Prawidłowo wykonana symulacja procesów przekłada się na optymalizację poszczególnych działań, a tym samym może przynieść znaczące oszczędności. - Symulacje są szczególnie istotne w przypadku bardziej złożonych systemów. Czasem okazują się wręcz niezbędne, bowiem nie każdy proces da się zamodelować – mówiąc najprościej - za pomocą Excela. Inwestorzy rozumieją to i coraz częściej decydują się na przeprowadzanie symulacji – mówi Andrzej Michalski, Dyrektor Działu Sprzedaży Systemów Automatycznych, SSI SCHÄFER.  

Temat główny czy poboczny?

Monika Klaś, Menadżer Symulacji, FlexSim InterMarium nie ma wątpliwości, że współcześni inwestorzy, nastawieni na innowacje w oparciu o ideę Przemysłu 4.0, dostrzegają konieczność modelowania i symulacji procesów magazynowych. Złożoność procesów i mnogość potencjalnych zmian pociąga za sobą potrzebę testowania możliwych usprawnień. -Nikt współcześnie nie podejmuje ryzyka rozpoczęcia kosztownych inwestycji bez pełnego przekonania (potwierdzonego wynikami) o tym, że robi to we właściwy sposób. To właśnie symulacja pozwala na testowanie różnych wariantów, analizę scenariuszy zdarzeń i optymalizację parametryczną zdefiniowanych problemów. Co więcej, dzięki niej możemy sprawdzić jak zmiany popytu/podaży wpłyną na funkcjonowanie naszego magazynu. Zaś poprawnie zdefiniowany model dostarcza informacji o tym, czy posiadane zasoby są wystarczające by spełnić bieżące lub przyszłe oczekiwania rynku – tłumaczy M.Klaś.

Tego typu opinię potwierdza Grażyna Rożek, Konsultant, SMART Project. Zdaniem naszej rozmówczyni, znaczenie symulacji na etapie projektowania magazynu jest bardzo duże, bazując na danych historycznych klienta i wiedzy o jego procesach np. z innych magazynów, w oparciu o symulację możemy stworzyć odpowiedni layout i układ obiektów w magazynie. Dzięki temu inwestorzy upewniają się, że budowany przez nich magazyn będzie odpowiadał zaadresowanym wcześniej potrzebom. Wiąże się to z optymalnym wykorzystaniem środków inwestycyjnych i zadowoleniem klienta.

-Symulacja procesów magazynowych pozwala zbudować wirtualny model rzeczywistego magazynu i w mało kosztowy sposób przetestować różne warianty operacji, Im wyższa świadomość procesów logistycznych i ich znaczenia dla organizacji, tym większa rola znaczenia symulacji na etapie projektowania magazynu. Z reguły duże organizacje, mające wydzielone samodzielne działy logistyki oczekują symulacji procesów magazynowych przed ich fizycznym uruchomieniem na magazynie. W tym procesie dużą rolę odgrywają także firmy konsultingowe czy doradcze, które przy większych projektach przejmują role integratora rozwiązań logistycznych- tłumaczy Jerzy Danisz, WMS Competence Center Manager, PSI Polska.

Całkiem długa lista zagrożeń

Warto, a często nawet trzeba przeprowadzać symulacje. Co może się stać jeśli tego nie zrobimy? Otóż lista potencjalnych zagrożeń jest dość długa. M. Klaś (FlexSim InterMarium) zwraca uwagę np. na zagrożenia związane z przeszacowaniem, jak również niedoszacowaniem inwestycji. Chodzi o znalezienie odpowiedniej proporcji pomiędzy planowanymi kosztami a oczekiwanymi zyskami. -Niejednokrotnie wydaje się, że „więcej oznacza lepiej”. Symulacja pozwala sprawdzić, jakich faktycznie zasobów potrzebujemy do osiągnięcia zamierzonych celów. Na etapie projektowania magazynu, decydenci zakładają pewne wskaźniki wydajności. Niestety, to tylko założenia wynikające z obliczeń matematycznych. Jak wiadomo systemy logistyczne charakteryzują się zmiennością. W symulacji możemy zbadać wpływ owej zmienności na funkcjonowanie magazynu. Oczywiście, wszyscy chcielibyśmy aby procesy przebiegały idealnie. Pytanie co się stanie, gdy wystąpi jakaś awaria, nieplanowane opóźnienie w dostawie, czy jakiekolwiek inne zdarzenie losowe? – pyta retorycznie M. Klaś, dodając, że model symulacyjny pozwala sprawdzić takie sytuacje i przygotować się na ich wystąpienie. Często klienci wykorzystują również modele symulacyjne do sprawdzenia czy planowane wyposażenie magazynowe (przenośniki, stoły obrotowe, regały, wózki widłowe czy AGV) spełni ich oczekiwania i pozwoli na uzyskanie założonej wydajności. Wielokrotnie symulacja pomogła również odpowiedzieć na pytanie, ile zasobów i jakiego typu potrzeba, aby obsłużyć założony wolumen zamówień?

A.Michalski (SSI SCHÄFER) mówiąc o zagrożeniach przypomina jakie są cele symulacji, bo to właśnie ich realizacja minimalizuje te niebezpieczeństwa. Wymienia: zwiększenie dokładności planowania, zapewnienie transparentności i zrozumienie przepływów materiałowych, identyfikację „wąskich gardeł”, optymalizację strategii, jak również uzyskanie wytycznych i doświadczenia do szybkiej realizacji wdrożenia systemu i jego stabilnego działania.

Przykład przywołuje G. Rożek (SMART Project). -Bazując na danych dotyczących ilości palet czy opakowań łatwo wyliczyć potrzebną ilość regałów i wymaganą pod nich powierzchnię. Pozostałe powierzchnie operacyjne zależą natomiast od ilości, rodzaju oraz skomplikowania procesów wewnętrznych. Tworzenie modeli planowanego wyposażenia, pozwala w optymalny sposób umieścić względem siebie poszczególne obszary i łączące je ścieżki komunikacyjne. Symulacja procesów pozwala też przetestować różne kierunki przepływu materiałów- mówi G. Rożek podkreślając, jak ważne jest, aby bazować na jak najdokładniejszych danych dotyczących pobrań, wysyłek, kompletacji, zwrotów itp. Konieczna jest szczegółowa ich analiza aby poznać charakterystykę danego klienta. Dzięki temu uzyskamy rzeczywisty obraz ruchów magazynowych, który przełożony zostanie na model.

J.Danisz (PSI Polska) potwierdza, że przeprowadzenie symulacji procesów magazynowych przede wszystkim pozwala na wstępną weryfikację założeń teoretycznych dotyczących zakładanej wydajności procesu logistycznego. Dla przykładu, urządzenia sortujące (np. sortery czy pick-to-light) posiadają maksymalną wydajność w postaci ilości sztuk czy kartonów na godzinę. Jednak osiągnięcie tej wydajności możliwe jest jedynie przy płynnym procesie zasilania urządzeń w towar skompletowany wcześniej w innych obszarach magazynu. Symulacja całego procesu pozwala na prawidłowe zdefiniowanie procesów poprzedzających sortowanie.

Łukasz Jatta, Principal i Partner, Międzynarodowa Grupa Doradczo-Inżynierska Miebach Consulting przypomina natomiast, że wprawdzie symulacja jest - w coraz to bardziej skomplikowanych instalacjach automatycznych - potwierdzeniem poprawności zaprojektowanego systemu, jednak nie zastąpi doświadczonego inżyniera projektującego systemy logistyczne. Ponadto jest ona w wielu przypadkach pomocą dla jeszcze bardziej dogłębnego zrozumienia działania (na pierwszy rzut oka) skomplikowanych magazynów. -Do podstawowych korzyści i celów symulacji należą: zwiększenie bezpieczeństwa projektowania, tworzenie solidnych podstaw do podejmowania decyzji przed wyborem dostawcy, identyfikacja i eliminacja wąskich gardeł, itd. Można w tym miejscu kontynuować wyliczanie zalet, jednakże większość tych zalet sprowadza się w efekcie do unikania błędnych inwestycji, czyli wydawania niepotrzebnie pieniędzy. Druga grupa korzyści związana jest z późniejszą eksploatacją magazynu. Symulować możemy różne scenariusze, np. awarie poszczególnych elementów systemu lub piki i przeciążenia. Dzięki symulacji możemy poznać konsekwencje takich zdarzeń i przygotować się na nie – mówi Ł Jatta.

Przede wszystkim wiedzieć

Nie można działać efektywnie, jeśli nie przeprowadzi się należytej diagnostyki. M. Klaś (FlexSim InterMarium) twierdzi, że by symulacja procesów magazynowych przyniosła pożądany efekt, w pierwszej kolejności konieczna jest charakterystyka planowanego procesu: planowany layout, logika przepływu elementów, dostępne zasoby. -Następnie należy określić zmienne podlegające analizie oraz kluczowe czynniki sukcesu. Trzeba odpowiedzieć sobie na pytanie: w jakim celu budowana jest symulacja, co powinno być jej wynikiem, na jaki problem decyzyjny odpowiada? Im dokładniejsze dane wejściowe, tym wierniejsze odwzorowanie systemu - podkreśla M. Klaś.

A. Michalski (SSI SCHÄFER) wśród niezbędnych informacji wyjściowych wymienia: dane dotyczące artykułów, przepływy wejściowe, początkowy stan zapasów, dane zamówień. Istotny jest schemat systemu (dokładnie zdefiniowane parametry, np. długości przenośników, osi, topografia magazynu, skrzyżowania, połączenia przepływów, rozdziały przepływów, wytyczne dotyczące sekwencji). Trzeba wziąć pod uwagę logikę systemu WMS (Warehouse Management System), a zatem: zarządzanie lokacjami magazynowymi, zarządzanie stanami magazynowymi, priorytetyzację zamówień, rezerwacje stanów magazynowych, alokację nośników, strategie wstawiania i pobierania produktów z magazynu, jak również Logikę systemu MFC (Material Flow Control), a zatem ustawianie tras transportowych, sekwencje, strategie dotyczące skrzyżowań tras transportowych. Wśród pozostałych parametrów A. Michalski wymienia: czasy cykli maszyn, czynniki kinematyczne (szybkość, itp.), jednostki ładunkowe oraz czasy pracy poszczególnych obszarów magazynu.

G. Rożek (SMART Project) przypomina, jak istotna jest możliwość wprowadzania zmian i obserwacji ich skutków na modelu, a nie na rzeczywistym procesie. Aby prawidłowo przeprowadzić symulacje procesów w pierwszym etapie konieczne jest jak najlepsze ich odwzorowanie. Ważne są dane wydajnościowe procesów, urządzeń, elementów wyposażenia oraz średnie wydajności pracowników na poszczególnych stanowiskach pracy, a przede wszystkim wiedza pracowników o tym jak proces rzeczywiście przebiega. -Im bardziej szczegółowe i dokładne dane i informacje o procesie zdobędziemy tym lepiej odwzorujemy rzeczywistość. Dopiero po osiągnięciu takiego stanu możemy przeprowadzać symulacje i testować różne scenariusze. Mamy wówczas pewność, że symulacje odwzorują rzeczywistą sytuację, a nie okrojony model będący prostym odzwierciedleniem pracy - zaznacza G. Rożek.

Ł. Jatta (Miebach Consulting) wylicza trzy kluczowe elementy potrzebne do tego, aby przeprowadzona symulacja procesów magazynowych przyniosła pożądany efekt (potwierdziła poprawność zaprojektowanego systemu). To: profesjonalny program; ekspert od symulacji potrafiący zamodelować proces, czyli znający się zarówno bardzo dobrze na tym programie, jak i na logistyce i projektowaniu, a także inżynier potrafiący wyciągnąć właściwe wnioski z wyników symulacji dla projektowanego systemu. -Ponieważ narzędzi na rynku jest kilka, dlatego skupiłbym się tutaj na tym drugim i trzecim elemencie. Aby symulowany model dobrze odzwierciedlił rzeczywistość musi mieć zaszyte prawidłowe wymiary fizyczne instalacji/magazynu, czasy procesów, wydajności na stanowiskach pracy i urządzeń, strategie przepływu materiałów, reguły, itd. Bardzo ważne są również dane wsadowe dotyczące przepływu materiałów w magazynie, czyli rotacja, częstość pobrań, itd. Dane te muszą zostać przygotowane przez inżyniera projektującego, zaś ekspert od symulacji odpowiedzialny jest za prawidłowe zaprogramowanie tego w modelu komputerowym. Mając gotowy model można przystąpić do dynamicznego symulowania działania magazynu, minuta po minucie/ godzina po godzinie. Model symulacji dynamicznej daje nam wiele możliwości, można obserwować działanie magazynu zarówno na statystykach (w tabelach), jak i graficznie (przepływy w widokach 2D i 3D). Na tym etapie ważne jest aby zadać symulacji właściwe pytania, które pozwolą wdrożyć optymalny system logistyczny przez inżyniera projektującego. Istotna jest współpraca symulanta z inżynierem projektującym oraz wiedza i doświadczenie w projektowaniu logistyki tych obu specjalistów – wyjaśnia Ł. Jatta.

Jak to zrobić?

FlexSim swym klientom proponuje korzystanie z oprogramowania FlexSim Standard Software jako narzędzia do modelowania w 3D, wizualizacji, symulacji i optymalizacji procesów logistyki magazynowej (z oprogramowania FlexSim korzystać można również w codziennej pracy usprawnieniowej). FlexSim Standard Software jest oprogramowaniem symulacyjnym nowej generacji, narzędziem przeznaczonym do modelowania w 3D, do wizualizacji, symulacji i  optymalizacji procesów logistycznych i produkcyjnych. Podstawowe zalety to: łatwość użycia, szybkość symulacji, otwarta architektura, zorientowanie obiektowe, prosta i elegancka koncepcja modelowania, pełna skalowalność. FlexSim oparto na własnym, rozwijanym od samego początku, rdzeniu symulacyjnym, zintegrowanym z  Microsoft C++ i używającym technologii OpenGL do animacji 3D. Proces budowy modelu symulacyjnego w FlexSim polega na nanoszeniu odpowiednich obiektów na płaszczyznę modelu techniką „drag and drop” („przeciągnij i upuść”), a następnie odpowiednim łączeniu tych obiektów w system, zgodnie z logiką przepływu, i dalszej jego parametryzacji. -Biblioteki obiektów zaprojektowano tak, aby umożliwić użytkownikowi wierne odwzorowanie właściwości poszczególnych składowych rzeczywistego systemu, przy jednoczesnym zachowaniu pełnej kontroli nad strukturą tworzonego modelu. Możliwe jest ponadto tworzenie własnych bibliotek obiektów 3D, dostosowanych do indywidualnych, unikalnych potrzeb, czy też budowa modeli w oparciu o istniejące plany CAD - tłumaczy M. Klaś, podkreślając, że rozbudowana warstwa numeryczna pozwala uzyskiwać niejednokrotnie zaskakujące rezultaty, zarówno poprzez analizę wybranych scenariuszy, jak i pełny przegląd przestrzeni możliwych rozwiązań. Wbudowany moduł OptQuest umożliwia uzyskanie rozwiązania optymalnego lub zbliżonego optymalnemu w stosunkowo krótkim czasie. Moduł Eksperimenter pozwala powtórzyć eksperyment symulacyjny zadaną liczbę razy, ustalaną indywidualnie w zależności od złożoności problemu, oraz stopnia zmienności poszczególnych parametrów go opisujących. Wreszcie, moduł ExpertFit umożliwia odwzorowanie naturalnej zmienności modelowanych procesów poprzez dopasowanie odpowiednich rozkładów teoretycznych do danych empirycznych. Analizę wyników przeprowadzonych eksperymentów symulacyjnych ułatwiają dodawane do modelu wykresy i statystyki, generowane w czasie rzeczywistym. Podstawowe możliwości programu to: wizualizacja w 3D; analiza systemu poprzez szeroki zakres diagramów, raportów, bazy danych i arkusze kalkulacyjne; wiele zmiennych, parametrów zawartych w modelu, łatwe zmiany, analiza scenariuszy, optymalizacja; możliwość customizacji (rysunki, obiekty, klasy, biblioteki, aplikacje); integracja z Excelem (importowanie, eksportowanie, plus kopiowanie/ wklejanie bezpośrednio do tabel FlexSima); linki do każdej bazy danych poprzez ODBC (Open Database Connectivity) takich, jak: Access, Oracle, DB2, MS SQL Servel, MySQL, itp.; dynamiczne metryki wbudowane w model i  w  wizualizację na ekranie; moduł wykresów FlexSim (porównanie obiektów, Gantt, raport finansowy itp.); podsumowania i raporty stanu, eksportowane do Excela; dynamiczne zapisywanie w pliku podczas pracy modelu.

Nieco inaczej kwestie widzą dostawcy zaawansowanych rozwiązań optymalizujących zarządzanie, np. WMS. - Firma PSI jako dostawca zaawansowanego systemu WMS oferuje własne rozwiązania umożliwiające symulację pracy magazynu, należy jednak podkreślić, że zadanie to w głównej mierze spoczywa na firmach doradczych projektujących procesy magazynowe. Głównym mechanizmem pozwalającym na symualcję różnych scenariuszy procesów logistycznych w ramach systemu PSIwms jest mechanizm tzw. „Testów automatycznych”. Jest to konfigurowalne narzędzie pozwalające na symulację pracy magazynu zdefiniowanego w systemie PSIwms, poprzez symulowanie pracy użytkowników systemu oraz systemów zintegrowanych z PSIwms (np. ERP lub MFC). Narzędzie to jest szczególnie przydatne w fazie sprawdzania założeń teoretycznych bezpośrednio na środowisku systemu WMS, a wynikiem może być np. analiza wydajności poszczególnych procesów logistycznych - tłumaczy J. Danisz (PSI Polska). Innym narzędziem oferowanym łącznie z systemem PSIwms jest rozszerzenie PSIwap (Warehouse Advance Planning), moduł pozwalający na zaawansowane planowanie operacji magazynowych. W przeciwieństwie od mechanizmu Testów automatycznych, który wykorzystuje się w fazie implementacji/konfiguracji systemu PSIwms tj. przed uruchomieniem, PSIwap działa w środowisku produkcyjnym. Oprócz planowanie nadchodzących operacji magazynowych pozwala na symulowanie różnych scenariuszy, wybór najlepszego z nich, a następnie uruchomienie scenariusza na magazynie.

G. Rożek (SMART Project) przypomina natomiast, że jest wiele narzędzi do symulacji 3D, że są to rozbudowane aplikacje, z których część pozwala również na obliczenie skutków optymalizacji procesów. Posiadają funkcje modelowania w 3D, sterowania i optymalizacji procesów oraz przeprowadzania testów różnych scenariuszy wydarzeń i zmian. Najważniejszymi funkcjami wykorzystywanymi w pracach projektowych jest możliwość projektowania w rzeczywistej skali dzięki wykorzystaniu rysunków wektorowych tworzonych np. w aplikacjach architektonicznych. Aplikacje te przeliczają wówczas położenie różnych obiektów względem rzeczywistych odległości na rysunku. Kolejną z możliwości jest rozbudowana analiza danych importowanych np. z Excela, porównywania wyników, wybierania najlepszego scenariusza – wszystko dzięki szerokiemu zakresowi diagramów, raportów i wykresów.

A. Michalski (SSI SCHÄFER) proponuje zainteresowanie narzędziem do symulacji dyskretnych zdarzeń Plant Simulation, które pomaga tworzyć cyfrowe modele systemów logistycznych, pozwalające badać charakterystykę systemu i optymalizować jego wydajność (przepływ materiałów, wykorzystanie zasobów). Oprogramowanie Tecnomatix Plant Simulation umożliwia symulację, wizualizację, analizę. Modele cyfrowe pozwalają na przeprowadzanie eksperymentów i scenariuszy „co, jeśli” bez zakłócania istniejących systemów produkcyjnych lub - gdy są używane w procesie planowania - na długo przed zainstalowaniem prawdziwych systemów. Rozbudowane narzędzia, takie jak analiza wąskich gardeł, statystyki i wykresy, umożliwiają ocenę różnych scenariuszy.

Michał Jurczak

Nowe narzędzia, nowe możliwości

-Nowocześni managerowie stosują innowacyjne rozwiązania dostępne na rynku, aby maksymalnie wykorzystać potencjał swojego przedsiębiorstwa. Tam, gdzie arkusze kalkulacyjne i statyczne modele obliczeniowe wyczerpują swoje możliwości – symulacja zdarzeń dyskretnych (np. w programie FlexSim) otwiera nowe horyzonty. To co dotychczas było jedynie spekulacją, przewidywaniem, przy pomocy modelu staje się niezaprzeczalnym faktem. Poprawnie zwalidowany i zweryfikowany model symulacyjny jest bowiem wiernym odzwierciedleniem rzeczywistego funkcjonowania magazynu. Dostępna technologia jest na tyle innowacyjna, by umożliwić menadżerowi poznanie wszystkich zasad funkcjonowania magazynu, nawet jeszcze przed rozpoczęciem planowanej inwestycji.

Monika Klaś, Menadżer Symulacji, FlexSim InterMarium

**

Zminimalizować ryzyko błędów

-Dzięki modelom wyposażenia możliwe jest przetestowanie potencjalnych rozwiązań bazując na rzeczywistych wymiarach i odległościach. Programy do symulacji korzystają z layoutów rysunków wektorowych i są w stanie przeliczać zmiany odległości w trakcie testowania różnych rozwiązań. Dzięki symulacji procesów, na etapie projektowania unikamy zagrożenia związanego z późniejszym niedopasowaniem przepływów. Niwelujemy ryzyko blokad komunikacyjnych i nieprawidłowego układu poszczególnych obszarów względem procesów zachodzących w magazynie. Bazując na danych analitycznych możliwa jest również optymalizacja ścieżek pokonywanych przez pracowników i przepływający towar.

Grażyna Rożek, Konsultant, SMART Project

**

Nie zapomnieć o najważniejszych

-Głównym elementem symulacji, oprócz samej definicji procesów, są dane wejściowe, najlepiej zebrane jako dane statystyczne z działającego obecnie procesu. Chodzi przede wszystkim o czasy trwania poszczególnych operacji, ale także dane bazowe jak ilość indeksów czy ilość awizacji na jednostkę czasu. Dodatkowym elementem, który należy uwzględnić w symulacji są ograniczenia fizyczne procesu logistycznego. Na przykład w procesie kompletacji w obszarach półkowych zwiększanie ilości osób kompletujących nie zwiększa liniowo wydajności całego procesu kompletacji (przy zbyt dużym zagęszczeniu pracownicy zaczynają sobie przeszkadzać).

Jerzy Danisz, WMS Competence Center Manager, PSI Polska

**

Potraktować sprawę kompleksowo

-Komputerowe symulacje procesów magazynowych będą wyznaczały przyszłość w zintegrowanym projektowaniu systemów logistycznych i wpisują się w formułę Digital Factory. Symulacja z definicji to odwzorowanie systemu z jego dynamicznymi procesami w modelu zdolnym do eksperymentowania, w celu zdobycia wiedzy, którą można przenieść do rzeczywistości. Sam program komputerowy do przeprowadzania dynamicznej symulacji pozwala symulować praktycznie wszelkie możliwe procesy, w tym również magazynowe. Zgodnie z doświadczeniami Miebach Consulting, decyzja czy korzystać z symulacji komputerowej w projektowaniu ma bezpośredni związek z kompleksowością systemu logistycznego, będącego przedmiotem symulacji. Pod pojęciem kompleksowości systemu logistycznego należy tutaj rozumieć takie elementy jak np: zastosowanie automatyki, istnienie wielu obszarów w magazynie (o różnych wydajnościach, funkcjach, zależnościach od siebie),struktura artykułów i ich alokacja w magazynie itp.

Łukasz Jatta, Principal i Partner, Międzynarodowa Grupa Doradczo-Inżynierska Miebach Consulting