blog

Evolutie in geautomatiseerd itempicken

Warehousing

De itempicking-systemen van vandaag leggen de focus vooral op efficiëntie: het bereiken van een maximale doorzet (orderregels per uur) tegen minimale investering en operationele kosten. De itempick-systemen van de toekomst zullen dezelfde efficiëntie moeten leveren zonder afbreuk te doen aan flexibiliteit en robuustheid van het proces, zegt Bruno van Wijngaarden van Vanderlande. Wat kunnen we verwachten?

Evolutie in geautomatiseerd itempicken

De eerstvolgende ontwikkeling van de toekomst is ‘roaming shuttles’. Dergelijke shuttles hebben energie aan boord (accu’s en condensatoren), communiceren draadloos met de vaste wereld en kunnen autonoom in minstens twee dimensies bewegen. Inzet van dergelijke shuttles voor het transporteren van productbakken tussen opslag en werkstations is zeer efficiënt. Omdat in principe iedere shuttle elke bak kan bereiken, is een hoge bezettingsgraad realiseerbaar. Itempicking-systemen met roaming shuttles zijn flexibel (opslagcapaciteit en systeem doorzet zijn onafhankelijk schaalbaar) en robuust (geen single point of failure in de materiaalstroom).

  

Itempicking
Terug naar de basis. Itempicking is het orderverzamelen van kleinere artikelen: artikelen waarvan de afmetingen te klein zijn (of de vorm niet geschikt is voor) het los transporteren op material handlingsystemen. Deze artikelen kunnen wel verzameld worden in een bak of direct in de verzendverpakking. Itempick-concepten zijn systeemoplossingen die dit zo efficiënt mogelijk proberen te doen.

 

Flexibiliteit en robuustheid grotere rol

Tot nu toe heeft, bij het ontwikkelen van itempick-concepten, de focus voornamelijk gelegen op efficiëntie: een zo hoog mogelijke doorzet, bij zo laag mogelijke kosten. Onder invloed van toekomstige ontwikkelingen in supply chains zullen flexibiliteit en robuustheid van itempick-systeemoplossingen een grotere rol gaan spelen. Onder flexibiliteit en robuustheid verstaan we het volgende:

     

Flexibiliteit
Flexibiliteit van een systeem is onder andere:

  • schaalbaarheid
  • onderhoudbaarheid: onderhoud aan apparaten zonder dat een deelproces of een deel van de voorraad niet beschikbaar is
  • portabiliteit: het demonteren van (een deel van) het systeem om het op een andere locatie weer op te bouwen

  

Robuustheid
Robuustheid is de mate waarin het systeem nog steeds productie kan leveren bij een storing van een of meerdere componenten, dus de aan- of afwezigheid van single point(s) of failure.
Robuustheid van het klantproces is de mate waarin het systeem nog steeds de gewenste doorzet kan leveren bij veranderingen in het klantproces zoals bv. groei van het aantal artikelen, veranderingen in ordersamenstelling (aantal orders, aantal regels per order, aantal stuks per orderregel).

  

In het volgende overzicht van itempick-systeemoplossingen laten we zien hoe de systemen van de toekomst gaan voldoen aan de groeiende vraag naar flexibiliteit en robuustheid.

 

1. Proven technology
Itempick-systemen die al sinds jaar en dag ingezet worden zijn ‘klassiek orderpicken’ en ‘hybride man-to-goods / goods-to-man‘ -systemen.
  

  • Klassiek orderpicken

Bij klassiek orderpicken legt een operator een route af langs een aantal voorraadlocaties (pickface) en pickt de producten die gevraagd worden door een of meerdere orders. Voor elke order waarvoor gepickt wordt, neemt de operator een orderdrager mee op zijn route, deze orderdragers worden doorgaans vervoerd op een, al dan niet gemechaniseerd, ‘karretje’. Indien voor meerdere orders tegelijkertijd gepickt wordt, sorteert de operator de gepickte producten direct uit naar de betreffende orderdragers (sort-while-pick).

Dit concept is goed schaalbaar: bij meer doorzet kunnen meer picking operators ingezet worden (tot aan de grens waarbij operators elkaar in de weg gaan lopen), zeer goed onderhoudbaar (onderhoud aan voorraadlocaties en pickkarren) en zeer robuust (veranderingen in orderpatronen kunnen opgevangen worden door het inzetten van meer of minder operators).

 

  
Het nadeel van dit concept is dat, door het relatief veel lopen, de efficiëntie (operator performance) beperkt is.
  

  • Man-to-goods / goods-to-man & ASRS  

Deze systemen verhogen de efficiëntie ten opzichte van klassiek orderpicken door het verkleinen van de loopafstanden van de operators.

Bij een zonepicksysteem (man-to-goods) wordt de loopafstand gereduceerd door iedere operator slechts in een van de zones te laten bewegen en orders weg te houden uit zones met artikelen waarvoor deze order geen vraag heeft.

 

Bij goods-to-man-systemen waarbij met miniloads, shuttles en conveyors de order – en productbakken naar de operator gebracht worden, worden loopafstanden zelf geheel geëlimineerd.

Het nadeel van deze gemechaniseerde concepten is dat voor het verhogen van de efficiëntie in meer of mindere mate concessies gedaan moeten worden aan de flexibiliteit en/of robuustheid.

  

 
Miniloads en een aantal huidige shuttlesystemen zijn ‘captive’ van aard: een apparaat is exclusief werkzaam in een deel van het (opslag)systeem. Bij uitval of onderhoud van een apparaat kan het werk in dit deel van het systeem niet overgenomen door een ander apparaat. Ook is het niet mogelijk apparaten bij te schakelen bij meer werk in een deel van het systeem.

  

De huidige ‘roaming’ shuttle systemen presteren al beter op het gebied van schaalbaarheid en onderhoudbaarheid. Het is echter wel zo dat het roaming gedrag zich beperkt tot een enkele gang in het opslaggebied. Dit betekent dat het conveyorsysteem, wat de opslaggangen verbindt met de werkstations, en de shuttlelift vooraan de gang, nog steeds doorzet bottleneck en/of single-points-of-failure zijn.

  

2. State-of-the-art

  • 2-D roaming shuttle

Bij een 2-D roaming shuttle systeem kunnen de shuttles autonoom in 2 dimensies bewegen (over rails bevestigd aan de rekken van het opslagsysteem): roaming shuttle.
Voor het wisselen van niveau in het rek maken de shuttles (nog) gebruik van shuttleliften. Een dergelijk systeem bestaat al meerdere jaren voor pallets (Savoye Magmatic), we zien nu de eerste 2-D roaming shuttles voor kleinere artikelen in bakken op de markt verschijnen.

Wanneer 2-D roaming shuttles geïntegreerd worden in een itempick systeem rijden de shuttles met een productbak naar een van de shuttleliften in het systeem. Deze shuttlelift is verbonden met één enkel werkstation. Na het afleveren van de productbak bij het werkstation brengt de lift de shuttle naar het opslagniveau waar een volgende productbak wacht op transport.

 

De grote doorbraak op het gebied van flexibiliteit en robuustheid hier is dat liften en eventuele conveyors als doorzet bottleneck en/of single-point-of-failure compleet geëlimineerd worden.
Ook worden de schaalbaarheid en onderhoudbaarheid verder verhoogd t.o.v. aisle roaming shuttles.

Wanneer het rek ontwerp bestaat uit uitsluitend standaard componenten (vgl. KNEX) dan kunnen we zelfs aan portabiliteit van systemen gaan denken.

 

 

 

Qua prijs kunnen roaming shuttles al concurreren met conventionele miniload oplossingen. Het is nog afhankelijk van de layout van de verbindingen tussen opslaggebied en werkstations welke kant het dubbeltje op valt. Wanneer shuttles en de bijbehorende racking verder ontwikkeld worden zullen shuttles een groot deel van het toepassingsgebied van miniloads gaan overnemen.

 

De volgende tabel toont de vergelijking van een miniload – en shuttle oplossing op een aantal KPI’s, uitgaande van de huidige stand van de technologie:

 

 

Vergelijking miniload – en shuttle systeem ontwerp op KPI’s

 

KPI

Miniload

Roaming shuttle

Prijs/performance

2.850 € / dubbelspel x uur

2.750 € / dubbelspel x uur

Opslagdichtheid

97 locaties/ m2

110 locaties/ m2

Beschikbaarheid

Miniload storing: – 4%

Shuttle storing: -2%

Schaalbaarheid

Per gang (12 gangen in systeem), zowel opslagcapaciteit als doorzet

Opslagcapaciteit: per gang (15 gangen in systeem)
Doorzet: per shuttle

Onderhoud:

Per gang: doorzet vermindering en voorraad niet beschikbaar

Shuttle: geen effect (wisselen met spare shuttle.

Lift: doorzet vermindering.

Alle voorraad is altijd beschikbaar

Geïnstalleerd vermogen (alleen miniloads of shuttles & liften)

54 VA / dubbelspel x uur

10 VA / dubbelspel x uur

 

  • Robot itempicking met vision

Robots, uitgerust met een vision system en een vacuümgrijper kunnen vandaag de dag tot 2,400 stuks per uur picken. Met deze state-of-the-art-technologie kunnen, afhankelijk van de industrie sector en het type product, 50 tot 75% van de artikelen en tot 80% van de itempicking materiaalstroom verwerkt worden.
Het halen van een dergelijke hoge doorzet is nu nog wel aan een aantal beperkingen onderhevig. Zo moeten aan de ingang van het pickproces de producten in de productbakken geordend aangeboden worden. De gepickte producten worden veelal nog in de orderbak gestort. De resulterende chaotische stapeling gaat dan ten koste van de vullingsgraad van de orderbak.

Ontwikkelingen waarbij meer onregelmatig gevormde producten uit chaotische opslag gepickt worden om vervolgens geordend in een orderbak of – doos geplaatst te worden gaan de kosteneffectiviteit van robot itempick-systemen verhogen, Automated Item Picking:

 

3. De toekomst

Wat kunnen we in de toekomst verwachten aan technieken: 

    

  • Robots met realtime motion feedback

Dit zijn robots voorzien van zicht – en tastsensoren waarmee realtime de positie en de beweging van de arm en hand kan worden bepaald en gestuurd. Dit betekent dat de arm lichter van gewicht gebouwd kan worden dan de stijve armconstructie van de state-of-the-art industriële robots: Cody.

Een dergelijke lichtgewicht arm is vervolgens veel mobieler te maken dan de huidige (pick)robots.
Dit biedt mogelijkheden een pickrobot in te zetten in een zonepick-concept: de robotarm wordt bijvoorbeeld opgehangen aan een, eveneens lichtgewicht, portaal en kan daarmee orderpicken uit een groep van statisch opgestelde snelloper artikelen.

Realtime motion feedback bevindt zich in de prototype fase. Het zal nog meerdere jaren duren voordat deze technologie ingezet kan worden voor robots in orderpick-processen.

     

  • Mobile picking robot

Toegegeven, dit is (nog) science fiction, maar de ‘communicator’ uit Star Trek (1966) hebben we vandaag de dag allemaal op zak in vorm van een smartphone.

  

Stel je het volgende voor: een robot die vrij in 3 dimensies kan bewegen en ledematen en sensoren heeft die dezelfde functies hebben als die van de mens. Een dergelijke robot zou de mens 1-op1 vervangen in een klassiek orderpick-systeem. We zijn dan ‘full-circle’: begonnen met – en uitgekomen bij klassiek orderpicken: het meest flexibele, schaalbare en robuuste orderpick-concept.

 

 

Conclusie
Klassiek orderpicken is het meest flexibele, schaalbare en robuuste orderpick-concept. De ultieme mechanisering is het 1-op-1 vervangen van de mens door een robot in dit concept. Een dergelijke robot is echter nog toekomstmuziek.

Tot die tijd zullen gemechaniseerde itempick-systemen zich ontwikkelen naar meer flexibiliteit en robuustheid bij behoud van efficiëntie.

State-of-the art in mechanisering van het itempick-proces zijn;

  • AGV’s/shuttles voor het transporteren van ladingsdragers. Vooral deze zijn, door het elimineren van single-points-of-failure en doorzet bottlenecks, een quantum leap voorwaarts in flexibiliteit en robuustheid.
  • pickrobots, voorzien van een vision-systeem.
Reageer op dit artikel