Modélisation hiérarchique par simulation des centres de distribution

Le défi

par Dusan Sormaz et Mandvi Malik (Université de l'Ohio)

Présenté lors de la Conférence d'hiver sur la simulation 2017

La préparation de commandes est l'opération la plus coûteuse dans un centre de distribution. En raison de la grande quantité de main-d'œuvre utilisée pour la préparation des commandes, le coût associé à la main-d'œuvre est élevé. L'objectif de cet article est de construire un modèle de simulation qui aiderait les directeurs de centres de distribution à prévoir leur débit en optimisant la configuration des travailleurs. La recherche utilise une approche hiérarchique pour construire un modèle de simulation. Le modèle de simulation est divisé en petits sous-modèles. Les sous-modèles sont totalement indépendants les uns des autres. Les sous-modèles peuvent être combinés pour créer différents modèles complets. Dans cette recherche, les sous-modèles sont utilisés pour construire un modèle de simulation d'un centre de distribution industriel réel. Le modèle est ensuite exécuté pendant vingt-quatre heures et les résultats sont comparés au modèle de simulation plat du même centre de distribution.

Introduction

La simulation est devenue une technique puissante utilisée par les entreprises de la chaîne d'approvisionnement comme outil d'aide à la décision [1]. La simulation présente de nombreux avantages pour la chaîne d'approvisionnement, car elle permet d'identifier les goulets d'étranglement et de réaliser des expériences pour minimiser le risque de changement [2]. L'objectif de cette recherche est de construire un modèle de simulation qui peut être réutilisé pour créer différents modèles de centres de distribution. Le modèle est construit à l'aide de Simio [3].

Il existe deux approches pour résoudre un problème dans Simio. La première approche consiste à créer un modèle dans lequel la logique de flux des entités est effectuée séparément pour chaque objet et répétée pour chaque objet similaire. Ce modèle est appelé modèle de simulation plat utilisant des objets standard. La seconde approche est une approche hiérarchique qui consiste à diviser le problème en plusieurs petits sous-problèmes. Dans l'approche hiérarchique, une bibliothèque de sous-modèles est créée. Les sous-modèles sont utilisés comme objets pour créer un modèle complet. Les sous-modèles peuvent être réutilisés pour créer un autre modèle. Le présent document utilise une approche hiérarchique. Les avantages de la création d'un modèle de simulation à l'aide d'une approche hiérarchique par rapport à un modèle de simulation plat sont les suivants [4] :

• Toutes les options pour résoudre un problème peuvent être incluses, ce qui n'est pas possible dans un modèle de simulation plat,
• La validation et la vérification sont plus rapides et plus fiables puisque la logique est testée à de petits niveaux de sous-modèle,
• Les modifications du modèle sont effectuées plus rapidement,
• Grâce à des modèles multiples et à différentes approches de la conception du modèle, nous pourrons éventuellement construire de meilleurs modèles à l'avenir.

Pour notre étude, l'application de l'approche hiérarchique présente les avantages suivants :

• Le modèle de bas niveau peut être réutilisé pour différentes configurations de centres de distribution,
• Les modèles de composants peuvent être utilisés pour d'autres politiques d'arrivée des commandes,
• La vérification individuelle des modèles de composants permet d'accélérer le développement du modèle.

La solution

Méthodologie

Afin de créer un modèle de simulation du centre de distribution, la première étape consiste à créer des sous-modèles potentiels pour les opérations de préparation de commandes dans un centre de distribution. Cette recherche se concentre sur la stratégie de prélèvement par zone. Dans le cadre de cette stratégie, un employé est affecté à une zone et prélève des articles dans cette zone. Une commande peut contenir des articles dans plusieurs zones. L'hypothèse utilisée pour concevoir le modèle est que le centre de distribution est divisé en plusieurs zones. Le centre de distribution comporte des niveaux qui contiennent plusieurs zones. Certaines tours sont composées de plusieurs niveaux. Un chariot avec un code-barres étiqueté n'arrive dans une tour que s'il y a des articles à prélever dans cette tour. La préparation des commandes est effectuée dans les zones par les travailleurs. Des convoyeurs permettent de déplacer les bacs d'un endroit à l'autre du centre de distribution.

Les sous-modèles potentiels créés sont la zone, le niveau, la tour, la mezzanine, l'expédition et le sous-modèle d'arrivée. Ce document décrit les sous-modèles de base. Ceux-ci sont définis ci-dessous :

• Sous-modèle de zone : Un sous-modèle de zone à deux côtés est créé à l'aide de deux serveurs. La logique définie dans le sous-modèle de zone est qu'un bac est dirigé vers une zone à partir du convoyeur central s'il y a des articles à prélever dans cette zone. Les bacs sont modélisés comme des entités parentales qui transportent des articles individuels commandés, et chaque article possède des propriétés qui définissent son emplacement dans le centre de distribution. Les propriétés suivantes ont été créées : emplacement de la zone, temps de prélèvement et travailleurs de la zone. Le temps de préparation des commandes et la propriété des travailleurs seront définis dans le modèle complet.
• Sous-modèle de niveau : Un sous-modèle de niveau est construit en combinant plusieurs sous-modèles de zone. Ce modèle hérite de toutes les propriétés du sous-modèle de zone. La propriété d'emplacement de la zone est définie ici ; cette propriété fournit un numéro d'identification à une zone dans un niveau.
• Sous-modèle de tour : Un sous-modèle de tour est créé en combinant plusieurs niveaux. L'emplacement du niveau défini ici est le même que celui de la zone. La logique d'arrivée d'un chariot à un niveau d'une tour est définie dans ce modèle. Une propriété d'emplacement de tour est créée. La figure 1 montre les étapes de construction d'un sous-modèle de tour.
• Sous-modèle de tour de prélèvement : Un sous-modèle de tour de prélèvement est créé en combinant plusieurs tours. La logique d'entrée d'une unité ou d'une caisse dans une tour est définie dans ce modèle. La propriété de l'emplacement de la tour est également définie dans ce modèle.
• Modèle d'arrivée : Le modèle d'arrivée est créé pour modéliser l'affectation des commandes aux bacs. Il définit le nombre d'articles dans un conteneur, à l'aide d'une distribution empirique, et la politique de classement de l'ordre de prélèvement des articles. Ce modèle est généralement configuré à l'aide de données historiques. Ces modèles sont intégrés dans le modèle de niveau supérieur illustré à la figure 2 et expliqué dans la section suivante.

L'impact sur l'entreprise

Étude de cas

Après avoir créé les sous-modèles, un modèle de simulation complet d'un centre de distribution situé à Columbus, dans l'Ohio, a été réalisé (figure 2). Une simulation plane a été réalisée par Sormaz et al [5] pour le même centre de distribution. Le centre de distribution comporte trois tours. Chaque tour comporte trois niveaux et chaque niveau comporte huit zones. Il y a également une mezzanine avec six zones. La simulation complète a été réalisée en combinant la tour de préparation des commandes, la mezzanine, la tour d'expédition et les sous-modèles d'arrivée. Les propriétés définies dans ce modèle sont le temps de préparation, le nombre de travailleurs et le temps d'emballage.

Résultats

Le modèle hiérarchique a été exécuté pendant vingt-quatre heures et les résultats ont été comparés au modèle de simulation plat de [5] pour le même centre de distribution. Le tableau 1 présente les résultats du modèle de simulation plat et du modèle hiérarchique. Les résultats sont comparables. Le modèle est donc valide.
Tableau 1 : Résultats de simulation du modèle de simulation plat et du modèle de simulation hiérarchique (HM)

Conclusion

Le modèle hiérarchique présenté aiderait le personnel des centres de distribution à prévoir leur débit en configurant la population de travailleurs. La construction de modèles de composants a permis de faciliter la vérification de la logique du modèle puisque chaque sous-modèle a été testé indépendamment avant d'être utilisé dans le modèle de haut niveau. Le modèle de simulation est actuellement limité aux opérations de préparation de commandes et les travaux futurs du modèle incluront d'autres opérations du centre de distribution. La construction d'un modèle hiérarchique a permis de réduire le temps de mise en œuvre du modèle de 40 %.