Login  |  Registreer  |  Wijzig            Nieuwsbrief  |   Nieuws   |   Agenda   |   Vacatures   |   Forum   |   Advies   |   Adverteren   |   Zoeken
Simulatiemodel maakt Lean productie flexibel
Bron: Procesverbeteren.nl
Software: Lean ICT
Lean assemblage Cv-ketels bij Nefit Lean productielijn Nefit veel flexibeler na koppeling met simulatiemodel
Door Dr Ir Jaap van Ede, hoofdredacteur procesverbeteren.nl, 26-08-2013


Dé uitdaging voor de maakindustrie: Een steeds sterker wisselende vraag, een steeds variabeler productmix, en nieuwe modellen die elkaar alsmaar sneller opvolgen. Hierdoor moeten Lean productielijnen steeds vaker opnieuw worden gebalanceerd. Hoe doe je dat zo snel mogelijk, en tegen zo laag mogelijke kosten?

Cv-ketelproducent Nefit gebruikt hierbij een simulatiemodel. Hoe realistischer dat model, hoe beter het gedrag van hun productielijn kan worden voorspeld. Daarom werden échte productiegegevens verzameld via de procescomputers die de productie aansturen. Vervolgens werd een simulatiemodel gebouwd dat de productielijn zeer nauwkeurig nabootst, inclusief de procesautomatisering! Het resultaat is een soort flight simulator voor de Lean assemblagelijn. Hiermee kunnen productiescenario’s waarheidsgetrouw worden gesimuleerd, binnen de technische mogelijkheden van de bestaande procesapparatuur.

De simulaties blijken het gedrag van de bestaande lijn goed te beschrijven. Er is al een eenvoudige verbeteroptie mee doorgerekend ook: Het sorteerstation, dat wordt gebruikt om verstoorde productievolgordes te herstellen, kan zonder veel problemen worden weggelaten.

Het proof of concept is daarmee geleverd. De echte winst moet echter nog komen. Het simulatiemodel kan namelijk ook worden gebruikt om de impact van een radicale wijziging van de productmix of het uitbesteden van delen van de productie te beoordelen. Als het goed is geeft het simulatiemodel in zo’n geval precies aan wanneer zo’n wijziging werkt, én wat daar voor nodig is op het gebied van machines en procesautomatisering. Hierdoor kan Nefit veranderingen straks sneller en effectiever doorvoeren, waardoor de productie flexibeler wordt.


Bij procesoptimalisatie wordt vaak alleen gekeken naar het logistieke gedrag. 'Dus zonder rekening te houden met technische beperkingen', vertelt Gezienus Hoving, plant manager bij Nefit. ‘Hadden we dan een oplossing gevonden, dan bleek die vaak moeilijk te realiseren met de bestaande productieapparatuur of procesautomatisering. Hierdoor duurde de implementatie vaak lang of het vergde forse investeringen.’

Innovatienetwerk
In samenwerking met systeemintegrator Hollander Techniek en Ergo-Design, gespecialiseerd in fabrieksontwerp en simulatie-software, werd daarom een nieuwe insteek gekozen. Het ging om een pilot project dat subsidie kreeg van het innovatienetwerk van de regio Stedendriehoek. Het betrof een open innovatie: bedrijven zoals Aldipress, Auping, Bührman-Ubbens, Rotosmeets, Vaassen Flexible Packaging en Weweler werden uitgenodigd om commentaar te leveren.

De missie van deze website: procesverbetering stimuleren via diepgaande praktijkverhalen!
Drie voordelen van gratis registratie:
  1. Elke twee maanden een nieuwsbrief met samenvattingen van alle nieuwe artikelen (maar natuurlijk geen andere mail)
  2. Alle artikelen altijd meteen en volledig lezen (sommige artikelen zijn deels afgeschermd voor niet-geregistreerden)
  3. Berichten op het forum plaatsen en opmerkingen toevoegen aan artikelen
Meer dan 3600 professionals gingen u reeds voor!

Gekoppeld
De eerste innovatie was dat het simulatiemodel rechtstreeks werd gekoppeld aan de procescomputers, de PLC’s. Op die manier kon gemakkelijk een dataset van échte productiegegevens zoals werkelijke assemblagetijden worden opgebouwd. Die dataset werd daarna gebruikt om te testen of het model een realistische weergave is van de werkelijkheid, zie het kader simulatiemodel moet valide zijn.

De tweede vernieuwing betrof het simulatiemodel zélf. ‘Vroeger bevatte dit alleen logistieke parameters, maar nu wordt ook het gedrag van de machines en de procesbesturing, de PLC’s dus, meegesimuleerd.’

Lean assemblagelijn bij Nefit. Simulaties maken snelle herbalancering mogelijk
De Lean assemblagelijn voor Cv-ketels bij Nefit. Simulaties met realistische procesdata maken snelle herbalancering van deze lijn mogelijk. (foto Nefit)


Flight simulator

‘We willen toe naar een model dat even waarheidsgetrouw is als een flight simulator in de vliegtuigindustrie´, vervolgt Hoving. ´Dan weet je bij gevonden oplossingen bijna 100% zeker dat die straks ook in de praktijk gaan werken, én je weet ook precies wat daar voor nodig is qua apparatuur of automatisering. Je kent dus de benodigde investeringen, en je kunt de verandering desgewenst heel snel implementeren.’

Voor systeemintegrator Hollander Techniek bleek de nieuwe aanpak ook een eyeopener. ‘Omdat de procesbesturing wordt meegesimuleerd, weten zij voortaan precies wat zij moeten doen om een verandering door te voeren.’

Dit heeft inmiddels al tot het idee geleid om de programma’s voor basic control in de PLC’s los te koppelen van de afloopbesturing voor coordination control. Alleen die laatste programma’s zijn echt van belang bij logistieke wijzigingen, dus als je die loskoppelt wordt het nog gemakkelijker om ze aan te passen. 

Proof of concept
Om het proof of concept van het realistische simulatiemodel te leveren, werd onderzocht of deze aanpak zou werken bij het doorvoeren van een relatief kleine aanpassing van een assemblagelijn van Cv-ketels.

De takttijd van deze productielijn is één minuut. Aan het eind zijn er echter zes parallelle teststations, die per ketel maximaal zes minuten over het testen daarvan mogen doen. In de bestaande situatie konden Cv-ketels elkaar op die plek inhalen. Dat gebeurde bijvoorbeeld als er op een teststation een Cv-ketel met een korte testtijd arriveerde, terwijl op een naastgelegen station een Cv-ketel met een relatief lange testtijd aankwam.

Om later de oorspronkelijke productievolgorde te herstellen, was er een sorteerstation in de lijn ingebouwd. De onderzoeksvraag was nu: Onder welke voorwaarden kun je dat sorteerstation weglaten? De onderliggende vraag was feitelijk: Onder welke condities blijft de productievolgorde tijdens het testen in tact? Immers, als de Cv-ketels elkaar niet inhalen, dan is er vanzelf geen sorteerstation meer nodig!

Om de huidige situatie in kaart te brengen, werd eerst - via de PLC’s - een aantal dagen lang een grote hoeveelheid productiegegevens ingelezen. De bijbehorende productieplanning werd vervolgens ingevoerd in het simulatiemodel, om te testen of dit een realistische uitkomst gaf.

Simulatiemodel moet valide zijn
Hoe korter de doorlooptijd bij veranderingen in een Lean productielijn, des te beter je kunt inspelen op gewijzigde marktomstandigheden.  Het probleem bij aanpassing van een productiesysteem is echter dat het resultaat afhangt van een groot aantal factoren, die niet gemakkelijk van tevoren te overzien zijn. Hierdoor duurt zo'n aanpassing vaak (te) lang of is niet effectief.

Met een simulatiemodel is het mogelijk om het effect van wijzigingen vooraf te beoordelen. Dan moet het model echter wel valide zijn!

De eerste voorwaarde voor een valide model is dat dit rekent met de juiste input (denk aan de volgorde en het type producten dat wordt gemaakt en de lengte van bewerkingstijden). Bij Nefit werd aan de eerste voorwaarde voldaan door het simulatiemodel rechtstreeks te koppelen aan de besturing van de lijn. Op die manier werden data verzameld over een langere periode. Die gegevens werden later gebruikt als input voor het model.

De tweede voorwaarde voor een valide model is dat dit dezelfde besturingsbeslissingen neemt als in de praktijk, lees: het model moet het gedrag van de procesapparatuur goed beschrijven. Dit werd bij Nefit gerealiseerd door de coördination control algoritmen op te nemen in het simulatiemodel. Hierdoor krijg je hetzelfde logistieke gedrag als in de realiteit. Wijzigingen in de besturing kun je vervolgens testen in de simulatieomgeving, en na bewezen effectiviteit overzetten naar de procescomputers (de PLC's).


Factoren
Toen dat het geval bleek, werd op zoek gegaan naar de factoren die bepalen wanneer de productievolgorde zich wijzigt tijdens het testen.

‘Eén van die factoren was bekend: Als een medewerker een bepaalde Cv-ketel ruim binnen de toegestane zes minuten getest heeft, begint hij of zij vaak alvast aan de volgende ketel. Dit gebeurt vooral als dat een complex model is waar veel testwerk aan vast zit. De mogelijkheid om Cv-ketels elkaar te laten inhalen en vervolgens de volgorde weer te herstellen was zelfs bewust met dat doel ingebouwd. Dankzij de data-acquisitie vanaf de PLC’s en het simulatiemodel konden we nu echter checken wat er echt gebeurt op de werkvloer.’

Tijdsbuffer
De hamvraag was daarbij: Is het sorteerstation wel echt nodig? Dat is alleen het geval als het geregeld voorkomt dat het testen van een Cv-ketel langer dan zes minuten duurt. In dat geval heb je namelijk een tijdsbuffer nodig die je opbouwt door 'te vroeg' met het testen te beginnen. ‘Uit de simulaties bleek dat die situatie maar heel weinig voorkwam. Slechts zelden wordt de maximale testtijd overschreden. Het gebeurt zelfs zo weinig, dat je best een vaste bewerkingstijd van zes minuten kunt instellen op de teststations. Je mag dan dus niet vervroegd met het testen van een nieuwe ketel beginnen. De productievolgorde blijft dan altijd onveranderd, zodat je het sorteerstation kunt weglaten.’

Signaal
Keerzijde is natuurlijk wel dat als het testen onverhoopt toch langer duurt dan die zes minuten, dat je dan de hele productielijn moet stilzetten. ‘Omdat elke ketel in principe ruim binnen zes minuten kan worden getest, beschouwen we dat echter als een probleem dat je zichtbaar moeten maken, zodat je iets aan de oorzaak daarvan kunt doen. Stilstand van de lijn wordt voortaan dus een signaal om op zoek te gaan naar een verbeteroptie, en dat past helemaal in de Lean-filosofie!’

Eén verbeteroptie is al gevonden: Bij hoge luchtdruk blijkt de afstelling van de ketels veel vaker overschrijding van de toegestane concentraties verbrandingsgassen op te leveren. ‘We bekijken nu of de specificaties daarvoor niet te streng zijn.’

Ergo-Design heeft inmiddels ook een Heijunka module gebouwd. Daarmee kan Nefit de productieplanning optimaliseren, door Cv-ketels die veel werk vergen af te wisselen met eenvoudigere ketels. Op die manier wordt de kans op verstoringen in de assemblagestappen geminimaliseerd, die aan de teststraat voorafgaan.

Kostenbesparing
Het weglaten van het sorteerstation betekent een kortere doorlooptijd én meer ruimte op de werkvloer. En een flinke kostenbesparing, omdat het ook minder benodigde menskracht en minder handling betekent. ‘Omdat de huidige productielijn 15 jaar oud is, laten we het sorteerstation echter nog even onaangeroerd. Het weghalen brengt namelijk ook kosten met zich mee. Je moet daarna bijvoorbeeld het verpakkingstation opschuiven tot direct na de teststations.’

Nefit produceert echter al wel op de nieuwe manier. ’Zo kunnen we daar alvast aan wennen en eventuele onvoorziene problemen aanpakken. Het sorteerstation fungeert voorlopig als fall-back optie. Volgend jaar komt er een volledig nieuwe productielijn. Die bouwen we zonder sorteerstation.’

Simulaties lieten zien dat het rangeerstation in de Lean productielijn van Nefit overbodig is
De simulaties lieten zien dat het sorteerstation, dat verstoorde productievolgordes herstelt, overbodig is. Het gevolg is een kortere doorlooptijd. (foto Nefit)


Veranderingen doorrekenen
De vraag rijst, of je ook zonder het geavanceerde simulatiemodel had kunnen vaststellen dat het sorteerstation overbodig is. Daartoe hoef je immers alleen een tijd lang bij te houden hoe vaak – en wanneer – het voorkomt dat het testen van een Cv-ketel langer duurt dan zes minuten. Ook dan zou je gevonden hebben dat tijdsoverschrijdingen zeldzaam zijn.

‘Dat klopt, maar dan zouden we verder niets hebben geleerd. Het doel van dit innovatieproject was niet het doorvoeren van deze eenvoudige aanpassing. We wilden een methode ontwikkelen om veel complexere veranderingen, zoals een compleet andere productmix of de introductie van nieuwe producten, snel te kunnen doorrekenen. Op die manier willen we snel nieuwe instellingen voor de lijn kunnen vinden, die zo min mogelijk kosten en die je snel kunt realiseren. De methode om die instellingen te vinden hebben we nu: het simulatiemodel, gekoppeld aan onze procesautomatisering.’
 
Vraaggestuurd
Nefit produceert hardlopende (vaak verkochte) Cv-ketels op voorraad. De overige 40% van de ketels wordt vraaggestuurd gefabriceerd. ‘Aan het eind van de productielijn bevindt zich een logistieke supermarkt, met in de “schappen” daarvan een zeer beperkte voorraad Cv-ketels. De hoeveelheid die op een dag wordt uitgeleverd, en die dus uit de schappen verdwijnt, bepaalt hoeveel er de volgende dag moet worden bijgeproduceerd.  Die ketels voegen we met het Heijunka-systeem toe aan het productieplan voor de hardlopende modellen.’

Vragen beantwoorden
‘Met het simulatiemodel willen we vragen gaan beantwoorden zoals: “We hadden een productiemix met 10% model A, 20% model B, en 30% model C. Wat gebeurt er als die mix verandert in 5% A, 50% B en 30% C? Op die manier willen we sneller en efficiënter gaan inspelen op vraagveranderingen. Andere zaken die we zullen gaan doorrekenen is het effect van het toeleveren van kant-en-klare modules aan de lijn. De primaire lijn wordt dan ontlast. Je introduceert dan echter wel nieuwe productielijnen haaks daarop, of je moet de modules just-in-time gaan aanleveren vanaf een productielocatie elders. Het simulatiemodel moet gaan aangeven welke optie in welk geval logistiek het beste werkt, en wat daarvoor nodig is.’

Aanvullingen lezers
Login om hieronder uw eigen bijdrage te plaatsen! Heeft u geen password, vraag dit eerst aan


Hulp nodig bij de implementatie van Agile en Lean software?

Verwijzen naar dit artikel op internet?
Gebruik als link: http://www.procesverbeteren.nl/flexibilisering/software/Nefit_Lean_Simulatie.php