- Deze tekst is aangeleverd door de leverancier -  

 

Actemium C&E Veghel voerde in opdracht van IFF Tilburg een analyse en herontwerp uit van het verticaal geïntegreerde Warehouse Management Systeem (WMS) voor twee volledig geautomatiseerde magazijnen van IFF. Om tot optimale beslissingregels te komen voor de interne logistiek zocht Actemium samenwerking met Talumis, adviesbureau voor logistiek en simulatie. Talumis zette een 3D-realistisch simulatiemodel op, dat gebruikt is voor detailontwerp van prioriteitsregels, voor validatie van de applicatie en voor optimalisatie van het huidige logistieke proces.

IFF, International Flavors and Fragrances, is één van de internationale marktleiders in de productie van geur- en smaakstoffen. De Powder Production afdeling (PPU) maakt poedervormige geur- en smaakstoffen voor uiteenlopende toepassingen van chips tot maaltijden. IFF heeft een volledig geautomatiseerd hoogbouwmagazijn voor opslag van pallets met allerlei verschillende grondstoffen en een tweede volledig geautomatiseerd hoogbouwmagazijn waarin pallets met dozen gereed product worden opgeslagen.
 

WMS herontwerp
De hoogbouwmagazijnen zijn uitgerust met hoogbouwkranen, conveyor systemen en palletiseer- en wrapping robots met PLC besturingen van verschillende leveranciers. Vanuit SAP, het ERP systeem van IFF, worden productieorders (voor het grondstoffenmagazijn) en uitleverorders (voor het gereed product magazijn) naar het WMS gestuurd. In 2008 voerde Actemium een analyse en herontwerp uit van de WMS/WCS  besturingslaag tussen SAP en de PLC-besturingen van de kranen, conveyors en robots. Na een user requirements fase is een herontwerp van het WMS/WCS gemaakt tesamen met een budgetindicatie voor de vervanging van de bestaande applicaties door een nieuw WMS/WCS.
 

Applicatieherontwerp en simulatie
Tijdens het herontwerp, hoofdzakelijk functioneel/technisch van aard, constateerden Leon van Boxtel, Hans Maas, Jan Duyvekam en Henk Olislaegers van IFF en Joost Vervoort van Actemium dat de volgorde en wijze van orderafhandeling door de kranen in het geautomatiseerde grondstoffenmagazijn voor verbetering vatbaar was. "Dat terwijl dit grondstoffenmagazijn de bottleneck voor de Powder Production Unit is!" aldus Leon van Boxtel, productiemanager van de Powder Production Unit (PPU). " Om dit soort problemen te kunnen onderzoeken biedt simulatie een ideale mogelijkheid. Simulatie helpt in het concretiseren en kwantificeren. Daarnaast helpt het om oeverloze discussies over prioriteitsregels en what-if-scenarios te voorkomen," vertelt Joost Vervoort, projectleider bij Actemium. Uiteindelijk koos IFF voor een vervolg gebaseerd op logistieke simulatie. Doel van deze simulatie is logistieke optimalisatie, ondersteuning bij applicatie-ontwerp en applicatie testen/validatie.

 

Simulatie voor applicatieontwerp, validatie en optimalisatie
Op basis van de huidige lay-out is een realistisch 3D model gemaakt van het grondstoffenmagazijn. Daarnaast zijn tijdsmetingen gebruikt om de dynamica van de kranen en conveyors inclusief PLC-logica na te bootsen. "Een van de uitdagingen in het simulatiemodel," vertelt Martijn van Oostenbrugge, simulatieconsultant bij Talumis, "was het bewegingsgedrag van de kranen en de low-level besturing die kranen laat uitwijken als ze in elkaars gang moeten zijn."

 

Simulatieomgeving IFF Automated Warehouse   In de gesimuleerde situatie ontvangt het Warehouse Control System (WCS) historische ordergegevens (normaal gesproken afkomstig uit SAP)  en vertaalt deze in (geoptimaliseerde) kraantaken. Deze kraantaken worden toegewezen aan (gesimuleerde) kranen.   Op basis van gesimuleerde dynamica worden pallets verplaatst en verrichten operators picks. Als een kraan klaar is met een taak, of een nieuwe pallet arriveert bij het magazijn, krijgt het WCS een melding, waarop nieuwe kraantaken gegenereerd en/of vrijgegeven kunnen worden.

De kranen zijn zogenaamde wisselrijders. Naast de rack gangen 1 t/m 4, is er één wisselgang (gang 5). Op low-level besturingsniveau zorgt voorrangslogica binnen Datkon (geleverd door Lalesse/Sygress) ervoor dat kranen niet kunnen botsen of tegelijkertijd in de wisselgang kunnen komen. Daarnaast moeten kranen voor sommige bochten steken (om een bocht te maken) wat tijdrovende bewegingen zijn. Ook de hijsdynamica van de kranen is in detail meegenomen. Zo mogen beladen kranen op maximaal stellinghoogte 3 door de bocht. Daarentegen mogen lege kranen op iedere hoogte door de bocht. Martijn: "Normaal gesproken zijn onze simulatiemodellen van een hoger abstractieniveau, maar voor het in detail testen van de business logica van de WCS applicatie, was dit detailniveau noodzakelijk."
 

Parallel is de (kern van de) WCS applicatie en het databasemodel ontwikkeld. Op basis van softwaregeneratie tools werd een eenvoudige WCS omgeving ingericht, waarin locatiebeheer en kraantakenbeheer de kern vormen. "De WCS applicatie vertaalt materiaalbehoefte in kilogrammen naar pick opdrachten van 1 of meerdere pallets, die uiteindelijk worden toegekend aan 1 van de 2 kranen, " vertelt Joost Vervoort. "Tegelijkertijd worden inslagorders vertaalt naar inslagopdrachten. De crux zit hem in het bepalen van de juiste opslaglocatie (of picklocatie) en het dispatchen van opdrachten aan de meest optimale kraan." Dat lijkt eenvoudig met 2 kranen, maar de tijdsdimensie maakt het complex.

Er zijn meerdere prioriteitsregels geïmplementeerd en getest, zoals "allergenen zo laag mogelijk", "fast movers/slow movers", "gelijke verdeling over gangen", "euro en block pallets clusteren", "dubbelspel optimaliseren". De regels kunnen afzonderlijk worden in- of uitgeschakeld. "Sommige regels beïnvloeden elkaar en het is moeilijk om dit goed van te voren te testen. Met de simulatie kunnen we het gedrag van de kranen en opdrachten in detail testen. Dit soort logica wil je niet pas testen bij inbedrijfstelling, " zegt Jeroen Janssen, software engineer bij Actemium.

   
Met behulp van het simulatiemodel zijn de regels gevalideerd. Als in ieder software ontwikkelingstraject is testen essentieel. Ook richting afnametest voor inbedrijfname kan het simulatiemodel ingezet worden. "Er kunnen breekpunten in de code van het WCS gezet worden. De simulatie pauzeert automatisch als het WCS het breekpunt bereikt. Zo kun je stap voor stap de toewijzigingslogica in de code volgen en in de simulatie gevisualiseerd zien," zegt Jeroen Janssen. Deze simulatie omgeving (of eigenlijk emulatie omgeving) had naast applicatie ontwerp en validatie nog een derde (en misschien wel belangrijkste) doel: optimalisatie van het magazijn.
 

Om het simulatiemodel te voeden met realistische data, is uit de productiedatabases van IFF voor een periode van 3 maanden historische data geëxtraheerd. Deze data bevat onder andere productieorders (met materiaalbehoefte per materiaal), materiaalgegevens (nominale pallethoeveelheid, bevoorradingsstrategie, allergenenstatus), MRP-definities, procestijden van operators en storingstijden van kranen. Op basis van deze gegevens kunnen onder andere de volgende simulatie-experimenten worden uitgevoerd:

   

• Het gebruiken van extra stelling in wisselgang voor buffering
• Invloed van storingsgedrag van kranen
• Terugdringen van procestijd variatie van operators
• Het toepassen van verschillende zoekstrategieën en inslagregels
• Het direct doorsturen van volle pallets naar aparte uitslagbaan

       

Het simulatiemodel heeft aangetoond dat terugdringen van de procestijd variatie bij het afwegen als eerste aangepakt moet worden. Naar aanleiding van de simulatiestudie heeft Jan Duyvekam, Automation Engineer bij IFF, een dashboard gemaakt die operators stimuleert om niet harder maar gelijkmatiger te werken. "We waren er eerst van overtuigd dat de kranen de bottleneck waren, maar het samenspel van operator en kranen is in feite de bottleneck. De operators moeten regelmatig op de kranen wachten, maar de kranen moeten net zo vaak op operators wachten. Na de implementatie van dit dashboard en toelichting aan de operators, steeg de output van 137 naar 154 SAP processorders per dag. Een toename van ruim 10% zonder hoge investeringen!" aldus Jan Duijvekam.
  

Daarnaast is het simulatiemodel gebruikt voor het finetunen van de dispatchingstrategie van kraantaken, de allergenenstrategie en een aantal zoekstrategieën. De prioriteitsfuncties die op het simulatiemodel getest zijn, kunnen 1-op-1 overgenomen worden in de uiteindelijke WCS besturing. Bovendien kunnen in de toekomst, wanneer de vraagkarakteristiek, de snelheid van kranen, of de indeling van het magazijn verandert, de regels eenvoudig bijgesteld worden. Eerst worden ze op basis van simulatie getest, waarna ze 1-op-1 overgenomen kunnen worden in het WCS.
 

"Het optuigen en integreren van een simulatiemodel is niet gratis en lijkt bij aanvang van een project vaak niet de moeite waard, maar bij de vervanging en optimalisatie van een bestaand WCS kan het winst in output opleveren (als bij IFF) en in het gedegen testen van (vaak op elkaar ingrijpende) beslisregels voordat de applicatie inbedrijfgenomen wordt.
 

Een mooi voorbeeld waarbij applicatie(her)ontwerp vanuit Industriële  IT en optimalisatie vanuit logistiek samengaan. Voor meer informatie kunt u contact opnemen met Joost Vervoort (jvervoort@actemium.nl) of Martijn van Oostenbrugge (martijn.van.oostenbrugge@talumis.nl).
 

Colofon
Martijn van Oostenbrugge is simulatieconsultant bij Talumis. Talumis (www.talumis.nl) is gespecialiseerd in logistieke analyse en optimalisatie van complexe systemen. Voor de analyse en optimalisatie wordt gebruik gemaakt van het discrete-event simulatiepakket Flexsim. Het samenbrengen van systeemintegratie met simulatie, oftewel emulatie, is een nieuwe maar veelbelovende ontwikkeling binnen Talumis.
Joost Vervoort is projectleider/consultant bij Actemium (www.actemium.nl). Actemium levert complete automatiseringsoplossingen voor de industrie, vanaf bekabeling, PLC/Scada software tot MES/WCS en ERP integratie.

 

Foto 1 van 4 IFF medewerkers Hans Maas, Jan Duyvekam en Henk Olislaegers buigen zich over timing problemen in het grondstoffenmagazijn