Achtergrond
Vanderlande doet gooi naar distributiemarkt met ergonomisch orderverzamelstation
3 maart 2009
Vanderlande zette ruim een jaar geleden de productontwikkeling en marketing voor logistieke systemen voor distributiecentra in een hogere versnelling. De Veghelse machinebouwer behoort tot de grote jongens in afhandeling van expresspakketten en bagage, maar in de Europese distributiemarkt speelt het slechts vijfde viool. Het Pick@ease-orderverzamelstation moet dat goedmaken. Vanderlande nam er Jentjens, MMID en TNO voor in de arm.
De statistieken rond Sinterklaas en Kerst lieten het afgelopen december weer zien. Kopen op afstand en internetwinkels zitten in de lift. Ziedaar, een aantrekkelijke nieuwe markt voor logistieke systemen. Vanderlande heeft de distributiemarkt inmiddels tot topprioriteit verheven.
De systemenbouwer uit Veghel is nummer een in het sorteren van expresspakketten. In bagageafhandeling bezet het een tweede positie, maar in de markt voor distributiesystemen heeft de logistiekspecialist nog wat te winnen. Het bedrijf staat daar voor Europa slechts op een vijfde positie. ‘Onze verdere groei moet met name uit distributiesystemen komen’, zegt Gert Bossink, die bij Vanderlande leiding geeft aan de R&D-activiteiten.
De Veghelse organisatie slaagde erin om in minder dan een jaar een nieuw orderverzamelstation voor deze markt te ontwerpen en te ontwikkelen. Daarvoor nam het Jentjens, MMID en TNO in de arm. Voor het resultaat en de manier waarop de samenwerking vorm kreeg, ontving het viertal eind 2008 de Mechatronica Award 2008 van de Bom en WeAre. Het orderverzamelstation Pick@ease.4 maakt medewerkers productiever en het orders verzamelen minder belastend.
In het stenen tijdperk van de logistiek ging een orderverzamelaar met een stuklijst het magazijn in. Hij zocht daar zijn orders bij elkaar, stopte de artikelen in een doos en stuurde het zaakje vervolgens naar de klant. Daar komt vrijwel niemand meer mee weg. Er zijn nog steeds mensenhanden nodig, al werkt Vanderlande voor de langetermijnresearch sinds ruim een jaar met het Embedded Systems Institute (Esi) samen aan doorbraken voor het mensarme magazijn van de toekomst.
In moderne distributiesystemen hoeven mensen de spullen in ieder geval niet meer op te halen. In dit soort hoogbouwmagazijnen met volautomatische kranen bewegen de bakken met spullen richting medewerkers. Die hoeven de boel alleen maar op te pakken en in een verzendverpakking te stoppen. ‘Je ziet dat het ontwerp van dit soort systemen afhankelijk is van het orderprofiel van de internetwinkel of supermarkt’, zegt Bossink.
Omloopbewegingen
Het orderpickstation Pick@ease werkt halfautomatisch en moest de productiviteit van de orderverzamelaar optimaliseren. Vooral het menselijke aspect, de ergonomie, telt daarin zwaar. Medewerkers krijgen per uur duizenden producten door hun handen en moeten continu hoge prestaties leveren. Bossink: ‘De vermoeiing van de mensen op de werkplek, daar zit de crux. We realiseerden ons dat we veel konden winnen door de kans op orderverzamelfouten te verkleinen.’
Wie van een vijfde positie naar de top drie wil, moet vaart maken. Eind 2007 besloot Vanderlande om binnen een jaar een geheel nieuw systeem te ontwikkelen en in de markt te zetten. Het Veghelse bedrijf wilde op de Cemat 2008 in Hannover zijn nieuwste technologie kunnen demonstreren. Vanderlandes R&D Distributiegroep zette het projectmanagement op en zorgde ervoor dat het de integratie en integratietests kon doen. ‘De integratie begon vanaf dag één met een groot driedimensionaal model waarin we het totale fysieke ontwerp bijhielden’, zegt Antoon Berkers, groepsleider R&D bij Vanderlandes distributietak.
De wisseling tussen productbakken gebeurt binnen één seconde om duizend keer pakken en neerleggen per uur mogelijk te maken. Het station is beveiligd met lichtgordijnen. Als de operator met zijn handen in de bak zit, dan is er geen beweging.
Berkers’ afdeling startte meteen met de functionele beschrijvingen voor de PLC-laag, de controlelaag op hoog niveau en het specificeren van de tests van deze software. Er werd een gebruikersinterface ontworpen (initieel met pick-to-light, waarbij orderpickers hun instructies krijgen door middel van oplichtende getallen). Deze interface is inmiddels vervangen door een touchscreen waarmee veel uitgebreidere instructies zijn te geven. Ook werden twee omloopbewegingen met hoge doorvoer voor de order- en productbakken bedacht om de machine langdurig op capaciteit te kunnen testen. Gedurende het gehele traject werd de planning door de R&D-projectleider voortdurend nauw afgestemd met de verantwoordelijke productmanager en afdeling marketing en communicatie om de productintroductie voor te bereiden op Cemat 2008 in Hannover.
Scorekaart
Voor extra ergonomische expertise trok aan de bel bij TNO Kwaliteit van Leven. Daar werden met videotools de uitgangspunten voor een ergonomisch hoogcapaciteitswerkstation vastgesteld. Wat bleek? Een optimale verhouding tussen productiviteit en ergonomie krijg je met product- en orderbakken op hetzelfde niveau. Dat was even lastig, want gescheiden aan- en afvoerbanen op twee niveaus voor product- en orderbakken zijn zo’n beetje een basisprincipe in de wereld van de compact picking-systemen(CPS). Werknemers pakken de spullen uit de bovenste dozen en sorteren de producten naar de onderste rij.
Met inzicht van de resultaten van TNO besloot Vanderlande dit uitgangspunt te verlaten. Alles moest naar één niveau, met een stapel nieuwe harde eisen als gevolg. Zo moest er bijvoorbeeld een mechaniek komen dat de productbakken met elk maximaal vijftig kilo binnen één seconde wisselt.
Menselijke aspecten tellen zwaar in het opkrikken van de productiviteit. De ergonomische kant van de zaak bracht TNO minutieus in kaart.
Nadat Vanderlande eruit was met TNO vroeg het de ingenieurs van Jentjens uit Veghel om mee na te denken over de bewegingsconcepten. ‘Vanderlande had zo’n twintig concepten. Van draaitafels tot paternosters. Ze nodigden ons zelfs uit om ter plekke nog concepten te verzinnen’, lacht Wim Ilmer, de manager engineering van Jentjens die met twee collega’s aanwezig was bij deze eerste brainstormsessie. Na die meeting ging Ilmers team aan de slag met het kiezen van het beste idee met behulp van scorekaarten.
Vanderlande had haast, dus volgden tussentijdse evaluaties elkaar snel op. ‘Wij werkten het hele rijtje af en kenden punten toe’, zegt Ilmer. ‘We hadden vooral het vermoeden dat we de cyclustijd niet zouden halen.’
‘Het fors uitgebreide eisenpakket maakte het mechanische ontwerp moeilijk’, zegt senior mechanical engineer Loek van der Heijden die met toenmalige collega Dennis Sebel de constructie bij Jentjens bedacht. ‘Een krat moest binnenkomen op een specifieke positie. Op het moment dat de krat van de operator af bewoog mocht hij niet liften vanwege het mogelijke schrikeffect voor de orderpicker. De wisseling tussen bakken moest binnen één seconde gebeuren om duizend keer pakken en neerleggen per uur mogelijk te maken. Ook met onderhoud en afmetingen moesten we rekening houden. Hoe breder de productbak, hoe verder de orderpicker moet stappen om het product weg te leggen. Verder moesten we werken met lichtgordijnen; de operator mag immers niet met de hand in de bak zitten op het moment dat er beweging is.’
Puzzel
Eerste keuze werd een paternostersysteem waarbij tegelijk vier horizontale bakken ronddraaiden. Maar na het tekenen in prototypeopstelling bleek dit concept niet haalbaar. ‘We kregen de ophanging van de bak in de paternoster niet stabiel’, zegt Van der Heijden. ‘Wij en Vanderlande werkten er fulltime aan door. Na enkele weken hebben we deze aanpak verlaten. Ook bij Vanderlande waren ze ervan overtuigd dat het niet ging werken.’
Daarna kwam de oplossing met servoaandrijvingen bovendrijven. ‘Daarvoor hebben we gelijk een ontwerp met schuiven en liften gemaakt om na te gaan of we de cyclustijd zouden halen’, zegt Ilmer. In dit systeem komt een productbak achter op een laag niveau binnen. Daarna krijgt de bak een lift, schuin omhoog, richting operator. De orderpicker pakt de producten eruit en plaatst die in de zes orderbakken, drie links en drie rechts. De lege productbak beweegt zich daarna horizontaal weg van de operator en zakt aan de achterkant weer naar een lopende band.
Vanderlande heeft voor servomotoren en servoregelaars een vaste leverancier, Vector. Die berekende en controleerde ook de cyclustijden. Daarna schreef Vector de motionsoftware. Afstemming van de motorgrootte ging in overleg met Jentjens. ‘Keuze van motorgrootte en sledes was een verhaal apart. Het is altijd een puzzel om de componenten binnen specifieke afmetingen te krijgen. Je hebt sledes nodig die de specifieke krachten of versnellingen kunnen hanteren.’ Voor de productbakken koos Jentjens voor sledes van Festo voor de horizontale transportrichting. Bosch Rexroth mocht de verticale sledes leveren. Deze zijn iets compacter en kunnen een hogere koppel hebben. Ilmer: ‘Normaal ga je naar één leverancier voor die twee verschillende ontwerpkeuzes. Dat we hier twee leveranciers nodig hadden, laat zien dat de oplossing niet voor de hand lag.’ De servomotoren leveren het koppel door middel van tandriemen aan de sledes.
Topsporters
Het oog wil ook wat. ‘In een hooggeautomatiseerd distributiecentrum moeten ook de werkplekken een onderscheidende professionele uitstraling kunnen leveren’, zegt R&D-directeur Bossink. Vandaar dat ontwerpbureau MMID werd ingeschakeld om de orderverzamelondersteuning een aansprekend design te geven met een ergonomische uitstraling.
TNO heeft het prototype werkstation uiteindelijk wetenschappelijk gevalideerd op ergonomie en productiviteit. Uitzendorganisatie Manpower heeft de benodigde proefpersonen gratis ingezet in ruil voor kennisdeling op het gebied van ergonomie in logistieke omgevingen. ‘De grote vraag was of mensen fysiek of mentaal vermoeid raken bij een pickfrequentie van duizend producten per uur’, stelt Bossink. ‘Of worden ze daar echt gek van? Vergeleken met de gangbare manier konden we enorme verbeteringen realiseren. We hadden geen topsporters meer nodig voor het orderpickwerk.’ Uiteindelijk bleken werknemers in de Pick@ease.4 tussen de 822 en 900 orderregels per uur verantwoord uit te kunnen voeren. Dit is ook onafhankelijk bevestigd door Tüv als certificerende instantie.
Daarnaast realiseerde Vanderlande een korte time-to-market, waardoor het Veghelse bedrijf kon meedingen naar orders voor lopende projecten en de technologie kon showen op de Cemat 2008 in Hannover. Inmiddels is het systeem rijp voor serieproductie. Bossink: ‘We hebben nu twee projecten in opdracht en meer dan twintig leads in behandeling.’