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fml – Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik . Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wi.-Ing. W. A. Günthner . Technische Universität München

fml – Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik

Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wi.-Ing. W. A. Günthner

Technische Universität München

Standardbausteine und Techniken zur Simulation von Kommissioniersystemen

Dipl.-Inf.Alexander Ulbrich

PLM-AnwenderkonferenzFulda, 08.05.2008

2222fml – Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik . Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wi.-Ing. W. A. Günthner . Technische Universität München

Lehrstuhl für Fördertechnik, Materialfluss, Logisti k der TU München

� 44 Mitarbeiter, davon 33 Wissenschaftler

� unterstützt von 60 studentischen Hilfskräften

� einige Forschungsschwerpunkte des Lehrstuhls:

� RFID

� Computerintegrierte Planung und Simulation von Logistiksystemen

� Flexible Materialflusssysteme für die Produktion

� Lager- und Materialflusstechnik


HochschulpraktikumSommersemester 2008

Simulation von Logistiksystemen

Dozenten:

Zeit, Ort:

Beginn:

Dipl.-Ing. Ralf KraulDipl.-Inf. Alexander Ulbrich

Mittwoch, 08:30-12:30 MW 0450

Verpflichtende Vorbesprechung am 15.04.2008, 14:00 Uhr, MW 0450

Termine: 16.04. – 30.04. – 14.05. – 28.05. – 11.06.

Anmeldung: ab Montag, den 31.03.2008im Internet: www.fml.mw.tum.de


Agenda

• Motivation

• Simulationsgestützte Planungsumgebung und Planungsschritte

• Datenvorbereitung mit PlanKom

• Ermittlung der Basis- und Greifzeit für Einzelvorgänge mittels MTM

• Bausteinbibliothek SimKom und Beispiele der Implementierung

• Auswertungen der Simulationsläufe

• Zusammenfassung


Kommissioniersysteme

Unter Kommissionieren wird das Zusammenstellen von Teilmengen (Inhalt der Einkaufstüte) auf Grund von Anforderungen (Einkaufsliste) aus einer Gesamtmenge (Sortiment des Supermarktes) verstanden.

Was bedeutet Kommissionieren?

Spektrum von Kommissioniersystemen

steigender Anteil manueller Prozesse

steigender Automatisierungsgrad


Motivation

Kommissioniersystemplanung

heterogenesSortiment

heterogeneLieferaufträge

geringeKosten

geringe Durchlaufzeit

hohe Flexibilität

1-stufig vs. 2-stufigParameter der Dimensionierung

parallel vs. seriellSystemtechnikeignung � heterogene KS


Ziel der Forschungsaktivitäten

Nutzung der Simulation bei der Planung von Kommissi oniersystemen bereits in der Grobplanung

IST-Zustand

IST-Zustand

IST-Zustand

Soll-Zustand

Varianten-

anzahl

Varianten-

anzahl


Agenda

• Motivation






• Zusammenfassung


Simulationsgestützte Planungsumgebung

Relationale Datenbank (z.B. Access, SQL Server, etc.)

Simulation(SimKom)

Datenvorbereitung(PlanKom)

Kennzahlenermittlung(PlanKom)

Ideen / Realdaten Entscheidungsbasis

Wechselwirkungen

Planungsaufgabe


Geführtes Planungsvorgehen

Datenimport

Datenanalyse und –generierung

Modellierung

Simulation

Auswertung

Lastgenerator

Parameter für Verteilfunktionen über Import von

Realdaten ermitteln oder manuell eingeben

Prognosedaten (Systemlastszenario) festlegen

Erzeugung des Lagerspiegels

Generierung des Sortiments pro Jahr und Prognose

für gesamten Planungshorizont

Allgemeine Daten festlegen

Analyse und Einteilung von Artikeln in logistische

Artikelgruppen

Generierung der Kundenaufträge für einen/mehrere

Normaltage und Spitzentage pro Jahr und Prognose

Modellierung der Topologie

Zuweisung log. Artikelgruppen zu jedem Baustein

Dimensionierung der Layoutelemente

Umwandlung der Kundenaufträge in

Kommissionieraufträge und Optimierung

Simulation

Komprimierung der Ergebnisdaten zu Kennzahlen,

Auswertung sowie Visualisierung

Ressourcen anlegen und Bausteinen zuweisen


Agenda

• Motivation






• Zusammenfassung


Datenvorbereitung mit PlanKom

EingangsdatenArtikeldaten / -kennzahlen (z.B. Gewicht, Volumen, Abmessungen BxHxT, etc.)

Kundenauftragsdaten / -kennzahlen (z.B. Artikelnummer, Menge, Positionsanzahl etc.)

AblaufSind Originaldaten vorhanden, werden diese über PlanKom auf ein Standarddatenformat

angepasst.

Fehlende Daten können über Verteilfunktionen ergänzt werden.

Sind keine Originaldaten vorhanden, so müssen die Anforderungen durch den Planer festgelegt werden. So kann z.B. die Zugriffshäufigkeit für Artikel mit der Exponentialverteilung beschrieben werden.

Für eine detaillierte Abbildung heterogener Artikel- und Auftragsstrukturen ist es evt. sinnvoll, diese in Gruppen einzuteilen und für jede Gruppe die Eigenschaften separat zu beschreiben.

ErgebnisGenerierte Artikel- und Kundenauftragsdaten in einem Standarddatenformat, das die

Simulationsbausteine interpretieren können.


Beispiel einer Sortimentsdefinition

Jede Zeile stellt eine Artikelklasse dar

Eingaben beziehen sich immer auf eine Artikelklasse

Definierte Artikelanzahl bezogen auf Startperiode


Zukunft über Szenarien beschreiben

Drei Entwicklungsarten möglich

StetigeVeränderungen

Einmalige(unstetige)

Veränderungen

Grafische Darstellungeiner Entwicklungsgröße

Aktuell betrachtetes Systemlastszenario


Modellierungssystematik


Lagerspiegelerzeugung

Vorgehensweise Lagerspiegelerzeugung für jeden Baus tein:

� Anlegen der Zonen und der darin befindlichen Lagerplätze gemäß Dimensionierungsparameter

� Verteilung der dem Baustein zugeordneten Artikel auf vorhandene Lagerplätze auf Basis der Zugriffshäufigkeit bezogen auf das Jahr

� Abgedeckte Lagerbelegungsstrategien: ABC-verteilt und Chaotisch

Zone 2

Zone 1

Gasse 1

Gasse 2

Gasse 1

Gasse 2

Spalte 1Spalte 3

Spalte 5

Spalte 2Spalte 4

Spalte 6

Zeile 1Zeile 2Zeile 3Zeile 4Zeile 5

Platznummer:003 02 02 02 03


Anschließende autom. Datenvorbereitung und –optimie rung


Agenda

• Motivation






• Zusammenfassung


MTM-Analyse am Beispiel

Prozess im Layout

Datenblätter SD-Logistik

� Entnahmemenge pro Position: 1 EE

� Anteil Zugriffe unterste Ebene 10%

� Anteil Zugriffe obere Ebene 10 %

� Anteil Artikel unter 1 kg, nicht sperrig 50%

� Anteil Artikel unter 1 kg, sperrig 40%

� Anteil Artikel über 1 kg, sperrig 10%

Nr. Kode TMU Anzahl Häufigkeit Σ TMU Σ sec

1 0,0 0

2 KA 25 2 1 50,0 1,8

3 4LH-IALW 25 1 1 25,0 0,9

4 Bücken (für Entnahme notwendig) BA 60 1 0,1 6,0 0,216

5 Stufe (für Entnahme notwendig) KA 25 2 0,1 5,0 0,18

6 4LH-HUTA 50 1 0,5 25,0 0,9

7 4LH-HUTC 55 1 0,4 22,0 0,792

8 4LH-HUTD 115 1 0,1 11,5 0,414

9 zum Wagen gehen KA 25 1,5 1 37,5 1,35

10 4LH-IAHA 70 2 1 140,0 5,04

11 4LH-IAVW 45 1 1 45,0 1,62

12 4LH-IALW 25 1 1 25,0 0,9

13 Kommissionierliste abhacken 4LH-IAKK 40 1 1 40,0 1,44

14 Stift handhaben 4LH-EH 55 1 1 55,0 1,98

15 Kommissionierwagen Start und Stopp 4LH-WVA 35 1 1 35,0 1,26

16 Zuschlag für Position des Kommissionierers KA 25 1 1 25,0 0,9

Summe 547 14,76

Bezeichnung

Pickliste lesen (Lagerfach / Artikel / Menge)

zum Lagerfach gehen

Lagerfach kontrollieren (Lesen)

Artikel entnehmen und platzieren (nicht sperrig)

Artikel entnehmen und platzieren (sperrig, > 1kg)

Artikel entnehmen und platzieren (sperrig, < 1kg)

Pickliste nehmen und ablegen

Artikelnummer vergleichen

Lesen Menge


Agenda

• Motivation






• Zusammenfassung


Bausteinbibliothek für die Kommissionierplanung (Si mKom)

� klassische Mann-zur-Ware Kommissionierung mit statischer Artikelbereitstellung in Fachboden- oder Hochregalen ohne Automatisierungstechnik

� Kommissionierung in Zonen mit statischer Artikelbereitstellung und unterstütztem Behälterkreislauf, auch „Zone-Picking“ genannt

� Mann-zur-Ware Kommissionierung mit bemannten RBG (Regalbediengeräten)

� AKL oder automatisches HRL (Versorgung einer Bedienstation)

� Bedienstation für klassische Ware-zum-Mann Kommissionierung

� Bedienstation für eine 2.Stufe (2-stufiges System)

� Bedienstation für inverse Kommissionierung

� Sorteranlage

Q

S

B

Gasse 1

Gasse 2

Gasse 3

Gasse 4

ZONE 1

Gasse 1

Gasse 2

Gasse 3

Gasse 4


(1) Klassische Mann-zur-Ware-Kommissionierung: Prin zipskizzen

Hauptgang Hauptgang

ZONE 1

Q

S

B

B

Gasse 1

Gasse 2

ZONE 2

Gasse 1

Gasse 2

Gasse 1

Gasse 2

Gasse 3

Gasse 4

ZONE 1

Q

SB

Variante I: Variante II:

Variante III:Variante IV:

Q: Q

uelle

für

Auf

träg

eS

: Sen

ke fü

r A

uftr

äge

B: B

asis


(1) Wichtige Parameter die den Baustein signifikant beeinflussen

� Anzahl Gassen� Anzahl Spalten je Gasse� Anzahl Zeilen je Spalte� Abkürzungsgänge (ermöglichen Gassenwechsel innerhal b der Gasse)� Lage des Hauptgangs� Lage der Basisstation für die Auftragsannahme� Lage der Basisstation für die Auftragsabgabe� Bewegungsstrategie

� Stichgang-, Schleifen-, kürzeste Wegestrategie

� Geschwindigkeit des Kommissionierers� Greifzeit pro Pick

� muss anforderungsgerecht über MTM ermittelt werden

� Basiszeit für die Annahme eines Auftrags� muss anforderungsgerecht über MTM ermittelt werden

� Basiszeit für die Abgabe eines Auftrags� muss anforderungsgerecht über MTM ermittelt werden

� Anzahl Mitarbeiter/Kommissionierer mit Zonenzuordnu ng


Modellierung der Kommissionierer

� Broker-Architektur

� Zentralem WerkerPool sind die Personalressourcen zugeordnet

� Broker verwaltet die Personalressourcen des WerkerPools, erhält Anfragen und bedient diese, sobald entsprechende Dienste verfügbar sind

� Entnahme an einem Regal wird mit einer Einzelstation und einem Arbeitsplatz modelliert

� Kommissionieraufträge werden auf die Einzelstation (Regal) gebracht, an dem Ware entnommen werden muss

� Damit ein Kommissionierer in einer Zone arbeiten darf, muss er den dafür benötigten Dienst verfügen

� Jede Zone fragt beim Broker nach einem Dienst, nach dem keine andere Zone fragt

� Jedem Kommissionierer sind die Dienste der Zonen, in der er arbeiten darf, zugewiesen sowie ein individueller Dienst, über den kein anderer Kommissionierer verfügt


Behinderungen beim Zugriff auf das gleiche Regal

� Für jeden Kommissionierer, der in einer Zone arbeiten können soll, werden für diese Modellierung 4 Arbeitsplätze benötigt

� Am ersten wird der Auftrag angenommen (Basiszeit für Auftragsannahme) und der individuelle Dienst des Kommissionierers ausgelesen welcher für die Bearbeitung des Auftrages innerhalb der Zone weiterhin angefordert wird

� Der zweite Arbeitsplatz wird mit dem Zielort (Entnahme einer Position) dynamisch mit einer Kante verbunden, so dass der Kommissionierer sich dorthin bewegt, aber auch andere Kommissionierer diesen Zielort verwenden können

� Ist der Kommissionier am zweiten Arbeitsplatz angekommen, muss er dort warten, bis der Entnahmeort (Regal) frei ist, um eine Position zu entnehmen (Greifzeit Entnahme/Ablage)

� Der dritte Arbeitsplatz wird für bestimmte Bewegungsstrategien benötigt, falls eine Gasse z.B. immer bis zum Ende durchlaufen werden soll

� Am letzten Arbeitsplatz wird der Auftrag wieder abgegeben (Basiszeit für Auftragsabgabe)


(1) Klassische Mann-zur-Ware-Kommissionierung: Gene riertes Layout


(2) Kommissionieren in Zonen: Prinzipbild

B

ZONE 4

ZONE 3

B

B

Q

ZONE 1

S

B

ZONE 2

Variante I: Variante II:

Q: Quelle für AufträgeS: Senke für AufträgeB: Basis

Variante III:


Freischnitt wiederkehrender Elemente

Fördertechnik obere Zonenanbindung

Fördertechnik untere Zonenanbindung


(2) „Zone-Picking“: Generiertes Layout

Behälterkreislauf: Unterstützende Fördertechnik für das Kommissionieren in Zonen

Detailansicht einer Zonenausführung


Agenda

• Motivation






• Zusammenfassung


Auswertung

Komprimierung der Ergebnisdaten zu Kennzahlen� Die Simulation ermittelt eine Vielzahl an Ergebnisdaten.

� Für die effiziente Bewertung einer Planungsvariante müssen diese Daten zu aussagekräftigen Kennzahlen zusammengefasst werden.

Ablauf� Für Leistungskennzahlen genügt zumeist ein Zusammenfassen der

Simulationsergebnisse (Datenbankabfrage)

� Werden monetäre Kennzahlen für die Bewertung benötigt, so müssen zuerst die Investitionen und Kosten einer Planungsvariante ermittelt werden.

Ergebnis� Leistungskennzahlen

� Monetäre Kennzahlen


Auswertung


Bewertung der Leistung

Kennzahlen, die über eine Datenbankabfrageermittelt werden können

� Basis-, Greif- und Wegzeit -da diese durchdie Simulation separat protokolliert werden.

� Kommissionierzeit pro Auftrag/ Position� Durchlaufzeit für Aufträge� Auslastung der Mitarbeiter � Leistung (Pos/h, Picks/h, Aufträge/h)� …

Fokus der Auswertung� Die Kennzahlen können sich auf das

gesamte System beziehen.� Es ist aber auch möglich, Kennzahlen

für bestimmte Teilsysteme zu ermitteln.� Bereiche, Bausteine, Zonen� Auftragstypen, Artikelgruppen� Ressourcen (Mitarbeiter, RBGs, FFZ)

durchschnittliche Summe aus Basis- und Wegzeit je Position

0,00 sec

20,00 sec

40,00 sec

60,00 sec

80,00 sec

100,00 sec

120,00 sec

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32

Zonenanzahl

durc

hsch

nitt

lich

e Su

mm

e au

s B

asis

- un

d W

egze

it j

e P

osit

ion

1 Pos/A 4 Pos/A 8 Pos/A12 Pos/A 16 Pos/A


Beispiel der Auswertungsmöglichkeiten: Kommissionie ren in Zonen

durchschnittliche Basiszeit je Position

0 sec

5 sec

10 sec

15 sec

20 sec

25 sec

30 sec

35 sec

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32

Zonenanzahl

durc

hsch

nitt

liche

Bas

isze

it j

e P

osit

ion


durchschnittliche Wegzeit je Position

0 sec

10 sec

20 sec

30 sec

40 sec

50 sec

60 sec

70 sec

80 sec

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32

Zonenanzahl

durc

hsch

nitt

liche

Weg

zeit

je

Pos

itio

n

1 ol/o 4 ol/o 8 ol/o 12 ol/o 16 ol/o


0,00 sec

20,00 sec

40,00 sec

60,00 sec

80,00 sec

100,00 sec

120,00 sec

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32

Zonenanzahl

durc

hsch

nitt

liche

Sum

me

aus

Bas

is- u

nd

Weg

zeit

je P

ositi

on



monetäre Bewertung

Voraussetzungen� Für die Berechnung von Kostenkennzahlen müssen zuerst

die Kosten ermittelt werden.� Die PlanKom-Software bietet Funktionen, mit denen grob

die Investitionen und Kosten abgeschätzt werden können.

Investitions- und Kostenarten� Investitionen (Fläche, Gebäude, Einrichtung, Technik)� Kosten

� Kalkulatorische Kosten (Abschreibung und Zinsen)� Wartungskosten (über Prozentsatz vom Invest)� Betriebskosten (über Prozentsatz vom Invest)� Personalkosten (über Simulationsergebnisse)

Kostenkennzahlen� Kapitalwert� Statische Kostenrechnung

� Gesamtkosten pro Jahr� Kosten pro Auftrag� Kosten pro Position� …


Agenda

• Motivation






• Zusammenfassung


Zusammenfassung

Relationale Datenbank (z.B. Access, SQL Server, etc.)

Ideen / Realdaten Entscheidungsbasis

Wechselwirkungen

Planungsaufgabe

Hauptgang


0,00 sec

20,00 sec

40,00 sec

60,00 sec

80,00 sec

100,00 sec

120,00 sec

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32

Zonenanzahl

durc

hsch

nitt

liche

Sum

me

aus

Bas

is- u

nd

Weg

zeit

je P

osit

ion



Nutzen der simulationsgestützten Planungsumgebung

� Schnellere Generierung von Simulationsmodellen für Kommissioniersystemvarianten

� Größere Untersuchungsmöglichkeit bestimmter Variant en� Systemvergleich der Leistung

� Soll ein- oder zweistufig kommissioniert werden?

� Besser Mann-zur-Ware oder Ware-zum-Mann?

� Wie verhält sich die Durchlaufzeit bei verschiedenen Varianten?

� Dimensionierung� Wird ein benötigter Durchsatz erreicht?

� Können Lastspitzen im Tagesverlauf kompensiert werden?

� Gestaltung des Kommissioniersystems� Wie viele Zonen sind für das Kommissioniersystem sinnvoll?

� Wie lang sollten die Gassen sein bzw. wie viele Gassen machen Sinn

� Bringen Abkürzungen mehr Leistung?

� Gestaltungsrichtlinien� Z.B. wie wirkt sich die Zonenanzahl beim „Kommissionieren in Zonen“ auf die

Weg- und Basiszeit aus: Aus wie vielen Zonen sollte das System bestehen?


Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

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