Symulacyjne badanie dynamiki przepływu materiałów w magazynie

Pełen tekst

(1)PRACE NAUKOWE POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ z. 97. Transport. 2013. Mariusz Kostrzewski Wydzia Transportu, Politechnika Warszawska. SYMULACYJNE BADANIE DYNAMIKI PRZEPYWU MATERIAÓW W MAGAZYNIE Rkopis dostarczono, marzec 2013. Streszczenie: W artykule przedstawiono prób zastosowania modelu symulujcego prac magazynu do badania dynamiki przepywu materiaów zachodzcych w tyme obiekcie logistycznym. Omówiono narzdzia pracy oraz poszczególne etapy badania symulacyjnego wg procedury bada opracowanej przez autora artykuu, ze szczególnym uwzgldnieniem etapu konstruowania i uytkowania modelu symulacyjnego. Wyniki bada podsumowano wnioskami, a ponadto zawarto sugestie dotyczce dalszego rozpatrywania problematyki. Sowa kluczowe: symulacja, projektowanie, magazyn. 1. WPROWADZENIE Badacze amerykaskiego Stanford Research Institute (USA) s przekonani, e symulacja stanowi kluczow technologi pocztku nowego tysiclecia. Wedle ich przypuszcze przyrost stosowania rozwiza symulacyjnych bdzie plasowa si na poziomie 20% rocznie, co ju potwierdzaj ogólnowiatowe tendencje i statystyki, [8]. Nie jest zaskoczeniem taki bieg rzeczy. Symulacja pozwala na ustalenie postaci systemu czy ukadu za pomoc eksperymentów przeprowadzonych bezporednio na badanym modelu (systemu lub ukadu). Ponadto moe by stosowana do analizy duych i zoonych problemów decyzyjnych, które nie mog by rozwizane za pomoc innych metod (np. z krgu bada operacyjnych). Pozwala przy tym na szybkie podejmowanie decyzji dziki analizie efektów eksperymentów przeprowadzonych dla wielu nastpujcych po sobie okresów, czy te dostarcza odpowiedzi na pytanie typu „what-if...?”. Metody symulacyjne znajduj aktualnie najwiksze zastosowanie w USA, Japonii i Europie zachodniej. W Europie rodkowej (w tym: w Polsce) metody te byy do „niedawna” stosowane stosunkowo rzadko. Rozpoczo si to z kocem lat ’80 ubiegego wieku, [4]. Niniejszy artyku jest elementarnym opisem efektów bada nad, uprzednio skonstruowanym przez autora, modelem symulacyjnym w oprogramowaniu sucym konstruowaniu modeli symulacyjnych Plant Simulation. Artyku zawiera wyniki symulacji drugiego rodzaju, czyli umoliwia analiz wyników w funkcji zmian wartoci parametrów.

(2) 272. Mariusz Kostrzewski. wejciowych (podstawowe informacje nt. teoretycznych zagadnie dotyczcych idei symulacji autor zawar w artykule [7]). Bazujc na projekcie magazynu, przygotowanym uprzednio, autor opracowa model symulacyjny, który pozwoliby na obserwowanie i badanie dynamiki procesów logistycznych zachodzcych w magazynie. W artykule przytoczone zostay wnioski, sugestie i propozycje rozwoju bada na ten temat.. 2. PROCEDURA POSTPOWANIA W BADANIU Procedura postpowania na okazj bada nad dynamik przepywu materiaów w magazynie przedstawiona zostaa na rys. 1. W pierwszej kolejnoci naleao zaprojektowa magazyn, który owemu badaniu mia by poddany. Wskazane zatem byo przygotowanie zadania logistycznego (jego tre , parametry i wartoci im odpowiadajce znajduj si w [7]). Nastpstwem przygotowania zadania logistycznego byo naturalnie jego rozwizanie. Posuono si w tym celu autorsk metod projektowania obiektów logistycznych z uwzgldnieniem stref funkcjonalno-przestrzennych, [6]. Sporód przygotowanych wariantów projektowych wybrano najlepszy, by nastpnie w oparciu o jego ide oraz parametry technologiczno-organizacyjne skonstruowa model teoretyczny (formalny), majcy stanowi podstaw dla skonstruowania modelu symulacyjnego. Model teoretyczny, w wyniku implementacji w narzdziu sucym konstruowaniu modeli symulacyjnych i przeprowadzania symulacji, uleg przetworzeniu do postaci modelu symulacyjnego. Przy czym model symulacyjny jest modelem zoonym, m.in. z uwagi na fakt, e stanowi go para: model formalny oraz „zaszyte” w oprogramowaniu funkcjonalne algorytmy numeryczne. Do modelu symulacyjnego wprowadzono wartoci nadmienionych wyej parametrów technologiczno-organizacyjnych, po czym w wyniku wielokrotnego przeprowadzenia symulacji uzyskano wyniki omówione w dalszym cigu artykuu. Wyniki te zasadniczo powinny podlega porównaniu z warunkami rzeczywistymi, aczkolwiek badania maj charakter teoretyczny i s bez zwizku z efektami dziaania istniejcego obiektu logistycznego (magazynu). Podobnie rzecz ma si z zagadnieniem aktualizacji danych do zadania logistycznego w stosunku do rzeczywistych warunków. Etap ten pominito.. 3. NARZDZIA WYKORZYSTANE W BADANIU W ramach prac nad zagadnieniem w gównej mierze wykorzystano dwa narzdzia pracy: metod projektowania obiektów logistycznych zaimplementowan w postaci pakietu komputerowego OL09 oraz oprogramowanie suce do konstruowania i badania modeli symulacyjnych Plant Simulation. Autorska metoda projektowania obiektów logistycznych z uwzgldnieniem stref funkcjonalno-przestrzennych, wykorzystana w ramach bada, zostaa omówiona w artykule [6]..

(3) Symulacyjne badanie przepywu materiaów w magazynie. 273. Plant Simulation to narzdzie suce do konstruowania cyfrowych modeli symulacyjnych. Z nazwy oprogramowania wynika, e suy stosowaniu w zakresie symulacji procesów produkcyjnych (ang. plant – fabryka), przy czym autor dostrzegszy potencja oprogramowania, zacz stosowa je w celu tworzenia symulacyjnych modeli systemów logistycznych. Wg autora, magazyn stanowi pewnego rodzaju fabryk, w której „produkowane” s/bywaj jednostki adunkowe (dotyczy to gównie procesów komisjonowania, w szczególnoci kompletacji). Za pomoc rozwizania Plant Simulation mona m.in. dokona prób optymalizacji przepywu materiaów, wykorzystania zasobów itp. Narzdzie umoliwia take sprawdzanie charakterystyk systemów i optymalizacj ich wydajnoci. Modele symulacyjne pozwalaj na przeprowadzanie eksperymentów i testowanie scenariuszy „what-if...?" zarówno dla ju dziaajcych systemów albo te – w przypadku procesu planowania – na dugo przed ich wdroeniem czy uruchomieniem.. Rys. 1. Schemat procedury postpowania na okazj bada nad dynamik przepywu materiaów w magazynie (ródo: opracowanie wasne z wykorzystaniem elementów [3]). Wybór tego narzdzia sporód gamy innych narzdzi symulacyjnych podyktowany by obiektowym charakterem oprogramowania, przystpnym jzykiem programowania, moliwoci implementacji wieloaspektowych zagadnie procesowych oraz prozaicznym faktem bezporedniego dowiadczenia pracy z narzdziem i wspópracy z jego twórcami. Autor wykorzystywa oprogramowanie w pracy zawodowej zanim podj prac naukowodydaktyczn..

(4) 274. Mariusz Kostrzewski. 4. BUDOWA MODELU SYMULACYJNEGO Model symulacyjny to wielomoduowy program komputerowy, tworzcy z kompatybilnym funkcjonalnie komputerem swego rodzaju symulator, pozwalajcy na generowanie stanów systemu modelowanego, [4]. Plant Simulation jest narzdziem o obiektowym charakterze. Mimo e jest oprogramowaniem o obiektowej naturze, umoliwia take programowanie dziki implementacji jzyka SimTalk. Stanowi to niewtpliwie jego dodatkowy atut: czyni wszechstronnym i umoliwia automatyzacj zarówno na okazj konstruowania modelu jak i przeprowadzania wielokrotnego procesu symulacji. Budowa modelu symulacyjnego dla magazynu polegaa na zestawianiu ze sob, na tzw. platformach Frame window, obiektów tosamych z procesami zachodzcymi w obiekcie, rodkami transportu, urzdzeniami, obiektami infrastruktury (np. drogami, regaami magazynowymi), pracownikami. Te elementy systemu logistycznego dobierane s sporód szerokiej palety wieloparametrowych obiektów o rozbudowanych charakterystykach. Poza zestawianiem obiektów uywany by wspomniany jzyk programowania. Model symulacyjny jest na tyle skomplikowany w budowie, i niemoliwoci jest omówienie jego w skumulowany sposób. Model symulacyjny zosta zaprojektowany tak, aby symulowany by jeden dzie pracy magazynu (dokadniej rzecz ujmujc 16 godzin pracy w dwuzmianowym harmonogramie pracy: zmiana pierwsza w godzinach od 8:00 do 14:00, zmiana druga w godzinach od 14:00 do 22:00). Przygotowany model symulacyjny powinien by poddany etapom: weryfikacji oraz walidacji. Weryfikacja to etap badania symulacyjnego, majcego na celu potwierdzenie teoretycznych zaoe dotyczcych dziaania modelu symulacyjnego. Walidacja stanowi etap kolejny. Cel walidacji upatrywany jest jako stwierdzenie czy model symulacyjny odzwierciedla modelowany system rzeczywisty. W obydwu przypadkach trudno jest o jednoznaczn opini, bowiem omawiany model symulacyjny przygotowany zosta na bazie rozwaa czysto teoretycznych.. 5. WYBRANE WYNIKI BADA Badania nad dynamik przepywu materiaów wymagay zaprogramowania wykresów, które s automatycznie aktualizowane z biegiem symulacji. Proces on-line nie jest naturalnie moliwy do ukazania w artykule, dlatego zaprezentowaniu podlegaj wycznie kocowe momenty kreacji wykresów (rys. 2.). Na rys. 2 przedstawione zostay wielkoci przepywu materiaów w funkcji czasu pracy magazynu, wyraone poprzez liczby jednostek adunkowych paletowych podlegajcych przemieszczaniu pomidzy poszczególnymi punktami zdawczo-odbiorczymi. Przepyw ten podlega harmonogramowi pracy opracowanemu na etapie zastosowania metody projektowania obiektów logistycznych..

(5) Symulacyjne badanie przepywu materiaów w magazynie. 275. Na rys. 2 (oraz w tablicy 1), celem oznaczenia wystpujcych na linii (przebiegi linii w funkcji czasu pracy magazynu), posuono si nastpujcymi symbolami literowymi: x d - liczba jednostek adunkowych paletowych jednorodnych transportowanych pomidzy ramp magazynow na wejciu do magazynu a buforem na wejciu, x e - liczba jednostek adunkowych paletowych jednorodnych transportowanych pomidzy buforem na wejciu a stref skadowania, x f - liczba jednostek adunkowych paletowych jednorodnych u ujcia ze strefy skadowania, x g - liczba jednostek adunkowych paletowych jednorodnych u ujcia ze strefy skadowania a przeznaczonych do udziau w procesie kompletacji, x c - liczba jednostek adunkowych paletowych skompletowanych u ujcia ze strefy komisjonowania, x a - liczba jednostek adunkowych paletowych jednorodnych transportowanych pomidzy strefami skadowania i komisjonowania a buforem na wyjciu, x b - liczba jednostek adunkowych paletowych jednorodnych transportowanych pomidzy buforem na wyjciu a ramp magazynow na wyjciu z magazynu. Poziome przebiegi na rys. 2 maj zwizek albo z wyznaczonym harmonogramem pracy albo te z przestojami spowodowanymi np. brakiem dostpnoci rodka transportu danego typu czy brakiem zlecenia na przetransportowanie jednostki adunkowej paletowej. Patrzc np. na linie d i e na rys. 2 mona zauway , e jednostki adunkowe paletowe wyadowywane s z samochodów ciarowych tu po podstawieniu samochodu przy rampie i odstawiane w buforze na wejciu. Przetransportowanie ich do strefy skadowania nastpuje natomiast dopiero po godzinie, co jest zgodne z wprowadzonym harmonogramem. Przeledzenie wykresu zamieszczonego na rys. 2 pozwala stwierdzi gdzie w harmonogramie znajduj si bdy i moe by pomocne wobec ich wykluczenia. W wyniku dalszych obserwacji modelu symulacyjnego stwierdzono, e przemieszczanie ze strefy skadowania jednostek adunkowych paletowych jednorodnych przeznaczonych do kompletacji (jpj/k) nie jest w peni realizowane, a w konsekwencji wystpuje brak kompletnej realizacji planu przewidzianego na jedn dob (w zasadzie 2 zmiany) pracy magazynu. Wg oblicze w ramach metody liczba tych jednostek powinna wynosi 230 jpj/k, tymczasem analiza symulacji wskazuje, e wynosi 215 jpj/k. Nasuwa si wobec tego pytanie jak potoczyaby si sytuacja, gdyby „przepuci ” przez magazyn jednostki adunkowe paletowe bez z góry zaoonego planu? Wobec sprawdzenia czy problem niepenej realizacji przemieszczania ze strefy skadowania jednostek adunkowych paletowych jednorodnych przeznaczonych do kompletacji wystpiby, uczyniono co nastpuje. Bez stosowania planu zgodnego z okrelonym w wyniku zastosowania metody projektowania, „przepuszczono” przez magazyn wielkoci przepywu materiaów nieograniczone, co do wartoci, z góry, a ograniczone jedynie czasem pracy obiektu logistycznego. Postanowiono nie zamieszcza wykresu, a wyniki przedstawi w ujciu tabelarycznym. Wyniki uzyskane o godzinie 22:00 (tab. 1) pozwalaj na jednoznaczne „obarczenie” win, za brak realizacji planu, harmonogramu pracy magazynu. Oczywicie jest to jeden z kilku powodów, aczkolwiek niezwykle waki. W wyniku badania modelu symulacyjnego mona take stwierdzi , ze zaprojektowana (obliczona) zostaa zbyt dua liczba rodków transportu. Wskazuj na ów fakt wartoci wska nika wykorzystania rodków transportu, które przytoczono w tab. 2. Wska nik.

(6) 276. Mariusz Kostrzewski. wykorzystania rodków transportu definiowany jest zgodnie z treci procedury zamieszczon poniej: g:=(time_to_num(.MUs.Transporter1:1.statAvgLifeSpan)-7200); d:=time_to_num(.Models.Frame.Frame.SingleProc101.statFailTime); h:=time_to_num(.Models.Frame.Frame.SingleProc101.statPausingTime); i:=time_to_num(.Models.Frame.Frame.SingleProc101.statEmptyTime); TrucksUtilisationPercentage[1,1]:=((g-d-h)/g)*100;. Rys. 2. Wielkoci przepywu materiaów w funkcji czasu pracy magazynu Tablica 1 Warto

(7) przepywu materiaów na koniec dnia pracy w magazynie Symbol zgodny z opisem z pocztku ródtytuu 5.. Warto przepywu przypadajca na dob i wynikajca z zastosowania metody projektowania obiektów logistycznych, [jp]. Warto przepywu przypadajca na dob i wynikajca z symulacji, [jp]. Warto przepywu przypadajca na dob, nie bdcego ograniczonym przez plan realizacyjny, [jp]. 1. 2. 3. 4. d e f g c b a. 562 562 468 230 867 1097 1097. 562 562 462 215 677 1076 1076. 597 597 469 215 1214 1678 1455. Najbardziej podejrzane o przewymiarowanie na etapie korzystania z metody projektowania obiektów logistycznych s rodki transportu o najniszych wartociach wska nika wykorzystania, np. T2.6, T2.7. S to wózki podnonikowe czoowe przewoce jednostki adunkowe paletowe pomidzy strefami skadowania a komisjonowania. Stwierdzono, e gro czasu zajmuj im puste przebiegi lub oczekiwanie na zlecenie, co budzi podejrzenia odnonie zaprojektowanej liczby rodków transportu (omówiono w [7])..

(8) Symulacyjne badanie przepywu materiaów w magazynie. 277. Rys. 3. Wykres wartoci wska nika wykorzystania rodków transportu wyraonych w procentach, dla poszczególnych rodków transportu. Przydatne w badaniach jest narzdzie stanowice analizator wskich garde. Uycie analizatora wykazao, e przez ponad 14% czasu pracy bufor na wyjciu jest zablokowany. Fakt ów mona byo dostrzec ju przy okazji analizy wartoci wymienionych w tab. 1 (wiersz g).. 6. WNIOSKI Symulacyjne badania przepywu materiaów w magazynie wykazay niecisoci i niedopatrzenia poczynione na etapie wykorzystania metody projektowania obiektów logistycznych. Stwierdzono mianowicie, e bufor na wyjciu z magazynu jest przeadowany, a ponadto, e w ramach projektowania magazynu nieopatrznie obliczono zbyt du liczb rodków transportu czy wreszcie w zaprojektowanym magazynie okoo 2% planu przejcia jednostek adunkowych paletowych przez zespó procesów magazynowych moe nie by poddane realizacji (co byo wnioskiem z ostatniego wiersza tablicy 1). Niecisoci te maj zwizek z niedopatrzeniami, jakie wystpiy w ramach opracowania harmonogramu pracy magazynu. Wbrew pozorom nie jest to wiadomo , która nakazywaaby widzie projektanta magazynu w negatywnym wietle, ani te negowa zastosowanie metody projektowania obiektów logistycznych. Stosowanie narzdzi symulacyjnych nie wyklucza tradycyjnej formy projektowania, co podkrelone zostao w szczególnoci na rys. 1. Przy tym Autorzy artykuu [1] stwierdzaj, e stosowanie wycznie analitycznego podejcia do zagadnienia projektowania obiektów logistycznych jest niewystarczajce. Dochodz do wniosku, e wyczne uywanie rozwiza symulacyjnych równie nie daje zadowalajcych efektów. Ich wnioski prowadz do stwierdzenia, e metoda projektowania powinna opiera si jednoczenie na podejciu analitycznym i stosowaniu rozwiza symulacyjnych. Autor niejednokrotnie nadmienia, jak wana jest obok projektowania analitycznego ocena projektu dziki zastosowaniu bada symulacyjnym. Jednoczenie naley przypomnie , e projekt,.

(9) 278. Mariusz Kostrzewski. o którym mowa, zosta zoptymalizowany dziki zastosowaniu modelu symulacyjnego, [7] – przy czym omawiany w niniejszym artykule model symulacyjny „pochodzi” sprzed etapu optymalizacji (by to zabieg celowy). Model symulacyjny dla tak zaprojektowanego magazynu nie suy jedynie „jednokrotnemu” wykorzystaniu tj. na okazj weryfikacji projektu magazynu. Moe ponadto suy planowaniu krótkookresowemu. Wzrost zamówie jest czsto zauwaalny dla kilku, kilkunastu nastpujcych po sobie dni. Si rzeczy ma to wpyw na prac magazynu. Narzdzie symulacyjne umoliwia przeniesienie kadego urzdzenia i pracownika w wirtualny wiat magazynu, czyli do modelu symulacyjnego. Dziki temu kierownik magazynu czy inny decydent jest w stanie natychmiast zidentyfikowa wskie garda mogce wystpi w danym okresie i podj dziaania pozwalajce ich unikn . Ponadto moliwe jest krótkoterminowe ledzenie zmian wydajnoci pracy pracowników, elementów suprastruktury czy infrastruktury. Model symulacyjny warto rozwin take o obieg informacji. Nie zostao to uczynione. Zadanie jest czasochonne – tak jak zreszt budowa kadego modelu symulacyjnego w formie takiej, by odpowiadaa warunkom rzeczywistym.. ródo finansowania: Mariusz Kostrzewski; Grant dziekaski Dziekana Wydziau Transportu w Politechnice Warszawskiej nr 504M 1160 0212 000.. Bibliografia 1. Ashayeri J., Gelders L.F., Warehouse design optimization, European Journal of Operational Research 21 (1985), ss. 285-294, Elsevier 1985. 2. Bangsow S.: Manufacturing Simulation with Plant Simulation and SimTalk Usage and Programming with Examples and Solutions, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2010. 3. Bangsow S. (Ed.): Use Cases of Discrete Event Simulation Appliance and Research, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2012. 4. Korze Z.: Logistyczne systemy transportu bliskiego i magazynowania - t. 1,2, Wyd. Instytutu Logistyki i Magazynowania, Pozna 1998. 5. Kostrzewski M.: Jak stworzyem projekt magazynu, Euro Logistics 2/2007, Pozna 2007. 6. Kostrzewski M.: “Logistics Facilities Designing Method – a Study of a Procedure for Logistics Facilities Designing and Its OL09 Software Implementation”, The Archives of Transport, VOL. XXIV NO. 3. 2012, ss. 321-340, Warszawa, 2012. 7. Kostrzewski M.: Porównanie metod projektowania magazynu - projektowanie wg procedury analitycznej oraz przy uyciu narzdzia symulacyjnego, Prace Naukowe seria Transport, z. 70, Oficyna Wydawnicza PW, ss. 85 – 95, Warszawa 2009. 8. UGS Corp.: Plant Simulation Product Description, UGS Corp, 2006.. SIMULATION RESEARCH ON MATERIAL-FLOW IN WAREHOUSE Summary: This paper presents an attempt to apply the simulation model in the study of the dynamic aspects of material-flow in the warehouse. Tools and various stages of the simulation research procedure, developed by the author of the paper, are discussed. Construction and using the simulation model are described. The paper contains several conclusions based on results of simulation runs as well as suggestions of topics for further study. Keywords: simulation, designing, warehouse.

(10)