging waarvoor het bedrijf staat. Maar in een verzuilde structuur is het best lastig om dit

voldoende snel voor elkaar te krijgen. De uitgewerkte stukken en geïmplementeerde ideeën zijn

er om te helpen dit succes in afzienbare tijd te halen, als de fakkel maar opgepakt wordt.

ATA ATD

Coordination point Actual groundtime

PLANNED GROUNDTIME ACTUAL GROUNDTIME

AS PS BS E&M

Page 47: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

35

5.2. Real time Hub Het concept van de proces keten met intelligente sturing uit hoofdstuk 4, uitgebreid tot grondtijd

management uit 5.1, is goed toe te passen op de procesflow van met name bagage, maar ook bij

passage is het een goed bruikbaar concept.

Is de vliegtuigketen opgebouwd uit volgtijdelijke en parallelle deelprocessen, de bagageketen is

ideaal sequentieel opgebouwd uit ongeveer tien stappen. Door alle stappen van de

bovengenoemde IT te voorzien en voorwaart te koppelen, ontstaan sturingsmogelijkheden die

we nu niet hebben. Iets vergelijkbaars is bedacht voor de passage keten.

Door deze drie ketens te koppelen en actief te synchroniseren zouden grote stappen voorwaarts

te maken moeten zijn in de prestaties, de coördinatie, maar ook met betrekking tot de efficiency.

Het HCC heeft deze coördinatiemodule al laten bouwen en wacht op aansluiting van de

onderliggende flows (Fig. 8)

Dit leidde tot een herdefinitie van de besturingslagen en die konden we weer vereenvoudigen.

Ook dit concept is beschreven, en na afronding van de financiën kan gestart worden met deze

lange termijn ontwikkeling voor zeker de komende vijf jaar.

5.3. Het onderzoek 5.3.1. In mei 2009 is een bijzonder goed onderzoek gedaan naar grondtijdmanagement en de

benefits (Theresia Yunita). Zij komt op ongewoon heldere wijze tot twee scenario’s: een

gematigd en een offensief scenario waarin bij de laatste optie alle mogelijkheden gerealiseerd

kunnen worden. Meer kwantitatief onderzoek kan dit in kaart brengen (ref 11)

Figuur 8

Page 48: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

36

5.3.2. Ter afsluiting van deze reeks onderzoeken heeft een verkenning naar een nieuwe horizon

plaatsgevonden (K. Dekkers). Niet de dag van uitvoering, maar het voorbereidende traject:

plannen, roosteren en indelen van activiteiten. Dit is de start van een zoektocht naar nieuwe

mogelijkheden voor verbetering en besparing. (ref 12).

6. Rollen prof. Bertrand

De afgelopen twaalf jaar is in samenwerking met prof. Bertrand, in een aantal diverse rollen,

een bijdrage geleverd aan de ontwikkeling van het totale hoofdproces van de KLM .

Ter uniformering en voor het bijspijkeren van de kennis op logistiek gebied trad hij voor al het

hoger kader in de uitvoering van de KLM op als opleider in de hoofdprincipes van de logistiek.

Door de jaren heen gaf hij masterclasses aan hoger kader en daarnaast gaf hij incidenteel, op

verzoek, opleidingen en trainingen aan een groot aantal afdelingen.

Zijn andere rol was als auditor tijdens het programma Operationele Integriteit. In deze rol trad

hij met senior adviseur Bas Classen op als team. Dit team kwam iedere drie maanden langs om

te zien of er in het programma Operationele Integriteit voldoende voortgang gemaakt werd bij

de KLM, om ons de spiegel voor te houden, en ook om na te gaan of ook de koers werd

vastgehouden in overeenstemming met de plannen.

Hij begeleidde een twaalftal studenten van de postdoctorale opleiding Logistieke Besturings

Systemen, het latere LMS dat valt onder het Stan Ackermans Instituut. Zodoende heeft hij op

ieder niveau bijgedragen aan de systematische ontwikkeling van de beheersing van het

uitvoerende proces van de KLM.

Een andere rol was die van absolute autoriteit op het gebied van de ontwikkeling van de

Logistiek, zowel vanuit de theorie als vanuit de praktijk en op ieder niveau: vanaf de raad van

bestuur tot het uitvoerend kader. Dit was mede mogelijk door zijn brede en diepgaande kennis

in zijn vakgebied, een nuchtere persoonlijkheid en de interesse voor de mensen waarmee hij

werkt. Bovendien verbindt hij op zinvolle wijze en met groot gemak de theorie met de praktijk,

dit in de context van zijn absolute fascinatie voor het doorgronden van de soms zeer complexe

praktijk. Als laatste wil ik ook noemen de combinatie van betrokkenheid en het gemak waarmee

hij tegelijkertijd afstand kan nemen en overzicht kan houden.

Twaalf jaar teamwork tussen ons heeft bovenbeschreven schat aan kennis en onderzoek

opgeleverd.

Page 49: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

37

Referenties

1. Slagt, A.W., mei 1999, Ontwerp van een planningsmethodiek voor de KLM dienstregeling

2. Moltzer, M., maart 2000, Planningsmethodiek reservecapaciteit vloot

3. Houben, N., februari 2002, A logistic redesign of Schiphol Brede Services to improve the

punctuality of the KLM

4. Schiebaan. H., sept 2002, Integral fleet service control

5. Graste, R., oktober 2004, Planning and control at Aircraft services

6. Plonka, M., aug. 2005, Design of an off-line schedule for aircraft towing and push back to

maximize the slack for gereedstelling processes

7. Hakan,,K., februari 2006, Online scheduling of towing process to facilitate on time

completion of gereedstelling processes

8. Omachel, K., februari 2006, Design of a management control model for cabin Quality at

KLM

9. Tany, T.W., september 2006, On line scheduling of towing and preparation processes to

increase the departure punctuality

10. Perdae, J.A.G., november 2006, Implementation design for better coördination between

towing and preparation processes

11. Yunita, T., mei 2009, Managing effective and efficient operations

12. Dekkers, K., juli 2010, A design or KLM aircraft services’ planning rostering indeling

chain

Page 50: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

38

Page 51: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

39

A REFERENCE MODEL FOR THE DESIGN

OF OPERATIONS PLANNING AND

CONTROL SYSTEMS IN THE FLOW

PROCESS INDUSTRIES

Jan C. Fransoo

Abstract I present a reference model for the production planning and control of a process industries

production unit. The reference model is aimed to serve as a basis for designing decision rules

for an actual production unit like this, and fits within the design methodology for operations

planning and control systems developed by Bertrand.

0. Preface

While the main scientific contribution of Will Bertrand in the academic literature is related to

workload control and related concepts such as due date setting, in fact Bertrand’s actual main

contribution has been to introduce a more systematic way of engineering (“designing” would be

the word used by Bertrand) production planning systems, or more general, systems for

operations planning and control. Many engineers with an Eindhoven degree have been trained in

this systematic way, in a graduate course that subsequently has been named Voortgezette

Productie- en Goederenstroombeheersing in the Technische Bedrijfskunde Ingenieurspro-

gramma and Design of Operations Planning and Control Systems in the Master Program

Operations Management & Logistics. The design methodology developed by Bertrand had

strong characteristics of an art, despite being systematic. The ambition of the research group

surrounding Bertrand around 2000, was to further develop this art into a method. An extensive

collaborative project took place, taking the CD production at EMI in Uden (Netherlands) as an

example. The idea was to more systematically develop the design rules, building further on the

notions presented in Bertrand et al. (1990). These efforts have never been completed and hence

published. The main results however can be summarized as follows:

Page 52: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

40

• Primary processes are the start of the design process. The primary processes should be

carefully documented. In 2003, this lead to the development of the RMO framework,

implying that processes could be characterized by three types of units: Resources, Materials,

and Orders. Later, Bertrand further developed this into a separation between resources and

processes, where process is a more general description of the conversion, independent from

the specific resource.

• Reference models as a basis to design decision procedures. In order to develop actual

decision rules, within the designed control structure, engineers do not start blank, with just a

set of OR tools. In fact, virtually all production units can be reduced as belonging to a

certain class of units, depending on their material and resource complexity. For each class, a

basic model exists that describes the best way to control such a production unit class. These

basic models were denoted as reference models.

Basic version of reference models were developed at the time for job shops, assembly lines, and

process industry shops. Again, these were never finished and published. Over the past weeks I

have started to complete a document on the reference model for the flow process industries, a

core area of research of mine in the 1990s, and also the topic of my PhD dissertation supervised

by Will Bertrand. The current chapter in this Liber Amicorum is hence the first actual completed

reference model, and based on work that I did at the time jointly with Simme Douwe Flapper1

.

1. Introduction The process industries cover a wide variety of industries. In this Chapter, I limit myself to the

so-called flow process industries (Taylor et al. 1981, Wallace 1984, Fransoo & Rutten 1994).

The flow process industries are business that manufacture (semi)continuously a small number of

products on a facility which can be regarded in modeling terms as a single machine, i.e., in-

process buffers are not controlled as inventory points.

The APICS definition (Wallace, 1984) of process industries characterizes their general

characteristics as follows:

Process industries are businesses that add value to materials by mixing, separating, forming, or

chemical reactions. Processes may be either continuous or batch and generally require rigid

process control and high capital investment. 1 Especially the contributions in Section 5 on maintenance, co- and by-products, and rework are due to Flapper.

Page 53: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

41

The definition indicates that the type of manufacturing process is one of the most important

characteristics. Mixing, separating, forming and chemical reactions are operations that usually

involve non-discrete products and materials. In order to efficiently conduct these processes,

companies usually need large installations, which tend to be very expensive. If demand is high,

this justifies continuous production (thus higher investment). If demand is low, the investment

into a large installation is not worthwhile, and production takes place in batches. Processes like

the ones include in the APICS definition are difficult to control which often results in typical

symptoms as variable yield and returning flows of material.

The literature lists many characteristics as “typical” of process industries, such as divergent bills

of material, unstable products, and storage constraints. Though these characteristics can be

found in process industries, they are not general in the sense that virtually all process industries

are characterized by these properties.

On the other hand, they are discriminating in the sense that they are found predominantly in

process industries and hardly in discrete industries. I refer to Fransoo and Rutten (1994) for a

review of these characteristics.

Building on a classification introduced by Taylor et al. (1981), who extended the work of Hayes

and Wheelwright (1979), and Wallace (1984), Fransoo and Rutten (1994) further specify the

distinction between batch process industries and flow process industries. In this Chapter, I limit

my analysis to flow process industries. Process/flow is defined by Wallace (1984) as:

A manufacturer who produces with minimal interruptions in any one production run or between

production runs of products which exhibit process characteristics such as liquids, fibres,

powders, gases.

In process/flow businesses, the lead time is mainly determined by the cycle time, i.e. the time

between two consecutive runs of the same product.

The actual processing time per unit is very small, but due to high change-over times and high

production speed, production orders are large. The number of different products is not only

limited, but there is also relatively little variety between the products. Little variety, low product

complexity and a small number of production steps cause all products to have the same routing.

Since the total market demand for the relatively small number of products is high, investments

in specialized single-purpose equipment are economically justifiable. The use of single-purpose

equipment simplifies the determination of available capacity: usually the installations are used

continuously (round-the clock production). The added value in general is quite low. Since the

production speed is very high, the material costs usually account for 60-70 per cent of the cost

price.” (Fransoo and Rutten, 1994).

Page 54: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

42

In the next section, I will discuss the characteristics of flow process industries in detail, using

the Resource/Material/Order (RMO) framework. In Section 3, I describe the principles of

production control in flow process industries, while Section 4 contains a formal mathematical

description of the decision model. Where Sections 3 and 4 focus on an idealized situation, in the

sense that extreme values of the RMO framework are considered, Section 5 discusses

relaxations of these characteristics. I conclude in Section 6.

2. Characteristics

Characteristics of actual processes in reality vary widely, and every situation is very specific. In

this chapter, I will limit my analysis initially to an idealized situation. Relaxations of this

idealized situation are discussed in Section 5. In this Section, I describe the characteristics of my

idealized situation. It is based on the so-called “Elementary Flow Process Industry Production

System” developed in my PhD dissertation (Fransoo, 1993). The characteristics are however

described more explicitly and extensively than in my dissertation. Furthermore, I group the

characteristics using the R/M/O framework. Note that I have added one dimension to this

framework (namely E for economics), since particularly this economic characteristic is very

essential and drives the principles of production control in this situation.

2.1 R(esource) Single machine

I limit myself to the situation with one production resource. Obviously, if multiple parallel

machines exist, my model can be applied straightforwardly if a fixed allocation of products to

machines exists. Especially in situations with large set-up times, this fixed allocation is a

reasonable assumption, since products tend to be grouped by product similarity on machines

anyhow. In food and pharmaceuticals production, exchange of products across machines may be

limited by legal restrictions due to food safety authorities or so-called Good Manufacturing

Practices.

The notion of a single machine is a notion from a production control perspective. In reality,

there can be multiple machines in a line, without any buffering opportunity, and with high

production speeds. Effectively, this then means that I model the line as a single machine. The

high production speed generally also disallows the creation of intermediary buffers, since these

would consume a lot of space. Apart from this constraint from a space or economical

Page 55: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

43

perspectives, there can also be a physical limitation on the buffer existence, since product may

need to be processed further without delay.

No uncertainty in processing time.

Products are produced in large volumes and in long production runs. This enables a lot of

learning to take place while producing. This means that in general the time required for the

processes is more or less given, and can assumed to be deterministic. In some industries, such as

pharmaceuticals, it is even required by law that the processes are completely under control and

reproducible.

Large setup times independent of sequence

Setup times need to be included in the model explicitly and cannot be included into the

processing times (as may be done in job shops where single order production takes place). Setup

times often also include start-up time, because it takes time to realize a certain constant working

environment, like a constant temperature and pressure all over a big tank. Moreover, quite often

cleaning is required and related to this there is often some time required to find out whether or

not a pipeline or tank is sufficiently clean. The reason why setup times often cannot be included

in the processing times is their importance for lot size decisions.

Independence from other resource decisions

I assume that other resource decisions, including maintenance planning and workforce planning,

do not affect the planning and control decisions. This means that I only consider the machine

capacity, which is assumed to be available 100% of the time.

2.1 M(aterial) Limited number of products

The number of products I consider is limited but greater than 1. In reality, the actual number of

products that is typically produced on one machine varies across industries, but in most cases is

more than five and less than a couple of dozen.

Supply of raw materials is not considered an issue

The material supply problem is not modeled as part of this production control problem. This is a

fair assumption, since generally the number of materials is very limited (so very easy to plan).

Furthermore products are either easy to acquire (commodities) with short lead times so they do

not require extensive looking ahead and being taken into account as constraints, or they are

more difficult to acquire but in that case so essential that for strategic reasons stocks are held

that are so high that from a production control perspective it is also not a problem (always

available). Strategic stocks can also be kept if materials are only available during a part of the

year (seasonal materials from agricultural sources) or if price fluctuations exist due to temporary

Page 56: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

44

scarcities of the material. In the latter case, the level of inventory is rather determined by long-

term trading conditions than by (short-term) production control considerations.

2.2 O(rder) Low variance in demand volume

I assume there is low variance in demand. This is a reasonable assumption and can be explained

by a number of causes. Many flow process industries produce commodities. Commodities are

sold on a general anonymous market that also includes many traders. Other flow process

industries produce products that are maybe less common, but their customers tend to also be

very capacity-oriented so in fact the amount that they can process is limited by their resources.

It should be noted that this low variance in this latter case pertains mainly to variance in total

demand volume. There may be variance in mix.

2.3 O(rder)-R(esource) Production orders are different from customer orders.

This holds when business economic or technically determined production lot sizes are much

bigger than the orders from a number of customers, e.g. due to long setup times. Note that base

materials are usually ordered by a number of customers. This applies e.g. for the production of

standard beer.

2.6 E(conomic) Small added value related to (large) investment in resource

It can be observed in the far majority of flow process industries that margins are low. Products

that are sold are generally more commodity than specialty, and are sold in a business-to-

business setting. The cost of capital is very high, and hence equipment needs to be operated at a

very high level of utilization.

3. Principles of production control There are a number of important characteristics and dynamics to realize when designing the

production control system for this environment.

The first characteristic that is very important is based on the economics of the plant. Due to the

low margins and the high capital investment, the plant can only operate at profitability if the

utilization rate is very high. The utilization rate is a direct consequence of the selection of the

batch size, which determines the ratio between productive capacity (i.e., capacity used for

Page 57: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

45

producing products) and setup capacity (i.e., capacity used for changing over from one product

to another).

The lot size selection is essentially the so-called economic lot-scheduling problem (ELSP),

which has been widely studied in the literature; usually under deterministic demand assumptions

(Elmaghraby, 1978). A way of dealing with the ELSP under capacity constraints has been

described well by Silver et al. (1998, Section 11.6), who summarize earlier research results in a

clear policy. They restrict themselves to pure rotation cycles, i.e., the cycle time for each of the

products is identical.

If the demand, set-up time, or cost parameters strongly differ per product, a pure rotation cycle

is not close to optimal, and a cycle time needs to be determined for each product individually. In

this case, the challenge is to construct the cycle times such that the resulting batches can

actually be incorporated into a schedule. This problem is NP-hard, but there are a number of

solution approaches that give reasonable solutions at the expense of introducing slack into the

system. I will abstain here from discussing those, but refer to some key publications, notably

Doll and Whybark (1973), Elmaghraby (1978), and Roundy (1989).

All of these approaches assume deterministic demand. Although demand variability tends to be

very low in the flow process industries, my reference model should be able to cope with a small

amount of variability. There are roughly a few ways of dealing with this demand uncertainty:

• Stochastic Lot Scheduling Problem formulation

Under this policy, the demand variability is explicitly included into the ELSP model

formulation. A schedule is created in advance and after a disruption an algorithm is applied

to return as soon as possible to the original schedule without losing capacity in the long run.

Federgruen and Katalan (1996) present a rather complex stochastic procedure, while

Gallego (1990) presents a procedure, based on control theory. Winands et al. (2011) have

provided a recent review.

• Fixed Cycle Times and Variable Lot Sizes

Under this policy, target cycle times are determined for each of the products assuming

deterministic demand (where the expected demand level is taken as the deterministic

demand). This decision is taken at a higher planning level, where also safety stock levels are

set. At the lower planning level, orders are accepted as long as there is inventory available,

and lots are produced such that the target cycles are maintained. This policy has been

proposed by Bertrand et al. (1990) and further researched and developed in my dissertation

(Fransoo, 1993) and will be described in further detail below.

Page 58: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

46

• Fixed Lot Sizes and Variable Cycle Times

Under this policy, at the higher level the lot sizes are determined based on an ELSP

formulation, while at the lower level production takes place in exactly these lots, but

changing sequence if certain products run out of stock.

• Variables Cycle Times and Variable Lot Sizes

Under this policy, target cycles are determined at the higher level in a similar way to my

approach and executed at the lower level, with the exception that once a product runs out of

stock, it is allowed to (temporarily) reduce the cycle length (Leachman and Gascon, 1988). I

showed (Fransoo, 1995) that this policy operates well under lower levels of utilization, as

may be present in Consumer Packaged Goods industries. It does not perform well under the

high levels of utilization I consider in this Chapter and that are typical of flow process

industries.

In this reference model I use the fixed cycle times policy (Bertrand et al. 1990, Fransoo 1993,

Fransoo et al.)1995, in which the control is two-tiered:

• At the higher level, target lot sizes are determined using, e.g., the procedure described by

Silver et al. (1998) (for the pure rotation cycle) or developed by Fransoo (1993) (based on

Doll & Whybark, 1973) (for coordinated yet different cycle times per product). These target

lot sizes lead effectively to target cycles

• At the detailed level, two functions are being executed:

o order acceptance, through which it is ensured that the aggregate inventory remained

remains in balance with the cycle time

o actual lot-sizing, which could be based on a base stock level determined based on

the target lot sizes and the safety stock

Effectively, this leads to a cycle time being kept stable at the operational level due to order

acceptance and lot-sizing being executed in-sync.

In the next Section, I will describe this model formally.

4. Formal model for production control The model consists of two levels, namely a top level and a base level. At the top level, the target

cycle times are determined, while at the detailed level the operational lot sizes are determined.

As indicated above, I will illustrate this only for the pure rotation cycle, but using other

Page 59: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

47

deterministic models (See, e.g. Fransoo 1993, Doll and Whybark 1973, and Roundy 1989) the

same principles would apply in the hierarchical design of the control structure.

At the top level, the pure rotation cycle length is determined in two steps. In the first step, the

cost function is minimized, trading off inventory and setup cost. In the second step, the

minimum feasible cycle time is determined. We use the notation and model provided by Silver

et al. (1998).

Step 1. Determination of the optimal pure rotation cycle time, assuming no capacity

restrictions exist.

This can easily be determined as an extension to an EOQ type formulation. The total cost for a

product i that can be influenced by this decision, is the sum of setup and holding cost:

−+=

i

iii

ii p

dTdhTuTC 1

21)(

The total cost for all items then is

∑=

=n

i

i TCTC1

)()(

I now take the derivative of C(T) and set it equal to zero, rendering

=

=

=

=⇔

=

−+

−=

n

i i

iii

n

ii

u

n

i i

iii

i

pddh

u

T

pddh

TuTC

1

1*

12

1

2

0121)('

Note that this T* is unconstrained, hence the notation Tu*.

Step 2. Determine the minimal required length of the cycle time to meet all demand.

The optimal T is constrained by the available capacity (unlike Tu*), namely, the length of the

cycle needs to be greater than or equal to the sum of setup and production time:

Page 60: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

48

=

=

=

≥⇔

+≥

n

i i

i

n

i

i

c

n

i i

ciic

pd

s

T

pTdsT

1

1*

1

**

1

It is clear that the optimal capacitated cycle time then equals the maximum of Tu* and Tc*. This

T* we consider the target cycle time.

At the bottom level, the operational lot sizes are determined. At the moment a product is due for

production, a quantity is being produced up to a defined base stock level of the product.

Essentially this implies that the quantity that is being produced is the quantity that was sold

since the last time production had started.

Note that this simple base level rule can only operate feasibly if at the aggregate level the order

acceptance function is managed such that the total capacity-equivalent demand sold during the

length of a cycle is not more than the total capacity-equivalent production during one cycle.

5. Exceptions and extensions to the basic model The principles and model described above have been designed for the idealized situation in flow

process industries as defined in Section 2. As such, this model can serve as a reference model

when designing a production planning and control system for a particular situation in real life.

In real life, however, there will be particular characteristics that are not covered in the reference

model. In this Section, I will briefly discuss a number of those characteristics.

For some of these characteristics, the reference model can be easily extended: the basic

characteristics of the model remain the same, while maybe some extra constraints may need to

be added or an extra decision function inserted to deal with an issue prior to applying the

proposed reference model. I will discuss these characteristics and a brief comment on the

changes to the reference model in Section 5.1 (extensions). For some other specific

characteristics, the emphasis of production control may change so dramatically, that this can no

Page 61: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

49

longer be considered an application or extension of this reference model. These exceptions will

be discussed in Section 0.

5.1 Extensions Inventory constraints

Constraints may exist on the maximum amount of inventory that can be stocked. Also in the

flow process industries these constraints may concern inventories of input materials, products-

in-process and end products.

Restrictions on storage capacity for input materials play an important role when companies are

forced to accept and process all what is delivered. This form supply driven processing is no

uncommon in the process industries. For instance, in dairy cooperatives the factories usually

have an obligation to accept all of the milk supplied. Also in the petrochemical industry,

installations like refineries and crackers are never stopped and downstream operations have to

process all material that is supplied. In dairy, this is usually dealt with by creating overcapacity

in one of the downstream operations that can covert the product into a product with very long

shelf life, for instance in the production of milk powder. In the petrochemical industry, this

“valve” consists of extra sales of the superfluous products on the commodity market, usually at

lower prices than desired. In other cases, there may be other options such as subcontracting

production or storage capacity.

Restrictions on output storage capacity can be included and dealt with as indicated in step 2 in

Section 4. In this case, rather than a minimum cycle length, additionally a maximum cycle

length is imposed. The constraint could be a consequence at the individual product level (for

instance if each product uses a designated tank) or at the aggregate level (if they use a common

warehouse).

Product deterioration / perishable products

Product quality may deteriorate over time. This can pertain to both raw materials and finished

products. In the finished products case, this can simply be added as an upper bound on the target

cycle time in the model used at the higher level of decision making. For raw materials, this can

also be an effective solution, assuming that the moment of arrival of raw materials can be tuned

to the production schedule.

Deteriorating processes

In a number of situations, the production process itself may deteriorate. Sometimes this

deterioration can be automatically controlled and corrected. In other situations this requires

special activities by the operators or special people, for instance through rework.

Page 62: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

50

In case of structurally deteriorating processes that cannot or only partly be corrected, it is

important to take this into account as an upper bound on the cycle time.

Co- and by-products

The distinction that is usually made between co- and by-products is that co-products are

considered to be marketable with a profit, while by-products are considered “waste” and have a

cost associated with them. The main issue in co- and by-products is to align the sales of the

products with the main product that they are produced with. If this can be modeled such that the

main product is leading, then the existence of co- and by-products in fact only leads to extra

inventory costs (for both co- and by-products) , extra sales (in case of co-products) or disposal

cost (in case of by-products), which can be incorporated into the cost of the main product

(Fandel, 1987). If it is essential that the production of the co- and by-products are taken into the

trade-off explicitly, then this should be treated as an exception. This holds for instance for

situations where one or more of the co-products that are produced can also be produced

separately and are as such included in the production cycle. Then the generation of the above

co-products as a result of the production of other products should explicitly be taken into

account when deciding on how much to produce of these co-products separately.

Parallel machines (without a fixed allocation)

It has not been researched whether this reference control model can still be applied when

parallel machines exist. under the reference model presented in Section 3. It can be questioned

whether such a complete flexibility is useful as we know from the flexibility literature ( Jordan

and Graves 1995) that only a very limited flexibility, if smartly designed through the chaining

concept, would reach almost the same benefits as full flexibility. This would entail that the

model described above could be used effectively, where a part of the production cycle is then

allocated to the group of products that has flexible allocation. Research needs to be conducted to

confirm this hypothesis.

Sequence dependent setup times

Research in my dissertation (Fransoo 1993) has demonstrated that allowing the sequence of

products to vary instead of using a fixed sequence only brings more than marginal benefits

when the number of products is large. In reality, when the number of products is large, the

length of the setups tends to be shorter.

Consequently, it can be assumed that long sequence dependent setup times virtually only occur

in cases with a relatively small number of products. The model suggested above can be easily

extended to cope with this by:

Page 63: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

51

• modifying the higher level model to include determining a sequence. Many models are

available, generally based on a TSP formulation.

• modifying the lower level procedure to not allow any sequence changes.

If it turns out in reality that the number of products is very large and there are significant

sequence dependent setup times, while the products cannot be grouped into product groups, then

the model needs a comprehensive extension and it is not clear if that can be coped with using

the decomposition approach suggested in Section 4.

Many products

The models for determining cycle times discussed in the previous Section have no explicit

assumption about the number of products, so theoretically this number can be arbitrarily large.

However, in reality the number of different cycle times should be limited and the length of the

rotation cycle may also not be too long. This means that the number of products considered

should be limited to not more than a couple of dozen products. If more products exist, then

aggregation of products into product groups is necessary.

Non-stationary demand

In case of seasonal demand, an aggregate inventory or outsourcing plan needs to be made at a

planning level that is positioned above the decision levels discussed above.

Maintenance

Because facilities should be working 24/24 7/7, the planning of (preventive) maintenance

becomes much more important than in situations where not 7 days a week and not 24 hours a

day is produced, when preventive maintenance can be scheduled during the time that the facility

is not required for production like in the weekends. The maintenance activities usually require a

lot of time, partly because of the required cooling down and starting up of facilities before or

after maintenance. Preventive and corrective maintenance can be taken into account at a higher

level by a factor representing the effective availability of a facility and by safety stocks.

Preventive maintenance can be included in the production cycle as the production of an

imaginary product.

5.2 Exceptions Alternative recipes

In some industries, for instance cattle feed, the optimization of the use of raw materials is very

essential and determines largely the margin that can be obtained. This is due to price variations

of (mostly natural) raw materials. In this case, the actual usage of the resource is a secondary

Page 64: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

52

problem subject to the use of raw materials. In the real life examples I know, setup times (the

main reason for producing cyclically) are very small. The reference model presented here hence

should not be used as a starting point for designing the production control system. We refer to

Bertrand and Rutten (1999) for resolving this issue.

Rework/Reprocessing

An essential difference between rework/reprocessing on the same facility as used for initial

production when compared with usual multi-product production on the same facility, is that the

“required inputs” for the rework/reprocessing are the outputs of production activities on the

same facility. This limits the possibilities for rework/reprocessing. The rework/reprocessing can

be included in the production cycle of the company taking into account the above “input

materials “ restriction in a number of ways:

• Directly after the production of a certain item in the cycle has finished (extension

production time in cycle (variable production time)),

• After a certain minimum quantity is available for rework

• After a number of cycles.

Note that rework may mean the mixing of batches with different qualities, which makes the

inclusion of rework more complex.

Note that the planning and control of rework/reprocessing may have features in common with

the planning and control of alternative recipes and co- and by-products. See further Flapper et

al. (2002).

6. Conclusions

In this Chapter, I have illustrated the use of reference models for the conceptual and detailed

design production control systems in the process industries. The model proposed is very much

in the tradition of the production control methods developed by Bertrand in the following sense:

• The model proposed is hierarchical, and clearly separates the setting of the key

parameters that impact performance from the operational control

• The model is simple and elegant, and is easily implementable

• The model limits itself to the key characteristics of the system under consideration

• The model is focused primarily on control (i.e., leading to a guaranteed performance)

and much less on optimality.

Page 65: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

53

While this is the first time the model has been documented as an explicit reference model, its

main insights have been taught to students at Eindhoven since several decades. Dozens of

students and alumni have implemented these insights in the companies that they conducted their

Master Thesis at, or were working. The fixed cycle times hierarchical approach has proven its

performance hence not only conceptually, but at a large scale in the process industry.

References

Bertrand, J.W.M., and W.G.M.M. Rutten, 1999. Evaluation of three production planning

procedures for the use of recipe flexibility, European Journal of Operational Research 115:1,

179-194.

Bertrand, J.W.M., J.C. Wortmann, en J. Wijngaard, 1990. Productiebeheersing en Material

Management. Houten: Educatieve Partners Nederland.

Doll, C.L., and D.C. Whybark, 1973. An iterative procedure for the single-machine multi-

product lot scheduling problem, Management Science 20(1), 50-55.

Elmaghraby, S.E., 1978. The Economic Lot Scheduling Problem (ELSP): Review and

Extensions, Management Science 24: 6, 587-98.

Fandel, G., 1987. Surplus or disposal quantities in optimal program planning in joint

production, Engineering Costs and Production Economics 12:1-4, 143-158.

Federgruen, A., and Z. Katalan, 1996. The Stochastic Economic Lot Scheduling Problem:

Cyclical Base-Stock Policies with Idle Times, Management Science 42:6, 783-796.

Flapper, S. P., Fransoo, J. C., Broekmeulen, R. A. C. M. and Inderfurth, K., 2002. Planning and

control of rework in the process industries: A review. Production Planning & Control 13:1, 26-

34.

Fransoo, J.C., 1993. Production Control and Demand Management in Capacitated Flow

Process Industries, PhD Thesis, Eindhoven University of Technology.

Fransoo, J.C., and W.G.M.M. Rutten, 1994. A typology of production control situations in

process industries, International Journal of Operations & Production Management 14:12, 47-

57.

Fransoo, J.C., V. Sridharan, and J.W.M. Bertrand, 1995. A Hierarchical Approach for Capacity

Coordination in Multiple Products Single-machine Production Systems with Stationary

Stochastic Demands, European Journal of Operational Research 86: 1, 57-72.

Page 66: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

54

Gallego, G., 1990. Scheduling the Production of Several Items with Random Demands in a

Single Facility. Management Science 36:12, 1957-1592.

Hayes, R.H., and S.C. Wheelwright, 1979. Link manufacturing process and product life cycles.

Harvard Business Review, 57:2, 127–136.

Jordan, W.C., and S.C. Graves, 1995. Principles on the Benefits of Manufacturing Process

Flexibility, Management Science 41:4, 577-594.

Leachman, R.C., and A. Gascon, 1988. A Heuristic Scheduling Policy for Multi-Item, Single-

Machine Production Systems with Time-Varying, Stochastic Demands, Management Science

34:3, 377-390.

Roundy, R., 1989. Rounding off to Powers of Two in Continuous Relaxations of Capacitated

Lot Sizing Problems. Management Science 35:12, 1433-1442.

Silver, E.A., D.F. Pyke, and R. Peterson, 1998. Inventory Management and Production

Planning and Scheduling. 3rd Ed. New York: John Wiley & Sons.

Taylor, S.G., S.M. Sewart, and S.F. Bolander, 1981. Why the process industries are different,

Production and Inventory Management Journal 22:4, 9-24.

Wallace, T.F. (Ed.), 1984. APICS Dictionary, 5th ed., Falls Church, VA: American Production

and Inventory Control Society.

Winands, E.M.M., I.J.B.F. Adan, and G.J. van Houtum, 2011. The stochastic economic lot

scheduling problem: A survey, European Journal of Operational Research 210: 1, 1-9.

Page 67: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

55

OPERATIONS MANAGEMENT IN

HEALTHCARE

Jan M.H. Vissers and Guus de Vries

Abstract The paper reflects on Will Bertrand’s contribution to operations management in healthcare. We

describe the involvement of the department with healthcare over the years. We provide more

information on healthcare as operations management context. Then we describe Will’s main

contributions to operations management in healthcare, i.e. the doctoral theses supervised and

the development of a hierarchical production control framework for hospitals together with the

authors. We also reflect on the relevance and impact of this work on research and education, and

make some concluding remarks on its inspiration for future work.

1. Introduction

Healthcare has been an area of applied research for the Department Industrial Engineering and

Innovation Sciences and its predecessors for many years. The adventure with healthcare started

in 1970 with the ‘Hospital Research Project’ at the Department of Industrial Engineering and

Management Science. The ‘Hospital Research Project’ referred to a group of 8-10 researchers

from four subdepartments (Organisatiekunde, Organisatiepsychologie, Operations Research,

Bedrijfseconomie) which collaborated in a multidisciplinary way in the investigation of planning

and management issues in healthcare (Merkx 1974). Topics of research were amongst others:

team nursing in hospital wards, nursing workload, outpatient appointment systems, radiology

planning. After more than a decennium of growth in activities and output the ‘Hospital Research

Project’ lost around 1990 its department-wide role for coordination of research in healthcare, and

the subdepartments continued in their own way and pace. The subdepartment of ‘Quantitative

aspects of production control’ (a follow up of the subdepartment of Operations Research)

gradually took over the role of focus point for healthcare research, which in time evolved into a

small research group (Wim Monhemius, Michel Kirkels) with a number of PhD students (Guus

de Vries 1984, Rob Kusters 1988, Petra Peters-Groot 1993, Jan Vissers 1994). When Wim

Page 68: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

56

Monhemius handed over to Will Bertrand in 1987, Will ‘inherited’ healthcare. Rumours at that

time went that this was not out of free ‘will’, but that it can be credited to Wim Monhemius’

convincing power that healthcare is an important area for contributions by industrial engineers

and industrial engineering research. In this way Will became involved in healthcare.

Will’s view on healthcare at that time was - and still is - that it is a not well-organized sector in

which many costs are made that can be avoided by better planning and management.

But more importantly, he became gradually convinced that healthcare is the ultimate test for

many operations management principles and planning approaches. This paper provides an

account of Will’s contribution to operations management in healthcare through the eyes of two

colleagues working as professors of health operations management at the EUR in Rotterdam, but

having collaborated for many years with Will2

.

2. Healthcare as operations management context

Healthcare has become a major industry, with many people involved either as employees in

healthcare delivery organisations or as consumers of health care services. The UK’s National

Health Service is actually the largest employer in Europe. The rising cost of healthcare due to

new technologies and demographic trends (in particular, the ageing population), is a vitally

important issue for health care policy makers. At the same time there is a paradigm shift in the

service concept of healthcare. Patients are no longer prepared to accept poor quality service,

either in terms of long waiting times or inconvenient appointment systems, and expect that

services are well organized from a “customer” perspective. The service concept has shifted from

optimizing the use of resources to finding a balance between service for patients and efficiency

for providers. These developments have had an impact on the popularity of Operations

Management/Operations Research (OM/OR) in health care not only in terms of the number of

OM/OR applications but also of the scope of topics covered.

The characteristics of health OM/OR - which make it different from OM/OR in industry or in

commercial services - stem from the way healthcare organisations operate and from the type of

healthcare system in use in a particular country. A hospital organisation, for instance, consists of

units (outpatient departments, wards, operating theatres, etc.) which contribute to the processes

delivered by clinical specialties. Hospital management does not always have much control over

output, as core processes are often controlled by clinical specialists who in many European

2 Jan Vissers first as his PhD student and thereafter as postdoc at the Faculty of Technology Management, Guus de Vries as parttime professor in Healthcare Operations Management at the Faculty of Technology Management of Eindhoven University of Technology.

Page 69: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

57

countries have a contract with the hospital but are not salaried. Therefore, the line of command

structure in hospitals is not always straightforward. Decision making is carried out in more of a

political arena in which the interests of different stakeholders need to be balanced.

Standardisation of product and process is difficult due to the high variation between hospitals and

also between clinicians within the same specialty. Moreover, medical professionals want to keep

their autonomy in the care delivery process. Although doctors manage the clinical process, and

nurses the nursing process, no one is in charge of the customer process as a whole. This makes

managing the service quality from the perspective of the customer a real challenge.

The health care system in use in a given country is another important influential factor in the

health care industry. Health care systems vary between countries in terms of their incentives for

reducing waiting lists or controlling the costs of care.

Countries with a health care system with more market competition tend to put more effort into

service improvement, whereas countries with a budgeting system put more emphasis on

improving efficiency. This paper focuses on European health care systems, which typically

provide coverage of most health care costs for all inhabitants and enable the costs of health care

expenditure to be controlled at a national level. This is also true of the health care systems in a

few countries outside Europe, such as Canada and Australia.

3. Development of the framework for hospital production control

As the OM healthcare research group had developed knowledge on operations management of

hospitals in the years 1990-2000 through master and doctoral theses and project work of Will for

the Elisabeth hospital in Tilburg (and later-on for the Maxima Medisch Centrum in Veldhoven),

we decided to use this knowledge for developing a framework that would help hospitals to plan

and control hospital processes. Inspired by the hierarchical planning frameworks developed for

industry by Will in collaboration with Hans Wortmann and Jacob Wijngaard (Bertrand,

Wortmann and Wijngaard, 1990), we asked ourselves the following questions:

- Why do hospitals need a dedicated framework?

- In what way do hospitals differ from manufacturing organizations and what are the

reasons why hospitals require a framework tailored to their needs?

- What are the requirements of such a framework for hospital production control?

If a dedicated hospital production control framework is required, what are the design

requirements to develop such a framework?

- How does the framework look like?

Page 70: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

58

- What would be necessary to coordinate processes and resources at different levels of

planning in a hospital to be in control of production, service and efficiency?

- How can the framework be used?

- What role can the framework fulfill in production control of hospitals?

We worked for over two years to answer these questions, resulting in two papers published in

Production Planning and Control - a journal that according to Will was the number one journal

that published control frameworks and was therefore fitting our purpose. As this journal was not

known in healthcare management research, we also made a condensed paper version for Acta

Hospitalia, a scientific journal published in Dutch by Centrum voor Ziekenhuis en Verplegings-

wetenschap in Leuven, which is read by researchers and managers interested in applied research

in healthcare management.

We will summarize the main finding on questions 1 and 2 in this paragraph, present the

framework in paragraph 4 and reflect on its use for hospitals in paragraph 5.

Hospital management has limited possibilities to control hospital production, as hospital

production processes are driven by medical specialists who, however, do not manage that

process. We consider therefore the hospital as a virtual organisation, consisting of a number of

relatively independent businesses in a common framework. Each business unit functions as a

focused factory for a range of more or less homogeneous products. Production control principles

can be applied to each of these businesses, but not to the system as a whole. A number of

elements from classical production control theory can be applied also to health care, i.e. the use

of decoupling points, the bottleneck oriented approach, and the operational control between

production and market. However, important factors that need to be considered in health

production control are that often specifications on quality are not available at the start of the

process, and that there is strong interaction between the patient and the process. The conclusion

is that a dedicated framework for approaching hospital production control is necessary. The

specific characteristics of hospital care and its state of production control development are the

main arguments for this dedicated framework.

4. Framework for hospital production control

The framework is based on an analysis of the design requirements for hospital production control

systems (De Vries, Bertrand and Vissers (1999)) and builds on the production control design

concepts developed in Bertrand et al. (1990). The design requirements are translated into the

Page 71: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

59

control functions at different levels of planning required for hospital production control. This

translation is built on notions of the hospital as a virtual organization with patient groups as

business units and a focused factory approach for the production control per business unit. In

short, we can distinguish a number of production control functions, which can be positioned at

different levels of planning in a framework (see Table 1).

Table 1: Production control functions distinguished in the planning framework for hospitals

decision focus

1

range of the services, markets and product groups, long-term resource

requirements, centrally coordinated scarce resources;

contracted annual patient volumes, target service and efficiency levels

2 amount of resources available at annual level to specialties and patient groups,

regulations regarding resource-use

3 time-phased allocation of shared resources, involving specialist-time

detailed number of patients per period

4 urgency and service requirements, planning guidelines per patient group

5 scheduling of individual patients, according to guidelines at patient group level

and resource-use regulations at resource level.

At the highest level decisions have to be made on the range of services provided, the markets one

wants to operate in and the product groups for each market.

Also decisions have to be made on the long term resource requirements of the hospital, which

scarce resources are centrally coordinated, what level of annual patient volumes one wants to

achieve and what level of service one wants to target for. These are all longer term strategic

decisions, which essentially do not belong to the domain of OM, but which have impact on the

management of operations at shorter terms.

The next level focuses on the amount of resources that is available annually to specialties and

patient groups, to ensure that the contracted annual patient volume can be realized. At this level

also the rules for using the resources need to be established to ensure that the target service and

efficiency levels are achieved. At the third level the focus is on the allocation of shared resources

Page 72: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

60

in time, taking into account the availability of specialists and seasonal developments. This

requires more insight into the detailed numbers per patient group per period within the year. At

level four the urgency and service requirements per patient group need to be established, and the

planning guidelines per patient group. The fifth level regards the scheduling of individual

patients, according to the planning guidelines for the patient group and the resource-use

regulations for the resources involved.

Though the planning framework seems to be working only top-down, the need for each level and

the requirements for coordination are established bottom-up. At the lowest level individual

patients are coupled to resources in the day to day scheduling. This level in the framework is

called patient planning and control.

The way patients are operationally scheduled needs to be governed by rules established at patient

group level. Oncology patients, for instance, have different urgency and service requirements

from patients with varicose veins. Therefore, operational scheduling of patients needs to be

governed by what we called patient group planning and control. To allow for the planning of a

patient group resources need to be allocated, taking into account the availability of specialists and

personnel. This level is called resources planning and control, and includes also the time-

phased allocation of resources. The level of resources required results from the annual patient

volumes contracted, and the service and efficiency levels targeted for. This level is called patient

volume planning and control. Finally, the volume level is governed by the strategic planning

level, where, for instance, decisions are taken about which resources need to be shared or not.

This level is called strategic planning. At this level there is no control involved.

These levels of planning can be further elaborated (Vissers, Bertrand and de Vries (2001))

resulting in the planning framework as shown in Figure 1.

5. The use of the framework for hospitals

A framework for a hospital does not describe the optimal way to control hospital activities but

instead describes a logical way of coordinating hospital activities within the perspective of the

current hospital organisation. It is about what to do, and not about how to do it. Therefore,

frameworks are not meant to be implemented as such. They rather serve as a reference

background for the development of hospital production control systems, to show the weak spots

where improvement is necessary, and to position contributions from logistic theories to issues of

planning in the wider context of hospital planning.

Page 73: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

61

Figure 1: Framework for production control of hospitals

STRATEGIC PLANNING

specialties &productrangepatient groups asbusiness units

patient flows

collaboration & outsourcingshared resources

resources

volume contracts# patients per patientgroupservice levels

expected # patients perpatient groupcapacity requirementsper patient group

rough cut capacity checktarget occupancy levels

allocation of leading shared resourcesbatching rules for shared resources

patient flows resources

patient flows resources

PATIENT VOLUME PLANNING & CONTROL

RESOURCES PLANNING & CONTROL

feedback onrealizedpatient flows

feed forwardon impacts of changesin population& technology

feedback ontargets forresource utilisation

feed forwardon servicelevel standards

feedback oncapacity useby specialty& patient groups

feed forward on availablecapacity perpatient group& specialty

projected number of patients per period

availability of specialistcapacity

patient flows resources

scheduling of patientsfor visits, admission &examinations

allocation of capacityto individual patients

patients resources

feedback oncapacity usereadjustmentservice levelstandards

feed forwardon batchcomposition& schedulingrules

PATIENT GROUP PLANNING & CONTROL

PATIENT PLANNING & CONTROL

LT demand-supply match

demand-supplymatch

demand-supplyspecialty

demand-supplyseasons

demand-supplypeak hours

days-weeks

weeks-3months

3months-1year

1-2 years

2-5 years

restrictions ontypes of patients

restrictions on types of resources

restrictions ontotal patient volumes

restrictions onamount ofresources

restrictions ondetailed patient volumes

restrictions onresource availability

restrictions on thetiming ofpatient flows

restrictions on the timing ofresources

Page 74: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

62

We will illustrate the importance of the hospital production control framework for its use for

research and for education.

Guidance for OM research on hospital production control

The framework has served for developing applications of production control approaches to

different planning issues in hospitals, often in the form of projects involving postmaster students

from Mathematics in Industry at Eindhoven University of Technology. This resulted often in an

applied research paper in the form of a case study in a specific hospital setting. Examples of such

projects are:

- Master scheduling of resources for inpatient planning, involving regular beds (wards),

intensive care beds (intensive care unit), operating theatre rooms (operating theatre

department), specialist capacity (medical specialists). This proved to be a very productive

research line with a number of publications: firstly, a mixed integer planning approach for

defining the optimal mix of elective patients to realise target levels of utilisation of resources

involved (Adan and Vissers, 2002; Vissers, Adan and Bekkers, 2005); secondly, a paper on

comparison of hospital admission systems (Vissers, Adan and Dellaert, 2007); thirdly, a

paper illustrating the effects of stochastic distributions (Adan et al, 2009); fourthly, a paper

extending the approach to include also emergency admissions (Adan et al, submitted 2010).

- A patient group based business planning model for a surgical specialty, involving outpatient

and diagnostic departments, the operating theatre department and wards (Vissers, Adan, van

den Heuvel and Wiersema, 2005).

- Master scheduling of medical specialists, involving outpatient departments, the operating

theatre department, wards, and different sites (Winants, de Kreuk and Vissers, 2005).

- Cardiology patient flow planning, involving outpatient departments, cardio care unit and

wards (Vissers and Croonen, 2005).

- The framework has also inspired research at other universities, for instance a PhD study in

Maastricht on hospital system design (Molema, 2009) and a PhD study in Rotterdam on

modelling and management of variation in the operating theatre (Stepaniak, 2010).

Textbook for students in healthcare management

The research projects on Operations Management performed in the period 1998-2005 provided

together an interesting selection of applications that could illustrate OM contributions to

production control of hospitals.

Due to a growing interest in operations management in master programmes for healthcare

management at the institute of Health Policy and Management of Erasmus University Rotterdam,

Page 75: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

63

there was a need for a textbook for this target group, that would contain the basics of operations

management terminology and principles and applications of OM in healthcare. We developed

therefore a textbook with 6 chapters on OM healthcare basics (operations, processes, resources,

unit/chain/network logistics, control framework) and 10 chapters on applications of OM in

healthcare. Some of these applications were from colleagues abroad but most of them could be

based on the projects performed at Eindhoven University of Technology. The book ‘Health

Operations Management, Patient Flow Logistics in hospitals’ was published in 2005 (Vissers and

Beech, 2005), with two contributions from Will (Bertrand and de Vries, 2005; Vissers, Bertrand

and de Vries, 2005).

6. To conclude

Healthcare is an important service industry that will increasingly benefit from operations

management research. There is no doubt that this topic should be on the agenda for development

of research and education of the Department Industrial Engineering and Innovation Sciences.

That is also the reason why a number of years ago a healthcare track was developed, consisting

of a bachelor program 'Industrial Engineering for Health Care' and a master track Operations

Management & Logistics for Health Care.

Will Bertrand has played an important role to continue the line of healthcare based research from

the pioneering era of the Ziekenhuis Research Project to the current position with renewed

discussions on the department’s role in healthcare. Using the Subdepartment OPAC and the

research school Beta as research basis, a series of theses was produced and a framework for

hospital production control was developed, that has put Eindhoven on the map in the Dutch and

international research landscape.

The fact that the hospital production control framework has still ‘selling power’ after more than

ten years since its inception, shows that the research performed has sustainable (Will) quality.

Nevertheless, nothing lasts forever. Healthcare is a dynamic sector and operations management

practice is developing fast, which will bring new challenges for operations management.

One of the challenges in the near future will be to update the framework, to reflect the increased

interest in process improvements for better customer service and higher efficiency. After all,

healthcare is a service that we appreciate very much as consumer, but whose costs we would like

to limit as healthy citizens.

Page 76: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

64

References

I.J.B.F. Adan and J.M.H. Vissers. ‘Patient mix optimisation in hospital admission planning: a

case study. Special issue on ‘operations management in health care’ of the International Journal

of Operations and Production Management, Volume 22, Number 4, 2002, pp.445-461.

Ivo Adan, Jos Bekkers, Nico Dellaert, Jan Vissers, Xiaoting Yu. ‘Patient mix optimisation and

stochastic resource requirements: a case study in cardiothoracic surgery planning’, Health Care

Management Science, 2009 12: 129-141.

Ivo Adan, Jos Bekker, Nico Dellaert, Jully Jeunet, Jan Vissers. ‘Improving operational

effectiveness of tactical master plans for emergency and elective patients under stochastic

demand and capacitated resources’. Submitted for publication, 2010.

Bertrand J.W.M., J.C. Wortmann and J. Wijngaard. Production Control: A Structural and

Design Oriented Approach. Elsevier, 1990, Amsterdam.

Will Bertrand and Guus de Vries. ‘Lessons to be learned from Operations Management’. In:

Vissers and Beech (eds.). Health Operations Management. Patient flow logistics in health care.

Routledge, London and New York, 2005, p. 15-38.

P.M.A. Groot. Decision support for admission planning under multiple resource constraints.

Thesis TUE 1993.

R.J. Kusters. Opnameplanning in Ziekenhuizen, Proefschrift TUE 1988.

R. Mercx. Overzicht Ziekenhuis Research Project. TUE, 1974.

F.W.M. Molema. Hospital system design. Creating supply flexibility to match demand

variability. Thesis Maastricht University, 2009.

Pieter S. Stepaniak. Modeling and Management of Variation in the Operating Theatre. Thesis

Erasmus University Rotterdam, 2010.

J.M.H. Vissers. Patient flow based allocation of hospital resources. Thesis TUE 1994.

J.M.H. Vissers, G. de Vries en J.W.M. Bertrand. Een raamwerk voor productiebesturing van een

ziekenhuis, gebaseerd op logistieke patiëntengroepen. Acta Hospitalia 2001-2, 33-51.

Vissers J.M.H., J.W.M. Bertrand and G. de Vries. A framework for production control in

healthcare organisations. Production Planning and Control, Vol. 12, 2001, no.6, 591-604.

Page 77: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

65

Vissers and Beech (eds.). Health Operations Management. Patient Flow Logistics in Health

Care. Routledge, London and New York, 2005.

Jan Vissers, Will Bertrand and Guus de Vries. Frameworks for health operations management.

In: Vissers and Beech (eds.). Health Operations Management. Patient flow logistics in health

care. Routledge, London and New York, 2005, p. 84-94

Jan Vissers, Ivo Adan, Miquel van den Heuvel and Karin Wiersema. A patient group based

business planning model for a surgical specialty. In: Vissers and Beech (eds.). Health

Operations Management. Patient flow logistics in health care. Routledge, London and New

York, 2005, p. 202-223.

Jan Vissers and Gijs Croonen. Cardio care units: modelling the interaction of resources. In:

Vissers and Beech (eds.). Health Operations Management. Patient flow logistics in health care.

Routledge, London and New York, 2005, p. 249-263.

J. Vissers en G. De Vries. Sleutelen aan zorgprocessen. Intreerede ErasmusMC/iBMG

Rotterdam, april 2005.

J.M.H. Vissers, I.J.B.F. Adan and J.A.Bekkers. Patient mix optimization in cardiothoracic

surgery planning: a case study. IMA Journal of Management Mathematics (2005) 16, 281-304.

Jan M.H. Vissers, Ivo J.B.F. Adan and Nico P. Dellaert. Developing a platform for comparison

of hospital admission systems: an illustration. EJOR Volume 180, Issue 3, 1 August 2007, pp.

1290-1301.

G. de Vries. Evenwicht in zorgvraag en zorgaanbod; besturing van de afstemming op

verpleegafdelingen. Proefschrift TUE, 1984.

Vries G. de, J.W.M. Bertrand and J.M.H. Vissers. Design requirements for health care

production control systems. Production Planning and Control, volume 10, 1999, no. 6, 559-569.

Erik Winants, Anne de Kreuk and Jan Vissers. Master scheduling of medical specialists. In:

Vissers and Beech (eds.). Health Operations Management. Patient flow logistics in health care.

Routledge, London and New York, 2005, p. 184-201.

R.E. Wulff. Het ontwerpen van ziekenhuisorganisaties. Een onderzoek naar de

organisatiestructuur van het algemene ziekenhuis. Proefschrift TUE 1996.

Page 78: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

66

Page 79: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

67

THE EUT MAINTENANCE RESEARCH

Geert-Jan van Houtum

1. Introduction

Prof. Will Bertrand was the successor of Prof. Will Geraerds as professor in Production

Control within the Department of Industrial Engineering around 1990. Geraerds was appointed

as full professor from 1972-1991 on the chair ‘Produktieplanning en -besturing’ (Production

Planning and Control); see Geraerds (1973) and Bertrand et al. (1991). Bertrand was

appointed in 1989 on the chair ‘Produktiebeheersing’ (Production Control); see Bertrand

(1989). As explained in Geraerds (1970, Section 4), there are many similarities between

production and maintenance systems. Geraerds worked on production control, but clearly

specialized in maintenance control. Bertrand clearly specialized in production control, but he

also worked in the maintenance area (he has been the first promotor of three PhD students in

this area). This fact, together with my own interest in the area of maintenance (see Van Houtum,

2010), motivated me to look back into the history of maintenance research at the Eindhoven

University of Technology and to devote my contribution for this LiberAmicorum to this topic.

The title of my contribution is “The EUT Maintenance Research”, which is a slight variant on

“The EUT Maintenance Model”. The latter is a framework for maintenance that has been

developed by Geraerds (1988, 1992). It is a useful framework to classify problems and research.

Although the framework got well-known within The Netherlands, unfortunately, it did not get

established in the international scientific literature. Below, in Section 2, I will briefly describe

this framework, and hopefully this motivates some of the readers to study the original work of

Geraerds in further detail. Here, I will use the framework to position the maintenance PhD

research projects that have been and are executed at the EUT; see Section 3. This will show that

really a whole variety of topics has been studied. Finally, in Section 4, I will recall a list of

trends in maintenance that was presented by Geraerds (1991) in his last lecture. What surprised

me when I saw this list, is that many of these trends are still actual! This means that either the

area of maintenance progressed only slowly in the past 20 years, or quite some of these trends

are simply long-term trends, or both. I will recall the trends, and I will reflect on what happened

in the meantime and what the current trends are.

Page 80: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

68

2. The EUT maintenance model

The EUT maintenance model is a descriptive model that describes subfunctions (=

subprocesses) within maintenance and their interrelations, seen from the perspective of

industrial engineering and from the perspective of an organization that uses and maintains

technical systems. The intended use of the model is twofold:

• to classify scientific research on single subfuntions and of interrelated subfunctions;

• to systematically identify subfunctions in a practical case for which significant

improvements are possible.

The model is depicted in Figure 1 and contains the following subfunctions:

1) the technical systems to be maintained;

2) the internal resources (= capacities) to execute maintenance;

3) the external resources offered in the market by a diversity of contractors

4) the external resources offered specifically by the Original Equipment Manufacturers;

5) maintenance planning and control;

6) the inventory control of nonrepairable maintenance parts (consumables);

7) the maintenance planning and control of exchangeable/repairable spare parts

(repairables);

8) the evaluation of results;

9) the terotechnical feedback;

10) the methodology of design of a technical system;

11) the specification of requirements for a technical system;

12) the design of a technical system;

Page 81: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

69

13) the manufacture of a technical system;

14) the design of the maintenance concept for a technical system.

The names of all subfunctions are more or less self-explaining. Further explanations are given in

Geraerds (1992). Some additional remarks:

• The word ‘terotechnical’ in function “9) the terotechnical feedback” comes from tero-

technology, a name invented by a British national maintenance center to get more

attention for the area of maintenance and in particular for the coherence with design

(see Geraerds, 1991).

• The maintenance model is generally applicable. It applies to production equipment,

transportation means, buildings, roads, and so on.

• As stated above, the model is formulated from the perspective of maintenance as a

function in an organization. Hence, decisions about acquiring new technical systems

and disposing of old systems are outside the scope of the model.

• In Figure 1, a dotted line divides all subfunctions in two classes. The subfunctions left

of the line are mainly taken care of by mechanical engineering, electrical engineering,

and so on. The subfunctions right of the dotted are mainly taken care of by industrial

engineering and management science.

Generally, an OEM produces technical systems for multiple users, in which the same

systems are used and maintained by multiple different organizations. The maintenance

model is formulated from the perspective of an organization that uses and maintains its own

technical systems. However, the same model can also be applied to other organizations that

maintain systems, such as maintenance contractors and Original Equipment Manufacturers

themselves.

3. Positioning of PhD projects

In the last thirty years, within Industrial Engineering at Eindhoven University of Technology,

eleven PhD projects with the core of their research in the area of maintenance were successfully

completed. The names of the PhD students, the topics of their projects, and the main

subfunctions of the EUT maintenance model to which they contributed, are as follows:

Page 82: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

70

Page 83: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

71

• Gits, 1984 (Promotors: Geraerds and Monhemius): Developed a framework for the

design of maintenance concepts. Contributed to subfunction 14.

• Geurts, 1986 (Promotors: Geraerds and Monhemius): Built a bridge between Gits’

framework and the kind of data on failure modes and failure times as encountered in the

records of maintenance organizations. Contributed to subfunction 14.

• Martin, 1994 (Promotors: Geraerds and Bemelmans, Co-promotor: Van Eijnatten):

Studied requirements for management information systems for the maintenance

function within an organization that uses and maintains technical systems. This project

covered all subfunctions on the right of the dotted line in Figure 1 (i.e., the subfunctions

1-9 and 14).

• De Haas, 1995 (Promotors: Bertrand and Christer, Co-promotor: Gits): Studied the

initial stock decision for repairables and the effect of working in overtime by a repair

shop. Contributed to the subfunctions 2 and 7 and their interaction.

• Verrijdt, 1997 (Promotors: De Kok and Theeuwes): Studied the effect of repair and

supply flexibilities in spare parts networks by which multiple users of technical systems

are served. Contributed to the subfunctions 2, 6 and 7.

• Rustenburg, 2000 (Promotors: Zijm and De Kok, Co-promotor: Van Houtum):

Developed multi-item spare parts models for the initial supply and resupply of spare

parts under budget constraints as observed in military organizations. Contributed to the

subfunctions 6 and 7.

• Keizers, 2000 (Promotors: Bertrand and Wessels): Developed a hierarchical framework

for the maintenance control function and decision support models for the external repair

resources. Contributed to the subfunctions 2, 3, 4, 5 and 7.

• Kranenburg, 2006 (Promotor: De Kok, Co-promotor: Van Houtum): Developed multi-

item inventory control models for spare parts networks serving multiple users of

technical systems. Contributed to the subfunctions 6 and 7.

• Vliegen, 2009 (Promotors: Van Houtum and De Kok): Studied the integrated planning

for spare parts and service tools in service networks. Contributed to the subfunctions 6

and 7.

• Öner, 2010 (Promotors: Van Houtum and De Kok): Studied the effect of component

reliability levels and building in redundancy in the design phase on total costs during

the whole life cycle of a technical system. Contributed to subfunctions 11 and 12.

• Büyükkaramikli, 2011, almost completed (Promotors: Bertrand and De Kok, Co-

promotor: Van Ooijen): Studied periodic capacity flexibility in maintenance

departments. Contributed to the subfunctions 2, 3, 5 and 7.

Page 84: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

72

As we can observe from this overview, many of the subfunctions of the EUT maintenance

model have been studied and also interactions between them. The PhD projects in which Will

Bertrand has been involved, deal with maintenance capacity, planning concepts, and capacity

flexibility, which are the topics that have the largest overlap with production control.

Current PhD projects are focused on condition-based maintenance (Van Oosterom, Zhu;

subfunction 14), the whole loop of repairable parts (Arts; subfunctions 2, 3, and 7), control in

spare parts networks (Van Wijk, Tiemessen; subfunctions 6 and 7), sharing of spare parts by

multiple companies (Karsten; subfunctions 6 and 7), and the decision support systems for spare

parts planners (Driessen; subfunctions 6 and 7).

4. Trends

In this last section, I want to go back to the list of trends in maintenance that was presented by

Geraerds in his last lecture in 1991:

1. The reliability of components will increase considerably. Statistical analysis of failure

intervals will become less effective and will decrease.

2. Periodic, usage based maintenance will considerably decrease, while condition-based

maintenance will start to dominate.

3. One will more and more apply monitoring of the degradation state of components via

“process control”.

4. Together with the automation of condition-based maintenance, one will see a

centralization of inspections and analysis of the measurements (remote monitoring and

remote diagnosis).

5. The pressure on short downtimes after failures will lead to more modular systems,

where simple “go - no go” tests for functional components go hand in hand with quick

and simple replacements. Repair of failed components, if economically applicable, will

be carried out by specialized companies.

6. Both as the result of the decrease in failure rates and the requirement to react quickly

after a failure, periodic preventive maintenance will constitute a minor part of the

maintenance workload, and consequently maintenance planning and control will start to

look like the way we deal with fulfilling demand for taxi’s.

7. Because of the increasing focus on the core business by organizations, more and more

of the maintenance tasks will be outsourced, while at the same time the maintenance

services as an industry will develop co-makerships.

Page 85: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

73

8. Especially in situations where calamities occur, e.g. because of large energy volumes,

chemical and nuclear processes, failure analysis for the sake of the prevention of

failures will start to use statistics of near-accidents.

We are now 20 years further in time, and we may conclude that Geraerds’ vision was excellent!

All above trends have been realized and/or are still going on. This is quite remarkable, and that

is why I wanted to recall this list.

Let me now further elaborate on the above list. I think that there is a certain ordering in the

above trends. We can distinguish ‘root causes’, and the other trends may be seen as

developments in reaction to the root causes. The following factors constitute the root causes:

• Technical systems have become more and more complex. Each new family of a given

type of system contains more functions and many more components than the previous

family. This is a natural process that will continue for many more years. The reliability

at machine level stays constant or is even decreasing, because this is required by the

users. Obviously, then the reliability per component has to increase considerably (trend

1).

• Due to the increased complexity of technical systems, more specialization is required

among the maintenance engineers. It is hard and not desired for individual users to

have their own specialists on the payroll. Further, being a specialist requires that you

practice your specialism with a sufficiently high frequency. This forms a driver for

outsourcing of specialized maintenance to parties that have a sufficient large scale for

this work (this relates to trend 7).

• Many companies have increased their focus on their core business and they made their

core processes leaner. As a result, these core processes have become more and more

dependent on the availability of the technical systems. These companies, being the

users of technical systems require high system availabilities and that implies that

corrective maintenance has to be organized such that failures are repaired within very

short times (trend 6). Especially the availability of spare parts and maintenance (or

service) engineers play an important role in this process.

• Together with a stronger focus on core business, companies also embraced modern

accounting methods such as Activity Based Costing and they have become better

aware of the costs of technical equipment. They know that purchasing price of

technical equipment is high, but they also know that you have high maintenance and

downtime costs during the long periods that the equipment is being used. This has led

to a focus on the Total Cost of Ownership (TCO). I.e., at the moment that new

Page 86: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

74

equipment is being bought, a user is already interested in the total costs during the

whole life of the equipment.

The above factors are all drivers for the outsourcing of maintenance to the Original Equipment

Manufacturer (OEM) or a third maintenance party (trend 7). This holds especially for

specialized maintenance work and for the maintenance in the first years of new equipment.

There are multiple factors that make this outsourcing attractive for both the users of the systems

and the OEM’s and third parties:

- Pooling of maintenance resources: A party that does the maintenance for many

systems needs relatively less engineers and spare parts.

- Pooling of data: With an increasing reliability of components, one needs failure data of

more systems in order to apply statistical analysis. The OEM or a third party may have

enough data, while individual users often do not have enough data (see also the

problem raised under trend 1).

- Remote monitoring and diagnosis: When maintaining enough systems, it becomes

more attractive to invest in remote monitoring and diagnosis techniques (trends 3 and

4). These techniques have large fixed costs and it is only attractive to invest in it when

one has a sufficiently high number of systems to maintain. Technically, it is nowadays

very well possible to apply remote monitoring and diagnosis. Many technical systems

are connected to communication networks, and more and more users accept that it is

necessary that the maintainer can follow the status of systems.

In the case of outsourcing to the OEM, there are the following additional factors;

- Terotechnical feedback (holds for an OEM): By becoming responsible for the

maintenance for the systems produced by an OEM, the OEM can create feedback to

the designers. This ‘terotechnical feedback’ is often missing if all users do their own

maintenance. With the feedback, one gets a better design for new systems.

- System availability and TCO focus of designers: Traditionally, design departments

look at the cost price and the reliability when new systems are being designed. By

becoming responsible for the maintenance and the realization of high system

availabilities, they automatically will start to look at design alternatives that increase

availability and decrease TCO. This concerns e.g. incorporating more reliable parts,

building in redundancy, a stronger modular design (trend 5), and incorporating better

diagnosis tools.

Page 87: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

75

In the discussion above, all trends come back except trends 2 and 8. Although I cannot support

it by numbers, I know from discussions with the industry that pure usage-based preventive

maintenance is applied as less as needed (cf. trend 2). It is generally seen as unattractive to loose

a part of the useful lifetime. Trend 8 concerns safety management, a topic that has become so

important that it forms a separate research field.

Let us now look ahead and predict what future big developments may be. Most likely, the root

causes that were listed above, will continue for many more years. The other trends which are

reactions to them, will also continue for many more years. Here, it is likely that the OEM gets

more maintenance service contracts for the first years of the lifetime of technical equipment and

third parties may take over after that. In industries where OEM’s close full maintenance service

contracts for all machines they produce, one will go even one step further and sell only a

function (with availability guarantees!) instead of a machine. This causes a delay into cash

inflow at the OEM and requires that financial parties step in to fill this cash gap. Another big

trend is that more and more advanced systems are co-designed with first-tier suppliers, and

maintenance has to be provided by a whole consortium of players (see e.g. the maintenance

concept for the Joint Strike Fighter). It may also happen that first-tier suppliers take a leading

role and try to pass OEM’s. Maintenance will be a challenging and exciting area for many more

years!

References

• Bertrand, J.W.M. (1989). Productiebeheersing; Groei naar volwassenheid. Intreerede,

Eindhoven University of Technology.

• Bertrand, J.W.M., Geurts, J.H.J., & Monhemius, W. (eds.) (1991). Onderhoud en

logistiek; Op weg naar integrale beheersing. Samsom/Nive, Alphen aan den Rijn.

• De Haas, H.F.M. (1995). The coordination of initial stock and flexible manpower in

repairable item systems. PhD thesis, Eindhoven University of Technology.

• Geraerds, W.J.M. (1970). Towards a theory of maintenance. Presentation at NATO-

Conference, Luxembourg. Also published in: Bertrand, J.W.M., Geurts, J.H.J., &

Monhemius, W. (eds.) (1991). Onderhoud en logistiek; Op weg naar integrale

beheersing. Samsom/Nive, Alphen aan den Rijn.

Page 88: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

76

• Geraerds, W.J.M. (1973). Productiebeheersing en bedrijfskunde naar samenhang.

Intreerede, Eindhoven University of Technology.

• Geraerds, W.J.M. (1988). Onderhoud vanuit bedrijfskundig perspectief. Diesrede,

Eindhoven University of Technology.

• Geraerds, W.J.M. (1991). Onderhoud in vogelvlucht. Afscheidscollege, Eindhoven

University of Technology.

• Geraerds, W.J.M. (1992). The EUT maintenance model. European Journal of

Operational Research, 24, 209-216.

• Geurts, J.H.J. (1986). On the selection of elementary maintenance rules; With special

references on the estimation of the survival function from censored data. PhD thesis,

Eindhoven University of Technology.

• Gits, C.W. (1984). On the maintenance concept for a technical system; A framework for

design. PhD thesis, Eindhoven University of Technology.

• Keizers, J.M. (2000). Subcontracting as a capacity management tool in multi-project

repair shops. PhD thesis, Eindhoven University of Technology.

• Kranenburg, A.A. (2006). Spare parts inventory control under system availability

constraints. PhD thesis, Eindhoven University of Technology.

• Martin, H.H. (1994). On the determination of functional requirements in a maintenance

environment. PhD thesis, Eindhoven University of Technology.

• Öner, K.B. (2010). Optimal reliability and upgrading decisions for capital goods. PhD

thesis, Eindhoven University of Technology.

• Rustenburg, W.D. (2000). A system approach to budget-constrained spare parts

management. PhD thesis, Eindhoven University of Technology.

• Van Houtum, G.J. (2010). Maintenance of Capital Goods. Inaugural lecture, Eindhoven

University of Technology.

Page 89: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

77

• Verrijdt, J.H.C.M. (1997). Design and control of service part distribution systems. PhD

thesis, Eindhoven University of Technology.

• Vliegen, I.M.H. (2009). Integrated planning for service tools and spare parts for capital

goods. PhD thesis, Eindhoven University of Technology.

Note: The lectures of Bertrand (1989), Geraerds (1973, 1988, 1991) and Van Houtum (2010)

are available at:

http://w3.tue.nl/nl/diensten/bib/digibib/publicaties_tue/redes_tue/

All PhD theses are available at:

http://w3.tue.nl/nl/diensten/bib/digibib/publicaties_tue/proefschriften_tue/

Page 90: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

78

Page 91: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

79

A TYPICAL AND HIERARCHICAL

WORKLOAD-ORIENTED APPROACH IN

EDUCATION

Remarks on the Dutch System for Vocational and Scientific Education

Corné W.G.M. Dirne

Abstract In this paper a comparison is made between a School for Vocational Education and Training, a

University of Applied Sciences, and a Research University, using some of the typical concepts

studied by Will Bertrand in his long research history. The paper doesn't claim to have a

scientific base, but it's the result of some reflections on personal experiences in the Dutch

system for tertiary education. The concepts used are the BWW-Typology for production

situations, the idea of hierarchical planning and control, and the use of workload control in

order to achieve required delivery performances. Education is a serious subject. Read this

paper with a wink of the eye.

1 Introduction

As we all know: doing research in the area of production control with Will Bertrand as coach

and writing a PhD-thesis with Will Bertrand as promoter requires positioning of the research

context in the well-known typology for production situations of "BWW", the application of the

concepts of hierarchical production planning and control, and consideration of the effects of

workload control on delivery performance and capacity planning (e.g. (Bertrand et al., 1990)

and (Bertrand et al., 1998)). This was true in the previous century (e.g. (Dirne, 1990), (Fransoo,

1993), (Ooijen, 1996)), but still is true in this century (e.g. (Nyen, 2005), (Mincsovics, 2009)).

In this article I will contemplate on my experience in the Dutch system of vocational and

scientific education. This contemplation clearly will be based on Will's indoctrination on the

subjects mentioned above, but will also violate all the basic rules Will has taught me on doing

scientific research and on writing reports and articles. To start with the latter: I will not write in

Page 92: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

80

the first-person plural ("we"). And on top of that: my considerations are personal, based on my

experience, validated on only three case studies (n=3), and clearly not proven using

mathematical models or simulation studies. Whether or not this paper could be the start of a

reflective cycle as opposed to merely a case-study (Aken, 2004), I'm not sure. What I do know

is that the paper is a result of my reflective cycle. And hopefully, and probably, this cycle is not

round yet.

In this paper I will discuss observations made during my career in education in the Dutch

context. Because of the "logic" of the steps in this career, I will start with discussing the

complexity, the planning hierarchy and the workload control of a University of Applied

Sciences (also known as a school for Higher Vocational Education, or "HBO"). Then I will

proceed with discussing similar observations in the area of a school for Vocational Education

and Training ("MBO"). And finally I will end with a short discussion on the educational context

of a Research University (... because that's where it all started!).

2 The application of Production Planning and Control concepts on

Educational Systems.

The hypothesis in this paper to be checked is that both the BWW-Typology to describe the

complexity of a situation and the paradigm of hierarchical planning and control and workload

control, help to understand the similarities and differences of the different educational systems I

have been working in so far. Clearly, Will's insights have survived the turn of the century. But

will they survive this paper as well? Let's see. In the first subsection I will discuss the

application of the BWW-Typology. Than in the second subsection I will study in some more

detail the concepts of hierarchical planning and control, and workload control, in order identify

the main issues to be discussed in the next sections.

2.1 BWW-Typology The BWW-Typology, as described in (Bertrand et al., 1998) and taught everywhere I teach, is

based on two dimensions of complexity, i.e. material complexity and capacity complexity (see

Figure 2.1).

As indicated above, I will discuss the complexity of the educational situation of the Dutch

school systems following the basic characteristics of this typology. Obviously, applying the

concept of material complexity on an educational system requires the description of the students

considered. The complexity of students is not so much their physical structure (although some

Page 93: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

81

Capacity

Complexity

High Low-volume Component

Manufacturing Shop ("job shop") Project Shop

Low Process Industry Shop Mass Assembly Shop

Low High

Material Complexity

Figure 2.1: BWW-Typology of Production Units (Bertrand and Wortmann, 1992).

The capacity complexity in an educational system is determined by the way teaching tasks can

be distributed over the teaching staff. This is largely determined by the flexibility of the teaching

staff, both in the timing of their work and in their level of multi-tasking. Also, the specificity of

the routing a student has to follow to complete his or her programme and the number of times

each lecturer will appear somewhere along that path, determines the complexity of the situation.

2.2 Hierarchy and Workload Control Typical concepts studied in most research in which Will Bertrand was involved, are the

aggregation and decomposition of the planning and control problem in different production

settings, and the workload oriented release of orders to lower levels of control in order to create

"solvable" problems on each level (e.g. (Bertrand, 1983), (Bertrand et al, 1990), (Fransoo,

1993), (Ooijen, 1996)). In other words, in hierarchical systems planning is based on

decomposition of the problem into "solvable" problems, using aggregation at different levels,

and hierarchical co-ordination. As Stadtler noted "... like decomposition, aggregation serves to

reduce problem complexity. It also can diminish uncertainty ..." (p.25, (Stadtler and Kilger

(2000)). One important rule may be obtained from most of these studies: if in a particular shop:

- flexibility is low, both in multi-tasking and in the timing of the availability of capacity,

- required operation times are uncertain,

- routings are complex,

- due dates for some jobs are tight,

then the release of work to this shop should be based on a careful control of the WIP-level,

especially of the bottleneck of the shop. Utilization rates caused by the "tight jobs" should be

kept low.

Increasing the flexibility and reducing the complexity and uncertainty will make it possible to

increase the WIP-level and control the WIP in a more aggregate manner. In other words, small

Page 94: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

82

teams with a diversity of tasks require flexibility and enough decision freedom to cope with the

capacity (and "material") problems that may appear.

3 University of Applied Sciences

Working as a lecturer at a University of Applied Science (a "HBO-University" if you like) has

some similarities with working at a Research University, but also is different in many ways. In

order to explain this, I will use the setting of the team I'm working in nowadays as a case study.

This team is responsible for the programme of Industrial Engineering and Management at

Avans University of Applied Sciences in Tilburg. The hypothesis to be checked is that both the

BWW-Typology to describe the complexity of a situation and the paradigm of hierarchical

planning and control and workload control help to understand the similarities and differences of

the different educational systems I have been working in so far. Let's see.

3.1 Applying the BWW-Typology to a HBO-University In this section I will discuss the complexity of the educational situation of the team in the case

study. In order to do so, I will apply the BWW-Typology in a "slightly" adapted way: I will use

the dimensions of material complexity and capacity complexity as in the original typology, but I

will use different characteristics to describe these complexities (as discussed in subsection 2.1).

3.1.1 Material Complexity

The diversity of the "raw materials" of an HBO-University is quite large. Students entering the

university may have a background in Senior General Secondary Education ("HAVO", see

Figure 3.1). For these students this type of higher education is the most logical next step

towards a high professional degree. The usual age for these students entering the HBO-

programme is seventeen. Some of these students have an IQ high enough for a full Research

University, but lack the discipline for self-guided studying or abstract thinking without clear

direct practical implications. Others may have a slightly lower IQ and usually find abstract

conceptual reasoning difficult. In many cases these students are still quite young in their

behaviour.

Nowadays, a large part of the students entering the HBO-programmes do not have a HAVO-

background, but an MBO-background ("Senior Vocational Education and Training"). A

percentage of almost 40% is not uncommon (see Figure 3.2). Usually these students have a 4-

year programme as background ("MBO-4"). Students with an MBO-background tend to be

more focussed and motivated than the students with a HAVO-background, probably due to age,

Page 95: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

83

experience (in practical and professional settings) and financial drive. However, confronted with

complex problems to solve, the tendency of these students is to skip the analysis-phase and

implement immediately a "solution". Languages (Dutch and English) and mathematical skills

may be a problem for these students, although that largely depends on the MBO-school they're

coming from. To give a bit of an extreme but real example: for a few students dividing a

fraction by another fraction, may be too difficult if a calculator is not allowed. An interesting

phenomenon, new for me as a lecturer, is the fact that some of these students tend to give up any

effort for understanding a new theory or concept if they don't succeed in doing so the first time.

And they do accept formulas and tools without a thorough explanation of the background, as

long as they understand how to apply them and professionals indicate that these tools indeed are

used in practical situations..

Finally, a small amount of the first year students have a VWO-background ("University

Preparatory Education", see Figures 3.1 and 3.2). These students prefer an HBO-programme

over a Research University because of the practical professional focus, the lack of discipline for

self-guided studying, or the expected effort required at a Research University (or any

combination). Students with a VWO-background usually do not accept tools and formulas

without any discussion on background or derivation. And they easily tend to get bored if the

pace is slowed down.

3.1.2 Capacity Complexity

Usually the team of lecturers operating in an HBO-programme is not very large, especially if the

programme is in some area of technology. Often teams of eight to twelve lecturers have to cover

the entire programme. As a result, the routing of students during their four years of studying

contains many loops, i.e. they get the same lecturer over and over again. Also, it is important for

the lecturers to get to know the students on a personal basis. Attendance of workshops and

classes often is obligatory and often all lecturers are also tutor of several students. Therefore, it

is almost impossible for a student to "hide" in general or even to avoid frequent contact with a

particular lecturer.

Lecturers are required to increase their skills and broaden their knowledge in order to be able to

perform all of their tasks.

Page 96: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

84

Figure 3.1: Diagram of the Dutch Education System

(http://www.uu.nl/university/international-students/EN/whyutrechtuniversity/education/dutcheducationalsystem/Pages/default.

aspx).

Figure 3.2: Division first years HBO-students 2007 over background (Takkenberg and Kapel,

2008).

Page 97: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

85

As in production, different tools are used in teaching in the process of producing the output

required. The idea that one type of tool is sufficient for the entire population of students, has

long been superseded. This is especially true for the divers input of the HBO-process. Books,

lecture notes and exercise books (such as (Bertrand et al, 1998) and (Durlinger and Dirne,

1992)) may be adequate for some students, but it always fascinates me to see how concentrated

and quiet other students suddenly get when I start a video. Even if it's just a boring simple video

of a lecturer before a white board! And I'm even more amazed by the change in the students

attitude towards learning when they have to do something in a real life situation. Sometimes it's

like looking at Dr. Jekyll and Mr. Hyde. Therefore, confronting students with real life situations

from the beginning of their study, is important for their motivation and the effectiveness of the

programme. Due to the number of practical settings required, the fact that the level of

complexity of these settings shouldn't be too high for students in the first two years, and due to

the fact that -compared to graduates of a master of science programme- a large percentage of

graduates of a bachelor of engineering programme tend to start their career in SMO's ("Small

and Medium sized Organisations"), most companies providing these practical settings are SMO-

companies.

Preparing these kind of tools and learning environments requires time, creativity, networking

and organisational talent.

3.1.3 Conclusion

The material complexity at an HBO-University is average to reasonably high especially due to

the differences in student backgrounds. The capacity complexity could be characterized as

average to reasonably high as well, not only because of the loops in the routing of a student

passing lecturers, but especially because of the frequent involvement of real life situations

where each situation is likely to have at least some particular characteristics.

3.2 Hierarchy and Workload Control at an HBO-University Clearly, the kind of tasks to be performed by lecturers in a HBO-setting is comparable to the

teaching tasks at a Research University. The main differences from a planning and control point

of view are:

- The part of the utilization rate due to teaching tasks, is much higher. As a result usually the

part of working hours that is blocked due to fixed time schedules, is much higher.

- The amount of time required to answer questions of individual students or groups of students

at unscheduled moments, usually is higher as well. Making reservations in the time tables for

these moments of contact is a good way of increasing the predictability of the workload, but

Page 98: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

86

doesn't reduce the number of hours required and clearly will increase the blocked time slots

even further.

- It is a known fact that on days where no classes are planned, students are likely not to study

at all, but, for instance, tend to earn extra money on part time jobs. Therefore, in time tables

usually classes are spread throughout the week instead of being concentrated on particular

parts of the week. Probably the only exception to this observation is the Friday, but that

exception is not caused by planning and control considerations, but by the grey-coloured hair

of many lecturers.

In order for a lecturer to organise and schedule all the other tasks he or she has to perform, some

degree of flexibility is required. Some possibilities to achieve this flexibility are:

- for each lecturer, at least one day in the week is left unscheduled;

- the time horizon for fixing time tables shouldn't be any larger than strictly necessary, thus

creating the possibility of rolling horizon planning and leaving more flexibility for solving

future planning problems;

- creating multi-tasking possibilities by educating and improving the skills of the lecturer

instead of increasing the tendency towards further specialization;

- individual lecturers are given some freedom in their classes and exams in order to be able to

adapt to the student population at hand and the actual situation, as long as they still achieve

the final attainment level of their course (this requires for these final attainment levels not be

too detailed).

Fortunately, a team does have influence on the accents and layout of the programme. The final

achievement levels that are determined on a national level, are aggregate enough to allow for

local accents and design. In such a setting, creativity is stimulated and teams are encouraged to

adopt to local and changing circumstances.

From a workload planning and control point of view, at the department-level the aggregate

workload and the workload of the bottleneck resources can be planned and controlled. On the

team-level the workload of each individual lecturer could be controlled. Clearly, the exact time

schedule for each day is for the individual lecturer to be controlled by use of a more or less

advanced personal diary. Whether indeed these possibilities for planning and control are used, is

very dependent on the organisational setting of the team. To be more precise: on the choices

made by management.

Page 99: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

87

4 School for Vocational Education and Training

Before I started as a lecturer at Avans University of Applied Sciences, I was managing director

at a School for Vocational Education and Training ("MBO"). To be more precise: of the unit

"Business and Organisation" of this school. It was my first position outside a university. Note

that about 46% of all students that continue their education after secondary school, follow a

study programme at an MBO-school (as opposed to 34% HBO and 20% University (CBS,

2010)). The observations made in this section are based on one case study, combined with some

overall statistics.

4.1 Applying the BWW-Typology to a MBO-School Again, using the BWW-Typology in an adapted manner, I will discuss the complexity of the

educational situation of a School of Vocational Education and Training (short: MBO-School).

First by discussing the material complexity of the situation (the students). Then by discussing

the capacity complexity (the teachers and organisational structure).

4.1.1 Material Complexity

Before I will get into more details on the material complexity, let me first describe two

incidents.

One of the first phone calls I received as a managing director was from a parent telling me that

her son would be away for two months. He was "out on a visit for two months", she told me. I

didn't get it at first until she said to me a bit annoyed: "Well, you know, he's got an address the

next two months where he can't leave ...". Then I got it.

In September the teams in my unit organised an evening for the parents of the new first year

students. As a managing director I also gave a presentation that night, explaining the

programmes and educational organisation of our unit. I gave some examples of the subjects that

their sons and daughters would be getting, like on administration and commerce. Afterwards the

parents were sent away with the mentor of the class of their son or daughter. One couple stayed

behind. They told me they didn't know which class their son was in. "No problem", I told them.

It's a new school and all of that, and clearly we would be able to find the right class by looking

into the school administration. Unfortunately, we couldn't find his name on any of our lists. The

parents were puzzled, and so were we. Then the mother took her cell phone and called her son.

She was told by him that he didn't study on a MBO-school yet, but still was studying on the

VMBO-school (see Figure 3.1) further on in the street. And that he didn't study business or

organisation or something, but electrical engineering.

Page 100: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

88

Need I say more? Maybe I do.

In order to understand the material complexity of a MBO-school more thoroughly, I will

subdivide the student population into four categories (see Figure 4.1).

Level 1-2 BOL 1/2 BBL 1/2

3-4 BOL 3/4 BBL 3/4

BOL BBL

Type of programme

Figure 4.1: Four categories of MBO-students.

The levels indicate the difficulty of the programme (and also indicate the number of years

required to complete the programme). So a level 4 programme requires 4 year and is the highest

level a student may achieve on a MBO-school. This level may give access to a HBO-

programme, especially if the HBO-programme is in the same area as the MBO-programme. A

level 1 programme requires only 1 year and is the lowest level a student may achieve.

Unfortunately, this level is too low to be regarded as a official professional degree. Usually,

most programmes are offered in two types. "BOL" is the regular type of programme where

students go to school five days a week (apart from their periods of practical experience, of

course). In a "BBL"-type of programme a similar diploma may be achieved by a totally different

route, i.e. the students works for -in most cases- four days a week and comes to school only one

day a week. In this programme the student has to perform all kind of prescribed tasks and

assignments "in-company".

In many cases, level 1 students never successfully finished any school at all. They may have no

VMBO-diploma. Often their social circumstances are quite difficult. Positive feedback is

unknown to many of them. Success is not a part of their vocabulary. Setting up a Christmas-tree

with two or three students together on the agreed day could be quite an achievement. Coming to

school on 75% of the days required often is an achievement as well. Anger and disappointment

often results into aggression, partly because their language skills are low or because they don't

know how else to express themselves.

In the same school, although not necessarily the same building, students study to successfully

complete their level 4 programme. They study to become a reliable bookkeeper, a motivated

teaching assistant, an expert welder, a highly skilled mechanic.

Page 101: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

89

One aspect that should be mentioned to understand the complexity even further, is the number

of immigrant students (see Table 4.1). Many of these students are highly integrated and have a

stable social background. But for others, that's not the case. Their parents don't speak Dutch.

The social environment and norms and values at home are totally different from those at school.

And both of these social settings are totally different from the street settings where they spend a

lot of their time. Obviously, the kind of attention, the pedagogical approach, and the level of

education on, for instance, the Dutch language, should be totally different for these students

than for students with a more stable background.

4.1.2 Capacity complexity

Understanding the capacity complexity of an MBO-school requires understanding of the

national structure of this part of the Dutch educational system. The final achievement levels for

each study programme are not determined on a local level, but on a national level. For each

category of

Table 4.1: Percentage immigrations for each MBO-level (source: CBS-website; 10 June 2010)

level total immigrants % immigrants

1 23392 10281 44%

2 130259 40303 31%

3 141970 34730 24%

4 226057 52484 23%

total: 521678 137798 26%

professions one of the seventeen national Centres of Expertise (Dutch: "Kenniscentra") is

responsible for setting up, monitoring, and adapting the final achievement levels, described in

the so-called qualification files (Colo, 2010).

The procedure for designing or changing these levels are quite complex and many parties are

involved (including usually the larger employers). Before the introduction of the competences-

based qualification files in this century, the final achievement levels were described in much

more details. For some study programmes lists of hundreds of items to be achieved were not

uncommon. The monitoring and control of all the study programmes is quite intense. At a

Page 102: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

90

particular moment in time, around 2004-2005, both the Dutch Inspectorate of Education and a

special Centre of Expertise on Examinations would check the programmes, requiring many

documents and data to be collected on a regular base (every year or every other year).

Because of the structure being so complex and of the control being so tight, the freedom for

teachers to create new lessons and teaching material was (and sometimes still is) limited. The

best way to "keep out of trouble" was to make use of ready-for-use material provided by

publishers of educational books. And to use the ready-for-use exams that could be bought from

the Centres of Expertise and were guaranteed approved by the Centre of Expertise on

Examinations. As a result creativity among the teaching staff was reduced to practically zero

(except for some highly motivated Don Quixotes who believed in fighting windmills).

Then the new competences-based structure was introduced, requiring real-life situations to be

included in the programmes as much as possible and stimulating the setting up and organisation

of complex proficiency tests on a local base. The introduction of this new system was co-

ordinated nationally, in a project-oriented manner, and every school and team was to introduce

the new system in a couple of years. Although the logic behind the system was and still is not

bad at all, especially for vocational education and training, both from the point of view of

change management and from the wish for diversity in study programmes to accommodate the

diversity in students, a worse scenario could not have been followed. Suddenly teachers were

required to perform tasks they didn't agree with nor were prepared for, and they risked of being

confronted with all kinds of problems afterwards when inspected by the Dutch Inspectorate of

Education or the Centre of Expertise on Examinations.

One of the consequences of all these directives and changes was that teachers more and more

were checking, sometimes even on a daily base, whether their workload still corresponded with

the official collective agreement ("CAO"). And the number of rules that could be violated when

creating a time schedule for the next period, was quite large. Making a new schedule was like

solving a mathematical optimisation problem with many constraints, with no guarantee of

finding a viable solution.

4.1.3 Conclusion

Clearly, the material complexity at an MBO-School can be considered high to very high. Due to

the special attention each student may require, especially in the lower levels, sometimes it may

seem as if no standard programme could be applied. The diversity in learning competences and

skills is high, while the moment and amount of time required from a teacher to help a student is

rather unpredictable. On top of that, due to a lack of flexibility, caused by the reasons mentioned

Page 103: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

91

above, the capacity complexity is high as well as is the specificity of the programme to be

followed ideally.

4.2 Hierarchy and Workload Control at an MBO-School As compared to the time schedules of lecturers in a University of Applied Sciences, the time

schedules of teachers in an MBO-school are even much more fixed. On average, the number of

hours a full-time teacher will spend giving classes would be about 22 (with a possible maximum

of 25). The number of hours available for preparation is less than for a lecturer at a University

of Applied Sciences, at least by 50%.

As you can imagine, the flexibility of teachers in an MBO-school was and probably still is not

very high. Taking away their books, standard exams and classrooms doesn't make them more

flexible. It makes them more insecure. Forcing level 4 teachers to teach to level 2 students

doesn't improve the quality of a study programme. Generally speaking, level 2 students do not

need teachers focussing on state of the art knowledge and equipment. They need socially en

empathically engaged teachers, speaking their language, able to motivate them to reach a bit

higher than before. Level 2 teachers having to teach more advanced knowledge and skills to

level 4 students do not come home at night with a satisfied feeling of having done a good job.

Demanding more certified teachers doesn't improve this flexibility.

Planning and controlling the workload of the teachers in the teams was a tough job. It required a

detailed spreadsheet-based program where workload was calculated in four digits after the

decimal point. For instance: one teacher in my unit was employed for 0.7969 fte. Not for

0.7970, not for 0.7968, but for 0.7969 fte. And she was not the only one ... The more teachers

were likely to refer to the official collective agreement, the less possibilities were left to plan

workload in a hierarchical way, such as a more aggregate workload control on team level and

the more detailed planning and scheduling in the teams themselves. Asking the teachers to come

school one day before the opening of the school year could be violating the agreements on the

collective holidays. Not to mention the difficulties encountered when teachers got ill and had to

be replaced. In 2008 the percentage absence through illness for teachers in the MBO-sector was

almost 5,1% (Stichting Onderwijsarbeids-marktfonds, 2008).

5 Research University

Things have changed at universities since I've left the TU/e. My ego is not that big that I assume

that these changes have anything to do with my departure. I've had the privilege of being part of

Page 104: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

92

that change for some time. My last academic year I worked at the university was the year 2002-

2003. If I would follow the outline of this paper in this section as well, I would have to discuss

the present situation at the TU/e. However, it would be too presumptuous of me to claim to

know enough details of this situation to be able to do so. As I understand, the last couple of

years Will Bertrand even entered the Departmental Board. Things have changed too much!

The only observations I would like to share, since they probably are still true nowadays, are:

- The planning and control situation at a HBO-University resembles more the situation at a

Research University than the situation at a MBO-School.

- Usually the flexibility of timing is larger at a Research University than at a HBO-University,

while the flexibility in the sense of multi-tasking abilities tends to be less.

- The creativity and readiness for changes is much higher at the Research University and

HBO-University than it is at a MBO-School. The need for changes and creativity probably is

higher at HBO-Universities than it is at Research Universities.

- The educational and pedagogical skills and attitudes required from a teacher, increase rapidly

as the "level" of the educational setting decreases. I know that even today at Research

Universities there are a lot of discussions on the quality of classes, study materials and

lecturers. And rightly so. But the necessity of this quality is far less as compared to, for

instance, the MBO-Schools. I know now from experience that students at a Research

University indeed are far more self-guiding than students elsewhere.

6 Reflection

You may wonder whether there is an educational situation in the Netherlands with low material

and low capacity complexity. Well, there was once: the old Master-Mate system where the

master only had one student and could fully determine by himself what programme his mate had

to follow and how much time was required to teach the mate all he had to know. Learning a

craft could be considered quite a process. Change-over time to a new mate usually was very

large. Such a system of patience, dedication and slow growth seems to be difficult to re-create

and sustain in our modern, fast society.

And the "job shop"? Would that be the student shopping at many different schools and school

systems in order to get a degree? Or maybe the part-time student who has completed several

advanced courses and has many years of experience, and now tries to get an official degree?

Page 105: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

93

In any case, the old fashioned class-oriented system resembles more the assembly shop. One

teacher for one class during one year, with clear and identical end terms for each student.

Complexity in this system was and is the diversity of the students in the class .

I know. This paper is not really a highbrowed scientific paper. It's not the result of a thorough

research project. Actually, it's not a result of any research at all (apart from some literature

research I've done to write this paper). It's just a reflection on my experiences in three different

type of educational settings in the Netherlands.

The step from a position as a director of education at a university to a managing director

position at a MBO-school was interesting and by all means a challenge. I'm glad I made this

step. I'm glad Will supported me all the way. And motivated me. Our real first encounter was an

oral exam. He asked me a question and, while I was thinking what the question was about and

why I hadn't read that part of the lecture notes he was referring to, all he did was looking out the

window and being silent. It was a quiet and painful exam. It got me motivated.

As Will always told me: in research and education it's not about capacity planning and

monitoring hours or workload; it's all about motivation!

References

Aken, J.E. van (2004). Management Research Based on the Paradigm of the Design Sciences:

The Quest for Field-Tested and Grounded Technological Rules. Journal of Management

Studies, 41:2, March 2004, 219-246.

Bertrand, J.W.M. (1983). The effect of workload dependent due-dates on job shop performance.

Management Science, 29, 799–816.

Bertrand, J.W.M., Wortmann, J.C., Wijngaard, J. (1990). Production Control - a Structural and

Design Oriented Approach. Amsterdam. Elsevier Science Publishers.

Bertrand, J.W.M., Wortmann, J.C. (1992). Information systems for production planning and

control: developments in perspective. Production Planning & Control, Vol.3, No.3, 280-289.

Bertrand, J.W.M., Wortmann, J.C., Wijngaard, J (1998). Productiebeheersing en material

management. Houten, Nederland. Educatieve Partners Nederland BV.

Page 106: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

94

CBS (2010). Statistisch Jaarboek 2010. Den Haag, CBS.

Colo (2010). Qualifications Structure. http://www.colo.nl/qualifications-structure.html.

Accessed 29 November 2010.

Dirne, C.W.G.M. (1990). Production Control for Flexible Automated Manufacturing Stations in

Low Volume Component Manufacturing. PhD-Thesis, TU Eindhoven.

Durlinger, P.P.J., Dirne, C.W.G.M. (1992). Produktiebeheersing en material management -

werkboek. Leiden/Antwerpen. Stenfert Kroese Uitgevers.

Fransoo, J.C. (1993). Production Control and Demand Management in Capacitated Flow

Process Industry. PhD-Thesis, TU Eindhoven.

Mincsovics. G.Z. (2009). Studies on Tactical Capacity Planning with Contingent Capacities.

PhD-Thesis. TU Eindhoven.

Nyen, P.L.M. Van (2005). The integrated control of production-inventory systems. PhD-Thesis,

TU Eindhoven.

Ooijen, H.P.G. van (1996). Load-based work-order release and its effectiveness on delivery

performance improvement. PhD-Thesis, TU Eindhoven.

Stadtler, H. (ed.), Kilger, C. (ed.) (2000). Supply Chain Management and Advanced Planning:

Concepts, Models, Software and Case Studies. Berlin. Springer-Verlag.

Stichting Onderwijsarbeidsmarktfonds (2008). Verzuimanalyse Mbo-sector - 3e kartaal 2007

t/m 2e kartaal 2008. Groningen, Arboservicepunt.

Takkenberg, D, Kapel, R. (2008). Van mbo en havo naar hbo. Centraal Bureau voor de

Statistiek, Sociaaleconomische trends, 2e kwartaal 2008, 26-31.

Page 107: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

95

THE IMPACT OF NON-COMPLIANCE TO

PRODUCTION CONTROL PRINCIPLES

ON PERFORMANCE OF REAL-LIFE

PRODUCTION SYSTEMS

J.M. Keizers

Abstract Models on production control cannot be built without assumptions. These (mostly) small-scale

models help us to represent real-life situations and to understand the relationships between the

input and output variables in these situation. However, we also know upfront that these small

scale models contain errors, compared to the real-life situations. When implementing the

knowledge obtained from these models in real-life situations, it might seldom be the case that a

performance is being achieved that is being forecasted based on the model. Rather than

assuming that this gap is due to the theoretical assumptions upon which the model is based, this

paper presents – based on three case studies - an approach to make this gap visible. While

models are based and developed on steady state behavior and aggregate performance statistics,

this approach is based on analyzing the individual (sales/production/purchase-) orders. In this

way, additional information on the behavior of the planners is being created, which can be fed

back to the planners, in order to structurally improve performance. This approach can be of

help for companies which keep on investing in new supply chain processes and software, but

continue to suffer from performance which keep on underperforming.

Introduction

The research schools on operations management continue to develop and improve knowledge

on inventory and production planning and scheduling. This knowledge is slowly being absorbed

by companies and implemented in real-life production situations, via various channels: e.g. via

new software applications of ERP software providers, via graduate projects, via former students

and via research projects between research schools and private companies. Despite this growing

Page 108: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

96

knowledge and improved algorithms in software packages, companies still struggle to control

and structurally improve the performance of their processes. It is widely known, that part of this

struggle is caused by the difference between the underlying assumptions used for building the

production control models and the real-life situation. However, also human behavior can

increase of decrease the gap between the model and the real-life situation.

Wiers (1996), for instance, studied real-life planning and scheduling systems and concluded that

these are much richer than theoretical models, both in terms of the complexity of the problems

to be solved and the intelligence and control means available for the planners solving the

problems.

It is now widely agreed that just applying the results of theoretical research does not solve the

real-life planning problem. However, human planners and schedulers who are integral parts of

the planning and scheduling functions in a manufacturing system can use the theoretical results

as a guideline for their practice, but they still are fully aware of the complexity of the real-life

problems and the various means available for tackling the problems (McKay et al. 1995a,

1995b). Research by Crawford et al. (1999) has shown that planners in manufacturing systems

have many different roles, ranging from mediator and problem solver, to information channel

and problem escalator. Planners therefore seem to do more than just taking decisions; they seem

to influence the process in various ways, and seem to take into account all kinds of information

that is not represented in the theoretical models that are being used for studying the planning

and control processes

This paper builds further on the work done by Bertrand in the past decades. In his work,

Bertrand tries to decomplexify the production situations under research in hierarchical

dependent models or solutions, where the output of each model is used as an input condition for

the next lower level. Furthermore, Bertrand explicitly pays attention to the robustness of the

solutions, as he assumes that – by definition - real-life situations differ from the assumptions of

the theoretical models. This paper is based on the research of Bertand and Keizers in the late

90’s. In Keizers, Bertrand & Wessel (2003), the gap between actual planning procedures and

their analytical planning model in a maintenance organization is being described by the factors

which are not included in a proper way in the planning procedures. The authors conclude that

planners do not adequately include the information on (uncertainty of) processing times, lead

times, the number of shops involved in the various projects and the mixture between planned

and unplanned jobs in their planning processes. As a result, the performance is below threshold.

This information can be fed back to the planners. However, this feedback information still lacks

the structure and knowledge for the planners on how to adequately use the identified lacking

information in their planning processes. In this paper, we go one step further and describe for

three different cases the actual gap between the analytic models and the real-life situation by

Page 109: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

97

analyzing the individual planning decisions, rather than analyzing aggregate statistics on the

data about the planning decisions. Based on this, we show the power of these types of analyzes

and even describe the content of the gaps. These analyses are becoming more and more

possible, because of the growth of the ERP software during the last decades. These ERP-

systems (and their add-ons) are increasingly containing state of the art planning and scheduling

algorithms and storing all kind of data on single purchase, sales and production orders, which

are relevant for the analyses shown in this paper.

In the next sections of this paper, three different cases will be presented. Each case presents a

(part of a) production system which suffers from underperformance, even though production

control models are implemented, which contain at least some analytical knowledge. However,

unless these models, the production systems show a performance which is below the expected

or target values. In each of the three case studies, the performance is not being analyzed by

studying averages or steady-state behavior, but by studying the individual performance of the

relevant objects (e.g. production orders, sales orders, purchase orders) and comparing their

individual performances to the performance as suggested or calculated by the model.

Case 1: Low inventory turns because of non-compliance on Make-to-Order products

Company I produces a commodity product with a large variety in dimension of the end product

(length, width, height, weight). Some of these products are made to stock (MTS), whilst other

products are only made to order (MTO). Although procedures are in place for distinguishing

between MTO and MTS, an unacceptable part of the actual inventory consists of non- and slow-

moving inventory. After studying the procedure for classifying articles in either MTO or MTS,

the adherence of the planners to the MTO procedures is being analyzed, using Figure 1. This

graph shows that - although planners distinguish MTS and MTO production - for 23% of the

production orders the output on MTO production is more than planned. And for 49% of the

production orders, the output on MTO production is less than planned, which requires a new

production order with again a substantial probability of producing too much. In this way,

overproduction on MTO articles leads to unwanted stock with high potential on becoming

obsolete. The gap exists in the fact that although clearly defined procedures exist for assigning

articles either as MTO or MTS, still non-moving stock is being created buy production

supervisors who take the freedom to increase efficiency by increasing the batch sizes. High

level research on aggregate characteristics of the

Page 110: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

98

10005000-500-1000

99

95

90

80

7060504030

20

10

5

1

Quantity under/overproduced on production orders

Pe

rce

nt

0

77

49

(Each dot represents a production order)Production output versus production planning

Figure 1. Impact of production-schedule compliance on inventory turns

inventory mix does not give the required knowledge which can be fed back to the production

supervisors, who have a natural preference to run efficient batch sizes. However, this analysis

on individual production order level does tell you what to feed back to your production

supervisors in order to avoid non-moving inventory as much as possible: stick to the plan.

Case 2: Impact of master data quality on delivery performance

Company II develops technical systems and uses a subcontractor for purchasing/ manufacturing

the sub-assemblies and for assembling the final technical system. The delivery performance of

company II to its customers is under pressure and falls below their target of 90% in time. As

Figure 2 shows, this is caused by a delivery performance of their subcontractor which is also

below targets. At first, pressure is put on their subcontractor to make sure they improve their

performance. Performance of the subcontractor slightly increases, but still does not reach the

target performance. Once studying the performance of the individual purchase orders to the

subcontractor and comparing the attributes of the individual purchase orders to their standards –

as described in the material master data of the associated articles – a pattern is being found.

Page 111: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

99

50403020100-10-20-30-40

99,9

99

95

90

80706050403020

10

5

1

0,1

Actual delivery date minus requested delivery date

Perc

ent

0

65

(each dot is a purchase order line in 2010)

Figure 2. Delivery performance of suppliers

The company defines 7 different standards for their material master data in their ERP system

which need to be met in order to classify the quality of the master data as acceptable. These

standards range from “valid price in ERP system”, to “purchase lead time in ERP aligned with

contractual agreed lead time” and to “re-order points filled in ERP for Make-to-Stock articles”.

For each article number, the number of errors (i.e. non-satisfying standards) can be counted and

assigned to this article number, which logically can be range from 0 (i.e. all standards are met)

to 7 (i.e. none of the seven standards are met). When studying the delivery performance of the

company’s supplier, whilst distinguishing material numbers based on their number of non-

satisfying standards, the following can be concluded.

Whereas each dot in Figure 3 represents the actual delivery date minus the requested delivery

date, it can be seen in the plot that the delivery performance is a decreasing function of the

number of non-satisfying standards: the more errors in the master data, the worse and the more

unstable the performance of the supplier. Or stated the other way around, in case the quality of

the material data is up to standards, the delivery performance of the suppliers is closest to the

requested performance. Clearly, the purchasing department sends purchase orders to their

suppliers which contains data – or

Page 112: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

100

50250-25-50

99,999

90

50

10

10,1

50250-25-50

99,999

90

50

10

10,1

0

Actual delivery date of suppliers minus requested delivery date of suppliers

Pe

rce

nt

01

2 3

0

0123

master dataerrors in

Number of

Panel variable: Number of errors in master data

Each dot is a purchase order line in 2010

77% 66%

58% 61%

Figure 3. Impact of master data quality on supplier’s delivery performance

is triggered based on data - which does not reflect the real-life process and the real-life

capability of the supplier. This case shows that at first glance the production system is non-

capable of reaching the target performance, whilst management is confident that they are using

the right principles for production planning. In fact, they are using the right principles, but the

non-compliance of the master data makes that performance is below standards.

Case 3: Impact of customer’s sales order lot size behavior on delivery performance

Consider Company III. This company delivers customer-specific articles. Some of the articles

are delivery from stock, some of them are made-to-order. The company was being faced with a

poor delivery performance on their make-to-stock items. Like Figure 4 shows, in month 8, the

delivery performance of the company turned out to be only 20%. Further research showed that

the inventory policy was not aligned with the service level agreements that the company has

agreed with their customers. For example, for some items it has been contractually agreed that

these should be delivered from stock, but in real-life it turned out that for most of them the

replenishment levels

Page 113: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

101

100806040200

99

95

90

80

7060504030

20

10

5

1

Actual delivery date minus confirmed delivery date

Perc

ent

89

10

Month

(each dot is a delivery line)

Figure 4. Delivery performance of Make-to-Stock items

1000050000-5000

99,9

99

9590

80706050403020

10

5

1

0,1

Ordered quantity minus contracted reorder quantity

Perc

ent

0

Customer ACustomer BCustomer CCustomer D

Customer

(each dot is a sales order)

Figure 5. Adherence of customers to frame contracts

Page 114: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

102

where not aligned with the contractually agreed sales order lot size of the customer. After

solving this, the delivery performance started to improve during month 9 and 10. At the start of

month 10, all replenishment levels where aligned with the contractually agreed sales order lot

sizes, and management of the company predicted a delivery performance over 90%.

Although Figure 4 shows a strong improvement of the delivery performance - please note that

the lateness of some sales orders may be caused by non-aligned inventory policy in prior

months – still part of the sales orders showed an unacceptable delivery performance. Rather

than concluding that the production control principles are not sufficient for this real-life

situation, further research of the individual sales order lot sizes showed the solution. Each make-

to-order item has inventory parameters (reorder level and reorder quantity), which are based on

the contractually agreed sales order size (e.g. “Company III ensures to keep 5000 pieces of part

AB1234 on stock”). However, Figure 5 shows that there can be a huge difference between the

contractually agreed sales order size and the actual sales order size.

Customer B and Customer C comply more or less to the agreed lot-size. However, especially

customer D orders in about 65% of the sales orders, a quantity which exceeds the quantity on

which the company has been anticipating. As a result, an additional production run is required

and therefore, the order cannot be delivered from stock.

Conclusion

Models on production control cannot be built without assumptions. These small-scale models

help us to represent real-life situations and to understand the relationships between the input and

output variables in the real-life situation. However, we also know upfront that these small scale

models contain errors, compared to the real-life situations. When implementing the knowledge

obtained from these models in real-life situations, it might seldom be the case that a

performance is being achieved that being forecasted based on the model. Rather than assuming

that this gap is due to the theoretical assumptions upon which the model is being based, we have

presented in this paper – based on three cases - an approach to make this gap visible. This

approach is based – instead of investigating the steady state behavior and aggregate

performance statistics, as are used for building the small scale models – on analyzing the

individual (sales/production/purchase-) orders. In this way, additional information on the

behavior of the planners is being created, which can be fed back to the planners, in order to

structurally improver performance. This approach can be of help to make for companies which

Page 115: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

103

keep on investing in new supply chain processes and software, but continue to suffer from

performance which keep on underperforming.

References

Bertrand, J.W.M. and D.R. Muntslag (1993). Production control in engineer-to-order firms.

International Journal of Production Economics, 30: 3-22.

Bertrand, J.W.M. and J.C. Wortmann (1981). Production control and information management

for component manufacturing shops. Elsevier, Amsterdam.

Bertrand, J.W.M., J.C. Wortmann and J. Wijngaard (1990). Production control: a structural and

design oriented approach. Elsevier, Amsterdam.

Crawford, S., B.L. MacCarthy, J.R. Wilson and C. Vernon (1999). Investigating the Work of

Industrial Schedulers through Field Study. Cognition, Technology & Work, 1: 63-77.

Keizers, J.M. (2000). Subcontracting as a Capacity Management Tool in Multi-Project Repair

Shops, Ph.D. Thesis, Technische Universiteit Eindhoven.

Keizers, J.M., J.W.M. Bertrand and J. Wessels (2003). Diagnosing Order Planning Performance

at a Navy Maintenance and Repair Organization using Logistic Regression. Production and

Operations Management, 12(4): 445-463.

McKay, K.N., F.R. Safayeni and J.A. Buzacott (1995a). Schedulers and planners: what and how

can we learn from them. In: D.E. Brown and W.T. Scherer (ed), Intelligent scheduling systems.

Kluwer, Dordrecht, 41-62.

McKay, K.N., F.R. Safayeni and J.A. Buzacott (1995b). 'Common sense' realities of planning

and scheduling in printed circuit board production. International Journal of Production

Research, 33: 1587-1603.

Wiers, V.C.S. (1996). A quantitative field study of the decision behaviour of four shop floor

schedulers. Production Planning and Control, 7: 383-392.

Page 116: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

104

Page 117: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

105

WHAT AND HOW OF PLANNING AND

CONTROL OF OPERATIONAL PROCESSES

Ton de Kok

1. Introduction

I had heard about Will Bertrand before I joined his group only indirectly. It was clear that he

was a good researcher and knew what the practice of planning and control was about. Only

when we started our discussions on the fundamentals of planning and control, i.e. the nature of

primary (operational) processes and its consequences for effective planning and control, I truly

learned about the depth and breadth of his knowledge. Looking back, I think I only implicitly

made a wise decision: instead of reading all the things he read (in particular the classics from

Holt et al (1960), Forrester (1961), Anthony (1965), Conway et al. (1967), and Galbraith (1973),

to name a few), I just listened to him, absorbed and tried to translate his thoughts into mine,

often trying to develop basic quantitative models that might help further understanding.

Listening is extremely efficient, provided you listen to knowledgeable people. I think Will

shares my vision that listening can also be extremely inefficient when listening to self-indulgent

guru-type people. Both Will and I have had our share of that.

Though Will and I continued our discussions on the fundamentals of planning and control until

now and will continue them as long as we live, we only published one paper together in the

Dutch journal Bedrijfskunde (cf. Bertrand and De Kok (1999)). The topics discussed below may

provide some explanation for this fact. In section 2 what and how of planning and control is

discussed. In the subsequent sections recurring topics during our discussions on the

fundamentals are discussed: commonality in section 3, assumptions about the future in section

4, and modeling time in section 5. The epilogue, section 6, intends to draw some conclusions

and indicate food for thought for others. By no means I claim that out of our discussions we

have distilled the do’s and don’ts of planning and control. But I do claim that we have discussed

matters that most scientists and practitioners never consider explicitly, while these matters

matter for effectiveness of implementation of planning and control frameworks.

Page 118: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

106

2. What and how

Arriving at LBS in 1992 and reading the famous blue book (Bertrand et al (1990)) and purple

book (Bertrand et al (1990)), and re-reading them both, I wrote in the upper right-hand corner of

my whiteboard: What! How? For me the “what” in planning and control is the structuring of

decisions functions aligned with the decision authorities in organizations. The “how” in

planning and control is the implementation of these decision functions in information systems

and working procedures. Both the “what” and “how” can be treated at various levels of details,

depending on the objective one has with developing scientific or professional knowledge.

Operations Research, my background, is mostly concerned with the how question. Starting from

a model describing a decision function ( i.e. objective function, constraints, decision variables

with their domains) methods are developed to determine optimal decisions. If that is not

possible due to NP-hardness or the curses of dimensionality, heuristics are proposed showing

adequate decision quality. Late 1970’s Ackoff (1979) concluded that Operations Research as a

science had failed to deliver its 1950’s promises by focusing only on mathematical methods and

mathematically tractable models. He argued that OR should be “re-conceptualized”. When

reading Ackoff’s paper in the late 1980’s while working as an OR expert consultant, I disagreed

with Ackoff: I worked in a very successful group of OR and Statistics specialists proving him

wrong day-by-day. OR worked! And still does, by the way. Yet I did not get the point of

Ackoff’s paper. Though Ackoff was disappointed about OR’s impact on practice, his argument

was a scientific one. Using the wording above, Ackoff made a plea to first discuss the “what” of

decision making, before we discuss the “how” of decision making. I can only support this and

Will Bertrand made me clear why.

Already in the 1970’s Will Bertrand, together with Hans Wortmann and Jacob Wijngaard,

studied planning and control from a conceptual point of view. Keywords were hierarchical

planning, feedback and feed forward, uncertainty.

Influenced by Galbraith (1973) and Hax and Meal (1975) they developed a generic framework

for production planning and control. The decomposition into aggregate planning, material

coordination, workload control and work order release is fundamental. Probably over 1000 MSc

students have used the framework in various industrial sectors, ranging from process industries

to capital goods industries. The Eindhoven framework for production planning and control is the

generically applicable "what". But how about the "how"?

Page 119: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

107

Figure. The Eindhoven framework for production planning and control.

The "how" of workload control found its form in various combinations of an upper bound on the

total amount of work (in time units) and machine dispatching rules. Together with Ton van de

Wakker (1993) and Henny van Ooijen (1996) Will Bertrand showed that their simple rules

enable low variability lead times at reasonably high utilization rates for job shops with simple

and complex job structures. Key concepts included differentiation in throughput times and

exchange of slack time between different work orders.

In his work Will Bertrand focused on workload control, work order release and Production Unit

control. For these functions he developed clear guidelines for the "how" of planning and control.

He paid less attention to material coordination, with exception of his work with Zuiderwijk and

Hegge (Bertrand et al. (2000)), which we discuss in some detail below. However, the fact that

even in chaotic shops (PU's) throughput times can be controlled is fundamental to the validity of

so-called planned lead times. These planned lead times are the means to decompose material

coordination, workload control and PU control. As material coordination deals with work order

Workloadcontrol

PU - Control

Aggregateproductionplanning

Materialcoordination

Work orderrelease

aggregate deliveryplan

PU-state(detailed)

(detailed)

(aggr.) releasepattern

work orderpriorities

sales information

(capacities, inv.)goods flow state

information (aggr.)sales + marketing

PU-state(aggregated)

capacity +capacity use

Page 120: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

108

releases to multiple PU's in parallel under uncertainty in end-item demand, the reduction of

complexity by assuming constant lead times is enormous. Eventually it made it possible to

develop an alternative for MRP I under the acronym SBS, which stands for Synchronized Base

Stock policies (cf. De Kok and Fransoo (2003)), that seems to provide a valid description of real

world value networks. To understand this statement one should be aware of the fact that the

workload control concept assumes 100% material availability. In order to ensure validity of

workload control, the material coordination function should propose work orders to be released,

of which material availability has been checked. If so, the workload control function provides

the necessary information to the work order release function needed for timing the actual

releases to the shop floor. Below we argue that material coordination is periodic by nature. The

work order release function translates discrete time decisions into continuous time decisions.

The impact of guaranteed material availability should not be underestimated. If material

availability is checked after work order release, then continuous work order cannibalization is

the consequence, or regular idleness of resources. Both lead to a delay of output to the market or

successor PU's. To manage the consequences of delays, excessive manual labor is required,

together with additional slack in the form of safety stock, safety lead time and safety capacity.

In my view, this explains the success of the implementation of the SBS material coordination as

described in De Kok et al (2005).

Thus, workload control, ensuring reliable (predictable) lead times, and material coordination

based on the BOM and these constant lead times, ensuring 100% material availability, create a

consistent "how" of planning and control.

3. Exploiting commonality or not

Above we argued that material coordination should ensure a 100% availability check before

communicating work orders to the work order release function. Though we explicitly mentioned

SBS, based on the echelon stock concept and an explicit allocation mechanism, there are

multiple alternatives for material coordination decision support. The material coordination

problem can be formulated as an LP, or one may apply some finite loading heuristic, where

material requirements are satisfied one after the other according to some priority sequence. In

De Kok and Fransoo (2003) it is shown that LP's extremal solutions subsequently generated in a

rolling schedule context, are not robust against demand uncertainty. The same holds for priority

sequences. Having said this, still there are many alternatives for material coordination under a

concept like SBS (i.e. echelon-order-up-to-policies).

Page 121: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

109

To clarify this, we consider an assemble-to-order environment, where customer orders are filled

from component stock. Bertrand et al (2000) propose a so-called hierarchical pseudo item Bill

Of Material as the means for material coordination. This BOM structure effectively separates

the material coordination of the product family under consideration into material coordination of

a common set of items and sets of items defined by options that can be chosen by customers.

Each set of items, i.e. pseudo item, is controlled effectively as a single item and independently

of the control of other pseudo items.

It is easy to see that the quantitative analysis in Bertrand et al (2000) is of a heuristic nature, as

the independent control of pseudo items yields an overall performance that depends on

interactions between demands for pseudo items, which is ignored. Furthermore, differences in

lead times of components are ignored. Still, the idea of separating control of different pseudo

items generated a discussion on material coordination between Will and me from a conceptual

point of view.

Consider an organization, where multiple account managers are responsible for different market

or product segments. The items in the product or market segments have common and specific

components. For the specific components the account manager is responsible for material

coordination. For the common components a separate organizational entity is responsible for

material coordination. Though all of this seems obvious, there is a fundamental issue: the

account managers are responsible for meeting sales targets, while meeting these sales targets

depends on the availability of the common components. There is a separation of responsibilities,

yet authority is not separated as account managers cannot decide on common material

availability themselves. Here we identify a trade-off between the benefit of clear responsibility

and authority separation and the benefit of pooling the demand for common items. Will

Bertrand emphasized the first aspect, whereas I emphasized the second aspect. How to settle this

matter?

In my view only empirical research can provide insight into the trade-off to be made, as the

benefit of clear and aligned responsibilities and authorities are hard to quantify. Still,

quantitative analysis may shed light on the benefits of exploiting the commonality embedded in

the BOM. Unfortunately we are faced with a fundamental issue: for arbitrary BOM's there is no

hope to find optimal material coordination policies, not even under the classical (simplifying)

assumptions of stationary demand for end-items and linear holding and penalty costs. Hence the

benefit of exploiting commonality depends on the particular material coordination policy

chosen: LP, SBS, finite loading, MRP.

As commonality exploitation is only relevant under demand uncertainty, we use SBS policies as

coordination mechanism; as under these policies we can accurately compute long-run average

Page 122: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

110

holding costs under service level constraints. Based on our experiments we found the following

insights.

1. Commonality does not tell the whole story. The lead time structure is of equal

importance. Commonality can only be exploited if specific items have relatively short

lead times.

2. Commonality has the greatest impact in situations where fast movers have more or less

equal demand rates and demand for each of the fast movers has moderate to high

variability.

3. Exploiting commonality is counter-productive if low cost volatile demand end-items

share components with high cost moderately variable demand end-items.

The third situation is due to the fact that the material coordination mechanisms known to date

are non-optimal and cannot manage this type of situation well. We might think that the third

situation is unlikely to occur, as we expect high cost items to have lower demand and higher

variations. However, fast moving items may show considerable variations due to the bullwhip

effect. Another relevant situation is where components and subassemblies are used as spare

parts to support the maintenance of an installed base. Demand for spare parts may be highly

variable, and the spare part is less expensive than the final product it is part of. Thus, it may be

wise to keep separate safety stocks for spare parts.

The consequence of the above is that in many situations we cannot exploit commonality to its

full extent and it may be even unwise to exploit it. Taking into account the intangible benefits of

alignment of responsibility and authority, Will Bertrand may be right in not exploiting

commonality in many practical situations.

4. Do we know the mean?

With a suitcase full of models and methods I arrived at Will's group in 1992. Will emptied my

suitcase in one stroke as he noted in a discussion that stationary models are not valid; we do not

even know the mean of random variables that realize themselves in the future! I thought it wise

to ignore this statement, as researchers must be productive: publish or perish.

Having said this, the problem of dynamics in demand processes has kept me busy ever since, be

it only now and then. Over the years I developed results for stationary models, from these

Page 123: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

111

derived policies that can be used in non-stationary situations, and implemented them with the

help of many others. With a series of MSc students we developed value network models

describing as-is situations and validated them with data from ERP systems. To give some idea

of our approach:

1. Scope the value network to be analyzed.

2. Select "critical" items.

3. Create the resulting BOM and lead time structure.

4. Compute average stocks and average lot sizes for all items over a relevant period in

time using data from ERP.

5. Compute actual operational service levels (e.g. fill rate) over the same period of time

using data from ERP.

6. Compute means and standard deviations of all end-items over the same period in time

using data from ERP.

7. Use BOM, lead times, average stock, mean and standard deviations of end-items in a

quantitative (value network) model and compute the model operational service level.

8. Compare model and actual operational service levels.

The overall findings are quite positive. Given the fact that the data about demand for an

individual end-item are usually limited, we cannot expect very accurate results. Think of

throwing a dice 12 times. You will not find 2 times 1, 2 times 2, etc. However, when averaging

over all operational service levels, one finds that model outcomes and actual outcomes are quite

close. The inevitable conclusion is two-fold:

1. Real life demand data can be assumed to be generated by a stationary demand model.

2. The average inventories across a value network determine the operational performance

of this value network.

I consider these conclusions inevitable as the model outcomes could not be similar to the actual

outcomes, otherwise. This is obvious for the first conclusion, but the second conclusion

warrants some explanation.

We should be aware that the performance of a value network depends both on the operational

control concept and its parameters (safety stocks, safety times, lead times and lot sizes). In De

Kok and Fransoo (2003) it is shown that meeting a given fill rate requires different safety stocks

when using LP in rolling scheduling then when using SBS policies. It is reasonable to argue that

safety stocks needed to meet fill rate targets in practical situations where MRP is used in

conjunction with human interventions are again different. The behavior of a value network

under SBS policies is clearly different from its behavior in practice. Still, model outcomes

Page 124: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

112

resemble actual outcomes. These two observations can be consistent when observing that

different parameters for different material coordination concepts may yield the same average

stocks. (Note that in our eight-step approach we do not use control parameters from ERP).

Apparently, the actual system with its average stocks performs more or less the same as the

system under SBS policies with the same average stocks.

From the above we may conclude that modeling individual end-item demand as stationary i.i.d.

demand is warranted. Unfortunately, when deciding on safety stocks, lot sizes and (planned)

lead times, or even the design of the manufacturing and distribution network, and the design of

the product family under consideration, we must guesstimate the mean and variance of end-item

demand. This can be seen as the Achilles heel of any design problem. Our findings are only in-

sample findings. We used historical data and showed that our process model of the value

network is correct. So probably when applying the same approach next year we will find the

same. Yet the decisions must be taken now, before knowing mean and variance of end-item

demand. Are all our efforts in vain?

In my view our efforts enable a quantum leap in performance. Whereas before the development

of quantitative models for general value networks only ad-hoc rule of thumb methods have been

used for setting parameters, we now know that quantitative models can be used effectively for

this purpose, subject to our ability to forecast demand. This is a huge reduction in problem

complexity. On top of that one finds that in many cases exponential smoothing is the most

effective forecasting method for individual end-item demand (Makridakis and Hibon (2000)).

This implies that extrapolation of demand is effective in many situations. This leads to the

following approach to set tactical parameters for a given value network.

1. Scope the value network to be analyzed.

2. Select "critical" items.

3. Decide on BOM, lead time structure and lot sizes.

4. Decide on operational end-item service level (e.g. fill rate) requirements over the future

period under consideration.

5. Decide on means and standard deviations (forecast errors) of all end-items over the

same period in time.

6. Use BOM, lead times, service level requirements, mean and standard deviations of end-

items in a quantitative (value network) model and determine optimal safety stocks.

7. In case results are not satisfactory w.r.t. costs and investments, go back to step 3.

8. Translate safety stocks to control parameters in ERP.

Page 125: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

113

Clearly, the above approach is iterative. It may seem undoable to take all decisions in steps 3-5.

Yet we start from an existing situation and we can use improvement plans w.r.t. lead times, lot

sizes and forecasting to generate scenarios efficiently. Thus we create a methodology where

knowledgeable people identify improvement directions and demand trends, and decision

support tools handle the intrinsic complexity of optimization of safety stock parameters for

value networks under demand uncertainty.

The feasibility of the above approach has been field tested in MSc thesis projects at Océ, Bayer,

Grass Valley and P&G, amongst others. The essential and most interesting part of the approach

is the scenario development. The data gathering activities needed for this often reveal short-term

gains in master data cleaning, as well as inconsistencies and errors in control parameters. This

data gathering also reveals that, despite implementation of tools such as SAP APO, by and large

work order release decisions are based on human judgment: in our cases lot sizing parameters in

planning systems do not have a relationship with average lot sizes derived from historical data

from ERP systems. This even more supports our claim that a more rigorous approach towards

parameter setting can yield substantial improvements.

In conclusion, we do not know the mean demand. Yet extrapolation of historical data may be

effective for a large part of the product portfolio. For the remainder of the product portfolio

demand scenarios must be developed. The demand information together with the other value

network information can be used for the analysis of alternative value network scenarios. From

the results of this analysis decisions can be taken concerning control parameters and even the

design of the value network and associated product portfolio.

5. Discrete or continuous time

Around 2005 Will and I discussed whether time should be modeled as a continuous or discrete

variable. Clearly, in reality time is continuous. Having worked primarily on discrete time multi-

item multi-echelon models, I consider time a discrete variable in the context of material

coordination. As Will worked primarily on workload control, employing continuous time

queuing models, his position was that time should be modeled as a continuous variable: another

opportunity for a debate leading to mutual learning.

I think we came to terms along the following lines. Both aggregate planning and material

coordination encompass by nature multiple production units (PU’s) and multiple business

functions. Both aggregate planning and material coordination are driven by forecasts of demand.

Forecasts of demand are the result of a periodic decision making process involving sales and

marketing, as well as manufacturing and supply chain management. Decision making in

Page 126: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

114

companies follows a recurrent calendar: daily, weekly, monthly, quarterly and yearly decision

are made. A yearly decision should set a frame of reference, if not constraints, for quarterly and

monthly decisions, which in turn set a frame of reference (constraints) for weekly and daily

decisions. Most decisions frequencies come naturally: short-term decisions are taken more

frequently than mid-term decisions. Now and then frequencies of decisions are changed

(increased) because of changes in the environment, such as ash clouds and financial crises.

From the above it follows that decision support models for aggregate planning and material

coordination should use time as a discrete variable. As time is continuous in reality this

modeling error has to be taken into account within the decision support models for aggregate

planning and material coordination. Any modeling error results into slack in time or quantity.

One might argue that the ultimate goal must be to increase the frequency of decision making, so

that this type of slack can be eliminated. However, this line of thought ignores the fact that

human decision making takes time, so that the decision interval should at least be longer than

the decision time. Furthermore, the quality of information used in decision making may not

improve by taking decisions more frequently. The converse may be true, as estimation of

exogenous variables, such as demand, may introduce more noise into the data used as the

frequency of estimation increases. It is easy to show that in that case the quality of decision

making deteriorates. Hence there must be an optimal decision frequency for each decision to be

taken, dependent on the quality of the input data for that decision under different frequencies of

decision making. It is well possible that the frequencies used in practice are close to optimal, as

these frequencies are based on experience over many years.

One of the key inputs for decision making is the so-called state of the system under

consideration. In the context of the decision framework of Bertrand et al. (1990) the state of the

system consists of the net stock and outstanding orders of each item, customer orders to be

satisfied, as well as available resources over the planning horizon. As decision making takes

time, the decisions taken are implemented during a future time interval that starts at some point

in time in the future. This implies that for each recurrent decision making process we do not

merely record the state of the system; we estimate the state of the system. Consider as an

example a weekly planning process. The decision making process is executed on Thursday

afternoon, based on data extracted on Wednesday morning and the decisions concern work

order releases for Monday next week. At the moment of decision making we estimate the state

on Monday morning from the real-time state on Wednesday morning, by making assumptions

about order completions, inventory replenishments and work order releases between Wednesday

morning and Monday morning. The more accurate these estimations the less slack in time and

quantity is needed to protect against uncertainty. In quantitative models this phenomenon is

hardly ever taken into account. In my view this phenomenon supports the concepts of planned

Page 127: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

115

lead times and the need for reliable lead times as pursued by workload control. It also explains

why planners spend so much time in gathering information from the shop floor. One way or

another they need to estimate the short term future, with the sole purpose of estimating the state

of the system in the planning system for the start of the interval in which decisions are

implemented.

In summary, real time is continuous, but decision support systems for material coordination and

aggregate planning should assume discrete time. Whether workload control and work order

release are discrete time or continuous time processes, depends on the PU resource

configuration and the work orders to be released. Here the debate between Will and me is still

open.

Epilogue

In the above I discussed a number of topics that have been subject for discussions between Will

Bertrand and me. In my view these topics are essential for the implementation of the framework

for production planning and control developed by Bertrand et al. (1990). Some progress has

been made on the how of planning and control, but much more needs to be done. The dominant

paradigm in planning and control is still based on rolling scheduling using mathematical

programming models. The fundamental difference between processes under complete certainty

about the relevant future and process under uncertainty about the relevant future is ignored

completely. At the same time basic inventory and queueing models from stochastic Operations

Research are used naively to set planning parameters. Will Bertrand’s research focuses on

principles for planning PU’s with realistic configurations under implementable control rules.

My research focuses on principles for material coordination for realistic value networks under

implementable control rules. We have shown effectiveness of these principles by implementing

them with companies. Not on a large scale, but in pilot projects we have shown the effectiveness

of these principles. In my view we need to make further steps in translating the principles of the

“what” and “how” of planning and control into implemented systems and procedures. We need

feedback from empirical studies to test our hypotheses and tools. We are on the brink of making

this happen. If Will Bertrand’s plan for the PDEng program of the department of IE&IS of

Eindhoven University of Technology is implemented, within 5 years we can implement our

concepts, methods, and tools at more than 50 different companies. We can check this in 2017.

The learning continues.

Page 128: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

116

References

Ackoff, R.L., 1979, The Future of Operational Research is Past. The Journal of the

Operational Research Society, Vol. 30, 93-104.

Anthony, R.N. 1965. Planning and control systems: A framework for analysis. Boston: Harvard

Business School Press.

Bertrand, J.W.M., Zuijderwijk, M. and Hegge, H.M.H., 2000, Using hierarchical pseudo bills of

material for customer order acceptance and optimal material replenishment in assemble

to order manufacturing of non-modular products, Int. J. Production Economics 66, 171-

184.

Bertrand, J.W.M., and Wortmann, J.C. 1981. Production control and information systems for

component-manufacturing shops. Amsterdam: Elsevier.

Bertrand, J.W.M., J.C. Wortmann and J. Wijngaard (1990). Productiebeheersing en material

management (in Dutch), Leiden: Stenferd Kroese.

Bertrand, J.W.M., Kok, A.G. de (1999). Macht en operationele ketenbeheersing in de

industriële productie (in Dutch). Bedrijfskunde: tijdschrift voor modern management,

71(2), 15-23.

Bertrand, J.W.M., Wortmann, J.C., and Wijngaard, J. 1990. Production control: A structural

and design oriented approach. Amsterdam: Elsevier.

Conway, R.W., Maxwell, W.L., and Miller, L.W. 1967. Theory of scheduling. London:

Addison-Wesley.

De Kok, A.G., and Fransoo, J.C. 2003. Planning supply chain operations: Definition and

comparison of planning concepts. Pages 597–675 of: De Kok, A.G., and Graves, S.C.

(eds), Handbook in Operations Research and Management Science, Volume 11:

Design and Analysis of Supply Chains. Amsterdam: Elsevier.

Forrester, J.W. 1961. Industrial dynamics. Massachusetts: The M.I.T Press.

Galbraith, J. R. (1973). Designing Complex Organizations. Addison Wesley.

Hax, A.C., and Meal, H.C. 1975. Hierarchical integration of production planning and

scheduling, 53–69 of: Geisler, M.A. (ed), Logistics. Amsterdam: Elsevier.

Page 129: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

117

Holt, C.C., F. Modigliani, J.F. Muth and H.A. Simon (1960). Planning, Production,

Inventories and Workforce. Englewood Cliffs: Prentice Hall.

Hopp, W.J., and Spearman, M.L. 2000. Factory physics: Foundations of manufacturing

management. 2nd edn. New York: McGraw-Hill.

Kok, A.G. de, F. Janssen, J. van Doremalen, E. van Wachem, M. Clerkx and W. Peeters

(2005). Philips Electronics Synchronizes Its Supply Chain, Interfaces 35, 37–48.

Makridakis, S. & Hibon, M. (2000). The M3-Competition: results, conclusion and

implications, International Journal of Forecasting, 16(4), pp. 451-476.

Schneeweiss, C. 1999. Hierarchies in distributed decision making. Berlin: Springer-Verlag.

Van de Wakker, A.M., 1993, Throughput Time Control and Due Date Reliability in Tool &

Die Shops, PhD Thesis Eindhoven University of Technology.

Van Ooijen, H.P.G., 1996, Load-Based Work-Order Release and its Effectiveness on Delivery

Performance Improvement, PhD Thesis Eindhoven University of Technology.

Page 130: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

118

Page 131: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

119

IN THE GALLERY OF CELEBRITIES

Marc Lambrecht

Abstract This paper is written in honor of Prof. J.W.M. Bertrand. The paper deals with a problem where

both of us are interested in, namely, the issue of production smoothing. The research topic of

volatility in demand and production has been the subject of numerous studies. Theoretical work

goes back to the early fifties and there is an extensive literature in macroeconomics. The issue

of volatility was reactivated through the renewed interest in the bullwhip effect. My attention in

this paper will go to a single authored paper written by Will: Balancing production level

variations and inventory variations in complex production systems. This paper was published in

1986 in the International Journal of Production Research. I will focus on the importance of that

paper and I will position the paper in the extensive literature dealing with the problem.

1. Introduction

I am honored to contribute to the Friendship Book dedicated to Prof. J.W.M. Bertrand (allow

me to address you as Will). We both belong to the same generation of researchers. We never

published together but our research lines crossed each other on several occasions. In this paper I

would like to talk about our personal crossroads of research. Will wrote papers on research

issues that became popular (or became research waves) decades later (and not the other way

around). It’s like an avant-garde painter, being ahead of time. That’s my criterion to belong to

the gallery of celebrities. In this paper I will illustrate this by focusing mainly on one single

authored paper written by Will: “Balancing production level variations and inventory variations

in complex production systems” (Bertrand 1986). The objective is to position this paper in the

literature on production smoothing and the bullwhip phenomenon. Production smoothing has

also been on my research agenda. In section 2 we will summarize the early literature on

production smoothing. In section 3 we position the work of Will Bertrand in that research area.

In section 4 we summarize the major findings concerning production smoothing in the empirical

operations management and macroeconomics literature. In section 5 we conclude.

Page 132: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

120

2. The bullwhip problem and production smoothing :

overview of theoretical results.

The bullwhip effect is a short-hand term for a dynamical phenomenon in supply chains. It refers

to the tendency of the variability of order rates to increase as they pass through the echelons of a

supply chain towards producers and raw material suppliers. Hau Lee (1997) wrote two

important articles on the subject and put it again on the research agenda. Since then, numerous

papers were published (for a summary (see Disney and Lambrecht, 2007)) on the subject and

the Beer Distribution Game was omnipresent in classrooms all over the world. Jay Forrester

(1961) was among the first researchers to describe this phenomenon of the amplification of

oscillations of the material flow as one moves farther away from the customer. The bullwhip

problem is basically a problem of managing volatility in demand and how companies react to

that volatility.

There is ample anecdotic evidence that many companies experience significant extra costs due

to these supply chain problems. Bloated stocks sat alongside empty racks and display shelves. It

is a formidable job for logistics managers to design order management systems that optimally

match pipelines to the marketplace. It is not the objective of this paper to evaluate all possible

solutions to that problem, instead we will focus on one specific research line, namely order

smoothing replenishment rules and production level smoothing models (in short, smoothing

models). Production/ordering smoothing models have been around for many years. Pioneering

work was done by Holt, Modigliani, Muth and Simon (1960). This famous HMMS paper was

compulsory reading in almost all operations management classes. In a private conversation with

Will I tried to find out whether he still uses, today, the HMMS model in class. It really looks so

old fashioned. But remember that in de gallery of celebrities nothing and nobody is old

fashioned. Just replace HMMS by Sales & Operations Planning and we transfer the problem to a

contemporary business issue. The HMMS model was at the start of a whole series of papers in

the area of aggregate production planning. Magee (1956-1958) also produced pioneering work

on the development of smoothing rules. The Bertrand 1986 paper to be discussed in the next

section also refers to the work of Magee. In the 1950s and 1960s a number of production

smoothing rules were developed (Simon (1952), Vassian (1955), Deziel and Eilon (1967).

More recent work on smoothing replenishment rules can be found in Dejonckheere et al. (2003),

Balakrihnan et al. (2004) and Disney and Lambrecht (2007)). Caplin (1985), Baganha and

Cohen (1998) and Kelle and Milne (1999) study the relationship between (the variance of) (s,S)

replenishment ordering policies and the variance of demand.

Page 133: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

121

Smoothing is a well-known method to reduce variability. No wonder that production smoothing

models also received a lot of attention in the macro-economic literature (see section 4). Early

theoretical investigations of optimal inventory control and production behavior established that

if production costs are convex, then it is optimal for a firm to only partially adjust output in

response to a change in its inventory position. This production smoothing hypothesis

investigates whether production is smoothed relative to sales from a macro-economic

perspective.

It must be clear that many methodological approaches can be used to solve the above problem.

Control theory, Laplace transform (continuous time), z-transform (discrete time) and various

control engineering techniques can be used for this purpose. At this point it is good to mention

that one of the first papers by Will Bertrand deals with cybernetics and control (Kickert,

Bertrand et al. 1978).

3. Is smooth smart : Balancing production level variations and

inventory variations.

Since large variations in order/production rates are undesirable because of the high cost

implications, taming or dampening order variability, seems to be a dominating operations

strategy. But we have to be careful not to focus only on one side of the production smoothing

“coin”. In developing production or replenishment rules we have to consider the impact on the

inventory variance as well. Dampening may have a negative impact on customer service due to

inventory variance increases. Today, this observation is widely accepted, and almost all research

papers deal with both the order rate variance and the inventory variance.

The 1986 paper by Will Bertrand: “Balancing production level variations and inventory

variations in complex production systems” is dealing with the problem mentioned in the

previous paragraph. Let’s discuss the paper and point out how important the paper is in the

literature. The paper is situated in a material requirements planning (MRP) context and deals

with the variability of the master production schedule (MPS). I consider this very typical for the

work of Will, that means, at least the problem must exist and there must be a managerial issue.

Moreover, there must be a methodological contribution.

Allow me to quote some paragraphs from the paper. I ask the reader to go through the 2010-

2011 literature on the same topic and realize that it is still a major research problem. In the

introduction we read “We will derive a new production control decision rule that incorporates

Page 134: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

122

production smoothing. However, the use of such a rule may lead to increased inventory

variations. We will show how the resulting variances in required production and in stock depend

on the characteristics of the production system (lead times, smoothing factors, capacity

requirements)”. This is what I call a clear problem statement. The introductory paragraph of the

paper finishes as follows: “We will show how to build and use a cost model for balancing the

safety stock costs and the production level variation costs for the type of situation under

investigation”. More than twenty years later, exactly that problem was on my personal research

agenda. Our research lines crossed each other. The visionary character of the 1986 paper is

further illustrated by the fact that the following questions are answered in the paper: What is the

optimal smoothing parameter? How to quantify the trade-off between reduction of spread of

production versus an increase in spread of physical stock? At what stage of a production system

is production smoothing more attractive? Will was not able to solve the problem analytically,

still today, the optimization model is very hard to solve.

4. Production smoothing : empirical evidence

Production smoothing has often been considered an appropriate operations management

strategy. One of the important features of the Toyota Production System is Heijunka. Heijunka

stands for production leveling and the purpose is to facilitate stability in the production process.

Production smoothing is also desirable with the combination of seasonality and stochastic

shocks (Cachon et al., 2007). An often heard argument in favor of smoothing is when

production costs are convex. Production flexibility is the opposite strategy. In a production

flexibility strategy companies opt to “chase demand” instead of producing at a constant rate

throughout the year. Such a strategy minimizes inventory build ups. All this illustrates that the

issue of production smoothing is very controversial in practice. Consequently, there is a need to

empirically validate our research outcomes. In recent years we experience a rise in the area of

empirical operations management. The simple question is whether production is more variable

than sales (in retailing, wholesaling or manufacturing). Allow me to summarize a number of the

major findings. Blinder (1986) argues that the production smoothing idea is all wrong. Some

authors will find overwhelming evidence against the production smoothing model, whereas

other authors find empirical evidence that confirms the smoothing hypothesis.

Cachon et al. (2007) gives several reasons why the empirical evidence is not aligned with the

production smoothing hypothesis. There is a conflict between theory and observation on the

smoothing issue. In a recent study Cachon et al. (2007) wrote a paper with a very suggestive

title: In search of the bullwhip effect. These authors conclude, based on a large data set, that the

Page 135: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

123

bullwhip effect is often not observed in industry-level data. More research is needed to undo this

knot.

5. Conclusion

In this paper I focused on a publication written by Will Bertrand in 1986. The paper deals with

production level variations and inventory variations. Both operations management researchers

and economists are interested in the problem. The research question raised in that paper has a

long history and empirical evidence and shows that the issue is controversial. The debate is far

from finished; we have to deepen our understanding of the problem. The 1986 paper plays a

central role in this fascinating production smoothing debate.

References

Balakrishnan, A., Geunis, J. and Pangburn, M.S., (2004). Coordinating supply chains by

controlling upstream variability propagation. Management & Service Operations Management 6

(2), 163-183.

Baganha M. and Cohen, M.S., (1998). The stabilizing effect of inventory in supply chains.

Operations Research 46 (3), S72-S83.

Bertrand, J.W.M., (1986). Balancing production level variations and inventory variations in

complex production systems. International Journal of Production Research, 24(5), 1059-1074.

Blinder A., Lovell, M.C. and Summers L.H., (1981). Retail inventory behavior and business

fluctuations. Brookings on Economic Activity, 1981(2), 443-520.

Blinder A., (1986). Can the production smoothing model of inventory behavior be saved ?

Quart. J. Econom., 101, 431-453.

Cachon, G., Randall T. and Schmidt G.M., (2007). In search of the bullwhip effect.

Manufacturing & Service Operations Management, 9 (4), 457-479.

Caplin, A.S., (1985). The variability of aggregate demand with (s,S) inventory policies.

Econometrica, 53, 1395-1410.

Page 136: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

124

Dejonckheere, J., Disney, S.M., Lambrecht, M.R. and Towill, D.R., (2003). Measuring and

avoiding the bullwhip effect : a control theoretical approach. European Journal of Operational

Research, 147 (3), 567-590.

Deziel, S.M. and Eilon, S., (1967). A linear production-inventory control rule. Production

Engineer, 43, 93-104.

Disney S.M., Lambrecht, M.R., (2007). On replenishment rules, forecasting, and the bullwhip

effect in supply chains, Foundations and Trends in Technology, Information and Operations

Management, 2(1), 1-83.

Dooley, K.J., Yan, T., Mohan, S. and Gopalakrishnan M. (2010), Inventory management and

the bullwhip effect during the 2007-2009 recession : evidence from the manufacturing sector.

Journal of Supply Chain Management, 46 (1), 12-18.

Forrester, J. (1961). Industrial dynamics. Cambridge, MA :MIT press.

Holt, C.C., Modigliani, F., Muth, J.F. and Simon, H. (1960). Planning production, inventories

and work force. Englewood Cliffs : Prentice-Hall.

Kahn, J. (1987). Inventories and the volatility of production. American Economic Review, 78,

667-679.

Kelle, P. and Milne, A. (1999). The effect of (s,S) ordering policy on the supply chain.

International Journal of Production economics, 59, 113-122.

Kickert, W.M., Bertrand, J.W.M., and Praagman J., (1978). Some comments on cybernetics and

control. IEEE Transactions on Systems, Man and Cybernetics, 8(11), 805-809.

Lee, H.L., Padmanabhan, V. and Whang, S.,(1997a). The bullwhip effect in supply chains.

Sloan Management Review, 38 (3), 93-102.

Lee, H.L., Padmanabhan, V. and Whang, S., (1997b). Information distortion in a supply chain:

the bullwhip effect. Management Science, 43 (4), 546-558.

Magee, J.F., (1956). Guides to inventory control, part II : problems of uncertainty. Harvard

Business Review, 34, 103-116.

Magee, J.F., (1958). Production planning and inventory control. McGraw-Hill, New York, CA.

Milne, A., (1994), The production smoothing model of inventories revisited, The Economic

Journal, Royal Economic Society, 104, 399-407.

Page 137: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

125

Simon, H.A., (1952). On the application of servomechanism theory to the study of production

control. Econometrica, 20, 247-268.

Vassian, H.J., (1955). Application of discrete variable servo theory to inventory control. Journal

of the Operations Research Society of America, 3, 81-96.

Page 138: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

126

Page 139: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

127

EEN EXCURSIE DOOR EEN ORDER

ACCEPTATIE MODEL EN HET GEBRUIK

DAARVAN TEN BEHOEVE VAN HET

ONTWERPEN VAN DE

BEHEERSING VAN EEN ÉÉN-FASE

PRODUCTIE-VOORRAAD SYSTEEM

Jacob Wijngaard

Samenvatting De inrichting van een supply chain en de wijze van beheersing ervan is een ontwerp. Het is

belangrijk te weten hoe zo’n supply chain werkt. Het moet een beheerst systeem zijn. Dat lukt

alleen maar als de supply chain bestaat uit eenvoudige elementen die eenvoudig worden

samengesteld. Een relevante deelverzameling van systemen bestaat uit de productie-voorraad

systemen die gedomineerd worden door één productiefase. Er zijn meer producten en meer

ordersoorten, met verschillende prioriteiten en levertijden. En meer resources die deels

uitwisselbaar zijn. In deze bijdrage wordt een eenvoudig model geëxploreerd dat wellicht van

dienst kan zijn bij het ontwerpen van een adequate beheersing voor dit type van systemen.

1. Inleiding

In ons gezamenlijke werk was het begrip “Ontwerp” belangrijk (zie Betrand et al. 1990). De

inrichting van een supply chain en de wijze van beheersing ervan is een ontwerp. Het is

belangrijk te weten hoe zo’n supply chain werkt. Dat lukt alleen maar als de supply chain

bestaat uit eenvoudige elementen die eenvoudig worden samengesteld. Je moet er bovendien

voor zorgen dat de supply chain werkt in een beheerste omgeving. Ik hoef dat hier verder niet

uit te leggen. Het gaat in die ontwerpbenadering vooral om “eerste orde effecten”. Mijn rol in

de samenwerking was om met behulp van eenvoudige modellen inzicht te krijgen in zulke

“eerste orde effecten”. Het lijkt me gepast om me in deze bijdrage aan die rol te houden. Hier

Page 140: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

128

daarom de behandeling van een eenvoudig supply chain model. Het betreft een situatie met

twee vraagklassen, beperkte productiecapaciteit en verschillende klantenorder levertijden en

prioriteiten. Naar mijn mening is er nog veel onbekend over het effect van voorraadvorming in

zulke situaties. Het betrekken van orderacceptatie is daarbij wezenlijk.

De nadruk in dit verhaal ligt op de presentatie en bespreking van een numeriek voorbeeld. Een

soort van excursie dus. Op basis daarvan hoop ik toch wat conclusies te kunnen trekken.

Gezien de exemplarische aard van de excursie, zijn dat natuurlijk alleen maar indrukken en

vermoedens. In de laatste sectie besteed ik kort aandacht aan de kwestie of dit model ook

bruikbaar is bij het ontwerp van de productiebeheersing voor een klasse van systemen uit de

praktijk. Namelijk de klasse van productie-voorraadsystemen die gedomineerd worden door één

productiefase. Er zijn meerdere producten en meerdere ordersoorten, met verschillende

prioriteiten en levertijden. En er zijn meerdere resources die deels uitwisselbaar zijn.

1.1. Model We onderscheiden twee vraagklassen, en . Het aankomstproces is Poisson ( ). De

vraag per keer volgt een verdeling met distributiefunctie . De gevraagde klantenorder

levertijd is . De netto opbrengst per eenheid is . Orders kunnen wel of niet

geaccepteerd worden. Voor de productie is er één machine met snelheid 1. Die kan aangezet

worden voor een bepaalde runlengte ( tijdseenheden). Na afloop van die run kan er verlengd

worden voor weer een runlengte of kan er gestopt worden. Het aanzetten van de productie

brengt geen extra kosten of tijdverlies met zich mee. Er kan op voorraad geproduceerd worden.

De voorraadkosten zijn per eenheid product per tijdseenheid en de tekortkosten zijn per

eenheid per tijdseenheid. De indices en zijn niet toevallig gekozen. Ik wil spelen met de

situatie waarbij klasse een hogere prioriteit heeft dan klasse . Dat kan zijn omdat of

omdat er alleen beslissingsregels worden toegelaten waarbij alle orders voor moeten worden

geaccepteerd. Een grotere klantenorder levertijd kan het gemakkelijker maken de klasse

prioriteit te geven.

1.2. Excursie Alleen klasse

We bekijken eerst het geval waarbij er alleen orderklasse is, en . Alle orders van dat

type worden geaccepteerd. De enige beslissing is de productiebeslissing. De machine wordt

uitgezet als voorraadniveau bereikt wordt. We gaan uit van het geval

en de vraag per order uniform [0,2] verdeeld. Figuur 1 geeft simulatieresultaten voor

en variabel. De runlengte is 10000 tijdseenheden. De opbrengst heeft alleen

Page 141: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

129

invloed op de hoogte van de totale opbrengst, niet op de plaats van het maximum, omdat alle

orders geaccepteerd worden.

Figuur 1: Opbrengst als functie van productielimiet bij

en uniform [0,2] verdeelde ordergrootte.

We zien een heel normaal verband waarin het balanceren van voorraadkosten en tekort kosten

geïllustreerd wordt. Bij (ongeveer) ligt het optimum.

Twee orderklassen

Nu laten we ook toe dat er van orderklasse mag worden geaccepteerd. Ook voor deze orders

is de klantenorder levertijd gelijk aan 0. We nemen aan dat bij aankomst van de order bekend is

hoe groot die is en dat de order ook gedeeltelijk mag worden geaccepteerd. De aankomst-

intensiteit en de ordergrootte verdeling worden ook aangenomen bekend te zijn. Voor de hand

ligt dat in dit geval de optimale acceptatieregel gekarakteriseerd kan worden door een

acceptatielimiet, een voorraadniveau zodanig dat er bij een voorraad geen orders van

klasse worden geaccepteerd en dat bij een hogere voorraad, , nooit meer dan wordt

geaccepteerd. Dat dit een redelijke verwachting is kan als volgt worden ingezien. Formuleer het

probleem als een stochastisch dynamisch programmeringprobleem. Laat de waarde zijn

bij voorraad , na acceptatie en de waarde bij voorraad , en een order ter grootte

waarvan de order acceptatie beslissing nog moet plaatsvinden. Dan geldt:

2,1

2,2

2,3

2,4

2,5

2,6

2,7

2,8

6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00

Reward(S)

Page 142: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

130

Gezien de aard van de voorraad- en tekortkosten, mag je verwachten dat de waardefunctie

concaaf is. Daaruit volgt het bestaan van zo’n acceptatielimiet . Bij de in Figuur 1 gekozen

parameter setting blijken (ongeveer) optimaal te zijn.

Ter illustratie wordt in Figuur 2 de opbrengst als functie van gegeven. Het probleem kan ook

wel analytisch numeriek worden aangepakt. Dat blijft hier buiten beschouwing.

Tot zover niets nieuws. En zeker niets onverwachts.

Figuur 2: Opbrengst als functie van de acceptatielimiet ( ), bij

en uniform [0,2] verdeelde

ordergrootte, voor beide ordersoorten..

Positieve levertijd, equivalentie van geval en geval

De eerstvolgende stap is kijken naar het effect van een positieve levertijd. Er kan aangesloten

worden bij het artikel van Wijngaard en Karaesmen (2007). Daar wordt in de toestandsdefinitie

gebruik gemaakt van de virtuele voorraad, , gedefinieerd door:

,

met en de uit te leveren orders voor het interval Orders

“zie” je in zo’n aanpak gedeeltelijk als punten in het verleden, op interval , en

gedeeltelijk als punten in de toekomst, op interval . De ordergrootte betrek je

ook bij de toestand, evenals het type van de order.

2,52,55

2,62,65

2,72,75

2,82,85

2,92,95

33,05

4,7 3,7 2,7 1,7 0,7

Reward(s)

Page 143: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

131

Op die manier zie je gemakkelijk dat elke beslissingsregel voor het geval met positieve één op

één correspondeert met een beslissingsregel voor het geval met , en omgekeerd. Ook de

order acceptatie onder de corresponderende regels correspondeert.

Het verschil in performance volgt uit de volgende relatie:

,

met de leegloop gedurende . Daaruit volgt dat het verschil in performance

tussen de situatie met en de situatie met niet groter kan zijn dan . En ook

dat als geldt dat de optimale beslissingsregel voor het geval met productie voorschrijft

zolang , die regel ook optimaal is voor het geval , zolang . Alleen wordt er

dan niet gereageerd op , maar op . Het verschil in performance is gelijk aan .

Dat komt omdat dan geldt dat . Voor niet te grote geldt dus dat het

geval met equivalent is aan het geval . Ik beperk me daarom hierna tot het geval

.

Positieve levertijd bij één orderklasse

Als de bezettingsgraad gegeven is, zoals in het geval met maar één orderklasse, waarvan alle

orders geaccepteerd moeten worden, kun je het hier boven genoemde resultaat direct toepassen.

In Figuur 3 (getrokken lijn) wordt de invloed van de levertijd geïllustreerd. Er wordt gestuurd

op basis van en de wordt constant gehouden. Zolang neemt de opbrengst lineair

toe, met snelheid . Daarna is eerst die toename kleiner en gaat de opbrengst al snel

dalen. Dat komt omdat dan de virtuele voorraad groot kan zijn en daardoor de productie stopt,

terwijl er toch stock-outs ontstaan. kan positief zijn, maar tussen en treedt zoveel

leegloop op omdat groter dan wordt, dat toch negatief wordt. Als je de

productieregel aanpast met deze productiecheck blijft de opbrengst veel langer (bijna) lineair

toenemen. Zie de onderbroken lijn in Figuur 3. Volledig lineaire toename is een bovengrens van

wat je kunt winnen met een positieve levertijd. Toepassing van een productielimiet ,

onafhankelijk van de levertijd, in combinatie met een buiten-voorraad check bij grotere

levertijden is dus over een brede range van levertijden bijna optimaal.

Page 144: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

132

Figuur 3: Opbrengst als functie van de levertijd , bij

en uniform [0,2] verdeelde ordergrootte.

Positieve levertijd klasse orders bij ook klasse orders

Nu het geval van twee orderklassen, levertijd voor klasse en levertijd 0 voor klasse . Ook

dan is het zinnig te reageren op de virtuele voorraad:

,

met de orders voor H gedurende . Nu geldt:

,

met de orders voor L die gedurende worden geaccepteerd en

de leegloop gedurende . Ook nu geldt weer zolang .

Het positieve effect van een levertijd vergroting van orders voor klasse wordt daarmee, voor

kleine gelijk aan , met de bezettingsgraad van klasse orders. Zie

Figuur 4 (getrokken lijn) voor een illustratie. De parameterwaarden sluiten aan bij die in de

eerdere figuren. Voorbij kan de prestatie verbeterd worden door toevoeging van een

check op de actuele voorraad ( ) en de al eerder genoemde productiecheck. Die

resultaten worden

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Reward(l)

Met check

Bovengrens

Page 145: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

133

Figuur 4: Reward als functie van de levertijd , bij

en uniform [0,2] verdeelde

ordergrootte voor beide ordersoorten.

ook gegeven. Ook bij toepassing van beide checks blijken de resultaten bij grotere behoorlijk

achter te blijven bij de bovengrens. Nader onderzoek zou moeten aantonen of dat ligt aan de

bovengrens of aan de regel.

Ook weigeren van klasse orders?

Dit is zo ongeveer al het eind van de exploratieve wandeling. Het geval waarbij ook orders uit

klasse H geweigerd kunnen worden is niet erg interessant, zeker niet bij deze opbrengsten. Bij

deze opbrengsten moet je (bijna) alle orders uit klasse H toch accepteren. Zie Figuur 5 voor een

illustratie. Daarin worden totale opbrengst en bezettingsgraad als functie van de acceptatielimiet

gegeven. Er mag ook gedeeltelijk geaccepteerd worden. Vergelijkbaar met de eerder besproken

acceptatie van orders uit klasse L. De maximale opbrengst wordt pas bereikt bij een

acceptatielimiet van (ongeveer) -2. Bij die acceptatielimiet is de bezettingsgraad nog maar 2%

lager dan maximaal. De maximale opbrengst is kennelijk heel gevoelig voor de bezettingsgraad

(de totale opbrengst verandert veel sneller dan de bezettingsgraad). Anders zou het effect van

een positieve levertijd ook nog weer anders geschat moeten worden. Stel is de maximale

reward, gegeven dat de bezettingsgraad gelijk aan is. Dan geldt dat de maximale opbrengst bij

levertijd (voldoende klein), gegeven een

2

2,2

2,4

2,6

2,8

3

3,2

3,4

3,6

3,8

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Reward(l)

Voorraadcheck

Productiecheck

Bovengrens

Page 146: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

134

Figuur 5: Opbrengst als functie van de acceptatielimiet ( ), bij

en uniform [0,2]

verdeelde ordergrootte.

bezettingsgraad , gelijk is aan . Stel het optimum ligt voor bij . Dan is

een dalende functie van .

Bij een wat lagere bezettingsgraad kun je het zicht beter benutten. Maar gezien de gevoeligheid

van de totale opbrengst als functie van de bezettingsgraad leidt dit effect niet tot een heel ander

optimum. Het is een grappig effect, maar het lijkt voor de praktijk niet erg belangrijk.

2. Conclusies

Het lijkt inderdaad een niet of nauwelijks onderzocht probleemgebied, terwijl het wel relevant

is. Natuurlijk zit men in de praktijk met verschillen in urgentie en waarde tussen de

verschillende ordersoorten. En die gaan vaak gepaard aan een verschil in levertijd. Of moet je

dergelijke verschillen maar liever negeren? Ik kom daar nog op terug in de laatste paragraaf.

Theoretisch onderzoek naar de structuur van de optimale beslissingsregel voor het geval dat

beide levertijden gelijk aan 0 zijn, is toch nog wel interessant. Hierboven is er van uitgegaan dat

er ook gedeeltelijk mag worden geaccepteerd en dat dat niet onevenredig duur is. Dan lijkt voor

de optimale beslissingsregel te moeten gelden dat er tot een bepaald voorraadniveau

geaccepteerd moet worden. Dat moet beter worden gecheckt. En ook zou bekeken moeten

worden hoe de optimale beslissingsregel eruit ziet bij alleen maar volledige acceptatie?

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

2 1 0 -1 -2 -3 -4 -5 -6 -7

Reward(s)

Bezettingsgraad(s)

Page 147: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

135

Het effect van een kleine levertijdverhoging is voor het geval alle orders geaccepteerd moeten

worden gelijk aan , met de totale bezettingsgraad. Als maar een deel van de orders

geaccepteerd hoeft te worden is dat effect gelijk aan , met de bezettingsgraad ten

gevolge van de hoge prioriteit orders.

Die lineariteit blijft ook (ongeveer) voor langere levertijden gelden, als er maar voor de hand

liggende checks aan de beslissingsregel worden toegevoegd. Wanneer alle orders geaccepteerd

moeten worden, is dat een productiecheck om ervoor te zorgen dat de productie (op basis van

de virtuele voorraad) niet te snel wordt uitgezet. Bij beslissingen over acceptatie van orders

met een lagere prioriteit moet er ook een check op de fysieke voorraad worden toegevoegd. Het

lineaire effect is dus (redelijk) robuust en kan wellicht daarom in het ontwerp van planning en

beheersing gebruikt worden. Het is de moeite waard te onderzoeken of dit “lineaire gebied” nog

verder kan worden uitgebreid via andere eenvoudige toevoegingen aan de beslissingsregel.

Dat het effect van een grotere levertijd evenredig is met laat zien dat een lagere

bezettingsgraad het grotere “zicht” beter bruikbaar maakt. Om die reden mag men bij langere

levertijden de neiging tot minder orders accepteren verwachten. Dat is een wat paradoxaal

effect dat nader onderzoek vraagt. Meer leuk dan nuttig overigens, lijkt me.

De excursie betrof een situatie met maar één product. Het gebruik van de resultaten in een

situatie met meer producten is niet eens zo moeilijk. In plaats van twee orderklassen voor

hetzelfde product kun je bijvoorbeeld denken aan twee verschillende producten, een product

waarvan alle orders geaccepteerd moeten worden en een product waarvan men ook orders

mag weigeren. Van staat men voorraadvorming toe.

Als er een order van binnenkomt beslist men of er voldoende voorraad van is om even om

te schakelen naar en die order mee te nemen. Aangenomen wordt dat de levertijd voor net

voldoende groot is om dat mogelijk te maken. Het resulterende model komt vrijwel overeen met

wat hierboven is behandeld. Er zijn natuurlijk allerhande verschillende situaties met meer

producten, maar als het allemaal via één resource gaat is aggregatie in de regel wel mogelijk. In

het geaggregeerde model moet je dan nog wel dat onderscheid naar verschillende prioriteiten en

verschillende levertijden maken.

Page 148: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

136

3. Ontwerpen

De uiteindelijke vraag is of probeersels met dit model kunnen bijdragen aan het ontwerpen van

een systeem voor de beheersing van de in de inleiding geschetste klasse van productie-voorraad

systemen: één productiefase, meerdere producten en meerdere ordersoorten, met verschillende

prioriteiten en levertijden en meerdere resources die deels uitwisselbaar zijn. Zie het

proefschrift van Bertrand en Wortmann (1981) voor een uitgebreide behandeling van de

ontwerpbenadering in het algemeen. Een belangrijke ontwerpvraag is hoe je het design process

model moet kiezen of liever de design process modellen. Dat hangt samen met de formal

decision procedure die je beoogt en de vrijheid die je daarbij nog voorziet voor de beslissers.

De beslissingen die hier aan de orde zijn, zijn: Ga je deze resource inzetten? Voor welk

product? Moet deze order geaccepteerd worden? Voor de resource beslissingen is belangrijk

wat de inzetbaarheid van de resources is. Dat punt komt ook al aan de orde in het proefschrift

van Bertrand en Wortmann (1981). Later hebben Graves en Tomlin (2001) hier aanzienlijk aan

bijgedragen en het in de context van de supply chain theorie getrokken. Het model hierboven

draagt hier niets aan bij. Ik ga er al vanuit dat het op de één of andere manier mogelijk is in het

ontwerp te decomponeren naar een aantal los van elkaar staande of eventueel geneste resources.

Het decomponeren naar enkelvoudige resources wordt overigens niet fundamenteel anders als

er ook rekening gehouden moet worden met verschillende prioriteiten en levertijden.

De beslissing over resource gebruik en de samenhang ervan met order acceptatie komt wel aan

de orde in het model. Aggregeren over verschillende producten met verschillende

productiekosten, verschillende voorraadkosten en verschillende tekortkosten is niet

problematisch, zolang je de productmix maar redelijk kunt schatten en zolang de levertijden

maar gelijk zijn. In de model excursie hierboven wordt die aggregatie al voorondersteld. De

nadruk ligt hier op de vraag hoe je het aanhouden van slack in balans kunt brengen met het

accepteren van extra orders. Daarbij kan kennelijk geaggregeerd worden over de al

geaccepteerde orders. Nog beschikbare levertijd telt even zwaar mee in de slack als fysieke

voorraad. Daarbij is wel belangrijk dat de orders in het orderboek allemaal dezelfde levertijd

hebben. Hoe je slack moet tellen bij orders met verschillende levertijden moet nader onderzocht

worden. Het is niet te verwachten dat daar eenvoudige regels voor zijn. Op basis daarvan is er

iets voor te zeggen in het design process model er maar van uit te gaan dat alle orders die niet

meteen geaccepteerd worden allemaal dezelfde levertijd hebben.

Met behulp daarvan kan dan een formal decision procedure afgeleid worden voor de beheersing

van de slack. Die laat nog ruimte bij het accepteren van niet verplichte orders: yield

Page 149: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

137

management. Daar zou je nog een aparte formal decision procedure voor kunnen afleiden op

basis van een ander design process model.

Misschien dus toch wel een bruikbaar model voor een redelijk goed herkenbaar praktisch

probleem. Maar ik realiseer me dat er nog veel moet gebeuren. Het door Bertrand en Wortmann

(1981) ontwikkelde ontwerp voor de componenten fabriek is wat mij betreft nog steeds een

lichtend voorbeeld.

Referenties

Bertrand, J.W.M. en J.C. Wortmann (1981) Production Control and Information Systems for

Component Manufacturing Shops, Elsevier

Bertrand, J.W.M., Wortmann, J.C. en J. Wijngaard (1990) Production Control – A Structural

and Design Oriented Approach, Elsevier

Graves, S.C. en B.T. Tomlin (2003) Process flexibility in supply chains, Management Science

49, 907-919

Wijngaard, J. en F. Karaesmen (2007) On the optimality of order base-stock policies with

advance demand information and restricted production capacity, OR Spectrum, 29, 643 – 660

Page 150: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

138

Page 151: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

139

WILL BERTRAND AND DOUBLE

MATCHING QUEUES

Onno J. Boxma

Abstract The organ transplantation process is in this paper modeled as a double matching queue. The

customers are patients in need of an organ. The servers are organs, which arrive sequentially

and randomly. There is a waiting line of customers and a waiting line of organs; at most one of

the lines is non-empty. In each of the lines there is ‘impatience’: customers may leave the queue

because their health deteriorates, while organs cannot be preserved inde finitely.

We present an exact analysis of this queuing system under exponentiality assumptions, deriving

the queue length distributions, the waiting time distribution of patients, and the rates of

unsatisfied demands and of organ outdatings.

Introduction

It is an honour and a pleasure to contribute to the Liber Amicorum for Will Bertrand. Will has

played a very important role in strengthening the relations between the Department of Industrial

Engineering & Innovation Sciences and the Department of Mathematics and Computer Science

– and the group of Stochastic Operations Research (SOR) in the latter department has strongly

benefitted from this. When I joined the SOR group as successor of Jaap Wessels in 1998, I was

asked to join the management team of Beta. Will chaired those meetings, as scientific director of

Beta. Looking back, those meetings were more enjoyable, constructive and productive than

almost any other business meetings I have attended in various boards and committees. The

presence of persons like Ton de Kok and Henk Zijm inevitably led to very lively and creative

meetings, and Will was the person who always managed to keep us on the right track. His

persistent emphasis on quality turned Beta into a strong scientific research school, and has

raised the standards of Operations Management in Eindhoven.

Probably the most important item on Will’s agenda in those Beta meetings was to enhance real

interaction between persons and groups with (sometimes very) different backgrounds. All of us

were convinced that such interaction would bring considerable added value to Beta, but

Page 152: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

140

realizing real collaboration between groups with quite different languages and interests turned

out to be extremely challenging. In the case of SOR, real collaboration with other Beta groups

has indeed been established; e.g., in the past few years there have been joint PhD projects with

Ton de Kok and Geert-Jan van Houtum (in particular, the PhD projects of Erik Winands, Josine

Bruin and Sandra van Wijk). Will personally played an important role in the thesis research of

Rene Bekker, a PhD student in the SOR group. In the huge queuing literature it is almost

exclusively assumed that the server works at constant speed. However, speaking from a long

experience, Will emphasized the fact that a human server in a factory does not work at constant

speed, and that the server speed depends on the workload. If the workload is low, the server

might slow down; if the workload is very high, the server might ‘panic’ and also slow down.

A medium workload would then lead to the highest server speed. Triggered by Will’s

statements and questions, Rene Bekker extensively studied queuing models in which the server

speed is a function of the workload [1, 2].

I am most grateful to Will for the above-sketched important role he has played in strengthening

(the interactions within) Beta. In addition, I would like to express my gratitude to Will for the

fact that our contacts invariably were pleasant, friendly and collegiate.

In this Liber Amicorum I would like to discuss – briefly and quite superficially, I’m afraid – the

stochastic process of organ transplantations. The phenomenon of waiting for organs is modeled

using a queuing system. It leads to an operations management problem that contains many

aspects which, hopefully, will appeal to Will: (1) it gives rise to an unconventional queuing

model, (2) it also contains aspects of an inventory model, (3) it is related to health logistics, and

(4) it requires a lot of modeling that could benefit from the interaction between researchers from

very different disciplines. Regarding the latter, I am benefitt ing from the expertise of Professor

Israel David on transplantations.

Much of the remainder of this introduction is based on, or even taken from, a joint paper with

David, Perry and Stadje [3]. It focuses on the modeling aspects of the organ transplantation

process.

Organ transplantations and double matching queues

The problem of managing a list of patients waiting for transplantation has attracted the attention

of operations researchers from the mid eighties [4, 5, 6, 7, 8, 9, 11, 12, 15]. Zenios et al. [13]

contains an excellent introduction to the modeling of live-organ transplantations by means of a

waiting list. The problem is a hybrid of queuing and inventory aspects, the inventory being a

collection of organs ‘on the shelf’. Considering patients who suffer from organ failure (kidneys,

livers, hearts, etc.) and who register on a transplantation list as ‘customers’ waiting for service,

one is tempted to take recourse to queuing models, but several non-standard features need to be

Page 153: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

141

taken into account. First, the ‘servers’ are organs usually donated from the dead; they arrive se-

quentially and randomly, and the transplantation itself only takes a negligible time. One thus

faces a double matching queue whose two lines (one of organs and one of patients) can be both

empty but, normally, are not both non-empty simultaneously. Second, both queues are affected

by influences which may cause reductions in their lengths without matching’s taking place. One

major issue is the health deterioration of waiting patients. In the language of queuing theory,

one speaks of impatience, a random positive time-lag, which is assigned to any arriving

customer (patient). If a customer’s ‘patience’ runs out before being served, he reneges. A

second, dual, major issue is that live organs such as kidneys or livers cannot be preserved for

more than a certain period of time (often about two days), since freezing them is not possible.

This establishes a link with stochastic inventory theory where one speaks of a perishable

inventory system (PIS) whose output process is split into satisfied demands and outdatings. Ob -

viously, the two types of untimely departures – impatience and outdating – are not symmetric.

In [3] a model is proposed that captures in full the double-queue nature of the problem and takes

health deterioration (customer impatience) as well as organ outdating (server removal) into

account.

In the basic model presented there, a FIFO regime of patients is assumed and it is shown how

tools available from queuing theory can be used to derive explicit results regarding the

processes of unsatisfied demands, of outdated organs and of waiting patients , and other

important information about the efficiency of the issuing process.

The starting-point in [3] is the age process of the model, viz.: (i) if the shelf is not empty, the

age process represents the evolution of the age of the oldest organ on the shelf; (ii) as long as

the shelf is empty, the age process represents minus the waiting time of a (virtual) arriving

patient whose patience would be long enough to eventually receive the first available organ.

Notice that age here can be negative, hence age should be interpreted in a broad sense. A key

idea is to flip its graphical representation over by 180 degrees, yielding the virtual outdating

process (VOP). The VOP provides the time until the next outdating of an organ if the demand

process is stopped right now. The VOP leads to the key performance criteria of the model. A

second key idea in [3] is to note the analogy of the VOP with the workload process in a certain

M/G/1-type queue with impatience. Analysis of the latter queue leads in [3] to explicit results

for important performance criteria of the organ-transplant system, for the special case of

deterministic organ outdating: organs last a fixed amount of time.

In the next section, we provide an exact solution for the purely Markovian case in which organ

Page 154: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

142

interarrival times, customer interarrival times, outdating times and customer patience times are

all independent and exponentially distributed.

The model in [3], as well as the model in the present paper, may be viewed as prototype models

that provide a good first approximation to reality. Much further research is needed, though.

Below we question (1) the fact that there may be a non-empty queue of organs on the shelf, and

(2) the assumption that organs are issued to customers in order of customer arrival.

Ad (1). In most Western countries, the line of organs on the shelf is empty most of the time; a

longer line of waiting patients gives rise to a larger rate of abandonments (deaths) and hardly to

a larger rate of transplantations. However, this may change, e.g., due to new legislation. In

several Asian and South-American countries, permission from the families of potential donors is

not required, leading to a much larger arrival rate of organs and a more ‘balanced’ double

matching queue.

Ad (2). In most organ transplant situations, the issuing policy of organs is not FIFO. For

example, the conditions of the patients may play a role, and the level of matching; e.g., there

may be a mismatch between blood types of donor and potential recipient. However, for a large

subset of the population of patients, a FIFO policy still provides a good representation.

1. Analysis We consider the following model. Perishable items (donated organs) arrive at the organ bank

according to a Poisson process with rateλ . The arrival times of the demands (patients needing

transplantation) are independent of those of the items (in the case of kidneys this may not be

quite true) and form a Poisson process, of rate µ .

A demand that upon its arrival finds the shelf of items not empty is satisfied immediately by the

oldest organ present. Demands that arrive at an empty organ bank join the line of waiting

demands (if any); newly arriving organs are assigned on the spot to waiting demands on a first -

come-first-served basis.

Each demand possesses its own exponential patience time, which can be interpreted as the time

until the patient’s physical condition no longer allows carrying out a transplantation. These

patience times are assumed to be independent, identically distributed, random variables which

are independent of the arrival times of organs and demands. We assume them to be

Page 155: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

143

exponentially distributed with rate 0η > . If the waiting time of a patient exceeds his patience he

abandons the waiting line without receiving treatment. The ‘shelf lifetimes’ of the stored

organs, i.e., their maximum usage times, are independent, identically distributed random

variables, again independent of all other processes. We assume them to be exponentially

distributed with rate 0γ > . Each organ is stored until it either satisfies some demand or, after

some time on the shelf, is outdated (and then scrapped).

According to the above description two connected queuing systems of FCFS type are generated.

The first queue consists of the stored organs on the shelf while the second one is given by the

line of patients waiting for these organs. The two queues cannot be simultaneously non-empty,

but it is possible that both of them are empty.

Let { }, 0tX t ≥ be the number of waiting customers, if there are no organs, and let it be minus the

number of organs on the shelf, if there are no customers; 0tX = corresponds to the case that

there are neither organs nor customers, tX j= corresponds to the case of j waiting customers,

1,2, ,j =

tX k= − corresponds to the case of k organs on the shelf, 1,2,k = .

Due to the exponentiality and independence assumptions, { }, 0tX t ≥ is a Markov process; it

even is a birth-and-death process. The presence of outdating and impatience implies that the

process { }, 0tX t ≥ is ergodic for all parameter values. We shall determine the steady-state

distribution

( )( )

( )0 0

: lim , 1,2, ,

: lim , 1,2, ,

: lim 0 .

j t t

k t t

t t

p X j j

q X k k

p q X

→∞

→∞

→∞

= = =

= = − =

= = =

PP

P

The balance equations for the process are:

( )( )

1

1

, 1,2, , (1)

, 1,2, , (2)j j

k k

p j p j

q k q k

µ λ η

µ µ γ−

= + =

= + =

It follows that

Page 156: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

144

01

01

, 1,2, , (3)

, 1,2, , (4)

j

jm

k

kn

p p jm

q q kn

µλ ηλ

µ γ

=

=

= =+

= =+

and with the normalization condition 0 1 11j kj k

p p q∞ ∞

= =+ + =∑ ∑ it follows that

[ ] 1

0 01 1 1

1 . (5)j k

j m n

p qm nµ λ

λ η µ γ

∞−

= = =

= = + ++ +∑∏ ∏

Having determined the steady-state distribution of the ‘queue length’ process, we now turn to

various performance measures which are key characteristics of the efficiency of the organ bank:

1. the waiting time of customers;

2. the rate of the times at which demands leave unsatisfied;

3. the rate of the times of organ outdatings.

1. The waiting time of customers.

Let W denote the steady-state waiting time of a tagged customer with the special feature that this

one customer has infinite patience. First we observe that, by PASTA, ( ) 10 kk

W q∞

== =∑P .

Secondly, again by PASTA, an arriving customer sees j waiting customers with probability

, 1,2, ,jp j = and sees neither a customer nor an organ with probability 0p . Let jW denote the

waiting time of such a tagged customer who sees j customers, 0,1,j = . Then jW is the sum

of 1j + independent random variables: 0 1j jW Z Z Z= + + + , where iZ denotes the time it

takes until the number of customers ahead of the tagged customer reduces from i to

1, 1,2,i i− = , and where 0Z denotes the time till the arrival of an organ in an empty system. It

is readily seen that iZ is exponentially distributed with rate iλ η+ , because it is the minimum

of an exp ( )λ organ interarrival time and i patience times of customers, all of which are exp ( )η .

Hence the LST (Laplace-Stieltjes transform) of jW is given by

0

0

. (6)j jj

sW sZ Z

i

ie ei s

λ ηλ η

− − + +

=

+ = = + +∏E E

Page 157: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

145

One can easily invert this expression, obtaining a weighted sum of exp ( )iλ η+ terms; cf. also

Section 5.2.4 of [10].

So far we assumed that the tagged customer has infinite patience. Let us now drop this

assumption, and calculate the probability that the tagged customer becomes impatient. The

probability that the tagged customer becomes impatient before being served when meeting j

customers upon arrival, 1,2,j = (and for 0j = the probability of becoming impatient before

being served when finding zero organs and zero customers) equals jWe η− E . Indeed, with H

denoting the (exponentially distributed) patience time of the tagged customer, one has

( ) ( )0

.jWntj jt

W H e d W t e η∞ −−

= < = < = ∫P P E

From (6),

( ) ( )0

. (7)1 1

jj

W

i

iei j

η λ η λλ η λ η

=

+ = = + + + +∏E

The interpretation of ( )0W H λλ η

< =+

P is trivial: 0W H< if an organ arrives before the

patience of the tagged customer runs out. The interpretation of ( ) 2jW H λ λ ηλ η λ η

+< =

+ +P is

obtained by observing that the patience of the tagged customer should first exceed the minimum

of an organ interarrival time and the patience time of the customer ahead of him (which has

probability 2

λ ηλ η++

, and subsequently the remaining (still exponential) patience of the tagged

customer should exceed an organ interarrival time. One can now similarly interpret

( ) ( )0.

1j

j i

iW Hi

λ ηλ η=

+< =

+ +∏P

It hardly requires an extra effort to derive an expression for the LST of jW given that jW H< .

First observe, with ( )A denoting the indicator function of event A:

( ) ( ) ( )0

. (8)j jsW s Wnt stj jt

e W H e e d W t e η∞− − +− −

= < = < = ∫E P E

Hence

( ) ( )0

, (9)1

jj

sWj

i

ie W Hi sλ η

λ η−

=

+ < = + + +∏E

which in combination with (7) yields:

Page 158: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

146

( )( )0

1. (10)

1j

jsW

ji

ie W H

i sλ η

λ η−

=

+ + < = + + +∏E

2.. The rate of the times at which demands leave unsatis fied

Let us denote by µ the rate of unsatisfied demands. Clearly,

( ) ( )( )

( )( )0

0 0 0 1

1 1* . (11)

1 1

j

j j jj j j m

j jp W H p p

j m jη ηµµη λ λ η η λ

∞ ∞ ∞

= = = =

+ + = > = = + + + + + ∑ ∑ ∑ ∏P

3. The rate of the times of organ outdatings

Let us denote by *λ the rate of organ outdatings. That outdating rate immediately follows from

the following conservation law:

* *. (12)λ λ µ µ− = −

To see (12) note that since λ is the arrival rate of organs into the system, it is also their

departure rate out of the system in steady state. Thus, the left-hand side of (12) represents the

long-run average rate of organs which are not outdated, i.e., are used to satisfy demands, while

the right-hand side of (12) is just the rate of satisfied demands. As a result, once we have

computed *µ , the rate *λ is also known.

References

[1] R. Bekker (2005) Queues with State-dependent Rates. PhD Thesis, Eindhoven University

of Technology.

[2] R. Bekker, S.C. Borst, O.J. Boxma and O. Kella (2004) Queues with workload-dependent

arrival and service rates. Queuing Systems 46, 537-556.

[3] O.J. Boxma, I. David, D. Perry and W. Stadje (2010) A new look at organ transplantation

models and double matching queues. EURANDOM Report 2010-013; to appear in

Probability in the Engineering and Informational Sciences, 2011.

[4] David, I. and U. Yechiali (1985) A time dependent stopping problem with application to

live organ transplants. Operations Research 33, 491-504.

[5] I. David and U. Yechiali (1990) Sequential assignment match processes with arrival of

Page 159: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

147

candidates and offers. Probability in the Engineering and Informational Sciences 4, 413-

430.

[6] J.C. Hornberger and J. H. Ahn (1997) Deciding eligibility for transplantation when a

donor kidney becomes available. Medical Decision Making 17, 160-170.

[7] C.H. Lee, G.M. Chertow and S.A. Zenios (2008) Optimal initiation and management of

dialysis therapy. Operations Research 56, 1428-1449.

[8] R. Righter (1987) The stochastic sequential assignment problem with random deadlines.

Probability in the Engineering and Informational Sciences 1, 189-202.

[9] R. Righter (1989) A resource allocation problem in a random environment. Operations

Research 37, 329-338.

[10] S.M. Ross (2007) Introduction to Probability Models. 9th ed. Academic Press, London.

[11] X. Su and S.A. Zenios (2006) Recipient choice can address the efficiency-equity trade-off

in kidney transplantation: a mechanism design model. Management Science 52, 1647-

1660.

[12] S. Ur, M. Trick and D. Sleator (1992) Analysis of online algorithms for organ allocation.

In: J. van Leeuwen (ed.), Algorithms, Software, Architectures. Information Proceedings

92, Vol. I, Elsevier (North-Holland), 458-464.

[13] S.A. Zenios, G.M. Chertow and L.M. Wein (2000) Dynamic allocation of kidneys to

candidates on the transplant waiting list. Operations Research 48, 549-569.

[14] S.A. Zenios (1999) Modeling the transplant waiting list: a queueing model with reneging.

Queueing Systems 31, 239-251.

[15] S.A. Zenios (2002) Optimal control of a paired-kidney exchange program. Management

Science 48, 328-342.

Page 160: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

148

Page 161: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

149

ON THE ONSET OF WEAK MONOTONICITY

RESULTS ON LATTICE FRAGMENTS

Andreea B. DRAGUT

Abstract Monotonicity and submodularity properties are insights into the structure of the optimal

decision policies. They reduce the exponential growth of the dynamic programming (DP)

formulation when looking for the optimal policies of a Markov Decision Process (MDP). In this

paper we describe an R&D control problem that led to the extension of the previously known

monotonicity results for the case of state and action spaces being fragments of lattices.

Keywords:

R&D tasks, discrete Markov decision process, monotonicity, supermodularity

1. Introduction

This article is a tribute to professor dr.ir. J. Will M. Bertrand, or simply Will Bertrand for the

people who worked with him.

Will Bertrand’s research is situated in the realm of the control of operational processes. In the

early years, operational and operations initial research was mostly based on quantitative

modeling, with the main purpose of rather solving real life problems than developing theoretical

scientific knowledge.

Nevertheless, one of the big impacts of the industrial use of simple mathematical models,

together with the increasing presence of information systems, was to reshape the organizations

and eliminate traditional human tasks. At the same time, the idealized research approach

neglected the creations of new functions and responsibility areas for humans in operational

processes planning and control.

As a consequence, very early in the development, idealized technical, logistical and

mathematical problems became the main focus of research in this field. Throughout all his

Page 162: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

150

working years, Will Bertrand however always kept emphasizing the modeling aspect:

operational processes need to have explanatory and predictive models carefully and adequately

developed. Through his empirical research, he was constantly showing that the existing

idealized models failed to satisfactorily help implementing real-life solutions, rendering the

whole process painfully complex and often unsuccessful. Will Bertrand found that one of the

main shortcomings of those existing idealized models was the failure to properly take into

account the human factor implications at all planning and control levels.

In fact, all planning, scheduling and control processes have always been depending on both

technological and human assets of an organization. Of course, operational process models were

not entirely neglecting the human component, yet their approaches were greatly limited. They

constrained humans to always behave deterministically, predictably, in a ’stationary’ and

emotionless fashion, and independent of each other.

What exacerbated the abovementioned shortcomings, rendering them acutely critical, was that

in the last two decades customer and supplier market lost resource stability, acquired increased

dynamics, while at the same time competition and process complexity also greatly increased.

Therefore ignoring so many relevant factors was hampering the quest for more responsiveness,

leading to increasingly critical competitive disadvantages.

All these circumstances led to a sea change in the operational processes research field, of which

Will Bertrand was an integral part: he was constantly widening his operational control horizons,

and contributing to the knowledge development from the perspective of the human engineer,

scheduler and developer.

Let us take a closer look at these aspects. In general, in this field as of course in many others,

research methodologies span techniques from empirical research and simulation-based research

to formal analysis of production control models. Moreover, the empirical research is usually

doubled by the development of mathematical tools whenever the need arises. Will Bertrand’s

wide research encompassed both empirical and mathematical models, as a bridge between these

two streams. PhD theses supervised by him which were focusing on empirical research

identifying factors influencing operational processes, were then followed by more mathematical

ones attempting to create solvable models based on these factors.

Interestingly enough, this pattern of pairing up showed e.g. with his last PhD students: Wenny

Raaijmakers and then Cristina Ivanescu, and also Kim van Oorschot and Andreea Dragut. On a

general note, we must point out that it was never easy to go along this research path: there were

constant critics from both sides. Nevertheless, the complexity of processes ended up being

Page 163: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

151

brought to light especially thanks to both types of research studies. They, on the one hand, made

clear which characteristics were being neglected during mathematical modeling, and on the

other hand required mathematicians to thoroughly justify the reasons behind all such neglects.

However, in a world of publish or perish, Will Bertrand made an honor point of never signing a

pure mathematical paper, while he provided the insight of real-life problems for an entire series

of papers that his PhD students signed with mathematical researchers, such as Jaap Wessels, Jan

van der Wal, and Ivo Adan. I would also like to mention, on a very personal note that for my

own PhD thesis Will Bertrand encouraged me to slightly extend the mathematical theory of

lattice programming, in order to include applications for R&D control. It turned out, as

expected, not to be an easy path. Yet, a number of years later, these weak monotonicity results

are now considered a part of the common body of mathematical techniques of lattice

programming for the Markov decision processes, being reviewed in the new Wiley

Encyclopedia of Operations Research and Management Science (EORMS) (see Dragut 2011).

The goal of this paper is to describe the R&D control problem that led to the extension of the

previously known monotonicity results for finite discrete-time Markov decision processes. It is

Will Bertrand who suggested the investigation of the optimal control policies for this problem.

In general, monotonicity and submodularity properties are insights into the structure of the

optimal decision policies. They reduce the exponential growth of the dynamic programming

(DP) formulation when looking for the optimal policies of a Markov Decision Process (MDP).

If the action spaces are real sublattices, monotonicity often allows for feasible numerical

solutions (Topkis 1998, Section 7.9 in Puterman 1994, p. 210) for discrete-time

multidimensional MDPs.

Nevertheless, control problems often exhibit only general partially ordered sets as state/action

spaces. If we strengthen the assumptions and we require the action space to be a lattice, the

classical monotonicity results can analytically characterize the optimal solutions of such

problems. However, they lead to an undesirable large increase of the state/action space, possibly

canceling the computational gains brought by monotonicity. (see Dragut 2006).

By setting up a new mathematical framework in which monotonicity results hold for state and

action spaces which are fragments of lattices, we can analytically characterize and also

numerically study the structure of optimal control policies for our R&D control problem, as well

as for new classes of problems.

Page 164: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

152

This paper is organized as follows. In Section 2 we discuss the operational characteristics that

led to a Markov decision process (MDP) to model R&D projects with concurrent R&D tasks. In

Section 3 we prove the existence of robust weakly monotonic nondecreasing optimal policies

and we describe the optimal value variation function of the degree of specification of the

characteristics of the new product in the beginning. In Section 4 we end with some final

remarks.

2. Operational Characteristics of R&D projects

The aim of this section is to bridge the gap between R&D project operational characteristics and

the formulation of a quantitative model for the dynamic performance control of such a project.

For a quantitative model, we are forced to make some simplifications of the real-life project. A

better mathematical understanding of the structure of the optimal strategies for our simplified

model emphasizes relationships between model variables. It might also be helpful in more

complex situations where good heuristics are needed.

2.1. Creative human activities The work on a single creative activity can actually be seen as a series of steps. In the so-called

insight problem solving model (Wallas 1926, Smith and Blankenship 1999, and Sio and

Rudowicz 2007), the individuals start working on a problem, which results in some progress

(the preparation stage).

Rarely the problem might be solved at once. In most cases the individuals either reach a

cognitive state of fixation and the problem will remain unsolved, or after some incubation time,

with a sudden insight, they might solve the problem. There is thus a memoryless property in any

creative activity since the amount of time one spends on a task does not bring closer the

solution. It seems thus natural to model a creative activity as an exponentially distributed

random variable. In the following model we will see an R&D task as a sequence of creative

activities to be solved.

Page 165: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

153

2.2. Operational Characteristics of R&D Projects

As in most production environments, both time and capacity are important. What differentiates

the R&D projects from other production projects are the creative type of work to be done, the

use of engineers' time as the main resource, and the fact that it is impossible to execute all (or

even the majority of all) R&D tasks of an R&D project within reasonable time, let alone more

projects.

Work definition and execution

Every project induces one or more concurrent R&D tasks to be solved before a given deadline.

In R&D, information is lacking with regard to what exactly needs to be the end product, and

how it should be produced (Britton and Glynn 1989). Thus, the exact amount and type of work

contained in an R&D task is typically unknown beforehand. To define an R&D task, we use a

definition similar to (Beeftink et al. 2008, Amabile 2005): a series of creative work activities in

which novel and potentially useful ideas are required to solve ill-defined problems. Ill-defined

problems are problems for which a clear path to solution is unknown (Sternberg and Davidson

1999) and for which only a creative problem solving approach might lead to a solution (Cropley

1999).

Task uncertainty makes planning ahead difficult. Thus, the planning starts with partially

described tasks: for each task n a number of planed activities is foreseen. Working on an R&D

task helps an engineer to gain more knowledge about the task and finally to fully describe all the

activities needed to accomplish different performance levels (van Oorschot et al. 2005).

Usually, the amount of work-in-process varies heavily over time, and the moments at which

work arrives are often so random that the arrival process of work can be described as a Poisson

process. More precisely, we consider that new activities arrive at each of the tasks in progress

according to a Poisson process. All activities planned or new are creative activities and they are

modeled as an exponentially distributed random variable.

Quality of Service

Any limitation of the capacity assigned to a task is negatively correlated with the quality of

service. This is a performance measure that indicates the quality of the actual outcome of a case

compared to the most favorable outcome achievable for that task.

We consider that each task n has different levels of performance, giving the quality of its

execution. For each task n, a minimal performance level lmin(n) has to be achieved, in order to

have a rewardable fully functional new product. For some tasks this minimal level can be zero.

Page 166: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

154

Each level l consists of a list of planned activities with solving times being (i.i.d. exponentially

distributed) random variables. To attain a level, we assume that the engineer has to sequentially

execute the task at all previous levels. To enable an easy computation of the remaining solving

time Sn of the task n, we assume that for any given task n, its levels will have an identical

number of activities na(n) per level.

Decisions concern how to employ the available capacity, i.e., how much capacity to assign to

the work-in-process and how much for the new work. They are taken in terms of which tasks to

solve and to what extent. As long as the R&D project ends up with a fully functional product,

the capacity decisions are depending mainly on the work on the one hand, and the benefit of

carrying on with work-in-process on the other.

Even in standard production environments the advantages of increasing the pace of work—by

working under schedule pressure—can be offset by losses in productivity and quality. As

pointed out in the empirical study of (Nepal et al. 2006), the negative effects of schedule

pressure arise mainly by working out of sequence, generating work defects, cutting corners, and

losing the motivation to work. The effects on human beings are also supported by medical

research (Melchior et al. 2009).

We consider that the actual processing capacity is mainly given by the cumulated time of the

team of engineers. Our time capacity control ideas build on the idea of workload regulation as

described in Activation Theory (Gardner, 1986; Gardner and Cummings, 1988). This theory

suggests

that there is a certain optimal level of workload (neither too high or too low) at which

individuals perform best, and

that individuals try to influence their workload towards the level at which they perform

best. (Gardner, 1986, Gardner et al. 1988)

We can estimate the required processing capacity if all R&D tasks involved with all arriving

case-inducing work were to be executed, using the decomposition of R&D tasks. We can limit

the work under schedule pressure by requiring at each decision point that the remaining

workload should not exceed the engineers’ time capacity.

Under the hypothesis of a deficient time capacity we do not need to ensure that the team of

engineers has enough work to do as long as the economic benefit of working exists. The benefit

of working can be modeled straightforwardly by using reward functions depending on the

performance levels of each task.

Page 167: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

155

Deficient resource capacity control

Despite a range of possible actions, such as the introduction of overtime, temporary staff

employment and multi-skilling of staff, the resource capacity will commonly be insufficient to

execute all (or even the majority of all) tasks of an R&D project, let alone more projects .

For the following problem description:

One team of engineers is confronted with a set of concurrent R&D tasks. These tasks are

available simultaneously or can arrive over a specific planning horizon. The performance level

up to which the team will execute each task must be decided such that some performance

criterion is optimized.

three essential on-line decisions must be taken in scant-capacity operating environments:

1. admission of new work, and

2. continuation or termination of work-in-process.

3. cancellation of work

Based on the previous decomposition of R&D tasks, they can be formulated in terms of

performance level control. Continuation of an R&D task can be seen as setting as a goal a

higher performance level than the currently achieved one. Termination of an R&D task appears

when the achieved performance level is judged to be sufficient. Cancellation occurs when the

termination decision is taken for an R&D task having the achieved performance level the level

zero. Thus, any new work can be admitted by default and subsequently, if needed canceled.

Next we will set up a mathematical framework, in which we can formally take the decision on

which performance level has to be achieved for each R&D task. This leads to a new class of

decision models, which fits naturally within the field of MDP control. Further, we study the

structure and characteristics of the optimal control policies obtained.

In the next section we propose a fairly straightforward mathematical control system formulation

of a R&D project in terms of a Markov decision process.

3. Mathematical Control System

In our control system an R&D project has a number T (from 0 to T-1) of review periods and N

concurrent design tasks allocated to a team of M engineers from the first review period.

Page 168: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

156

Each task n has different levels of performance, giving the quality of its execution. For each

R&D task n, a minimal performance level lmin(n) has to be achieved, in order to have a

rewardable fully functional new product.

Each level l consists of a list of planned activities with solving times that are (i.i.d.

exponentially distributed Exp(µ)) random variables. To attain a level, we assume that the

engineer has to sequentially execute the task at all previous levels.

New activities arrive at each of the tasks in progress during the review period t according to a

Poisson process of rate λ(t). All activities planned or new are solved with a rate μ .

For simplicity, for any given task n, its levels will have an identical number of activities na(n)

per level. Thus, the remaining solving time Sn of one level of the task n, assuming the previous

levels solved, is a r.v. Erlang(na(n), μ).

Other input parameters (global variables) for each n from 1 to N:

Lmax(n) : the task’s maximal number of performance levels;

amin(n) : minimal work (in term of levels) to be done in a review period;

(at the beginning of review period t ):

β(t): the required current safety margin; β(t) is a real positive less than 1;

l(n,t) :the achieved performance level for the task n

The decision time points: are the project’s review points t

The immediate rewards ρt t=0,T-1 are zero. The final reward is zero if the minimal

required levels are not acquired in the final state. Otherwise, ρT(xT) is a nondecreasing function,

which is typical for cumulative market payoff.

The state space and the action space: The state set X(t) and the action set At(xt) in the

state xt give the achieved, respectively target performance level of each design task n such that

the remaining workload of the team of engineers should not exceed their maximal solving

capacity with a probability greater than safety margin β(t) .

For t=0 the only state is zero, otherwise the state xt =(l(1,t),…,l(N,t)) describes what was

solved for each design task n. If t<T we ask a feasible state to achieve a functional (minimal

levels) product with a safety probability

( )

( )( )

−≤∑∑

+==tTMSn

nl

tnli

N

n

min

1,1Pr .

Page 169: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

157

For any t<T, the action at in the state xt decides how many other levels above xt we want to

perform. The level up to which the task n may be solved after the feasible action at was taken is

l(n,t)+at(n) such that

( ) ( )ttTMSn

na

i

N

n

t

β≥

−≤∑∑

==

)(

11Pr .

The transition probabilities:

The transition probabilities describe the behavior of the R&D project between two control

points. In this control system the probability that after taking the action at in the state xt, a

transition from state xt to state xt+1 occurs is given by the probability of solving in one unit of

time (which is actually the length of a review period [t,t+1)) the activities belonging to the

performance levels newly achieved in state xt+1. More precisely, the transition probability is

given by probability that the remaining solving time of the tasks in state xt up to the

performance levels from xt+1 is contained in an interval of length ε around the length of a

review period [t,t+1).

We need a low computational model preserving a maximum of features of the underlying

working R&D process.

One classical approach is to allocate the tasks to engineers and afterwards to derive a complete

schedule for each engineer. In the scheduling theory, very often the engineers (resources) are

viewed as individual servers working on R&D tasks. Some human factors might be considered

as: learning effects (Biskup, 2008, Gordon et al. 2008), deteriorating jobs (see for an extensive

survey Bachman 2002 and Cheng et al. 2004, 2005, Alidaee and Womer 1999), a rate-

modifying activity playing the role of the insight flash (see Lodree and Geiger 2010, Min Ji and

Cheng 2010) and even polynomial optimal allocation can be derived for certain classes of R&D

tasks completion times.

The main advantage of such an approach is its relatively low computational complexity, but this

view on the R&D project suffers severely from modeling issues. Usually an engineer has a

number of R&D tasks to solve and is allowed to switch back and forth between tasks at

moments chosen at her/his own discretion. Also, very seldom an engineer can work alone

without any exterior influence on his R&D tasks. Engineers share information (as for example

technological breakthroughs) and they suffer interruptions in order to pursue as a team the

progress of the entire NPD project.

Page 170: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

158

Moreover, due to both technological and financial restrictions, it is rarely the case that the total

engineers’ time capacity is sizeable enough to be capable of executing all work ordered to the

system. Thus, even for the sake of taking decisions on what work has to be done, a complete

workshop schedule might be superfluous and might require an unnecessary effort.

We argue that more features of the working process can be captured by letting the engineers

(resources) act as a pool. This means that work is not allocated to a specific engineer (resource)

in advance, but rather shared by the team of engineers (resources) on a dynamic basis. If their

joint capacity is insufficient to do all work ordered to the system, then at review time decisions

must be made as to when to stop/cancel R&D tasks, and which tasks to stop/cancel. These

decisions will depend on the number of R&D tasks already in the system and the progress the

team of engineers done in solving them.

To make such a pool model computationally tractable we need to make simplifying assumptions

about the patterns of switching from one R&D task to another, as well as about what

phenomenon might occur while working on R&D tasks.

The empirical studies done in task pacing literature present a series of different patterns in

which work efforts can be distributed over time over the course of a task or project. Their

common feature (Sonnentag 2003, Beeftink et al. 2008) is that while working on a creative task

human beings tend to switch from moments of being highly engaged in their work to moments of

being engaged. While working they can experience interruptions (the need to switch the current

task at an externally determined moment in order to perform either new activities or activities

belonging to a different task) and breaks (the possibility of switching between already existing

tasks at their own discretion).

Thus, this stream of research suggests another empirical argument against a detailed workshop

schedule since imposing one leads to unnecessary interruptions. While breaks are helping

human beings to solve more insight activities and reaching fewer impasses, interruptions affect

them negatively (Zijlstra et al. 1999, Eyrolle and Cellier 2000, Bailey and Konstan 2006).

However, some interruptions, as the ones related to tasks’ interdependence cannot be avoided.

The simplifying assumptions made in Dragut and Bertrand 2008 concerned both a task pacing

behavior as well as the switching between tasks. The task pacing behavior considered was that

at any time instant the team either worked with the probability p on the planned activities of the

R&D tasks, or, with a probability 1-p, suffered interruptions.

To account for the engineers’ behavior of switching at their own discretion between the existing

R&D tasks all the tasks are assigned to the team and no detailed schedule is provided.

Page 171: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

159

Analytically such a model can be also low computational if we consider:

• the team of engineers working as a whole on the performance levels of the R&D tasks

indicated by the action at

• a common granularity for the decomposition of any task, and thus a uniform measure of

the magnitude of an R&D task (namely the number of activities involved).

We recall that each task n has different levels of performance, giving the quality of its

execution. Each level l consists of a list of planned activities with solving times random

variables i.i.d. exponentially distributed Exp(µ). To attain a level, we assume that the engineer

has to sequentially execute the task at all previous levels. New activities arrive at each of the

tasks in progress during the review period t according to a Poisson process of rate λ(t). All

activities planned or new are solved with a rate μ.

Under these conditions the completion time of the work allocated to the team (i.e. the

makespan) of a queuing system with M engineers (resources) working together is the same no

matter the order in which the engineers might decide to do their activities.

In Dragut and Bertrand 2008 this queuing estimation model was tested successfully on real life

data from engineers working on R&D tasks.

Proposition 1 Given the queuing estimation model from Dragut and Bertrand 2008, the sum of

the transition probabilities p(xt,at,xt+1) taken over all the states in X(t+1) is less than one, and

thus they can be considered as transition probabilities in a Markov process.

Proof. See appendix.

This proposition derives a way of computing transition probabilities which satisfy the Markov

condition, i. e. the sum of pt(xt , at , xt+1) taken after all xt , xt+1 in X(t+1) is less or equal to one.

Thus, for an R&D project we obtain a control system which is Markov Decision Process having

partially ordered state space, and action space. Its action and state space are upper bounded

inf-sublattices of the lattice NN . The action space description may lead to the existence of

unordered points in the argmax set, as well as in its top set (see Topkis 1998 for lattice basics).

If we enlarge the action space to a lattice instead of a partially bounded subset, for all these

unordered actions there will exist a greater action that will be optimal. Thus, classical

monotonic optimal solutions in the sense of Topkis 1998 can be derived.

However, in this case the sought after computational gains do not occur (see Dragut 2003,

Dragut 2006) due to the large increase of the action space.

Page 172: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

160

An alternative solution which was strongly supported by Will Bertrand was to extend

monotonicity results for our type of action and state spaces, namely, subsets without holes of

vector lattices (see Dragut 2003, 2011 for a formal definition). This was done in Dragut 2004,

Dragut 2011. Using this slight extension of the mathematical theory one can obtain robust

weakly monotonic optimal policies under the conditions of the subsequent Theorem from

(Dragut 2004, Dragut 2011).

4. Results

Theorem If the state/action spaces are bounded subsets without holes and the family

{ })(|)( tXxxA ttt ∈ is expanding and ascending for the MDP model, there exist weakly

nondecreasing optimal decision rules if the rewards are nondecreasing and superadditive as

well as the sum of trasition probabilities taken over any increasing subset of X(t). (Dragut 2003,

Dragut 2011)

Proof. See appendix.

In microeconomics and in theories of production and consumer choice, supermodularity of a

utility function is equivalent to products being substitutes. Thus, having a monotonic type of

optimal policy analytically proves that in R&D projects after we ensured the achievement of a

functional final product, having done more levels of performance for one R&D task

compensates for doing less performance levels of a different one.

The extension of the mathematical theory served its declared purpose of making computational

tractable the derivation of optimal policies of the control system. Thus, in Dragut 2003 we could

compute the weakly monotonic optimal policies and we could conduct a series of simulation

studies.

We have considered that the characteristics of the new product are underspecified/over specified

if we have low/high values for the number of planned activities, and vice versa for the rate of

arrival of unplanned activities during solving process. We synthetically generated large number

data sets with tasks of variable sizes for each µ. The simulation suggested that if the product is

less specified at the beginning, the optimal value increases. This effect diminishes with the

increase in the solving rate activities, i.e. the case of a better or experienced team. This supports

the idea that because of the time pressure, R&D decisions must often be made quickly with only

partial information available. Early involvement in the development is better, especially for

Page 173: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

161

inexperienced teams of engineers. Uncertainty and under specification of product features are

inherent.

Also in general, the weakly monotone structure of an optimal policy can serve as a basis for

deriving heuristics. In the case of our control system a trivial way of doing it is to cut down on

the action space. The state and action spaces are large. However, one can show that many

actions are surely sub-optimal and can therefore be omitted from the model. In other words, if it

is optimal for a team to continue working on a task for which its minimal level is already

achieved, then this decision is optimal as well for a number of tasks of equivalent value. From a

numerical point of view, for any given state, the size of the action space can essentially be

reduced with an exponential factor.

5. Conclusion

Professor Will Bertrand suggested the investigation of optimal control policies for R&D

problems, during a joint research work on their appropriate modeling framework.

In this paper, we have shown how this investigation actually led to the extension of the

previously known monotonicity results for finite discrete-time Markov Decision Processes.

Usually control problems often exhibit only general partially ordered sets as state/action spaces.

By strengthening the assumptions to obtain full lattices for these sets, we can use classical

monotonicity results to analytically characterize the optimal solutions, but at the expense of

large increases in state/action space sizes, possibly offsetting computational gains.

We have shown how to set up a mathematical framework in which monotonicity results hold for

state and action spaces which are only fragments of lattices. We have thus shown how we can

analytically characterize and also numerically study the structure of optimal control policies for

our R&D control problem, as well as for new classes of problems.

References

1. Alidaee, B., Womer, N.K. (1999). Scheduling with time dependent processing times:

review and extensions. Journal of the Operational Research Society, 50, 711–720.

2. Amabile, T. M., Barsade, S. G., Mueller, J. S., and Staw, B. M. (2005). Affect and

creativity at work. Administrative Science Quarterly, 50(3), 367-403.

Page 174: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

162

3. Bachman, A., Janiak, A., Kovalyov, M.Y. (2002). Minimizing the total weighted

completion time of deteriorating jobs. Information Processing Letters, 81, 81–4

4. Bailey, B. P., Konstan, J. A. (2006). On the need for attention-aware systems:

Measuring effects of interruption on task performance, error rate, and affective state.

Computers in Human Behavior, 22(4), 685-708

5. Beeftink, F., Van Eerde, W., and Rutte, C. G. (2008). The effect of interruptions and

breaks on insight and impasses: Do you need a break right now? Creativity Research

Journal, 20, 358-364.

6. Berglunda, M. and Karltun, J. (2007). Human, technological and organizational

aspects influencing the production scheduling process, International Journal of

Production Economics 110, 160–174.

7. Biskup, D. (2008). A state-of-the-art review on scheduling with learning effects,

European Journal of Operational Research 188,315–329.

8. Britton, B. K., and Glynn, S. M. (1989). Mental management and creativity: A

cognitive model of time management for intellectual productivity. In J. A. Glover & C.

R. Reynolds (Eds.), Handbook of creativity (Vol. 24, pp. 429-440). New York: Plenum

Press

9. Cheng, T.C.E., Kang, L.Y., Ng, C.T. (2004). Due-date assignment and single machine

scheduling with deteriorating jobs. Journal of Operational Research Society 55, 198–

203.

10. Cheng, T.C.E., Kang, L.Y., Ng, C.T. (2005). Single machine due-date scheduling of

jobs with decreasing start-time dependent processing times. International Transactions

in Operational Research, 12, 355–366.

11. Crawford, S. ( 2000). A field study of schedulers in industry. Understanding their work,

practices and performance, Ph.D. Thesis, Nottingham University, Nottingham.

12. Crawford, S. (2001). Making sense of scheduling: the realities of scheduling practice in

an engineering firm. In: MacCarthy, B.L., Wilson, J.R. (Eds.), Human Performance in

Planning and Scheduling. Taylor & Francis, London, 83–104.

13. Cropley, A. J. (1999). Definitions of creativity. In M. A. Runco & S. R. Pritzker (Eds.),

Encyclopedia of Creativity (Vol. 1, pp. 511-524). London: Academic Press

14. Dragut A.B. (2003) A Markovian Approach To The Mathematical Control Of NPD

Projects, PhD Thesis, Department of Industrial Engineering and Innovation Sciences

,TU/e The Netherlands.

15. Dragut A.B. (2004). A Weakly Monotonic Backward Induction Algorithm on Finite

Bounded Subsets of Vector Lattices. Journal of Computational and Applied

Mathematics, 164-165(1), 295-306.

Page 175: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

163

16. Dragut, A.B. (2006). Monotonic Robust Optimal Control Policies for the Time-Quality

Trade-Offs in Concurrent New Product Development (NPD), Computers and

Mathematics with Applications, volume 51, issue 2, p. 229-238

17. Dragut A.B. , Bertrand J.W.M. (2008) A representation model for the solving time

distribution of a set of design tasks in new product development (NPD). European

Journal of Operations Research. 189(3), 1217-1233

18. Dragut, A.B. (2011) Structured MDP Policies, Markov Decision Processes, in James J.

Cochran (Editor-in-Chief) Wiley Encyclopedia of Operations Research and

Management Science, vol.8 , Wiley, to appear in February 2011

19. Eyrolle, H., Cellier, J. M. (2000). The effects of interruptions in work activity: field and

laboratory results. Applied Ergonomics, 31(5), 537-543

20. Gardner, D. G. (1986). Activation Theory and task design: An empirical test of several

new predictions. Journal of Applied Psychology, 71(3), 411-418.

21. Gardner, D. G., Cummings, L. L. (1988). Activation Theory and job design - Review

and reconceptualization. Research in Organizational Behavior, 10, 81-122.

22. Gordon, V.S., Potts, C.N., Strusevich, V.A., Whitehead, J.D. (2008). Single machine

scheduling models with deterioration and learning: handling precedence constraints via

priority generation, Journal of Scheduling 11, 357–370.

23. Jackson, S., Wilson, J.R. and MacCarthy, B.L. (2004). A new model of scheduling in

manufacturing: Tasks. Roles, and Monitoring, Human Factors 46 (3), 533–550.

24. Lodree, E.J, Geiger, C.D. (2010). A note on the optimal sequence position for a rate-

modifying activity under simple linear deterioration. European Journal of Operational

Research 201,644–648.

25. Melchior,M.,Caspi, A., Milne, B., Danese, A., Poulton, R., and Moffitt,T.E.. (2007).

Work stress precipitates depression and anxiety in young, working women and men.

Psychological Medicine,37,1119-1130.

26. McKay, K.N., Buzacott, J.A., Charness, N., Safayeni, F.R.,1992. The scheduler’s

predictive expertise: an interdisciplinary perspective. In: Doukidis, G.I., Paul, R.J.

(Eds.), Artificial Intelligence in Operational Research. Macmillan, Basingstoke, pp.

139–150.

27. Min Ji, Cheng,T. C. E. (2010). Scheduling with job-dependent learning effects and

multiple rate-modifying activities. Information Processing Letters 110 (11), 460-463

28. Nepal, M. P. , Park,M. and Son, B. (2006). Effects of Schedule Pressure on

Construction Performance, J. Constr. Engrg. and Mgmt., 132(2), 182-188

29. Oorschot, K.E. van, Bertrand, J.W.M., and Rutte, C.G. (2005). Field studies into the

dynamics of product development tasks, International Journal of Operations &

Production Management, 25 (8), 720 – 739

Page 176: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

164

30. Ormerod, T. C. (2005). Planning and ill-defined problems. In R. Morris & G.

Ward(Eds.), The Cognitive Psychology of Planning (pp. 53-70). London: Psychology

Press.

31. Puterman,M. (1994), Markov Decision Processes: Discrete Stochastic Dynamic

Programming, John Wiley and Sons

32. Sio, U. N. and Rudowicz, E. (2007). The role of an incubation period in creative

problem solving. Creativity Research Journal, 19(2-3), 307-318.

33. Smith, S. M. and Blankenship, S. E. (1991). Incubation and the persistence of fixation

in problem-solving. American Journal of Psychology, 104(1), 61-87.

34. Sonnentag, S. (2003). Recovery, work engagement, and proactive behavior: A new look

at the interface between nonwork and work. Journal of Applied Psychology, 88(3), 518-

528.

35. Sternberg, R. J. and Davidson, J. E. (1999). Insight. In M. A. Runco & S. R. Pritzker

(Eds.), Encyclopedia of creativity (Vol. 2, pp. 57-69). London: Academic Press.

36. Topkis D.M. (1998). Supermodularity and Complementarity. Princeton University

Press, Frontiers of Economic Research series

37. Zijlstra, F. R. H., Roe, R. A., Leonora, A. B., Krediet, I. (1999). Temporal factors in

mental work: Effects of interrupted activities. Journal of Occupational and

Organizational Psychology, 72, 163-185.

Appendix

Proof Proposition 1.

We recall that in this control system the probability that after taking the action at in the state xt, a

transition from state xt to state tttt axxx +≤≤ +1 occurs is given by the probability of solving in

one unit of time (which is actually the length of a review period [t,t+1)) the activities belonging

to the performance levels newly achieved in state xt+1. More precisely, the transition probability

is given by probability that the remaining solving time of the tasks in state xt up to the

performance levels from xt+1 is contained in an interval of length ε around the length of a

review period [t,t+1).

Let ( )

( ))(

1,

1,1nnk a

tnl

tnli

N

n

+

+==∑∑=

denote the total number of activities to be solved in order to make a transition from state

( ) )),(,...,,1( tNltlxt =

Page 177: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

165

to the state ( ) ))1,(,...,1,1(1 ++=+ tNltlxt .

Let Cmax be the makespan of a queuing system of s parallel servers with a common queue of k

activities. Let tai be the number of nonempty components in the action at in A(t), corresponding

to concurrent tasks. Let ),(taikΞ be the random variable giving the remaining solving time of

the tasks in state xt up to the performance levels from xt+1. According to Dragut and Bertrand

2008 ),(taikΞ 's cumulative distribution function )))(,(( hikF

taΞ equals:

( ) )()1()()),(Pr()1(max

hfphfphiktaiErlangt YkCa −

−+⋅=≤Ξ .

However, in the state xt, the same number k of planned activities can be obtained for different

equiprobable xt+1. Therefore in order to obtain ),,( 1+ttt xaxp we have to divide the solving time

by the number of possible ways of arriving at these equiprobable xt+1. Let χ(xt+1 - xt) is the

number of partitions of the total sum of activities from xt to xt+1 into multiples of the number of

activities per level.

Thus ( ))(

)()1()(~),(,,

1

111 xx

ippxxppixxpxaxp

t

atttattttt

t

t −

⋅−+−⋅=−=

+

+++ χ

,

where tttt axxx +≤≤ +1 and dzzfip kCat t)()(~

)(2/12/1 max∫=

+−εε , dzzfip

taiErlangt Yat )()()1(

2/12/1 −∫=

+−εε .

These transition probabilities can be fast numerically approximated by the Euler Inverse

Laplace Transform method (see Dragut and Bertrand 2008).

In order to prove that ∑+≤≤

++

≤tttt axxx

ttt xaxp1

1),,( 1 we remark that both the arrival of new activities

per task and the interruption process stop when the last of the k planned activity is solved. Thus,

after a random finite number Q of solved activities, the queuing system stops. The system

without interruptions was an M/M/s system, and the interruptions delay the solving process

without adding any solved activity, thus we have a M/G/s queuing system, which has the

probability of two or more events in a time frame (∆ , ∆+h) equal to )(ho .

We have that

)()},( {Pr}1)({Pr

)()},( ,1)({Pr}{Pr

inevent one

inevent one

εε

εεε

oq£oqt£Sq

++∆∆−=∆=

++∆∆−==+∆<<∆

where qS is the time of the q -th event of the queuing system (the q -th activity solved) and

)(∆£ is the total number of activities that have been solved up to time ∆ . Thus we can write

the following equation:

Page 178: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

166

==+∆≤Ξ<∆∑ }|),(Pr{ kKiKta

k

ε

= •=−=∑ }|1)(Pr{ qQQt£k

Pr{ one event in )()},( εε o++∆∆ .

We can conclude by taking with ∆=1 since the length of our time frame is [t,t+1) and by

dividing both sides with small ε. Then for small ε : 1)(),(2/12/1 ≅∫ Ξ

+−∑ dzzf

taiKk

εε .

Proof Theorem

The rewards properties are obvious by construction.

To prove that the sum of transition probabilities taken over any increasing subset of X(t) is

nondecreasing and superadditive we need first describe in detail the action set )( tt xA for

( )tXxt ∈ (which will be done in Proposition 2). Using this description we are able to

decompose an arbitrary increasing set into elementary ones (which will be done in a Corollary).

Then we prove all the required properties on the elementary increasing sets, and we extend them

to the general case of an arbitrary increasing set (which will be done in Proposition 3 and

Proposition 4)

Proposition 2 ( ) ( ) ttttt AxAxA == ~ , for ( )tXxx ∈~, .

Proof: )( tt xA is included in the increasing set }|{: minminaxxKa ≥= . The states are feasible

so they lead probabilistically to the rewarded region in tT − stages. Solving times are

independent, then n

na

i

N

nS

t )(

11

max,

==∑∑ is distributed Erlang ),( µk , where

)(:)(

11

max,

nnk a

na

i

N

n

t

==∑∑= .

Thus, for tamax, , the action space is equivalent to

[ ] )(1

!)( )(

1

0te

jMtT MtT

jk

jβµ µ −≤

−∑ −−−

=

which implies a maximal number of activities to be done. Thus, the maximal number of

possible levels to be achieved in )( tT − review periods is constant as well. There exists as

well a maximal number of possible levels of the set of actions which decides that the engineers

should perform more than the minimal requirement )(min ta . If ),(max tnL is large enough we

Page 179: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

167

have no preset bounding of the action spaces at any decision point . Thus, they are only

naturally bounded by the engineers finite capacity and we have )~()( tttt xAxA = .

Corollary The increasing subsets of )(tX are

} s.t. },...,1{|)({,...,1 iss sxkitXxKq

≥∈∃∈= ,

where qss ,...,1 are not comparable, and N∈q , and js

q

jKtX

1)(

== , for some q .

Proof The partial order transitivity implies that the top of )(tA is a nondecreasing surface. A

bounded set in a finitely-dimensional lattice has only a finite number of incomparable elements.

Thus the proof is clear.

Proposition 3 The function ),,( 11

+∈+

∑ ttxtKx

xaxpt

is nondecreasing in )(tXxt ∈ , for any K

increasing subset of )1( +tX .

Proof The points in )1( +tX with 0),,( 1 ≠+tttt xaxp belong to the rewarded set

}|{def

, tttN

xax xaxxxRttt

+≤≤∈=+ N . We will prove for the elementary increasing subsets

since the the translation arguments are the same for the general case. Consider xx ~≤ then

),,~(),,( 1111

+∈

+∈ ++

∑≤∑ tttKx

tttKx

xaxpxaxpStSt

.

Case 1. SKxx ∈~, . Then we have Stt Kaxax ∈++ ~, . Thus, Sxaxxax KRRtt

⊂++ ~,~, , , so both

sums are equal being taken over all terms.

Case 2. tax + , St Kax ∈/+~ . Then SKxx ∈/~, both sides zero.

Case 3. SKxx ∈/~, , but St Kax ∈+~ . Since xx ~≤ , tax + may/may not be in SK . If

St Kax ∈/+ , =∩+ Sxax KRt, Ø and

),,~(0),,( 11~,~11

+∩∈

+∈

∑∑+++

≤= tttKRx

tttKx

xaxpxaxpSxtaxtSt

since =/∩+ Sxax KRt

~,~ Ø and 0),,~( 1 ≥+ttt xaxp . If St Kax ∈+ for each point in the

intersection Sxax KRt

∩+, we can construct a unique point of equal probability in the

intersection Sxax KRt

∩+~,~ . And since the terms of nonzero probability in ),,( 11

+∈+

∑ tttKx

xaxpSt

are the ones belonging to Sxax KRt

∩+, . For 2=N there is an easy graphical description.

Page 180: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

168

Proposition 4 ),,( 11

+∈+

∑ ttttKx

xaxpt

is superadditive in

)()(),( tttt xAtXax ×∈ , for any K increasing subset of )1( +tX .

Proof Consider xx ~≤ s.t. )(~, tXxx ∈ , )~()(~ xAxAaa tt =∈≤ . We finished if we can

prove that the following holds for an arbitrary sK :

≥∑−∑ +∈

+∈ ++

),,~(),~,~( 1111

ttKx

ttKx

xaxpxaxpStSt

),,(),~,( 1111

+∈

+∈ ++

∑−∑≥ ttKx

ttKx

xaxpxaxpStSt

The transition probabilities separate the dependency on tt xx −+1 and ai . Then

0)()~( 11

,\~,1

1

~,~\~~,~1

1

≥−∑≥−∑ ++

++∈+

∈+

++∈+

∈+

xxPxxP tttt

axxRaxxRtx

SKtx

axxRaxxRtx

SKtx.

We reduce the proof to similar translation arguments for several cases as in the above

proposition.

Case 1. SKaxax ∈/++ ~~,~ and Case 2 SKxx ∈~, , where for each point in axxaxx RR ++ ,~, \

we have a correspondent in axxaxx RR ++ ~,~~~,~ \ .

Case 2. SKax ∈/+ ~ . Since aa ~≤ we have that SKax ∈/+ , and then

=∩=∩ ++ SaxxSaxx KRKR ,~, Ø and the right-hand is zero. We have xx ~≤ , both x~ ,

ax ~~ + may or may not belong to SK , but the inequality holds if the lefthand side is positive

due to the transition probabilities.

Case 3. SKx∈/ but SKax ∈+ ~ . Because aa ~≤ we have that ax + may or may not

belong to SK . Because SKaxxx ∈+≤ ~~,~ , but axx +~,~ may or may not belong to SK . We

will use the form of the transition probabilities as well as for SK increasing set of )1( +tX the

set Saxxaxx KRR ∩++ ,~, \ contains less points than Saxxaxx KRR ∩++ ~,~~~,~ \ . In the intersection,

we construct points of equal probability by translation.

Page 181: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

169

Productiebeheersing: groei naar volwassenheid

Prof. Bertrand

Rede uitgesproken ter gelegenheid van de aanvaarding van het ambt van hoogleraar in de

productiebeheersing aan de faculteit Bedrijfskunde van de Technische Universiteit Eindhoven

op 29 september 1989.

Page 182: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

170

Dames en Heren,

In deze rede wil ik een drietal onderwerpen aan de orde stellen die te maken hebben met de

groei naar volwassenheid van het vakgebied Produktiebeheersing. Deze onderwerpen hebben

betrekking op de organisatie van het onderzoek, de inhoud van het vakgebied en het

professionele gebruik van onze kennis in de praktijk.

De organisatie van het onderzoek Het vakgebied Productiebeheersing heeft de laatste decennia een onstuimige ontwikkeling

doorgemaakt. Het is opmerkelijk te moeten constateren dat de impulsen tot deze ontwikkeling

meestal niet afkomstig zijn uit de wereld van het wetenschappelijk onderzoek, maar grotendeels

het gevolg zijn geweest van gebeurtenissen in de bedrijfspraktijk. Op een paar uitzonderingen

na is tot nu toe geen enkele grensverleggende ontwikkeling het gevolg geweest van

researchwerk gedaan aan universitaire onderzoeksinstellingen. Integendeel, we zien een

omgekeerde gang van zaken. Onder invloed van ontwikkelingen in de praktijk ontstaat een

werkwijze die in bepaalde opzichten zeer succesvol blijkt te zijn. Dit wordt door managers en

consultants waargenomen en uitgedragen, en ook in de wetenschappelijke wereld vindt de

werkwijze op een zeker moment acceptatie. Aan de wetenschap is dan de taak te analyseren

waarom de werkwijze succesvol is, wat haar beperkingen zijn, waar nog verdere verbeteringen

mogelijk zijn, en onder welke omstandigheden deze realiseerbaar zijn.

Deze positieschets staat in nogal schrille tegenstelling tot de doorsnee-opvatting die er in

academische kringen heerst over de verhouding tussen onderzoek en praktijk. Deze opvatting

houdt in dat de wetenschap de bedrijfsproblemen en de ontwikkelingen observeert en

analyseert, en kennis produceert die gebruikt kan worden om betere productiebeheersings-

systemen te maken. Het zal duidelijk zijn dat dit verschil tussen bedoeling en werkelijkheid leidt

tot frustraties zowel bij de wetenschappelijk onderzoekers als hij de potentiële gebruikers in de

praktijk. Ik zal dit illustreren met twee historische voorbeelden.

MRP-I

De wetenschappelijke wereld werd in de jaren zeventig verrast door de ontwikkeling in de

praktijk van MRP-I als hulpmiddel om integraal materiaalbehoeften door te rekenen, over

meerdere productiefasen heen.

Deze techniek was in principe al lang bekend. Een artikel van Vazsonyi in het eerste nummer

van Management Science in 1954 behandelde de techniek Stuklijstexplosie ten behoeve van de

Materiaalbehoefteberekening1. Alleen het benodigde rekenvermogen was toen nog niet

beschikbaar. Tot dat moment werd voor grootschalige productie uitsluitend gewerkt met ketens

Page 183: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

171

van bestelsystemen. De gebreken van deze werkwijze waren bekend en zijn op uitermate

inventieve wijze geanalyseerd door Forrester in zijn Industrial Dynamics2. De remedie was in

principe ook bekend, nl. snelle informatiedoorgave, korte reactietijden en integraal beheersen

over de keten heen, maar was nog niet praktisch uitvoerbaar (afgezien van een aantal

eenvoudige varianten van integrale beheersing zoals Base Stock Control, waar we hier niet

nader op ingaan). Met de ontwikkeling van snelle computers en grote geheugencapaciteit

ontstond ook de mogelijkheid om snelle informatiedoorgave en integrale beheersing te

realiseren. Er werden softwarepakketten gebouwd, en de kruistocht voor integrale

goederenstroombeheersing nam een aanvang.

De houding van de wetenschappelijke wereld tegenover deze ontwikkeling kenmerkte zich door

twee fasen. De eerste fase bestond daaruit dat men constateerde dat er niets nieuws onder de zon

was. De mooiste illustratie hiervan vernam ik onlangs van een Amerikaanse collega. Een MRP-I

deskundige gaf aan het begin van de jaren zeventig een lezing aan zijn universiteit over de

werking van MRP-1. Toen de spreker ophield keken zijn toehoorders hem verwachtingsvol aan:

de essentie van het verhaal zou nog moeten komen; dit kon niet meer zijn dan de inleiding.

Niets was echter minder waar: de spreker had zijn boodschap al gebracht.

Deze anekdote illustreert dat MRP-I in eerste instantie op inhoudelijke gronden niet serieus

werd genomen: men vond het niet de moeite waard om zich hiermee bezig te houden en er

werden vele, vaak terechte, bezwaren geformuleerd tegen het wat naïeve beeld van de

werkelijkheid dat onder MRP-ligt. De praktijk hield zich echter wel bezig met MRP-1. De

APICS zag de grote praktische mogelijkheden van integrale goederenstroombeheersing en nam,

gestuwd door consultancybureaus, het voortouw bij de MRP-I kruistocht. De vaak terechte

bezwaren van wetenschappers tegen de rigide, deterministische werkwijze van MRP-I werden

aanvankelijk genegeerd, en bij de ontwikkeling van de softwarepakketten werden geleidelijk

lapmiddelen ingebouwd om de gevolgen van bepaalde gebreken te ondervangen. De MRP-I

systemen werden vervolgens op grote schaal in de praktijk ingevoerd. Voorraadpunten werden

geëlimineerd, de productieorganisaties werden aangepast, en Materials Management werd

ingevoerd.

Voor dit harde feit geplaatst, zien we vanaf het einde van de jaren zeventig dat een deel van de

wetenschappelijke wereld zich stort op formele probleemstellingen ontleend aan de nieuwe

besturingssituatie. Weer is een van de meest populaire onderwerpen het bepalen van de optimale

seriegrootte, maar nu binnen de MRP-I context. Het is alsof de wetenschappers opgelucht

constateren dat ze weer op vertrouwd terrein zijn. De beperkingen en gebreken van MRP-I, die

iedere vakman op het gebied van productiebeheersing onmiddellijk duidelijk zijn, worden niet

of nauwelijks meer naar voren gebracht; er wordt ook niet of nauwelijks gewerkt aan de

ontwikkeling van betere integrale systemen. Een gunstige uitzondering hierop is het werk van

Monhemius en Timmer, gericht op de integratie van Base Stock Control en MRP-13, dat later

Page 184: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

172

onder leiding van Wijngaard en Wortmann is voortgezet door Van Donselaar4. Beide

onderzoeksprojecten werden uitgevoerd in bedrijven. In het algemeen echter kunnen we zien dat

er van het wetenschappelijke onderzoek weinig praktisch gerichte vernieuwing uitgaat, en dat is

zeer te betreuren.

KANBAN

Het tweede voorbeeld is ontleend aan de ontwikkelingen rond Just-in-Time. Het begrip Just-in-

Time heeft betrekking op alle activiteiten die gericht zijn op het tot stand brengen van een

organisatie die in kleine series, met lage voorraden, efficiënt en op tijd kan produceren en

leveren. Seriegroottes en voorraadhoogtes zijn altijd populaire onderwerpen geweest van

wetenschappelijk onderzoek. Als er dus één gebied is waar de beschikbare wetenschappelijke

kennis een nuttige bron van vooruitgang voor de praktijk kan betekenen, dan is het wel dit

gebied. Echter, als we terugkijken naar de gebeurtenissen van de afgelopen twintig jaar, dan is

niets minder waar. De parallellen met het voorafgaande voorbeeld zijn tekenend. In de jaren 70

werden in het westen de eerste verhalen bekend over het KANBAN-systeem. Wie als

productiebeheersingsdeskundige voor het eerste de werking van het KANBAN-systeem

bestudeert, heeft als primaire reactie dat dit systeem alle problemen negeert, die je in praktijk

tegenkomt, en dus uiterst onpraktisch en theoretisch van aard is.

Er wordt niet of nauwelijks rekening gehouden met seriegrootte-effecten, doorlooptijdvariaties,

beperkingen in de capaciteitsbeschikbaarheid en instabiliteit van de afname. Het KANBAN-

systeem is een zeer eenvoudig en effectief systeem, maar kan alleen werken in een ideale

omgeving.

In 1979 nam ik in Amsterdam deel aan de Fifth International Conference on Production

Research. Een tweetal medewerkers van Toyota Motor Co., die meegewerkt hadden aan de

ontwikkeling van het KANBAN-systeem, gaven daar een presentatie over de dynamische

eigenschappen van het KANBAN-systeem, en constrasteerden deze met de dynamische

eigenschappen van een klassieke besturing5. Tot mijn verbazing gingen ze in hun studie voor

het KANBAN-systeem uit van stationaire afname van de producten, en lieten ze resultaten zien

die uitsluitend onder stationaire afname golden. Later is mij duidelijk geworden dat het

KANBAN-systeem geacht wordt toe te leveren aan een of meer montagebanden die zelf over

een zekere termijn een constant tempo hebben. Bij wijziging van het tempo wordt dit vooraf

besloten, en voor het hele productiesysteem integraal ingevoerd. Aan twee ogenschijnlijk

strijdige eisen, integrale besturing en operationele eenvoud, wordt hiermee in één keer voldaan

door organisatorische afspraken te maken over de momenten waarop het productieniveau zich

mag wijzigen, en vooruitlopende op die wijziging, de nodige maatregelen te treffen om die

niveauwijziging op het geplande tijdstip te laten ingaan. Op deze manier hoeft men zich in elke

Page 185: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

173

schakel van de keten enkel bezig te houden met het vervangen van de werkelijk verbruikte

producten, en worden opslingerverschijnselen en nervositeit vermeden zonder dat hiervoor

gecompliceerde informatieverwerkingssystemen nodig zijn. De besturing van de productie-

niveaus is de verantwoordelijkheid van een hoger gelegen besturingsniveau: wij zouden dit de

goederenstroombesturing noemen.

Bekijken we de aanvankelijke opstelling van de wetenschappelijke wereld ten opzichte van deze

ontwikkeling dan zien we weer hetzelfde patroon. Artikelen over integrale goederenstroom-

beheersing bestonden er al in de jaren vijftig (b.v. Clark en Scarf6), meestal gericht op de vraag

hoeveel totale ketenvoorraad er nodig is op elk niveau in de keten, welke besturingsregels er

moeten worden gebruikt, welke bestelseries gebruikt moeten worden en welke veiligheden er

nodig zijn. Het was algemeen bekend dat dit probleem relatief eenvoudig is als de vraag

constant is, de seriegroottes overal klein zijn, en de productiedoorlooptijden kort zijn, maar met

eenvoudige problemen hield men zich niet bezig. Het was weer Burbidge7 die in zijn publicaties

over Production Flow Analysis en Period Batch Control al vroeg een lans brak voor het kiezen

van eenvoudige oplossingen voor beheersingsproblemen, en voor het zodanig (re)organiseren

van de uitvoering dat het probleem eenvoudig wordt Een ander frappant voorbeeld van het

kiezen van een eenvoudige organisatorische oplossing is de ontwikkeling van het Perioden

Planningssysteem voor de enkelstuksfabricage dat door Geraerds8

in de jaren 60 bij de

Koninklijke Luchtmacht is ontwikkeld, in een tijdvak dat helemaal in de geest stond van het

onderzoek naar prioriteitsregels voor stochastische wachtrijproblemen. De aanpak van Geraerds

was er ook een van eliminatie van een aantal complicerende factoren, stabilisering van de vraag

naar capaciteit in verhouding tot het capaciteitsaanbod, en daarna werken met vast planperioden

per bewerking voor de uitvoering.

Deze aanpak schept zoveel organisatorische duidelijkheid dat het voor het uitvoerende

personeel mogelijk wordt naar het gewenste resultaat toe te werken; anticiperen wordt mogelijk,

waardoor tijdig maatregelen kunnen worden getroffen om detailproblemen tijdig op te lossen.

Voor complexe fabricageprocessen die sterk afhankelijk zijn van menselijk ingrijpen, zoals in

de kleinserie en enkelstuksfabricage, betekent deze keuze van de beheersingsstructuur dat

zelforganisatie van de uitvoerende werkzaamheden mogelijk wordt gemaakt. De tien condities

voor zelforganisatie die Kuiper9

recentelijk noemde in zijn intreerede, worden onder deze

omstandigheid realiseerbaar. De aanpak gaat uit van de mens als probleemoplosser en niet van

de mens als uitvoerder van een voorgeprogrammeerde beslisregel. Zowel Period Batch Control

en Production Flow Analysis, alsook het Periode Planning Systeem beschouw ik als voorlopers

van de JIT-aanpak. Geen van deze ontwikkelingen nam echter in het wetenschappelijk

onderzoek een hoge vlucht.

Page 186: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

174

Toen het succes van het KANBAN-systeem duidelijk werd, is de JIT-aanpak breed

uitgewaaierd over de praktijk, en is de wetenschappelijke wereld hard aan het werk gegaan om

het functioneren van KANBAN-systemen te analyseren, en na te gaan waar de essentiële

verschillen liggen met andere vormen van besturing. Weer is het de wetenschap die reageert op

autonome ontwikkelingen in de praktijk en er in eerste instantie niet mede vorm aan geeft,

terwijl toch de ingrediënten voor het mede bepalen van de ontwikkelingen beschikbaar waren.

Dames en Heren,

Een volwassen vakgebied kenmerkt zich door vermogen om alle nuttige kennis op deelgebieden

te kunnen integreren in diagnose en in ontwerp.

De voorgaande voorbeelden laten zien dat het vakgebied Productiebeheersing nog niet overal op

een volwassen manier beoefend wordt. Welke conclusies kunnen we nu trekken met betrekking

tot de organisatie van het onderzoek naar het ontwerp van productiebeheersingssystemen? Mijn

stellingname is de volgende.

- Productiebeheersing is een functie binnen de bedrijfsvoering waarbij alle aspecten van de

bedrijfskunde een rol spelen. Het ontwerp van goede productiebeheersingssystemen vereist

dan ook de inbreng van kennis uit alle bedrijfskundige disciplines.

- De kwantitatieve analyse van processen en beheersingsregels is een van de grondslagen van

het vakgebied productiebeheersing.

- Zolang in de uitvoering van de productiefunctie mensen een rol spelen, zal de besturing

altijd verlopen via beslissingen die genomen en uitgevoerd worden door mensen. Het

ontwerp van productiebesturingssystemen moet derhalve uitgaan van de mens als

probleemoplossend element in het geheel. Deze mens zal zijn rol spelen, afhankelijk van de

positie die hij inneemt in de organisatie, de wijze waarop hij wordt beoordeeld, de

technische hulpmiddelen die hij ter beschikking heeft, de informatie die hij krijgt of die hij

zich weet te verschaffen en zijn vermogen om die informatie te gebruiken .

- Productiebeheersing is een proces dat zich afspeelt in bedrijven. Het onderzoek naar

productiebeheersingssystemen dient dan ook plaats te vinden in bedrijven. Het is

vanzelfsprekend dat hiermee de ruimte voor experimenteel onderzoek beperkt is; het

afbreukrisico voor bedrijven is groot.

In laboratoriumsituaties kunnen natuurlijk wel bepaalde aspecten van een probleem worden

onderzocht zoals het functioneren binnen een bepaald model van een bepaald type

beslisregel, of de effectiviteit van het aanbieden van informatie in bepaalde vorm b.v. op

een beeldscherm, op een print, etc., of het functioneren van bepaalde geautomatiseerde

informatiekoppelingen tussen machines. Echter binnen de bedrijfskunde is dat alleen dan

Page 187: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

175

zinnig onderzoek, als duidelijk is binnen welke functiegerichte probleemstelling het

resultaat van dit onderzoek past.

In de faculteit Bedrijfskunde kristalliseert het onderzoek zich de laatste jaren rond een viertal

onderzoekthema's. Ondanks het feit dat de ent van dit kristallisatieproces telkens gelegen was in

een der disciplines, zien we dat het ontwerpgerichte karakter en de daarmee samenhangende

multidisciplinaire samenwerking zich hoe langer hoe sterker begint af te tekenen. Monhemius is

jarenlang de drijvende kracht is geweest achter deze organisatie van ons wetenschappelijk

onderzoek en heeft ervoor gezorgd heeft dat we nu langzamerhand binnen de faculteit toekomen

aan integratie van de beschikbare disciplinaire kennis. Als actueel voorbeeld wil ik hier noemen

het onderzoek naar integratie van logistieke en administratieve beheerssystemen, dat momenteel

onder leiding van Theeuwes wordt uitgevoerd10

, en waarin wordt samengewerkt vanuit de

vakgebieden informatiesystemen, bedrijfseconomie en productiebeheersing. Ik verwacht dat er

de komende jaren meerdere van dit soort projecten zullen worden gestart. Voorwaarde hiervoor

is echter wel dat er een geschikte infrastructuur is voor het uitvoeren en managen van dit soort

onderzoek en dat we in staat zijn ervaren onderzoekers gedurende hun meest productieve jaren

vast te houden. Naar mijn mening is een bedrijfskundig onderzoeksinstituut voor dit doel

onontbeerlijk. Voor sommige delen van ons onderzoek kan de benodigde infrastructuur

gevonden worden binnen het ITP.

De inhoud van het vakgebied

Dames en Heren,

In het voorgaande betoog ben ik ingegaan op de positie van het productiebeheersingsonderzoek,

ofwel de industriële logistiek, in relatie tot de ontwikkelingen in de praktijk. Ik heb hierbij over

productiebeheersing in algemene termen gesproken. Dat mag de suggestie wekken dat in mijn

optiek de productiebeheersing een eenvormig kernobject is, en dat ik b.v. zou kunnen behoren

tot de school die van mening is dat de gereedschapskist waarop de naam Manufacturing

Resources Planning ofwel MRP-II staat, voldoende concepten en instrumenten bevat om alle

typen produktiebeheersings-problemen aan te kunnen. Niets is echter minder waar.

De diversiteit waarin productiebeheersingsproblemen zich voordoen, is enorm en het is zelfs de

vraag of deze ooit uitputtend in zijn relevante factoren beschreven kan worden. De

productiebeheersingsproblemen evolueren als onderdeel van de evolutie van de bedrijven en de

bedrijfsvoering. Als voorbeeld noem ik de aandacht die er tegenwoordig is voor coördinatie

tussen de klant en zijn toeleverancier(s). Was het 15 jaar geleden nog vanzelfsprekend om de

systeemgrenzen van het probleem te leggen bij de ontvangende en de verzendende afdelingen,

Page 188: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

176

nu zien we dat de inkoop-en verkoopfunctie, en de structurele afspraken die deze afdelingen met

hun tegen-spelers maken, vaak onderdeel zijn van de probleemstelling.

Het is tekenend voor de alertheid van het onderzoekmanagement van de faculteit Bedrijfskunde,

dat er reeds geruime tijd een onderzoekproject loopt op dit gebied.

Als dan de werkelijkheid zo divers en zo dynamisch is, zijn er dan geen constanten, en vaste

ontwerpregels die de ontwerper kan gebruiken? Naar mijn mening zijn die regels er wel

degelijk, maar zijn ze dermate abstract dat ze nietszeggend zijn voor wie niet beschikt over veel

en gevarieerde praktijkervaring. Voor de ervaren ontwerper daarentegen vormen deze regels een

praktisch stramien dat richting geeft aan zijn ontwerp. Een uitstekend voorbeeld voor zo'n set

ontwerpregels vinden we in de publicatie van MeaP1 in de Harvard Business Review, getiteld

'Putting Production Decisions Where They Belong', en in eerste aanzet, in de intreerede van

Wijngaard12

. Ik prijs me gelukkig dat ik de laatste jaren de gelegenheid heb gehad om samen

met Wijngaard en Wortmann deze ontwerpregels verder uit te werken. Het gebruik van deze

regels is echter zeer situatie-afhankelijk, en de ervaren en deskundige ontwerper kenmerkt zich

daardoor, dat hij de vaardigheid bezit om per situatie de juiste vertaalslag te maken naar

concrete beslisfuncties en beheerssystemen. Een volwassen vakgebied kenmerkt zich o.a.

daardoor, dat ontwerpers zodanig kunnen worden opgeleid dat ze na enige jaren ervaring in de

praktijk deze vaardigheid bezitten. Het vakgebied productiebeheersing staat in dit opzicht op de

drempel van volwassenheid. De oprichting van een Nadoctorale Opleiding tot Logistiek

Ontwerper aan deze universiteit is hiervan het resultaat.

Zoals gezegd is de toepassing van de ontwerpregels sterk situatieafhankelijk. Ondanks de grote

diversiteit in productiebeheersingsproblemen kunnen we toch een aantal factoren onderkennen

die ten dele bepalend zijn voor de inrichting van de beheersing. Deze factoren zijn direct

gerelateerd aan de twee dominante aspecten van de productiebeheersing: de materiaal-

coördinatie en de capaciteitscoördinatie. We zullen op beide aspecten kort ingaan.

Materiaalcoördinatie

Met betrekking tot de materiaalcoördinatie kunnen we onderscheid maken in productie-

processen met een sterk divergente materiaalstructuur en productieprocessen met een sterk

convergente materiaalstructuur. Bij een divergente materiaalstructuur wordt uit een gering

aantal uitgangsmaterialen een groot aantal verschillende eindproducten vervaardigd; er is dus

met betrekking tot de eind productie sprake van een grote materiaalgemeenschappelijkheid.

Materiaalcoördinatie is hier niet zo'n groot probleem. Dit kenmerk vinden we bij de onderdelen-

fabricage. Bij de convergente materiaalstructuur zien we dat er per eindproduct een groot aantal

verschillende materialen en halfproducten nodig is. Meestal is het aantal verschillende

Page 189: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

177

eindproducten op hoofdtypeniveau aanmerkelijk kleiner dan het aantal verschillende uitgangs-

materialen. Dit kenmerk vinden we bij assemblageprocessen.

Capaciteitscoördinatie

Met betrekking tot de capaciteitscoördinatie kunnen we onderscheid maken in productie-

processen met een eenvoudige capaciteitsstructuur en die met een complexe capaciteits-

structuur. Er is sprake van een eenvoudige capaciteitsstructuur als elk van de producttypen in

dezelfde volgorde evenveel capaciteit vraagt van elk van de capaciteitstypen. In dat geval kan

de capaciteit uitgedrukt worden in aantallen producten per tijdseenheid en kan een van de

capaciteitstypen als structurele bottleneck worden aangewezen.

Dit soort capaciteitsstructuur treffen we aan in de massafabricage, waar de productie sterk

gespecialiseerd is en de productiecapaciteit ontwikkeld is voor een speciale range producten.

Er is sprake van een complexe capaciteitsstructuur als er grote variaties zijn in de bewerkings-

volgorde en de hoeveelheid capaciteit die elk producttype vraagt van elk der capaciteitstypen. In

dit geval kan de capaciteit van een productiesysteem voor besturingsdoeleinden niet uitgedrukt

worden in aantallen producten/tijdseenheid, maar moeten we werken met hoeveelheid

beschikbare uren per tijdseenheid per capaciteitstype. De bottleneck hangt af van de producttype

mix in het orderpakket en wisselt daarom voortdurend. Dit soort capaciteitsstructuur treffen we

aan in de enkelstuks- en kleinseriefabricage.

Dames en Heren,

Het zal duidelijk zijn dat ik hierboven extremen heb geschetst en dat maar weinig

productiesituaties zich met een der extremen laten karakteriseren. In een materiaalstructuur die

in principe divergent is, komt, zeker in de laatste productiefase, vaak enige convergentie voor.

In een in principe convergente materiaalstructuur komt vaak enige divergentie voor, zeker in de

eerste productiefase waar zoveel mogelijk naar het gebruik van gemeenschappelijke onderdelen

zal worden gestreefd. Een soortgelijke kanttekening geldt voor de capaciteitsstructuur. Dat

neemt echter niet weg dat het denken in extremen een helder licht werpt op de essentieel

verschillende situaties die er zich vanuit besturingsoogpunt voordoen. We bereiken dit door de

extremen van deze twee factoren paarsgewijs met elkaar te combineren. We krijgen dan het

diagram in Fig. 1.

Page 190: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

178

Fig. 1

Als we proberen deze indeling toe te passen op complete bedrijven, dan zullen we vaak

constateren dat dat niet kan. Dat komt doordat binnen de bedrijfsgrenzen veel typen producten,

tussenproducten en Fabricageprocessen voorkomen die elk een andere karakteristiek hebben.

Dat lijkt verwarrend, maar is het niet. Het betekent enkel dat de typologie in Fig. 1 enkel

toegepast mag worden op productieafdelingen, of productie-eenheden. Binnen de

bedrijfsgrenzen kan er een aantal productieafdelingen bestaan die ieder hun eigen karakteristiek

hebben, en die ieder op een andere wijze bestuurd moeten worden.

De coördinatie van de goederenstromen tussen de afdelingen binnen het bedrijf, en

tegenwoordig zelfs voor een deel buiten het bedrijf, noemen we de goederenstroombeheersing.

Deze houdt zich niet bezig met de interne afdelingsbeheersing. In principe krijgen we hierdoor

de besturingsstructuur in Fig. 2.

Het goederenstroombeheersingsprobleem kan complex worden door de configuratie van

verschillende afdelingen die voor de productie nodig zijn, ieder met hun eigen karakteristiek, en

de complexiteit van de materiaalstroom tussen de afdelingen. Het zal duidelijk zijn dat er vele

combinaties van verschillende type afdelingen binnen een goederenstroom kunnen voorkomen.

Page 191: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

179

Fig. 2

Dit maakt meteen duidelijk waarom het gebruik van standaardsoftware in bedrijven telkens

weer op grote weerstanden stuit. Niet alleen is er sprake van een historisch bepaalde wijze van

werken, waar mensen maar moeilijk van af te brengen zijn, maar ook is de bestaande werkwijze

vaak haarscherp afgestemd op de typische configuratie van afdelingssituaties in dat bedrijf, en

op de typische productmarkt verhouding die voor dit bedrijf geldt; maar daar wil ik hier niet op

ingaan.

Uit het diagram in Fig. 1 kan een aantal conclusies worden getrokken. Deze wil ik kort

samenvatten, en ook per situatie een onderwerp noemen waarop het productiebeheersings-

onderzoek zich de komende jaren moet concentreren.

Procesgewijze Fabricage

- Voor de procesgewijze fabricage is het productiebeheersingsprobleem op afdelingsniveau

tamelijk eenvoudig. Als we produceren, produceren we vaak snel, en het onderhanden werk

is relatief laag ten opzichte van de voorraden voor en achter de productieafdeling. Er is een

geringe volumeflexibiliteit en de besturing van de afdeling is vaak geïntegreerd in de

goederenstroombesturing op het centrale bedrijfsbureau.

Interne afdelingsbeheersingsproblemen komen hier vaak voort uit combinatie- en omstel-

problematiek, opbrengstvariaties en onbeheerste processen.

In dit gebied is veel kwantitatieve kennis voorhanden met betrekking tot de

hoofdproductieplanning en de seriegrootte- en volgordeprogrammering. Lacunes zijn de

korte termijnbesturing, en met name het reageren op onverwachte gebeurtenissen in

productieopbrengst en materiaalkwaliteit, gekoppeld aan de orderpositie en de

grondstofpositie, met behoud van de geprogrammeerde afdelingsdoelstelling. Ik verwacht

dat hier de komende jaren veel onderzoek naar gedaan zal worden.

GOEDERENSTROOMBEHEERSING

AFD AFD AFD

Page 192: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

180

Grootserie-assemblage

- Voor de grootserie-assemblage is de materiaalcoördinatie de dominante factor. De hele

besturing is gericht op het tijdig beschikbaar hebben van de vele componenten. Het

beslissen over omstellen naar een ander producttype is ook hier vaak geïntegreerd in de

goederenstroombesturing. Onderzoek is hier nodig naar de coördinatie van product-

ontwikkeling, inkoop en verwerving, fabricage, en service/ onderhoud. Kern van dit

onderzoek is de vraag naar de integratie van de diverse stuklijsten die in deze verschillende

functionele gebieden gebruikt worden. Ik verwacht veel van het onderzoek dat op dit gebied

onder leiding van Wortmann wordt uitgevoerd13

.

Enkelstuks/kleinserie fabricage

- Voor de enkelstuks/kleinseriefabricage is de interne capaciteitscoördinatie de dominante

factor; materialen zijn met enkele uitzonderingen meestal eenvoudig en met korte

levertijden verkrijgbaar. Volumeflexibiliteit wordt hier gevonden in het uitbesteden van

werk. Hier vinden we relatief zelfstandige productieafdelingen met een complexe interne

besturing, waarover veel kwantitatieve kennis beschikbaar is. Veel van deze kennis wordt

echter nu niet gebruikt, omdat de benodigde gegevens niet in de juiste vorm, op het juiste

tijdstip en bij de juiste man beschikbaar zijn. De invoering van real-time order-

voortgangssignaleringssystemen zal een verdere delegatie van bevoegdheden mogelijk

maken. Er zal voor dit type situatie de komende jaren veel organisatorisch onderzoek nodig

zijn, ten einde de organisatievormen te ontwikkelen of te vinden waarin het best gebruik

gemaakt wordt van de beschikbare informatie.

Projectgewijze Fabricage

- Voor de projectgewijze fabricage is zowel capaciteitcoördinatie als materiaalcoördinatie van

belang. In de projectgewijze assemblage zien we vaak een grote capacitatieve flexibiliteit;

naast een aantal montage- en testspecialisten zijn er vele productiemedewerkers wier

vaardigheden op ruime schaal voorhanden zijn. Capaciteitscoördinatie houdt hier in de

beheersing in het werkaanbod voor de specialisten, en het managen van de capaciteit voor

de algemene montage. Materiaalcoördinatie is hier een ingewikkeld probleem, omdat er

vaak meer projecten gelijktijdig lopen, elk project in een andere fase verkeert en de

materiaalbehoeftes per project slechts geleidelijk aan duidelijk worden gedurende de

looptijd van het project.

In de projectgewijze fabricage bestaat er vaak een grote flexibiliteit met betrekking tot

volgorde waarin activiteiten moeten worden uitgevoerd, en ook de definitie van de

activiteiten is vaak niet eenduidig en vast. De huidige plannings- en besturingstechnieken

Page 193: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

181

gaan echter uit van bekende vaste entiteiten en relaties, en behandelen die entiteiten en

relaties ook als zodanig.

De grofplanning, de netwerkplanning en de detailplanning zijn daarom in deze situatie niet

of slechts met grote moeite consistent te houden.

Het is zelfs moeilijk om te definiëren wat hier onder het begrip consistentie hier moet

worden verstaan. Dit vormt een ernstige handicap voor de beheersing van dit soort

productieprocessen; het uit de hand lopen van productontwikkelingsprojecten en

bouwprojecten is vaak hierop terug te voeren. Het ontwikkelen van nieuwe concepten,

organisatievormen en hulpmiddelen voor de beheersing van de projectgewijze fabricage, die

toelaten dat van de beschikbare flexibiliteit wordt gebruik gemaakt, en het tegelijk mogelijk

maken op elk beheersingsniveau de werkelijke beperkingen en beïnvloedingsmogelijkheden

in grijpbare en hanteerbare vorm weer te geven, beschouw ik als een belangrijk onderzoeks-

project binnen de productiebeheersing.

Goederenstroombeheersing

Wat is, in de bovenstaande visie op productiebeheersing op afdelingsniveau, de positie van de

goederenstroombeheersing? De goederenstroombeheersing is gericht op het realiseren van het

Hoofdplan. De goederenstroombeheersing doet dit door met de afdelingen op termijn afspraken

te maken over het orderniveau, ten behoeve van de capaciteitsplanning, en door het plaatsen van

concrete orders of productieopdrachten. Het doet er hierbij niet toe of de betrokken

productieafdelingen behoren tot de eigen onderneming, of dat het externe bedrijven zijn, die ook

produceren voor andere productondernemingen. Het kan zelfs voorkomen dat een

productieafdeling produceert voor een aantal verschillende productgroepen die elk hun eigen

goederenstroombeheersingssysteem hebben. De koppeling naar de afdelingsbeheersing verloopt

via de capaciteitsplanning en de het plaatsen van productieorders.

Dames en Heren,

Uit het voorgaande betoog kan worden afgeleid dat productieafdelingbeheersing en

goederenstroombeheersing twee geheel verschillende problemen zijn. Dit verklaart de beperkte

toepasbaarheid in de praktijk van de standaard MRP-systemen, die immers primair ontwikkeld

zijn voor de goederenstroom beheersing ten behoeve van complexe producten die in

middelgrote tot grote series worden geproduceerd. Dit houdt in dat standaard MRP in principe

niet geschikt is voor de goederenstroom beheersing van productgroepen die zich kenmerken

door procesgewijze fabricage en enkelstuks-fabricage. Daarnaast kunnen er vraagtekens gezet

worden bij de koppeling naar de afdelingsbeheersing. De goederenstroombeheersing staat of

valt met betrouwbare productieafdelingen die dus moeten beschikken over goede

Page 194: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

182

afdelingsbeheersingssystemen. In de praktijk blijkt de afdelingsbeheersing en de koppeling

tussen afdelingsbeheersing en goederenstroombeheersing vaak een zwak punt te zijn van de

standaard MRP-systemen. Naar aanleiding van een tweedaagse conferentie over dit onderwerp

in Rochester, USA, met als titel 'Beyond MRP-I; Evolution to a new Standard?' werd door een

aantal deelnemers de voorzichtige hypothese geformuleerd dat het huidige integrale standaard

MRP-concept wel eens een doodlopende straat zou kunnen zijn.

Als alternatieve weg werd gezien het ontwikkelen van krachtige afdelings-beheersingssystemen

die op zichzelf kunnen werken en voorzien zijn van standaard koppelingen ten behoeve van de

capaciteitsplanning en het plaatsen van orders. Deze ontwikkeling wordt mogelijk gemaakt door

het beschikbaar komen van real-time besturingssystemen op de werkplek.

Ten behoeve van de goederenstroombeheersing zijn er dan enkel nog systemen nodig die zich

bezig houden met capaciteitsmanagement en materiaal·· coördinatie en orders, met daarnaast

natuurlijk de koppeling met de commerciële activiteiten in de Hoofd Planning per productgroep.

Ik verwacht dat de ontwikkeling zich in deze richting zal voortzetten en ben van mening dat het

productiebeheersingsonderzoek in de faculteit hierop moet inspelen. De toenemende

specialisatie van bedrijven naar hun kernactiviteiten, en de tendens om delen van de niet-

kritische productieactiviteiten uit te besteden bij gespecialiseerde bedrijven, werkt in dezelfde

richting. Een belangrijk vraagstuk in dit verband is de vraag naar de aard van de relaties tussen

de productieafdelingen en de productgroepen. Dit dient mijns inziens een van de kernvragen te

zijn van een onderzoek naar de beheersing van industriële ketens; een zeer actueel onderwerp

voor de Nederlandse en Europese industrie.

Het gebruik in de praktijk

Dames en Heren,

Het derde en tevens laatste thema van deze lezing vergt het minste tijd, maar ligt mij zeer na aan

het hart. Tot nu toe hebben we gesproken over de aard van productiebeheersingsonderzoek, en

over de beschikbare kennis en een aantal lacunes in deze kennis. Tot slot wil ik even stilstaan bij

de praktijk van de productiebeheersing en hiervoor put ik uit mijn subjectieve waarnemingen als

projectmedewerker en organisatieontwikkelaar in het kader van een aantal logistieke

verbeteringsprojecten in de praktijk. Productiebeheersingsonderzoek is Multi-disciplinair en

derhalve moeilijk te realiseren. Dat geldt veel minder voor het realiseren van logistieke

verbeteringen in de praktijk, zoals ik tot mijn verbazing een aantal keren heb moeten

constateren. Ik zal deze stellingname illustreren aan de hand van een grootscheeps logistiek

verbeteringsproject waarbij ik een aantal jaren geleden betrokken was. Het betrof hier een

Page 195: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

183

onderneming bestaande uit een aantal relatief zelfstandige bedrijven. Het verbeteringsproject

werd top-down aangepakt, met centraal vastgestelde doelstellingen op termijn, gesteld in termen

van doorlooptijdverkortingen en verhogingen van leverbetrouwbaarheid. Het project werd

geleid vanuit een centrale stuurgroep waarin alle bedrijfsleiders zitting hadden, per bedrijf een

lokale stuurgroep, en lokale werkgroepen waarin de benodigde veranderingen en de

invoeringsmethodiek werden uitgewerkt. De nadruk in het project lag op de lokale

verantwoordelijkheid van de bedrijven, en het bood veel ruimte voor het realiseren van een

eigen aanpak van de problematiek. Er ontstonden dan ook grote tempoverschillen tussen de

bedrijven, en in elk bedrijf lag het accent van het verbeteringsproces op andere aspecten,

ondanks grote overeenkomsten in de problematiek. De decentrale aanpak hield verder in dat er

vanuit de centrale staforganisatie kennis en informatie en capaciteit beschikbaar gesteld werd

aan de bedrijven. Een van mijn functies in het geheel was dienen als kennisbron en vraagbaak,

en de bedrijven te helpen bij het uitwerken van procedures.

De verschillende bedrijven deden in zeer verschillende mate een beroep op de centraal

beschikbare kennis en capaciteit. Toen na 2,5 jaar de tussenbalans werd opgemaakt kon worden

geconstateerd dat bij een aantal bedrijven de levertijd en betrouwbaarheid sterk waren

verbeterd. Daaronder was ook een klein bedrijf dat geen beroep had gedaan op de centrale

stafcapaciteit, en dat ook verder geen externe ondersteuning had aangetrokken.

Het bleek dat de bedrijfsleider in zijn eentje de essentiële boodschappen met betrekking tot de

benodigde veranderingen had opgepikt uit de centrale stuurgroepvergaderingen en deze in zijn

bedrijf met kleine werkgroepen van direct verantwoordelijken had ingevoerd. Dat ging, naar hij

vertelde, niet zonder slag of stoot, maar door vasthoudend en goed communicerend met zijn

mensen aan de veranderingen te blijven werken, kreeg hij het voor elkaar.

Het gedrag van deze bedrijfsleider illustreert de uitspraak: productiebeheersing is niet moeilijk,

productiebeheersing moet je gewoon doen.

Dames en heren,

De les die ik uit deze ervaring getrokken heb is dat benodigde voorwaarden voor

organisatorische veranderingen ten minste zijn:

1. een leiding die belang heeft bij de verandering;

2. een leiding die weet dat de nieuwe taakstelling realiseerbaar is;

3. een leiding die in grote lijnen weet hoe de verandering tot stand moet worden

gebracht.

Page 196: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

184

Voor diegenen die wetenschappelijk of professioneel actief zijn in het vakgebied

productiebeheersing, volgen hieruit drie taakstellingen. Ten eerste: het doen van onderzoek naar

de strategische relatie tussen enerzijds een goede productiebeperking, en anderzijds het

bedrijfsbelang op langere termijn. Het is opmerkelijk hoe weinig empirische kennis er hierover

beschikbaar is. Ten tweede: het onderzoek naar de vraag onder welke omstandigheden welke

logistieke prestatie realiseerbaar is, en welke organisatiemodellen hiervoor nodig zijn. Dit dient

voor verschillende bedrijfstypen te worden uitgewerkt. Ten derde: bevorderen van

kennisoverdracht naar leidinggevenden op alle niveaus in de organisatie.

De Nederlandse Vereniging voor Logistiek Management, de NEVEM, mede opgericht en toe

bloei gekomen onder leiding van Botter, heeft de afgelopen 10 jaar een uitstekende basis gelegd

voor de kennisoverdracht op deze drie gebieden. Met name is er een compleet cursusbouwwerk

tot stand gebracht. Er worden momenteel stappen ondernomen om ook de eerste twee

taakstellingen te realiseren. Ik prijs me gelukkig in de gelegenheid te zijn binnen de NEVEM

hieraan op bestuurs- en op uitvoerend niveau mee te kunnen werken. Ik ervaar deze combinatie

als zeer effectief. De beschikbare capaciteit voor ontwikkeling en kennisoverdracht binnen

Nederland is beperkt en verdeeld over vele instituten en universiteiten. Het zou een goede zaak

zijn als het gebruik van deze capaciteit door de instituten enigszins zou worden gecoördineerd.

Dat blijkt niet vanzelf te gaan. Naar mijn mening ligt hier een uitdaging voor de NEVEM. Een

volwassen vakgebied kenmerkt zich mijns inziens o.a. door het bestaan van

beroepsverenigingen die mede richting géven aan de ontwikkeling van het vakgebied.

De in gang gezette ontwikkeling van deze relatie tussen de professionele gebruikers en de

professionele ontwikkelaars kan worden gezien als de afsluitende fase in de ontwikkeling van

het vakgebied productiebeheersing naar de status van volwassenheid.

Ik dank u voor uw aandacht.

Literatuur

1. Vaszonyi, A., 'The Use of Mathematics in Production and Inventory Control',

Management Science 1955,1, pp. 70-85.

2. Forrester, J., Industrial Dynamics, Cambridge, Mass., M.LT. Press, 1961.

3. Timmer, J.P.J., Monhemius, W. en Bertrand, J.W.M., 'Production and Inventory

Control with the Base Stock System', Report EUT / BDK/12, Eindhoven University of

Technology, 1984.

4. Donselaar, K. van, 'Material Coordination under Uncertainty', proefschrift TUE, 1989.

Page 197: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

185

5. Kimura, O. en Terada, H., 'Design and Analysis of 'Pull system'. A method of Multi-

stage Production Control', full papers of Vth IC&PC Conference, Amsterdam, 1979.

6. Clark, A.J. en Scarf, H., 'Optimal Policies for a Multi-Echelon Inventory Problem',

Management Science 960, 6, pp. 475-490.

7. Burbidge, J.L., 'The Principles of Production Control', McDonnald & Evans Ltd.,

London.

8. Geraerds, W.M.J., 'Produktiebeheersing en Bedrijfskunde: naar samenhang',

Inaugurale rede, THE, 1973.

9. Kuipers, H., 'Zelforganisatie als Ontwerpprincipe', Inaugurale rede, TUE,1989.

10. Theeuwes, JAM., 'Naar een Bedrijfskundige Bedrijfseconomie', Inaugurale rede, TUE,

1987.

11. Meal, H.C., 'Puttihg Production Decisions where they Belong', Harvard Business

Review, 1984, pp. 102-'111.

12. Wijngaard, J., 'Kwantitatieve Methoden bij de Bedrijfsvoering', Inaugurale rede, THE,

1983.

13. Wortmann, J.C., 'Bedrijfskunde en Informatica: naar samenhang', Inaugurale rede,

TUE, 1987.

Page 198: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

186

Page 199: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

187

THE STRUCTURING OF PRODUCTION

CONTROL SYSTEMS3

J. W. M. Bertrand and J. Wijngaard

ABSTRACT This paper presents a qualitative methodology for designing hierarchically structured

production control systems for complex production situations. The methodology is based on the

assumption that complexity should be reduced by defining self-contained PU-systems with clear

and well-defined operational characteristics. Furthermore the interactions between the

subsystems should be simple and restricted. We introduce the Production Unit (PU) as a basic

control entity. From the perspective of goods flow control the PUs are black boxes having

certain operational characteristics. The objective of goods flow control is to realise a certain

delivery performance, taking into account the PU-operational constraints. The main elements in

the goods flow control structure as developed here are Master Planning, Material Co-

ordination, Workload Control and Work Order Release.

Introduction

Production control refers to the co-ordination of production and distribution activities in a

manufacturing system to achieve a specific delivery reliability at minimum costs. In many

customer oriented production situations the manufacturing activities have developed in such a

way that manufacturing is specialised according to product-type and/or to manufacturing

technology. The result is a production structure with a number of production units, where each

unit takes care of a separate part of the production, and where the goods flow in and between

these production units can be quite complex. In such a production system, each of the

production units will have its own short-term and long-term goals, whereas each product-type

delivered to the market may require materials and capacity from a number of different

production units.

In order to realise the required delivery performance in the market, co-ordination of the

3 Overgenomen uit International Journal of Operations and Production Management, Vol. 6 (1966), No. 2

Page 200: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

188

activities of the production units is therefore necessary. These co-ordination activities,

however, should not conflict with reaching the production economics objectives for each of the

production units. On the one hand, realising production economics objectives is in the interest

of the system as a whole. On the other hand, however, the production units should show high

flexibility with respect to reacting to changing market conditions, demand forecasts, and actual

demand. Lack of flexibility may lead to high and unbalanced stocks, poor delivery perfomance,

and possibly loss of market position. This conflict between short-term interests of operation

units and goods flow control is well-known in the literature. A structural (hierarchical)

approach is needed to resolve this conflict [l].

In the past decade a number of studies have been published on the design of hierarchical

production control systems. Many of these studies reported on the principles underlying

particular design projects in practice [e.g., 2, 3]. Other research used mathematical analysis to

investigate specific types of aggregation and decomposition [e.g., 4-6], or used systematic

computer simulation for this purpose [e.g., 7, 8]. In this paper we stress the general problem of

how to structure the complete production control process. We study the subject from the point

of view that the control sub-problems at any level should be defined such that the controllability

of the problem is guaranteed and the actual control performance can be measured and therefore

can be monitored. This approach has been used in a previous research project on production

control in a production unit [9] and is now applied to a more complex production problem

including goods flow control. The concepts used in this approach are partly based on certain

concepts from Manufacturing Resources Planning (MRP-II).

This conceptual framework for production control deals with the problems of short-term and

long-term inflexibilities in the production units [l0, 11]. Specifically, the concept of a Master

Production Schedule (MPS) has been introduced as a device to reconcile the conflicts between

market needs and production possibilities (see, e.g. [12]).

The MRP-II concepts were a substantial step forward in the design of goods flow control

systems. However, a real quantitative basis for the operational design of such systems is still

lacking, as can be concluded from the many difficulties encountered when MRP-I1 is being

used as a basis for design in practice. This paper aims at filling a part of this practicality gap. It

introduces some basic concepts for designing production control systems which achieve high

flexibility while still enabling the production units to realise their production economics.

For this purpose, we first introduce definitions of basic concepts for describing a production

system, such as items, materials, capacity and operations, then we introduce the concept of

Production Unit which is used as a homogeneous logistic entity. The co-ordination of the

production units is referred to as Goods Flow Control (GFC). Next we consider how to

structure GFC and the relationship of GFC to Production Unit Control (PUC).

Page 201: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

189

Basic Concepts

We assume that for any production control problem in practice a system boundary can be

determined. The system boundary defines what "part of the production world" is considered and

what part is beyond our scope. The system boundary should be established operationally by

specifying the inflows and outflows from the environment into the system considered and vice

versa. This system boundary concept is illustrated in Figure 1.

We assume the manufacturing processes to be given. Thus for each finished product (end

item) the following is known:

• the end product structure, which is the way in which the product is composed of

materials, parts or components, and subassemblies;

• the capacity types needed;

• the manufacturing steps which are needed for each of the components, subassemblies

and final assemblies in the product; and

• the amount of capacity required for each manufacturing step.

Figure 1. The Boundaries of the Production System

With this general specification of the system we can roughly define the production control

problem to be that given certain consistent objectives regarding customer delivery performance

and manufacturing costs, how should we:

(1) accept customer orders;

(2) place procurement orders;

(3) vary the capacity;

(4) allocate available capacity to manufacturing steps?

Capacity decisions Capacity changes

Production system

considered

Deliveries

Procurement orders

Shipments

Customer orders

Page 202: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

190

Depending on the system boundary chosen, the complexity of the problem can vary

substantially. We restrict our research to production systems with many complex end items,

where interactions and relationships between products and their timing stem from the following

factors:

• the products use shared capacity resources, with restricted availability;

• the products use shared types of materials and subassemblies;

• information on market demand is limited;

• work orders are released with batch sizes which may be larger than the immediate required

amount;

• short term capacity variations are possible to a limited extent and with a certain lead-time.

Materials, Resources

We assume that the manufacturing process for an end-item can be defined as a related set of

transformations. Each transformation may require materials and/or resources. As materials we

define other items which are absorbed in a finite discrete amount during the transformation

step. As a resource we define objects which are not used up during the transformation step, but

which are in use (machines, space, etc.).

Operations

A manufacturing process is a network of manufacturing steps. For the purpose of production

control the manufacturing steps are aggregated into operations. The specification of operations

should be related to the scope of the production control problem at hand. The operations

generally do not follow straightforwardly from the description of the manufacturing steps, but

must be based on the aspect of the system that is addressed by production control. Now as

production control addresses the timing of the allocation of resources and materials, a natural

criterion for the grouping of manufacturing steps into operations is their relative independence

in time. Thus if there is little freedom in relative timing within a group of manufacturing steps,

it would be natural to consider this group as one operation, which requires the resources and

materials of all the manufacturing steps in the group. From the production control point of view,

an operation is a black box with specific properties, and which is not subject to internal

manipulation.

Production Units and Goods Flow Control

In order to simplify the total production control it is necessary to distinguish production units

Page 203: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

191

(PU). A PU is a specific set of capacities performing a specific set of operations using a specific

set of materials. The total control is decomposed to PU Control (PUC) and Goods Flow Control

(GFC). The control variable which constitutes the interface between PUC and GFC is the

release of new work orders to the PU. The PU has to realise the work orders according to certain

norms. GFC has to co-ordinate the release of work orders to the various PUs, to each other and

to customer orders and to provide the required materials.

An ideal PU is self-contained from a manufacturing point of view. Also from a production

control point of view the PU is self-contained, but it is generally constrained with respect to the

amount and timing of its production. These constraints constitute the operational relationships

of a production unit. The constraints are basically generated by its limited capacity and by the

operation processing times required for the manufacturing of the items. However, additional

constraints can be generated by the way in which a PU organises its production process in

order to realise specific objectives regarding product quality and production efficiency. For

instance, if set-up times are an important part of the operation processing time, then the PU

may want to work with specific batch sizes. Moreover, if machine set-up times are sequence

dependent, the PU may want to maintain a certain working stock of work-in-process at that

machine in order to be able to create an efficient production sequence.

The creation of a PU requires a relatively stable environment for that unit with respect to the

availability of resources and the demand for product items produced by that unit. This stability

is required because the PU will operate in a relatively independent way, and therefore it will

need a number of environmental invariabilities to base its internal structure on.

From the perspective of Goods Flow Control, the PUs are black boxes, which have specific

operational characteristics, and which can only be influenced under certain conditions via

specific inputs. These conditions reflect the agreements regarding the environmental

conditions. For instance, an agreement could be that GFC can release work orders to a PU, on

the condition that the work load of that PU never exceeds a specific limit. On that condition,

the PU may promise average delivery times of started work orders according to specific pre-set

norms. A very different agreement might be that GFC could release any work order to the

production unit, and that the PU promises to deliver the orders according to variable due dates,

specified at the time of release, which takes into account the actual workload at that time.

Many more examples can be given of possible sets of agreements regarding performance and

environmental conditions.

It will be clear that generating stable environmental conditions for a PU will be quite easy if

the environment of the production system itself is rather stable. In fact, the "difference" between

the actual stability of the system's environment and the stability implied in the agreed

environmental conditions, of the PUs has to be accounted for by GFC. For instance, if the

agreed conditions per PU imply more stability than the system's environment shows, then the

Page 204: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

192

GFC system should be designed so that it can absorb the difference. Goods Flow Control could

then hold and use buffer stocks of finished goods or components to allow for the PU to adapt to

the changes in the environment in a smooth way. On the other hand, if the agreements with the

PU imply much flexibility, then GFC can just pass the variations in the system's environment

to the PU.

Each possible transformation that can be realised by a PU can be defined on the production

network of operations. Ideally, a PU should be defined such that the subnetworks per PU can

be considered from the GFC viewpoint as single production phases. Then, for GFC, the

production processes for end-items can be expressed in terms of this set of production phases,

and a set of relationships between these phases. In fact these sets constitute an aggregate

production structure, which allows the GFC to use a rather aggregate production model

showing much less detail. GFC does not deal with operations, but with production phases.

Thus GFC controls the behaviour of the stock levels of the items at specific points in the

operations network of the products. These specific points are the manufacturing states in

between the PUs. We refer to these manufacturing states as controlled stock items of the

production process.

The GFC problem therefore can be defined as the control of the levels of the controlled stock

items, by means of the release of work orders for production phases, within the constraints set

by the PU agreements, in order to realise a specific delivery performance at minimum costs.

Bertrand [13] and Bertrand and Wijngaard [14] give more details about production units, the

interface of PUC and GFC and the location of controlled stock-points.

Goods Flow Control Structure

Considering the complexity of Goods Flow Control, it will be clear that designing a general

optimal control is impossible. We propose to decompose GFC into the following four parts:

(1) Master Planning

(2) Material Co-ordination

(3) Workload Control

(4) Work Order Release.

Figure 2 gives an outline of the relationship between these levels of control. The Master

Planning level forms the connection with the higher levels of control in the production

organisation, where the various systems of the organisation (logistics, quality, finance,

Page 205: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

193

manpower, etc.) are integrated into a production objective (Management Control [15]). This

production objective (the Master Plan) is formulated in terms of production level plans for the

PUs and a delivery schedule for the Master Production Schedule (MPS) items. Material Co-

ordination translates the MPS into priorities for purchasing orders and production work orders

per controlled stock item, taking into account the actual production progress. Finally, the

production level plans per PU are combined with the work order priorities to determine which

work orders are to be released to the shop floor if the actual

Figure 2. Sketch of Goods Flow Control Structure

workload allows such a release. The operational constraints of the PU are accounted for in this

phase. From this description it will be clear that Workload Control and Work Order Release are

decision functions located at the interface between Goods Flow Control and Production Unit

Control.

Depending on the specific production situation this global control structure can be detailed in

many different ways. Two factors are particularly crucial in this respect:

• the co-ordination of sales and manufacturing;

• the interference of capacities and products.

These two elements will be discussed next.

Priorities

Capacity usage

Aggregate release pattern

Master planning

Material co-ordination

Workload control

Workorder release

MPS

Workorders released

Page 206: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

194

Co-ordination of Sales and Manufacturing Within each production system one has to recognise the influence of the sales and

manufacturing functions. Sales generates demand and accepts commitments with respect to

customer deliveries. Manufacturing has to realise the required deliveries. Co-ordination between

these activities is required. There have to be aggregate agreements with respect to service

performance, stability and reliability of required delivery patterns, total accepted demand, etc.

This we call structural co-ordination, which affects aggregates and averages.

Structural and Operational Co-ordination

If there is only structural co-ordination sales determines required delivery patterns, taking into

account the aggregate agreements, but neglecting the actual state of manufacturing. In such a

situation the required deliveries can be interpreted as autonomous demand. In many cases,

however, improvements can be expected from also taking into account the actual state of

manufacturing in the co-ordination process. This implies operational co-ordination. In the

MRP-II framework this type of co-ordination is incorporated in the concept MPS [12].

However, in that framework the MPS serves two purposes. It is not only a realistic (potential)

delivery plan based on the structural and operational co-ordination of sales and manufacturing,

but It is also the basis for co-ordinating the various production units in the system by netting and

offsetting. In current MRP literature these two functions of the MPS are not well distinguished.

In this paper we will formalise this distinction and interpret the MPS as (potential) delivery plan

based on state information with respect to both sales and manufacturing.

Sales Flexibility

Including state information with respect to manufacturing in the MPS makes sense only if sales

can use the information. This is the case if there exists a certain flexibility at the sales side.

Such sales flexibility could be for instance the possibility of influencing customer order due

dates, the possibility of stinting short term sales promotions, etc. Another source of sales

flexibility exists if sales controls to some extent the inventories in the distribution stages.

However, if sales flexibility is very limited it can be beneficial to have an MPS including

information on the state of manufacturing. For instance if, due to some manufacturing problem,

shortages are inevitable, it makes it possible for sales to distribute the shortages over the

various product types or customers.

In situations where sales flexibility is very small the MPS can be interpreted as "demand",

that is, as an objective for manufacturing. In cases where there is much short term sales

flexibility the MPS also represents the state of manufacturing and can be interpreted as an

objective for sales as well.

Page 207: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

195

Form of the MPS

An MPS is a sequence of vectors or a matrix (quantities/period of the MPS items). It will be

clear that such a matrix is a rather poor representation of the combined state of the

manufacturing and sales process. A better state representation would be a set of trajectories.

For manufacturing these trajectories would pertain to the set of realisable delivery patterns; for

sales they would pertain to the set of acceptable delivery patterns, where the term acceptable

refers to the possibility of realising certain sales patterns. The objective of both sales and

manufacturing would then be to realise a non-void intersection of these two sets of trajectories.

However, we should keep in mind that these state variables can only be realistically described

in stochastic terms, as the real future deliveries and sales not only depend on the current state

and the future control decisions, but also on a number of uncontrolled stochastic variables.

Therefore we accept the convention of using one single delivery pattern as state representation

of both manufacturing and sales. This pattern may (informally) be interpreted as a more or less

arbitrary pattern in the above mentioned intersection of sets of realisable and acceptable

delivery patterns. From this discussion it will be clear that the relationship between this MPS

and the real state of the system cannot be formalised. However, in situations where the

flexibility of manufacturing and sales and the procedures to co-ordinate both are quite stable, we

may expect that the participants in this co-ordination process will generate implicitly stable and

consistent models of this relationship.

Generally the MPS is established periodically and is intended to be valid during the following

period. The discussion above makes clear that each new MPS may differ from the old one. This

is because of all kinds of uncontrolled stochastic variables, with respect to sales as well to

manufacturing, which have occurred during the period, and which are accounted for in the new

MPS. By not adapting the MPS, a high sales or manufacturing flexibility would be presupposed

and this flexibility would be used in a very rigid and probably non-optimal way.

Interference of Capacities and Products

To illustrate the relationship between capacities and products in Goods Flow Control we

consider a production system with independent demand (no sales flexibility). The difficulty of

having an MPS instead of responding to demand has been discussed in the previous section. In

the next section both difficulties are combined and complete control structures are described.

In situations with independent demand the objective of GFC is to realise a certain service

performance. This has to be done by controlling work order releases to PU’s and by adjusting

capacities and capacity usage of PU’s. The decision freedom for GFC to manipulate these

Page 208: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

196

variables and to vary the inventories in the controlled stock points have to be "budgeted" by

higher levels of control. This also includes the restrictions on the variables imposed by the

batching and sequencing constraints.

In controlling the goods flow we face disturbances and fluctuations with respect to:

• procurement lead times

• production lead-times

• capacities

• yield

• demand

• registration of inventory and work in process.

In general it is important to put effort into reducing these fluctuations and disturbances or into

making them more predictable. The current drive in industry for realising short lead-time, high

quality (zero-defect) and just-in-time production therefore should be highly valued. However, in

many situations the possibilities are limited, sometimes because of technical constraints,

sometimes because of economic constraints. On top of that, the capacity flexibility may be too

small to cope with the remaining variability, be it predictable or unpredictable. For many

situations inventory buffers are necessary to absorb the state variations due to the gap between

flexibility and variability. Using inventory buffers in the right way can be an effective and

efficient way to absorb short term variability.

Inventory as Stored Capacity

A weak point of using inventory buffers to absorb production and demand fluctuations is that

inventories can only be realised as quantities of specific items, while most types of fluctuations

are directly or indirectly related to capacity availability. Fluctuations in production lead-times,

for instance, are partly due to disturbances in capacity availability. But fluctuations in demand

for a certain product also have a capacity dimension. To some extent, inventories of other

products can be used to absorb these fluctuations. In short, inventory of specific products has

the property that it also can be used as stored capacity.

We will clarify this point with a simple example. Consider a make-to-stock situation with one

production stage and two products which have identical production and demand characteristics.

Compare a state with inventories [I1,I2] with a state with inventories [I1+ x, I2 - x].

In the short term these states are different with respect to the risk of stock-out. On a somewhat

longer view, however, the states are equivalent in this respect. The term at which the states are

equivalent corresponds to the term at which for both products production has taken place. At

that term the effectiveness of the buffer for absorbing capacity and demand fluctuations depends

Page 209: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

197

only on the total inventory. Also, fluctuations in demand for product 1 or product 2 are

equivalent at that term. One can cope to the same extent with both types of fluctuations

irrespective of the detailed state of the inventory.

Two Control Levels

The above example shows that in the somewhat longer term the inventory of products with

regular demand can be considered as being just stored capacity. This term is roughly equal to

the production cycle time, that is, the term at which all products with regular demand have

been produced at least once. In many situations the production cycle time is much shorter than

the term at which capacities can be changed. That makes it possible to distinguish two levels of

control. Capacity decisions can be decomposed from detailed inventory control and work order

release. In many cases, i.e., where constant work order throughput times are a prerequisite for

adequate control, capacity usage is determined by capacity [9]. In other situations it is possible

in principle to vary capacity usage without varying the capacity. In such situations work orders

are directly coupled to customer orders and internal work order throughput times maybe related

to customer order due dates. However, in such situations, if the PU’s operate at a high

utilisation rate, such independent variations of capacity usage have a long lasting impact on

mean work order throughput times. For that reason, in these cases it makes sense to integrate

capacity decisions and capacity usage decisions and to decompose this from detailed inventory

control.

This kind of decomposition has been investigated and discussed [16-18]. At the first level only

capacities and capacity aggregates are used as variables. Demand, production and inventory are

all aggregated to capacity. At the second level, results with respect to production levels are used

as budgets. Next, the production level has to be allocated to the various products. A good

objective for this second level of control is to keep the expected run-out times of the individual

products equal as far as possible (taking into account, of course, the batching and sequencing

restrictions). At this level detailed short term information has to be used. Because of production

and demand variations, and because of the operational constraints of the PU’s it is not possible

to realize completely equal run-out times. The remaining degree of imbalance in run-out times

can be considered as the control performance of the second level and has to be taken into

account at the first control level: at the first level extra inventory (slack) should be provided to

allow for this imbalance.

The effectiveness of such a decomposition depends on the extent to which the performance of

the second level decision process is independent of the decisions made at the first level.

Independence is high in case of rigid capacities and high utilisation rates.

It should be noticed that slow moving products should be excluded from this hierarchical

method of control. This is because slow mover inventory is not very effective as stored capacity.

Page 210: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

198

Including slow movers would increase the production time significantly. Thus the problem

remains of how to deal with slow movers in this approach. A straightforward and very effective

possibility is to give slow movers high priority at all levels of decision making and to adjust the

capacity availability by reducing it for the capacity required for the slow movers (for details of

this approach see [19]).

Decomposition can also be applied to multi-stage production situations [20], although in this

case the relationship between the capacity aspect and the product aspect is more intricate. In

this case, for each product-item of a PU the horizon for the second (detailed) level of Goods

Flow Control has to be increased with the total production lead-time (the stacked item lead-

time).

The Product-oriented Approach

An attractive alternative to the capacity-oriented hierarchical approach discussed above is the

product-oriented approach. In this approach the capacity usage decisions are not integrated

with the capacity adjustment decision. Capacity usage is integrated with capacity allocation.

These decisions are decomposed along the products; all products are controlled separately. The

interference with other products because of restricted capacities is modeled as a stationary

extension of the production lead-time in the PU. This interference is revealed at the work order

release level. In situations with a stable utilisation rate such a product-oriented approach works

just as well as the hierarchical approach [18]. It is possible then to use queueing type analyses

to estimate the delays due to the interference of products because of restricted capacities [21].

But if there is no stable utilisation rate the product-oriented approach may not be expected to

work well. Decisions with respect to capacity changes have to be based on the effect of these

changes at the lower level of control. The only effect which can be taken into account easily in

this product-oriented approach is the influence on utilisation rate and via utilisation rate on

interference delays. This only makes sense if each capacity change leads to a new stationary

situation. However, if a PU works at a high utilisation rate, the transient times are long and it

will take much time before a new situation is established. Thus if capacities are changed

frequently it is necessary to control (aggregate) inventories and capacities simultaneously. The

product-oriented approach does not then fit.

It has to be mentioned that in the hierarchical approach slow movers have to be controlled in a

product-oriented manner. However, the capacity usage of slow movers is generally so small that

there are hardly any delays due to interference with the restricted capacities. This implies that

with the capacity-oriented hierarchical approach we have none of the problems that are typical

for the product-oriented approach.

Page 211: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

199

The Integral Detailed Approach

Up to this point we have discussed two ways to decompose the complete problem of controlling

capacities, capacity usage and individual product inventories. Our premises have been that the

complexity and the stochastic nature of the problem make a decomposition approach

unavoidable. However, in simple and more deterministic cases the use of an integral approach

may be realistic, possibly restricted to the main products. An integral model of the production

control problem, including decision variables, state variables and goal variables, can then be

built, and the solution of this model can be realistically implemented in practice. In that case it

is generally necessary to use a kind of decomposition but this time the term decomposition

refers to techniques to solve the integral model (i.e., decomposition techniques applied to large

scale mathematical programming models). See Billington et al. [22] for an outline of such an

approach. This type of decomposition (problem decomposition) should be distinguished

carefully from the decomposition approach applied to decision making processes which we

discuss in this paper.

The Complete Control Structure

The Goods Flow Control structure has to depend on the:

• flexibility of the system

• objectives

• characteristics of the environment.

The flexibility of the GFC system is determined by the operational relationships of the

Production Units and by restrictions (budgets) with respect to inventories, make or-buy

decisions, capacity changes, etc. The objectives of the GFC system are norms and restrictions

with respect to service performance. Characteristics of the environment refer to procurement

characteristics, customer behaviour, yield (product and production quality) behaviour of

capacities (as far as not controllable by GFC).

It has to be mentioned that the distinction between an objective and a restriction of the system

is rather arbitrary. For instance an inventory budget could be interpreted as an objective.

However, we choose not to do so. We consider timely delivery as the objective function of

GFC and the possibility of varying inventories as one of the means for realising this. To

guarantee an adequate control structure and to realise consistent restrictions and objectives it is

necessary (at design level) to monitor and control flexibility, objectives and environmental

characteristics. It is important to notice that flexibility is not given but is partly the result of the

Page 212: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

200

definition of production units and the design of Production Unit Control. At GFC level PU’s

are characterised by operational constraints and norms. Flexibility within the PU’s provides the

possibility of keeping the characteristics rather simple [23]; this contributes to GFC simplicity.

The introduction of PU’s with rather simple operational constraints and performance norms

reduces the variety of GFC systems. However, the variety is still too high to allow for one

uniform structure to be applied to all possible situations in practice. Therefore, we have

developed two closely related structures which cannot be used in all situations directly, but

which can, in most situations at least, be used as a starting point in the design process. The dif-

ference between the structures is due to different PU characteristics. The first structure is

intended for cases where the production levels of the PU’s are difficult to change (e.g. complex

job-shop production units). The second structure is intended for situations where the

production level can be varied at the same term as the capacity allocation. In both structures,

however, we distinguish four levels of control:

• Master Planning

• Workload Control

• Material Co-ordination

• Work Order Release.

Here we will only present the first structure. For a description of the second structure and a

discussion of the relationship of the two structures we refer to [14]. From now on we restrict our

attention to cases where, in the short term, the production level of the PU’s is inflexible. To

keep the performance of such PU’s predictable, the mean throughput time and utilisation rate

should be fixed [9]. This means that the available capacity determines the production level. The

basic structure we propose for this kind of situation is given in Figure 3. The function of Master

Planning is to control capacity variations (and hence variations in production level) and the

aggregate MPS. The capacity aggregates determined by Master Planning serve as restrictions

for Material Co-ordination. The function of Material Co-ordination is to disaggregate (allocate)

the aggregate flows so as to get a good balance of the individual inventories. The relationship

between Master Planning and Material Coordination is as previously described. The

performance of Material Co-ordination in such a structure is not expressed in terms of customer

order delivery performance but is related to the balance of the individual final inventories (or

backlogs). At Master Planning level an estimate of this performance should be available to

allow realisation of aggregate inventories such that the delivery performance for each of the in-

dividual products is sufficient.

Two important factors influencing the performance of Material Co-ordination are batching

restrictions and sequencing restrictions.

Page 213: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

201

Figure 3. Goods Flow Control Structure in the Case of Inflexible Production Levels

Workload Control and Work Order Release are functions at the interface of GFC and PUC.

The output of Workload Control is the aggregate release pattern. Work Order Release

concerns work orders of individual products. Co-ordination with PUC is necessary because of

preferences within the PU. We will consider each of these functions now in more detail.

Master Planning

The aggregates to use at Master Planning level are capacity aggregates. This is easy as long as

Work orders

Aggregate

Detailed

Workorder priorities

Aggregate release pattern

(aggregate) MPS

Production level

Goods Flow state (capacities, inventories

Master planning

Sales + Marketing Information (aggregate)

Workload control

Material Co-ordination

Work order release

Production Unit state

Sales information (detailed)

Page 214: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

202

there is only one relevant capacity dimension and the products have almost identical

characteristics. In such cases production level patterns and an aggregate MPS are sufficient to

project future expected aggregate inventory patterns.

It may become more difficult if there are more relevant capacity dimensions. It is necessary then

to estimate the capacity content of the inventories for all relevant capacity dimensions. This can

be done by controlling the MPS in a more detailed way, or by using fixed ratios of capacity

requirements on different capacity dimensions. This is equivalent to aggregating the bill of

capacity.

The possibilities of using such aggregate capacity bills in the Master Planning process have

been investigated by Axsater and Jönsson [8]. The stability of the MPS over the various

products is important in using such aggregate bills.

Another difficulty with respect to aggregate Master Planning is due to the existence of slow

movers or more general products with irregular production. As has been explained, such

products should not be included in the aggregate decision variables. A possible solution is to

aggregate only over regularly produced products and give the other products a high priority at

all levels of decision making. The slow movers are then completely controlled by Material Co-

ordination, and the control performance of Material Co-ordination with respect to these products

is the delivery performance itself. The aggregate release pattern for fast movers has to be

adjusted for the releases of work orders for slow movers.

It is difficult to construct suitable decision support models to support the Master Planning

function. An important reason for this is that it is not easy to formalise sales flexibility. The

MPS is the output of a co-ordination process of sales/marketing and manufacturing. Given the

current definition of a Master Plan, the procedures of this co-ordination process can be

formalised, but not its content. As long as sales and marketing flexibility cannot be formalised

in an operational way it is only possible to support the production level determination of Master

Planning by models in which the MPS is treated as independent demand. And even then the

models may become highly complex because of the behaviour of the MPS as a function of time

(stability, reliability) and because of the multi-stage, multi-capacity aspect of the production

situation. However, one could try to use HMMS-rules, linear programming based or control

theory type of decision rules, and to evaluate, by means of numerical analyses or simulation,

how such methods work for certain typical situations. Evaluation has to be based on variation in

production level and inventory variation [24]. The influence of the planning horizon could be

one of the points of interest here (for reviews of models which can be used to support the Master

Planning function see [25-27]).

Page 215: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

203

Material Co-ordination

As already mentioned the function of Material Co-ordination is to balance the finial inventories

of the various products. The capacity usage determined by Master Planning serves as a budget.

Slow movers, however, are excluded from this hierarchical approach and are controlled

completely at Material Co-ordination level.

It is important to notice that at the Material Co-ordination level it is possible in general to use

more actual and more detailed sales information than at the Master Planning level. Master

Planning and Material Co-ordination may have different review periods and the sales

information used by Material Co-ordination is detailed and updated compared to the aggregate

sales information used by Master Planning.

Models to support Material Co-ordination are infinite capacity safety stock models [28] as far

as products with irregular production are concerned. For products with regular demand one

needs models to estimate the effect of certain release policies on the imbalance of final

inventories. Constructing useful models of this last kind is fairly easy because the imbalance of

the final inventories is rather insensitive to capacity variations and changes in predictability

[29]. This even makes it possible to use small scale simulation models to get complete results

for this control aspect.

Workload Control

In the type of situation considered here the throughput time is assumed to be determined at a

higher level of control. That means that capacity, production level and workload norm are

strictly coupled variables. Applying the workload norm means that the aggregate release

pattern depends also on the way the PU is controlled. The aggregate release depends on the

state of the PU.

Work Order Release

Material Co-ordination determines detailed (dynamic) release priorities taking into account the

(static) restrictions with respect to batching and sequencing. However, the preferences of the

PU cannot be described completely by such static restrictions. Think for instance of the actual

availability of specialised personnel. This means that in general the actual work order releases

will be the result of a co-ordination process of Material Co-ordination and Production Unit

Control. The actual state of the production unit will influence what is going to be released. This

will affect the performance of Material Co-ordination (the balance), just as the sequencing and

batching restrictions affect this performance. At the Master Planning level this effect has to be

taken into account as well.

Page 216: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

204

Conclusions

Production control is complex. Many decisions interfere with each other and the production

control in total interferes with the control of other aspects in the organisation (quality,

manpower, ...). Structuring is necessary to reduce the complexity. The structure should be

chosen so that the loss of potential flexibility is minimised.

The precise structure to be chosen should depend on the characteristics of the organisation.

However, there are elements with respect to structure which have a much wider generality. The

following elements have been discussed in this paper:

• the definition of basic elements as capacities, materials and operations as a first step in the

design of the production control structure, instead of considering them as externally given

items;

• the introduction of production units and the decomposition of the total production control

to Goods Flow Control and Production Unit Control; and

• the relationship of sales and manufacturing and the interference of products and capacities

as two main determining factors of the Goods Flow Control structure.

The generality of these elements makes it possible to develop a small, but relatively complete

set of reference structures. For Goods Flow Control in a repetitive manufacturing situation

(multi-stage, multi-product) we have discussed one such reference structure.

During recent decades the contribution of Operations Research (OR) to production control has

been quite restricted. On the one hand OR could contribute to solving specific instances of

problems in practice. On the other hand OR could contribute to solving rather general but

artificially simple theoretical problems. The existence of (more or less) standard production

control structures makes it possible to exploit OR models and techniques much better. The

existence of such standard structures also reduces the number of relevant OR models. Relevant

OR models are models which fit some standard structure or which can be used to choose

between different standard structures.

References

1 Meal, H. C., "Putting Production Decisions where they Belong", Harvard Business Review,

Vol. 84, 1984, pp. 102-111.

2 Bitran, G. R. and Hax, A. C., "On the Design of Hierarchical Production Planning

Systems", Decision Sciences, Vol. 8, 1977, pp. 28-55.

Page 217: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

205

3 Hax, A. C. and Meal, H. C., "Hierarchical Integration of Production Planning and

`Scheduling", in, M. A. Geisler (Ed.), Studies in Management Sciences, Vol. 1, Logistics,

North-Holland-American Elsevier, Amsterdam, 1975.

4 Axsäter, S., "On the Design of the Aggregate Model in a Hierarchical Production Planning

System", Engineering and Process Economics, Vol. 4, 1979, pp. 89-97.

5 Zipkin, P., "Exact Approximate Cost Functions for Product Aggregates", Management

Science, Vol. 28, 1982, pp. 1002-12.

6 Wijngaard, J., "On Aggregation in Production Planning", Engineering Costs and Production

Economics, Vol. 6, 1982, pp. 259-65.

7 Jonnson, H.. "Simulation Studies in Hierarchical Systems in Production and Inventory

Control", PhD Thesis, Department of Production Economics, Linkoping University, 1983.

8 Axsäter, S. and Jonsson, H., ''Aggregation and Disaggregation in Hierarchical Production

Planning", European Journal of Operational Research, Vol. 17, 1984, pp. 338-50.

9. Bertrand, J. W. M. and Wortman, J. C., Production Control and Information Systems for

Component Manufacturing Shops, Elsevier Scientific Publishing Co., Amsterdam, 1981.

10. New, C. C., Managing the Manufacture of Complex Products, Business Books, London,

1977.

11. Plossl, G. W. and Welch, W. E., The Role of Top Management in the Control of Inventory,

Reston Publishing Co., Reston, VA, 1979.

12. Berry, W. L., Vollmann, T. E. and Whybark, D. C., Master Production Scheduling;

Principles and Practice, APICS, 1979.

13. Bertrand, J. W. M., ''A Hierarchical Approach to Structuring the Goods Flow Control in

MultiPhase Production Systems", IFIP Working Group 07 Workshop, Copenhagen,

August 29-31, 1984. (To be published in Proceedings.)

14. Bertrand, J. W. M. and Wijngaard, J., "The Structuring of Production Control Systems",

Report ARW 03 THE BDK/ORS/84/10, Eindhoven University of Technology, 1984.

15. Anthony, R. N., Planning and Control Systems: A Framework for Analysis, Harvard

University, Cambridge, Massachusetts, 1965.

16. van Beek, P., ''An Application of Dynamic Programming and the HMMS Rule on Two-

level Production Control", Zeitschrift fur Operations Research, Vol. 21, 1977, pp. B133-

BI41.

17. Meal, H. C., ''A Study of Multi-Stage Production Planning", in Hax, A. C. (Ed.), Studies in

Operations Management, Chapter 9, North-Holland, Amsterdam, 1978.

18. Bemelmans, R. P. H. G. and Wijngaard, J., ''A Capacity Oriented Approach of Production

and Inventory Systems", Proceedings of the Second International Symposium on

Inventories, 1982, pp. 595-607.

Page 218: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

206

19. Bemelmans, R. P. H. G., "On the Capacity Aspect of Inventories", PhD Thesis,

Department of Industrial Engineering, Eindhoven University of Technology, 1985.

20. Wijngaard, J., ''Aggregation and Decomposition in Logistic Control of Multi-Stage, Multi-

Product, Production/Inventory Systems", in J. P. Brans (Ed.), Operational Research' 84,

1984, pp. 551-65.

21. Williams, T. M., "Special Products and Uncertainty in Production/Inventory Systems",

European Journal of Operational Research, Vol. 15, 1984, pp. 46-54.

22. Billington, P. J., McClain, J. O. and Thomas, L. J., "Capacity Constrained MRP Systems",

Management Science, Vol. 29, 1983, pp. 1126-41.

23. Simon, H. A., The Sciences of the Artificial MIT Press, Cambridge, Massachusetts, 1981.

24. Bertrand, J. W. M., "Balancing Production Level Variations and Inventory Variations in

Complex Production Systems", Report BDK/KBS/84/04, Eindhoven University of

Technology, 1984.

25. Bemelmans, R. P. H. G., ''A Single-Machine Multi-Product Planning Problem under

Periodic Review", Report BDK/ORS/83/02, Eindhoven University of Technology, 1983.

26. Silver, E. A., "Aggregate Production Planning: State of the Art", Production and Inventory

Management, 1st quarter, 1972, pp. 15-40.

27. Boskma, K., "Medium Term Planning of Production and Sales", PhD Thesis, University of

Groningen (in Dutch), 1979.

28. Wortmann, J. C. and Wijngaard, J., "MRP and Inventories", Report BDK/ORS/84/08,

Eindhoven University of Technology, 1984.

29. Wijngaard, J., "Capacities in Inventory Control", Report BDK/ORS/84/06, Eindhoven

University of Technology, 1984.

Page 219: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

207

A NOTE ON THE DESIGN OF LOGISTICS CONTROL SYSTEMS

J.W.M. Bertrand 1. Introduction

In this paper we present a systematic approach to the process of designing logistics control

systems. Logistics has been described as "...the managerial problems raised by production,

inventory and distribution... " (preface of: Graves et al., 1993).

Since a long time logistics is a widely researched area. Among the first published results in this

field were the determination of the economic order quantity (Harris, 1913) and the

determination of the number of servers needed in order to achieve a certain service rate (Erlang,

1917). Since then, and in particular after World War II, a rich flow of research has emerged in

fields such as inventory control, production control, capacity control, and supply chain control,

resulting in an impressive number of methods and techniques for logistics decision making for

all kinds of decision problems. In parallel, research has been done on the characteristics of

logistics control situations, leading to production typologies such as the product-process matrix,

and tables that show what type of logistics techniques is suited for solving what type of decision

problem in what type of production situation. Overviews of these results can be found in

textbooks such as Silver et al. (1998), and Hopp and Spearman (2000).

A lot of models and techniques are available nowadays to support the design of logistics control

system in real life production situations. However, the logistics control system design process

itself has received much less attention over the last decades. A thorough discussion of the

general logistics control design problem can be found in Bertrand, Wortmann, Wijngaard

(1990). The authors provide a design typology, a generic hierarchical control framework, and an

explicit account of the design questions that need to be answered in the design process.

However, no guidance is given regarding how these design questions should be answered.

Examples of detailed designs for the logistic control of specific real life situations can be found

in Hax and Meal (1975), Bertrand and Wortmann (1981), and Schneeweiss and Schröder

(1992). However, the design process discussed in these reports is largely implicit and specific

for the real life situation at hand. No generic guidance is given. In Schneeweiss (2003), building

on concepts from general systems theory (see Mesarovic et al., 1970), a detailed account is

given of the anatomy of hierarchical production control systems, providing a concise

Page 220: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

208

terminology for describing production systems and their control. However, this account does not

discuss the problem of how to design the control system.

Research on the process of product design is ample, and has a long tradition. It has resulted in

different types of output streams, ranging from explanatory research into the organization of the

design process, and into the conditions that lead to an effective and efficient design process (e.g.

Allen, 1987), to normative research about how to structure the design process (e.g. Suh, 1990),

and to descriptive research about how design approached have played a role in the evolution of

products and industries (Baldwin and Clark, 2000).

In this paper we take the formal prescriptive rules for structuring the design process in Product

Design as used in Suh (1990) and reported in Baldwin and Clark (2000) as a starting point for

developing similar formal prescriptive rules for structuring the process in Logistics Control

Systems Design. We start in section 2 with a short presentation of design principles for product

design. Then, in section 3, we present a formal description of the logistics control design

problem. Next in section 4 we give characteristics of the logistics control design problem. In

section 5 we discuss the Production Unit Control design problem, and in section 6 we discuss

the Goods Flow Control design problem.

2. Design rules for product design.

Many papers and books have been published that give rules for how to design a complex

product. In this paper we use the terminology and rules presented in Suh (1990), and Baldwin

and Clark (2000). What follows is a short summary of their descriptions of the design process.

Design starts with specifying the Functional Requirements (FR) for the product to be designed.

The design process involves the search for a product, specified by the Design Parameters (DP),

that satisfies these functional requirements. This process consists of the execution of one or

more design tasks, a design task being the task to specify one or more of the design parameters.

From a design perspective, an artifact (or product) is characterized by an individual set of the

design parameters. The categories in the set, such a material, length, width etc., make up the

dimensions of the design space of the product. A particular point in this design space therefore

specifies a particular product.

The space of all possible designs can be extremely large, ill-structured, and difficult to search.

Therefore Baldwin and Clark (2000) distinguish hierarchical design parameters. For these

parameters the designer's choice has the character of a logical switch, and a "yes" brings a new

Page 221: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

209

set of design parameters into existence. Decisions on a hierarchical design parameters precede

decisions on the non-hierarchical design parameters, and are used to delimit and bound the

space of designs. As a result the design problem gets manageable, given the knowledge and

resources available.

Design would be relatively easy if design parameters would be independent of each other, and

each design parameter would only influence one functional aspect. However, design parameters

often depend on each other and have interacting effects on functionality. Thus, the success of

the design process largely depends on the knowledge in the design team about these

interdependencies and interactions.

Hierarchical relationships and interdependencies among design parameters can be mapped in

the Design Structure Matrix (DSM), (Steward 1981, 1981a, Ulrich and Eppinger, 1995, Smith

and Eppinger, 1997).

In a DSM, the individual design parameters are assigned in the same order to the rows and

columns of a square matrix. For each row, one puts a mark (x) in the element (a, b) of the matrix

if the specification of design parameter a requires knowledge about design parameter b.

Specifying the value of a design parameter is a design task. Thus, the DSM of a design problem

corresponds one-to-one with the task structure Matrix (TSM), (Smith and Eppinger, 1997). The

TSM reveals the hierarchical relationship between design tasks and the interdependencies, that

can be modelled as precedence relationships. The TSM shows how to organize the design

process. Often groups of design tasks can be identified where design tasks within a group are

mutually interdependent, and interdependencies between design tasks belonging to different

groups are sparse or don't even exist. Design tasks belonging to different groups can be

performed relatively independently. However, for design tasks within a group, some form of

interdependence-breaking coordination is required to avoid endless iterations. This can be done

by assigning each group of strongly interdependent design tasks to a separate design team, with

short communication lines and high information exchange within the design team. The

remaining interdependencies between groups of design tasks can be resolved by, for instance,

adding constraints for design rules to individual design parameters, based on design knowledge

about the interactions between them. However, since design knowledge generally will be

imperfect, interactions in the design of complex products cannot be entirely avoided.

Baldwin and Clark (2000) introduce the concepts of modularity and design rules in their

discussion of how to manage the complexity of the design process. Modules are units in a larger

system that are structurally independent of one another, but work together to achieve to the

overall functional requirements. The first step in the design process is therefore to define a

Page 222: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

210

framework (or a conceptual design) that allows for independence of structure and integration of

function. They state that ".....A complex system can be managed by dividing it up into smaller

pieces and looking at each one separately. When the complexity of one of the elements crosses a

certain threshold, that complexity can be isolated by defining a separate abstraction that has a

certain interface. The abstraction hides the complexity of the element; the interface indicates

how the element interacts with the larger system.....".

In the process of defining modules, the systems architect, overseeing the interdependencies, first

introduces design rules that are imposed on each of the design teams as constraints to create

independence among the modular design tasks. Modular independence is further achieved by

information hiding during the modular design process.

Information hiding is making sure that each modular design team realizes its design without

using any information about how any of the other design teams solved its design problem.

Information hiding guarantees that the design modules can perform independently from one

another. If furthermore guarantees that, in the future, the design of each module can be

improved independently, as long as the systems design rules are respected. By respecting the

design rules and the defined interfaces, modules can evolve individually and independently to

improve the functioning of the product as a whole. Design rules, modularity, information hiding

and interfaces are therefore important principles for developing products that can relatively

easily be further improved in future (re)designs.

3. The Logistics Control System Design problem

In this section we give a short description of the problem of designing Logistics Control

Systems. We start by defining what we consider to be given at the start of the design project.

Then we define the functional requirements and the design parameters and discuss

characteristics of the Logistic Control Systems design problem.

For a given Logistics Control System design problem, we assume that the scope of the total

system to be controlled is known. The boundaries of the system are set defining by:

- the set of end-products that are produced by the system

- the set of raw materials that are input to the system

The internal structure of the system to be controlled is given by:

Page 223: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

211

- the bills of material that relate each end-product via a number of specific intermediate

products to the raw materials used by each end-product

- the processes, that convert (raw) materials into higher value states (including the

intermediate products stated in the bills of materials) and finally into the end-product

state.

- per process, the set of resources types needed to execute the process, the setup time, the

change-over costs, the amount of resource needed, the processing yield, etc.

The functional requirements regarding the performance of the Logistics Control System can be

expressed in variables such as:

- the delivery performance relative to demand for end-items, possibly conditioned on

specific patterns in end-item demand,

- total logistics related costs; these are costs that vary as function of logistics decisions

taken in the control system.

The design parameters of the Logistics Control System design problem are the following:

- for each of the resource types, the decision function that determines the availability of

the amount of resource of this type, as a function of time.

- for each process, the decision function that determines (directly or indirectly) the time

during which the process is executed to bring materials into higher value states.

For real life production systems, solving the Logistics Control System design problem can be a

formidable task because:

- the design space, having as many dimensions as the sum of different resource types and

processes, can be very large.

- many interdependencies exist between these design parameters.

Fortunately enough, very many combinations of possible decision functions lead to evidently

poor performance and can therefore be easily ruled out. However, design parameters in

Logistics Control System design do not pertain to features for which a choice must be made

from a well defined range of values, but pertain to decision functions, operating on the state of

the system. Very many different decision functions may be reasonable candidates for each

particular decision problem (design parameter). Thus for complex design problems the

remaining space of all decision functions that are reasonable candidates will still be

overwhelmingly large. It follows that, like in product design, the first phase in the design

process should the determination of the control system architecture. The control system

Page 224: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

212

architecture serves to break many of the interdependences between design parameters and create

(modular) sets of design tasks that can be solved independently, and which, when solved, also

solve the overall design problem. In the next section we will show how the principles behind,

modularity, abstraction, information hiding and interfaces could be applied to the design of

Logistics Control Systems.

4. Modularity, information hiding, abstraction, and interfaces

Like in product design, the person that develops the logistics control system's architecture must

be very knowledgeable in the field of logistics control systems design. He/she must have

detailed knowledge of the interdependencies that may exist between design parameters as a

function of the characteristics of the products, the processes, and the resources. A design

structure matrix can be used to map the dependence relationships between the design

parameters. In production systems, the dependence relationships between resources and

processes mainly stem from the material-requirements relationships between the items produced

by the processes and the capacity-requirements relationships between processes and resources.

Listing the processes and the resource types in the same order along the rows and columns of a

square matrix, a design structure matrix can be determined, the elements of which indicate

whether the decisions function in the row depends on the decision function in the column. Such

a matrix will reveal that each process decision function depends on all process decision

functions upstream in the material flow (because the materials produced by these upstream

processes must be available for executing the process), and on the resource decision function for

all the resource types needed for its own execution, and for the execution of all these upstream

processes. This points towards a very high level of interdependency between the design

parameters (decision functions) in Logistics Control System design. However, in most

production systems material flows are unidirectional, and in most production systems

specialized resource types are used for different process types. The control system's architect

can take advantage of these special types of relationship between design parameter when

developing the system's architecture.

Modularization The special structure of the interdependencies in production systems suggests to form modules

by grouping specific sequences of process into sets { } 1..., ,iP i N= and to group specific

resource types into sets { } 1,..jR j N= such that the processes in set iP can be executed with

Page 225: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

213

the resources in set iR , and the resources in set iR are only used for executing processes in iP . A

combination of processes and resources { },i iP R can be defined as a production unit (PU).

Using its resources, a PU executes a sequence of processes on raw materials, in order to produce

the PU-end items. A PU therefore can be considered as a subsystem of the production system.

Decomposing the overall production system in N such sub systems { }, , 1,..., ,i iP R i N= is the

first step in creating a modular design. Other modules may be necessary, for instance the system

that coordinates the Production Units to achieve the overall systems performance could also be

defined as a module. We refer to this systems as the Goods Flow Control System. We first

concentrate on modular PU's.

Information hiding requires that each PU functions independently from the internal state or

functioning of any other part of the system. Interactions between PU's are confined to the

interfaces and are based on abstractions that describe the performance of the PU in response to

inputs. For instance common abstractions regarding the performance of a PU are its lead time

and its capacity. Defining these abstractions precedes the specification of the PU design task,

and allows for the design task to be expressed as, for instance:

- specify capacity decision functions and processing decision functions that guarantee that

each order to produce up to X items of any PU-end item is completed within Y days after

release, on the condition that total number of orders released per day does not exceed Z,

and that raw materials are always available.

This description also reveals the nature of the interfaces of this (to be designed) production unit

with its environment:

- an interface with the system that release production orders to the unit

- an interface with the system that supplies raw materials to the production unit

- an interface with the system to which completed products are delivered.

Modular functional requirements

We have seen that abstraction plays an important role in defining the interfaces and the

performance requirements for each of the PU modules. The architect has to define interfaces

between the Production Units, and the interface between the logistics control function of each of

the PU's and the Goods Flow Coordination System. The Goods Flow Control System thus

coordinates performance of the Production Units to achieve the logistics performance targets for

the overall production system, and can only do so via the interfaces. Thus, if N Production Units

Page 226: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

214

are defined, then at least 1N + Control Systems must be designed and integrated in order to

solve the overall Logistics Control System design problem. Integration is the process of

connecting the (modular) subsystems, testing their combined performance, and fine-tuning the

separate designs in order to achieve end-item performance according to specification.

The functional requirements of each PU are expressed in the volume and timing of delivering

the of PU-end items, and the total logistics related costs in the PU. Before specifying functional

requirements the systems architect first has to identify the constraints on the possible

performance of a PU.

Knowledge about constraints can be obtained from the reference models of production systems

and their control available in literature. Reference models characterize specific types of

production systems such as job shops, flow shops, flow lines, assembly lines, project shops, etc.

The architect can use these reference models to select appropriate global control models for

each PU, and to make initial decisions on the interfaces between the modules and Goods Flow

Control, the performance variables per module, and the logistics related cost budget per module.

We can distinguish three types of interfaces:

- material supply interfaces

- control interfaces

- product delivery interfaces

Material supply and product delivery interfaces are physical and are given as soon as the

boundaries of the PU's are defined. Also PU-end-items result from this choice.

Control interfaces are determined thereafter. Control interfaces are related to the way in which

the required performance of a PU is specified. Different options are available here. For instance,

the performance of a PU could be expressed as an agreed time to produce an order for the PU-

end items issued by Goods Flow Control, (if the PU works on a make-to-order basis), or in a

percentage of demand for each of the PU-end items to be delivered out-of stock, (if the PU

works on a "manufacturer managed inventory" basis), under a constraint on the volume. The

two choices lead to different interfaces between modules in a design. With the make-to-order

interface, Goods Flow Control controls the stock of PU-end items by issuing production orders

to the PU; with the PU-managed inventory, the PU itself directly controls the stock of PU-end

items in response to demand PU-end items, in order to achieve a performance target specified

by Goods Flow Control.

Page 227: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

215

5 The Production Unit Control design problem

We next discuss the design of Production Unit Control Systems. The PU design space consists

of the decision functions regarding the resource types and the processes in the PU. The PU

functional requirements specifications consist of the target values specified by the architect

regarding volume and timing of production of PU-end items in response to specific patterns in

demand for PU-end items, under a constraint on logistics related costs assuming raw materials

are ample. We assume that the design principle of information hiding is used. This implies that

each PU can achieve its performance without having information about how the design problem

of any other PU is solved, and how the design problem for Goods Flow Control is solved.

The actual output of a PU, however, may be affected by the output of other PU's, for instance if

a PU involved in preceding processes does not deliver sufficient raw materials. Such

interdependencies are managed at the Good Flow Control level.

An important performance measure for a PU control system is its logistics related costs. The

major components of logistics related costs are:

- costs of capacity variation

- costs of capacity slack

- costs of work-in-process

- costs of setting up a process

- costs of running the production unit system.

Depending on the costs allowed, a production unit can realize very different performances. In

the limit, if there is no constraint on costs, a production could produce any amount of each of its

PU end items with a throughput time that is equal to the raw processing time. On the other hand,

if there exist hard constraints on costs and capacity utilization, the throughput time would

include waiting times for resources to be available, and constraints would be put on production

batch sizes. It follows that, when specifying the PUC design problems, the system architect

must estimate what combination of performance and costs are possible (without of course first

solving each of the many design problems that could be specified), and specify a design

problem that he/she estimates to be solvable. It is very likely therefore that the design problem

specified contains slack, that is, there will exist solutions to the design problem that deliver the

specified performance at lower costs then specified by the costs constraint. If this would not be

the case, the system architect would demand the design problem to be solved to optimality, and

we know that practically all real life design problems are computationally intractable. Design

therefore is not about finding optimal solutions but about finding satisfactory solutions, which

of course can be improved gradually over time.

Page 228: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

216

To realize his design, the PUC designer must know in detailed terms how, for each of the

processes and resource types in the PU, the above costs components depend on certain aspects

of the decision functions. For this design, the designer builds detailed models of the Production

Unit and searches the PU design space for finding decision functions that satisfy the functional

requirements under the given costs constraint. Depending on the type of production system (job

shop, flow shop, flow line, etc.) the number of design parameters may be large or small. The

designer will try to reduce design complexity by decreasing the degrees of freedom. This can be

done by for instance by coupling the processing times of processes such that equal amounts of

items are produced (same production batch size for consecutive processes) or by coupling

processing times of processes to resource availability (continue processing as long a resource is

available), and control amounts produced by controlling resource availability.

Depending on the total costs constraint, certain constraints may imposed on the decision

functions. Examples of constraints that the designer might put on the decision functions are:

- this process should never be performed for less than x time units,

- process I on resource A should never be performed directly after process J,

- availability of resource K should never be increased with more than y units per week,

- on resource R, at maximum z units of time per week should be spent on changing over,

- average overall utilization of resources per period should at least be equal to r % of

available capacity.

Such internal constraints are translated by the designer into operational constraints on the

performance of the PU level, for instance constraints on production volume, on volume changes,

on production order release patterns, and on production order throughput times. The operational

constraints per PU specify the conditions under with the PU can realize its performance and are

input to the design of the Goods Flow Control System.

6 The Goods Flow Control Design Problem

Goods Flow Control coordinates the logistics performance of the PU's such that the overall

logistics control targets are obtained within the given budget. The design parameters (decision

functions) for Goods Flow Control pertain to the output requirements of PU-end items. These

are artificial design parameters, that is, they result from the definition of the PU's. Goods Flow

Control does not directly influence the availability of resources, nor the execution of the

processes. These decision variables are controlled by the PU's. Suppose that for each of the PU's

the output that can be obtained under specified conditions (the operational constraints) is known

Page 229: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

217

at the start of the design of the Goods Flow Control System. Then, the output of a PU is

specified in terms of the PU-end items. Thus the function of Goods Flow Control is to select,

from among all possible PU's-end items output values, the ones that together realize the system's

overall output requirements, while respecting the operational constraints of the PU's and the

constraint on total logistics related costs. Various options are available for specifying output

requirements per PU. One option, which is used in a make-to-order setting, is to specify orders

for PU-end items that have to be completed within a specific lead time. In this case the orders to

be delivered would be the decision variable of Goods Flow Control. Another option, which is

used in a manufacturer managed inventory situation, is to specify a demand forecast for PU-end

items and require that the PU can deliver out of stock on the conditions that the actual demand is

within a certain bandwidth around a specific demand forecast. In this case the demand forecast

would be the decision variable of the Goods Flow Control. Under both options, Goods Flow

Control must respect the constraints per PU, and must check for the validity of the conditions

under which these outputs within the constraints can be achieved. Since the output of each PU

may constrain future outputs of other PU's, Goods Flow Control must take into account the

material requirements relationships between PU-end items. Moreover it must take into account

the operational constraints per PU. The main difficulty in the Goods Flow Control design

problem results from the operational constraints specified by the various PU's in the system.

Different PU's may specify very different operational constraints; for instance one PU may

formulate a constraint of variations in the volume of total production overtime, while another

PU may allow for practically unlimited volume fluctuations but impose a serious constraint on

the production batch size. The Goods Flow Control design problem is to specify a decision

function that specifies output requirements for the PU's such that, if realized by the PU, together

lead to production system output that satisfies the output requirements. The output of a PU is

constrained by the availability of the raw materials needed for its processes. These raw materials

are produced by other PU's. Since all PU's in a production system can differ in their

responsiveness (operational constraints), Goods Flow Control may need to build in some slack

in the time-phasing of the materials inputs of a PU and the materials outputs of the PU's feeding

this PU. Then, on the short term, inputs and outputs of PU's must be decoupled and stocks of

PU-end items act as decoupling points in the material flow in the production system.

Decoupling in the material flow may also be needed for two other reasons. First going upstream

the material flow, uncertainty about demand for items increases. Goods Flow Control may want

to build in some slack in availability of items to compensate for this (increasing) uncertainty in

demand. A well-known demand uncertainty decoupling point is the customer-order-decoupling

point, where downstream all production processes are executed to satisfy customer orders

already placed and upstream all production processes are executed in anticipation of future

Page 230: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

218

customer orders. Decoupling may also occur for items which result from processes with

stochastic yield.

Second, items may exist which are common components for different items downstream. For

such items, Goods Flow Control may want to allocate the amounts produced only after

production, resulting in a decoupling of production of the common component from production

of the items that consume that common component. For a more detailed account of decoupling

points we refer to Bertrand et al. (1990).

For the Goods Flow Control design problem, the designer may evaluate specific control models

based on knowledge of reference models available in literature. For instance, if, for each of the

PU's defined in the system, capacity can always be made available such that output of each PU

is only constrained by available raw materials and by a deterministic manufacturing lead time,

echelon stock control or MRP-I might be considered as a Goods Flow Control mechanism.

As another example, suppose that some PU's are seriously constrained in the output volume that

can be obtained, while others are not, or that PU's strongly differ in the costs involved in

changing the output volume over time. In such a case, the designer might use a chase strategy

for PU's with high resource-flexibility and a level strategy for PU's with low resource-

inflexibility. This would require temporary advancing of output of resource-inflexible PU's,

relative to the output of resource flexible PU's, and would lead to the temporary buildup and

builddown of stocks for specific PU-end items. Such PU-end items would temporary store

"capacity".

Similar control mode choices may follow if PU's differ in production order batch size

requirements (leading to cycle stocks for specific PU end-items), or if certain PU's operate

processes with uncertain processing yields (leading to or the need for safety stock of specific

PU-end items).

References - Allen, T. (1987). Managing the Flow of Technology, Harvard University Press, Cambridge,

Mass.

- Baldwin, C.Y. and K.B. Clark (2000). Design Rules Volume 1. The Power of Modularity.

The MIT Press, Cambridge, Mass.

- Bertrand. J.W.M., J.C. Wortmann, and J. Wijngaard (1990). Production Control: A

Structural and Design Oriented Approach, Manufacturing Research and Technology 11,

Elsevier, Amsterdam.

Page 231: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

219

- Bertrand, J.W.M. and J.C. Wortmann (1981). Production Control and Information Systems

for Component Manufacturing Shops. Studies in Production and Engineering Economics 1,

Elsevier, Amsterdam.

- Erlang, A.K. (1917). The solution of some problems of significance in automatic telephone

exchanges. P.O. Electric Engineering Journal, 189.

- Graves, S.C., A.H.G. Rinnooy Kan and P.H. Zipkin (1993). Logistics of Production and

Inventory, Handbooks in Operation Research and Management Science, Vol. 4,

Amsterdam, North Holland.

- Harris, F. (1913). How many parts to make at once. Factory, The Magazine of Management,

10, pp. 135-136.

- Hax, A.C. and D. Meal (1995). Hierarchical integration of production planning and

scheduling. In: Geisler (ed.). Logistics, TIMS Studies in the Management Sciences, North

Holland, Amsterdam.

- Hopp, W.J., and M.L. Spearman (2000). Factory Physics, second edition, McGraw-Hill,

Boston.

- Mesavovic, M.D., Macko, D., and Y. Takahara (1970). Theory of Hierarchical Multilevel

Systems. Academic Press, New York.

- Schneeweiss, C. (2003). Distributed Decision Making, second edition, Springer.

- Silver, E.A., Pyke, D.F., and R. Peterson (1998). Inventory Management and Production

Planning and Scheduling. J. Wiley and Sons, New York.

- Smith, R.P. and S.D. Eppinger (1997). Identifying Controlling Features of Engineering

Design Iterations, Management Science 43 (3): 276-292.

- Suh, N.P. (1990). The Principles of Design. Oxford University Press, New York.

- Steward, D.V. (1981). System Analysis and Management: Structure, Strategy and Design.

Petrocelli Books, New York.

- Steward, D.V. (1981a). The Design Structure System: A Method for Managing the Design

of Complex Systems. IEEE Transactions in Engineering Management 28, 3, 71-84.

- Ulrich, K.T. (1995). The Role of Product Architecture in the Manufacturing Firm,

Research Policy 24: 419-440

- Ulrich, K.T. and S.D. Eppinger (1995). Product Design and Development. McGraw-Hill,

New York.

Page 232: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

220

Page 233: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

221

Promovendi Prof. W. Bertrand (1e Promotor):

Corné Dirne (1990)

Production control for flexible automated manufacturing stations in low volume

component manufacturing.

Jan Fransoo (1993)

Production control and demand management in capacitatedf low process

industries

Petra de Groot (1993)

Decision support for admission planning under multiple resource constraints..

Ton van de Wakker (1993)

Throughput time control and due date reliability in tool and die shops.

Jan Vissers (1994)

Patient flow bases allocation of hospital resources.

Werner Rutten (1995)

The use of recipe flexibility in production planning and inventory control.

Harrie de Haas (1995)

The coordination of initial stock and flexible manpower in repairable item

systems.

Paul Stoop (1996)

Performance management in manufacturing; a method for short term

performance evaluation and diagnosis.

Henny van Ooijen (1996)

Load-based work-order release and its effectiveness on delivery performance

improvement.

Page 234: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

222

Wenny Raaijmakers (1999)

Order acceptance and capacity loading in batch process industries.

René Hanssen (2000)

Concurrent engineering vanuit beheersingsperspectief.

Joris Keizers (2000)

Subcontracting as a capacity management tool in multi-project repair shops.

Kim van Oorschot (2001)

Analyzing radical NPD projects from an operational control perspective.

Bogdana Dragut (2003)

A Markovian approach to the mathematical control of NPD projects.

Cristina Ivanescu (2004)

Order acceptance under uncertainty in batch process industries.

Pieter van Nyen (2005)

The integrated control of production-inventory systems.

Gergely Mincsovisc (2008)

Studies on tactical capacity planning with contingent capacities.

Cagdas Büyükkaramikli (2011)

Preliminary title: Cost Saving Prospects of Capacity Flexibility in a Maintenance Service Provider Environment

Page 235: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

223

Afstudeerders Prof. W. Bertrand (1e begeleider):

Geenen A.L.J. (1970) Het bouwen en gebruiken van een simulatiemodel voor een deel van het TL-buizen fabricageproces ten behoeve van een investeringsbeslissing. Plante E.A. (1971) Toepassing van een planning-simulatiemodel. Abercrombie A.A. (1971) Simulatie van regels voor afstemming tussen hoogovens en staalfabrieken. Ramaekers J.M.G. (1973) Defectenonderzoek. Bakker A.C.M. de (1974) Voorraadbesturing en programmabesturing in een eenvoudige situatie. Strijp P.W.A.C. de (1974) Productiebeheersing in de halfgeleidersfabriek. Vlerken P.M.W.H. van (1975) Onderzoek productie besturing. Beekman P.R. (1976) Onderzoek betreffende productiebesturing in een complexe productie situatie d.m.v. simulatie. Henselmans J.H.M. (1976) Het ontwerp van productiebesturingsprogrammatuur binnen een database. Pol F.X. van de (1976) Produktiebesturing: een analyse van een productiebesturing van het depot vliegtuigmateriaal van de Koninklijke Luchtmacht. Steffens E.J.A. (1976) Productienivoregeling in een halfgeleiderfabriek. Brouwer A. (1977) Toepassing van optimale besturingstheorie op een financieel ondernemingsmodel. Weegen E.M. van de (1977) Job Shop Simulatie. Kessels E.G.M (1978) Aggregaatplanning. Lebbink G.J.M (1979) Aggregaatplanning. Koninkx H.J.J (1979) Onderzoek naar een systeem voor het kunnen beheersen van de doorlooptijden op een productieafdeling van halfgeleiders.

Page 236: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

224

Govers J.G.J (1980) Mogelijke verbeteringen bij een Offsetdrukkerij. Peter J.M. van de Griendt (1982) Produktiebesturingssysteem voor de tachtiger jaren bij DAF speciale produkten . Broeke A.S van de (1982) Mogelijke verbeteringen van de productiebesturing in een projectorganisatie. Hoftijzer R.W. (1983) Ontwikkeling van het Hoofd Produktie Programma voor de ELMO-divisie van Fokker B.V.. Prins F.J.B. (1983) Een onderzoek naar een verbeterd shop Floor control systeem voor Oldelft te Delft. Candel J.G.M (1983) Op weg naar korte en betrouwbare doorlooptijden binnen de Euroline. Jonge A.H. de (1984) Analyse en verbetering van de productiebesturing bij Salland Offsetdruk. Kempen M.H.G. (1984) Fundament voor de magneetkoppenproductie. Hecker G.H.A.H.J. (1984) Een productiebeheersingsconcept bij de Verenigde Buizenfabriek BV. Dirne C.W.G.M. (1984) Een productiebesturingsconcept voor de Mini Digital Cassette Recorder. Paumen P.H.J. (1985) Workload Control, the foundation for production control of assembly factories of I.C.’s at Philips. Sande J.C.M. van de (1985) Beheersing werklast in de machinefabriek Acht. Donk H.M.P. van de (1985) De randvoorwaarden van een doorzichtig logistiek beheersingsconcept.

Geurts G.P.G.M. (1985) Master Planning; een eerste aanzet tot de beleidsmatige beheersing van materiaal en capaciteit. Woezik B.M.T. van (1985) Beheersing van de produktie in een autonome cel bij DAF Trucks. Swinkels M.P.T.M. (1985) Een aanzet tot prioriteitsbepaling voor een flexibele produktiemodule in een job shop omgeving mbv simulatie.

Page 237: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

225

Muller M.A. (1986) Een kleine (serie) stap op weg naar JIT-produktie. Gubbels M.A.G.M. (1986) Werklastbeheersing bij DAF Special products. Giesen M.T.M. (1986) Productiebeheersing in een kleine machinefabriek. M.P.L. van der Meulen (1987) Ontwerp en invoering van een afdelingsbeheersings- systeem; een pilot-studie naar werklastbeheersing in de afdeling “Klein Vlak” van de Philips Machinefabriek-M. P.B.A. Gosselink (1987) Doorlooptijdbeheersing: goed bestuurde doorlooptijden geeft flexibiliteit.

Jeroen J.M. Wortelboer (1988) Beter beheren door strukturen: het ontwerpen van een integraal voorraadbeheersingssysteem, geoptimaliseerd naar kosten en servicegraad.

R. Middelkoop (1988) Beheersing werklast in een groepentechnologische georiënteerde fabrikageafdeling van Stork Brabant. Tromp J.W.T. (1989) Doorlooptijd verkorting binnen een gereedschapmakerij. Foppe Atema (1989) De invoering en evaluatie van OPT in de metaalwaren van Philips Leeuwarden: de ontwikkeling van de bijbehorende performance indicators.

J. Verdier (1989) Industriële afnemers en leveranciers: samen apart?

T.V.M. Heerkens (1989) Doorlooptijdbeheersing van een reproduktieproces.

J.C. de Bruin (1990) Logistieke verbeteringen bij het Consumer Electronics Overseas Suport Center (CE-OSC) in Veldhoven.

R.A. Frijlink (1990) Globale capaciteitsplanning.

J.A. van der Burg (1990) Voorraadbeheersing in een make-to-order assemblage- bedrijf. Groot P.L.A.M. de (1990) “Goederenstromen in ziekenhuizen”?. S.J. Paauwe (1991) Crystal stock control in assembly centres. Wim Provoost (1991) Doorlooptijdbeheersing bij LIPS Sloten.

Page 238: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

226

M.J. Verweij (1991) The limits of control; a new control structure for the viton-plant. Nicole Rutten (1991) Opslag en voorbewerken van ruwe olie op Europoort; onderzoek naar verbeteringen voor planning. J.M.J. van den Bosch (1991) Slagvaardigheid door productiebeheersing in een make- to-order “sellling capacity” organisatie. Marco van Duijnhoven (1992) Van logistieke geldstroomdiagnose naar een reductie van het onderhanden werk; aanzet tot een logistiek beheersingsconcept. Gilbert M. Geurtjens (1992) Verbetering van de produktieprestatie in de motoren- assemblage bij Scania Nederland B.V. R.F. Balk (1992) Een haalbare planning voor de smelterij. Arjan van Bragt (1993) Logistieke parameters in de middellange termijnplanning: een case-study naar de mogelijkheden om de leverbetrouwbaarheid van een sourcing unit te verhogen. C.S. van Daal (1993) Productiebeheersing bij de Barneveldse Drukkerij en Uitgeverij. Jack E.L. van Lieshout (1993) Flexibel reageren: onderzoek naar een nieuwe methode van productiebeheersing voor Van Geel Kanalisatiesystemen. J.W.J. Verhoeven (1993) Productieplanning op basis van verwacht aanwezige mancapaciteit. B.J. Dirkx (1993) Ontwerp van een nieuw logistiek besturingsmodel. R. Hoornstra (1993) Voorraadbeheer bij Quaker Chemical B.V.; een alternatief beheersingssysteem. J.M. Sonke (1994) Uitbesteden van onderhoud: de ontwikkeling van een beslissingsmethode. L.M. Klootwijk (1995) Productiebeheersing bij Interpress B.V. Niels van Bladeren (1998) Ijskoud de beste?: eisen aan consumer service en flexibiliteit in een ijsfabriek. J.A.C.A. Aerts (1998) Logistieke beheersing in de semi-procesindustrie: een nieuw logistiek concept voor MBI.

Page 239: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

227

School J.M. (1998) Beheersing van de productontwikkeling bij Stork Digital Imaging; Analyse en verbetering. J.P. de Visser (1999) Beslissingsondersteuning bij de productieplanning in de semi- procesindustrie. Jitse Marree (2000) Een herontwerp van de logistieke besturindsstructuur. Houdt M.R. van (2005) Is flexibility the key to better performance? Distributing the skills for Nashuatec Technical Services E.J.A. Jansen (2007) Task valuation and resource allocation to optimize value delivered in product and process improvement projects. N. Karabash (2008) Impact of learning-by-doing on efficiency of multi-skills employees performing complex tasks. F.E.V. Lievens (2009) Factors affecting the learning effect in the production environment of ASML suppliers. Rooy J.C. van (2010) Logistical information sharing and collaboration between ASML and its supply chain.

Page 240: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

228

Page 241: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

229

Ontwerpers LMS opleiding, 1e begeleider Bertrand

Abspoel S.J., Faster Payback; a logistics control structure for investments in network capacity at KPN Telecom.

Acker V.M.V. van, SHARLI: Stockage en Hauteur des Aciers et Réorganisation de la Logistique Interne.

Albers E.I., Ontwerp van een communicatiestructuur over capaciteitsmanagement in de keten.

Bollen G.L.L., Doorlooptijdverkorting van ASM-L.

Boven D. van, Patiëntenlogistiek binnen het Máxima Medisch Centrum.

Bressers C.H.P., Herontwerp van de bepaling van de netto benodigde capaciteit t.b.v. de lange termijn capaciteitsplanning van rollend materieel bij de NS.

Budel M.L.H.J., Een logistiek herontwerp voor de bijsturing van de treindienst.

Chen H.Y., Improve the design of forecasts and safety stock

Claus C., Een informatie-architectuur voor de productdivisie Licht.

Cornellana A., Supply chain re-engineering at PMS-XRD; Integrating modular product planning and vendor Managed inventory to enable an upstream shift of the customer orrder decoupling point.

Dekkers K.J.P., A design for KLM Aircraft services’ planning-rostering-indeling chain.

Delnooz R., Bijsturing anders bekeken; Een proces-gericht herontwerp van de bijsturing.

Dijk W.G.M. van, Capaciteitsplanning rijdend personeel bij NS Reizigers.

Driel R.J. van, Voorstellen ter verbetering van de goederenstroombesturing ten behoeve van de ABS-organisatie van DSM.

Du W., Functional design of production planning and control system for Dalsa PI.

Egbers J.M., Bottlenecks at Railway Nodes (Knelpunten op Knooppunten).

Elisa E.B.A., Logistics design project at Assembléon.

Ero W.E., Beslissingsondersteunend model voor de lange termijn capaciteitsplanning voor rollend materieel bij NS.

Graste R.M., Planning and control at Aircraft Services.

Groenewoud R., Herstructurering in de projectindustrie.

Page 242: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

230

Habets M.H.J., Introductie van “shippable items” bij Vanderlande Industries.

Hakan K., Online scheduling of towing process to facilitate on-time completion of Gereedstelling Processes.

Hartwijk D., Ontwerp van een logistiek besturingsconcept bij Philips Machinefabriek Acht.

Heribanova E., Redesign of central planning system at NS Cargo NV.

Heuvel J.T.W. van den, Herontwerp besturingssysteem voor Kijfhoek en Havenspoor- lijn.

Hofland M.M., Aandacht voor prestatie: logistieke besturing in een hartkatheterisa- tielaboratorium.

Houben N.N.P.H., A logistics redesign of Schiphol Brede Services to improve the punctuality of the KLM.

Huiskamp E.F., Een ontwerpmethode voor de specificatie van inhaalconstructies op baanvakken.

Kang Y., Logistics design project; MRP (l) simulation environment.

Kapys Y., Detailed design and implementation of a one-piece flow assembly process.

Lavrijsen A., Herontwerp besluitvormingsproces voor de lange termijn planning voor rollend materieel bij NS.

Lierop F.L.G. van, Logistieke besturing in de procesindustrie.

Linssen Ch., Het ontwerpen van een besturingsconcept voor de materieelbijsturing bij de Nederlandse Spoorwegen NV.

Man H. de, Control of repairable service at Philips Medical Systems.

Marín Aznárez P., Decision-making process and advice on outsourcing of electronics production engineering and production activities in Thales Nederland b.v., Hengelo site.

Mikkers B., Ontwerpen van een logistiek model.

Moltzer M.J., Planningsmethodiek reservecapaciteit vloot; Tools voor het beoordelen en plannen van flexibiliteit voor de dienstregeling.

Muller M., Herontwerp van de planningsmethodiek voor allocatie van personeel buffers.

Omachel K., Design of a management control model for cabin quality at KLM.

Peeters M.J.P., Ontwerp en implementatie van een logistiek besturingsconcept voor metaalbestellingen bij Hoogovens Aluminium N.V. (Sidal).

Page 243: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

231

Perdaen J.A.G., Implementation design for better coordination between towing and preparation processes.

Pluijmakers A.P.M., Logistiek ontwerp voor de productie van Specifieke Dagen.

Potoms D., Toetsing van de bestuurbaarheid van het NSReizigers vervoersproduct als functie van materieelreserves.

Pottinga P.H., Voorraadallocatie model voor reserve-onderdelen van medische systemen.

Reinartz C.J.M., Afstemming NS Railinfrabeheer-NS Reizigers; Besturing van benutting en onttrekking van railcapaciteit.

Rongen J.M.J., Herontwerp van het optieplanningsproces bij DAF Trucks N.V.

Rooden M.A.H., Herontwerp van de logistieke organisatie in het voortraject van Schlumberger Bladel.

Schiebaan H., Integral fleet service control; Design project at Schiphol Fleet Services.

Simons P.H.W., Rapper rapporteren. Een ontwerp van het kosteninformatieproces.

Slagt A.W., Ontwerp van een planningsmethodiek voor de KLM-dienstregeling.

Spijk M.A.J.C. van, Flexibilisering en doorlooptijdverkorting van het planningsproces voor materieel bij NS Reizigers; Een herontwerp.

Sprenger J., A logistic redesign for the department of Radiation Oncology of the University Hospital Rotterdam.

Tany T.W., Online scheduling of towing and preparation processes to increase the departure punctuality.

Tauber R., NSR logistiek dagplan: beheersing van het planproces.

Verhaegh P.A., Ontwerp supply chain model voor herontwerp ketenbeheersing in het toelevernetwerk van ASM Lithography.

Versluijs A.J., Herontwerp van het besturingsconcept in de tactische planningsfase bij NS Reizigers.

Wiltschek J.T.F., Logistiek in de “bouw”.

Yunita T., Managing effective and efficiënt hub operation; A study of ground time management at KLM Aircraft Services.

Zajaczkowski P.A., Computerized planner support tool for mid-term planning.

Zuijderwijk M., Material coördination and order acceptance under product variety.

Page 244: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

232

Page 245: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

233

AUTEURSGEGEVENS.

Peter Bos studeerde werktuigbouwkunde (kandidaats) en bedrijfskunde (doctoraal) aan de TU

in Delft. Hij heeft van 1984 tot 1996 in diverse functies bij Fokker Aircraft BV gewerkt en

werkt sinds 1996 bij de KLM. Hij was daar onder meer hoofd maintenance, vice president

operational integrity management, vice president Aircraft Services (divisie ground services) en

is sinds 2011 algemeen directeur van KLM Equipment Services.

Onno J. Boxma holds the chair of Stochastic Operations Research in Eindhoven University of

Technology, and is scientific director of the European research institute EURANDOM.

His main research interests are in queueing theory and its applications to the performance

analysis of computer-communication and production systems.He is honorary professor in

Heriot-Watt University, Edinburgh (2008-2013) and in June 2009 he received an honorary

doctorate from the University of Haifa.

Corné W.G.M Dirne is Lecturer Industrial Engineering and Curriculum Co-ordinator Industrial

Engineering of the Avans University of Applied Sciences.He holds an MSc in Industrial

Engineering and a PhD in Operations Management & Logistics from Eindhoven University of

Technology. After his PhD he had the following positions: Assistant Professor Logistics

(Eindhoven University of Technology); Co-ordinator Part-time Programme Industrial

Engineering (Eindhoven University of Technology); Director of Education Industrial

Engineering (Eindhoven University of Technology).

Andreea Dragut is associate professor of discrete mathematics at the University Aix-Marseille

II. She received her PhD in 1999 from the Institute of Mathematical Statistics and Applied

Mathematics of the Romanian Academy of Sciences and a second one in 2003 from the school

of Industrial Engineering of the Eindhoven University of Technology. She held positions as

post-doctoral researcher at the EUT, assistant professor at the University Aix-Marseille and

visiting researcher at the State University of New York. Her research interests are data stream

analysis, geometrical structures in mathematical programming and multimodularity and

submodularity applications for Markov decision processes.

Page 246: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

234

Jan C. Fransoo is a professor of Operations Management and Logistics in the School of

Industrial Engineering at Eindhoven University of Technology in the Netherlands. He holds an

MSc in Industrial Engineering and a PhD in Operations Management & Logistics from

Eindhoven University of Technology. His dissertation “Production Control in Flow Process

Industries” was completed in 1993 under supervision of Professor Will Bertrand and Professor

Jacob Wijngaard. He currently serves as Program Director of the Master Program in Operations

Management & Logistics at TU/e, as Research Director of the European Supply Chain Forum,

and as vice-president of Dinalog (Dutch Institute for Advanced Logistics). Professor Fransoo

held various visiting appointments at US universities, including Clemson University, the

University of California at Los Angeles, Stanford University, and MIT. He currently serves as

Senior Editor of Production and Operations Management and is editorial board member of five

other journals. He has published over 60 papers in academic journals and presented at many

academic and industry conferences. As part from his academic activities, Professor Fransoo has

conducted dozens of projects with industry, many with the more than 50 Master students that he

has supervised.

Twan Geenen studeerde Technische Bedrijfskunde aan de Technische Universiteit Eindhoven

van september 1967 tot juni 1972. Van juni 1972 tot februari 1974 was hij werkzaam als

organisatieadviseur en van 1974 tot 1989 als directeur van verschillende verpleeg- en

ziekenhuizen.Vanaf 1989 tot eind 2009 was hij werkzaam op de Technische Universiteit

Eindhoven in het vakgebied logistiek. Hij verzorgde inleidende colleges in de logistiek en

keuzecolleges op het gebied van materials handling. Daarnaast begeleidde hij vele studenten bij

groepsprojecten en afstudeerprojecten. Van oktober 1995 tot november 2007 was hij tevens

parttime programmamanager van de ontwerpersopleiding International Program in Logistics

Management Systems.

Paul Gosselink studeerde technische bedrijfskunde aan de Technische Universiteit Eindhoven.

Vervolgens was hij werkzaam als adviseur bedrijfsinterne logistiek bij IPL-TNO-TUE, adviseur

demand chain management en partner bij IPL consultants BV en programmamanager

procesindustrie bij NV BOM. Op dit moment is hij programmamanager nieuwe energie &

groene grondstoffen bij NV BOM.

Geert-Jan van Houtum is Professor of Maintenance, Reliability, and Quality at Eindhoven

University of Technology since 2008. Prior to that he filled positions as assistant/associate

professor at the University of Twente (1994-1998) and Eindhoven University of Technology

(1999-2007). He obtained his MSc and Ph.D. degree in Applied Mathematics from Eindhoven

University of Technology in 1990 and 1995, respectively. He is the scientific director of the

Page 247: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

235

Beta Research School for Operations Management and Logistics. His research is focused on: (i)

Spare parts management; (ii) Maintenance and availability management of capital goods; (iii)

The effect of design decisions on the total cost of ownership of capital goods. A significant part

of this research is in collaboration with companies such as ASML, DAF, IBM, Nedtrain, Océ

Technologies, Marel Stork, and Vanderlande Industries.

Joris Keizers studied Econometrics and worked under supervision of Will Bertrand on a Ph.D

about Maintenance planning. In 2000, he joined Arthur D. Little, where he has worked for five

years on various assignments in the field of both Operations Management and also Strategy. In

2005, Joris left consulting and moved to SPG Prints, a former division of the industrial company

Stork. Within this company, he has been active in various roles, ranging from Manager

Logistics, Manager Strategy Implementation, (Master) Black Belt to his current job as

Operations Manager.

Ton de Kok holds a PhD in Mathematics from the Free University of Amsterdam. He worked at

Philips Electronics in Eindhoven, The Netherlands from 1985-1992as consultant in Operations

Research. In 1991 he was appointed part-time professor in Industrial Mathematics at Technische

Universiteit Eindhoven. Since 1992 he is a full time professor Operations Management at the same

university. He is the Director of the European Supply Chain Forum (eSCF). His main research

areas are Supply Chain Management and Concurrent Engineering with emphasis on quantitative

analysis. Ton de Kok is head of the capacity group Operations Planning, Accounting, and Control

(OPAC) in the Department of Industrial Engineering and Innovation Sciences since April 1, 2008.

Marc Lambrecht is Professor of Operations Management and Director of the Research Center

for Operations Management, Faculty of Business and Economics, K.U.Leuven. His research

interests include stochastic modeling, inventory management and queuing models. He is holder

of the Atlas Copco Research Chair in Service Systems.

Jan Vissers is professor of health operations management at the institute of Health Policy and

Management of the Erasmus University Rotterdam., and senior management consultant at Kiwa

Prismant a research & development company in the area of health care management in Utrecht.

He received his MSc in Industrial Engineering & Management Science from EUT in 1975 and

his PhD from EUT in 1994. He is member and past chairman of the Euro Working Group on

Operational Research Applied to Health Services, and member of the editorial boards of Health

Care Management Science and the International Journal of Care Pathways. His research focuses

on the analysis, design and control of operational health care processes and systems.

Page 248: Will Bertrand - Pure · Will Bertrand gaat in 2011 de faculteit verlaten; de faculteit waarvan ik in 1989 afscheid nam en die toen de naam droeg: ,,Faculteit Technische Bedrijfskunde”

236

Guus de Vries is partner at DamhuisElshoutVerschure management consultants in 's-

Hertogenbosch. From 1993-2001 he was professor of Management Science in Health Care at

EUT, and from 2004-2011professor of health operations management at the institute of Health

Policy and Management of the Erasmus University Rotterdam. He received his MSc in

Industrial Engineering & Management Science from EUT in 1979 and his PhD from EUT in

1984.

Jacob Wijngaard studeerde Wis- en Natuurkunde aan de Vrije Universiteit (doctoraal in 1968).

Werkte van 1968 – 1991 als wetenschappelijk medeweker en hoogleraar aan de TUE, in de OR

groep bij de Faculteit Bedrijfskunde. Specialisatie Voorraadbeheersing en Productiebesturing.

Parttime advieswerk voor Philips en voor Berenschot. Vanaf 1991 hoogleraar Productiemanage-

ment aan de Faculteit Bedrijfskunde van de RuG. Van 1996 – 2001 decaan van de faculteit. De

onderzoek belangstelling is verschoven naar (productie) besturingsconcepten in het algemeen en

naar de rol van mensen daarbij. Een belangrijk toepassingsgebied van de groep in Groningen is

de gezondheidszorg. Lid van het bestuur van de Vereniging voor Logistiek Management (vLm).

Henk Zijm is a full professor in Production and Operations Management at the University of

Twente, and Scientific Director of the Dutch Institute for Advanced Logistics DINALOG, as

well as (non-voting) chairman of its International Scientific Advisory Board. He spent several

periods at Eindhoven University of Technology, as a PhD, as a part-time professor, and as a full

professor in Operations Management. He has been with Philips Electronics for eight years as a

consultant in Operations and Logistics Management. At Twente University, he worked with

numerous companies and organisations both in the Netherlands and abroad. He served in

various administrative positions and has been Rector Magnificus (Vice Chancellor) of the

University of Twente from 2005 until 2009. He was president of the International Society for

Inventory Research (ISIR), Budapest, from 2008 until 2010. Current ancillary positions include

those of Chairman of the Board of the NWO institute ASTRON on Radio Astronomy, vice-

chairman of the Board of Commissioners of OOST NV (the development agency for the East-

Netherlands provinces) and member of the Supervisory Board of the Roessingh Center for

rehabilitation care and research.