Des modèles de simulation sont proposés pour modéliser les systèmes de stockage et de récupération des mini-charges de type navette (SVM-AS/RS). Le SVM-AS/RS est un système automatisé de stockage et de récupération rapide de mini-charges de type véhicule-navette conçu pour assurer des fonctions de stockage et de tri, y compris un tampon d'inventaire avant l'expédition, le prélèvement, l'assortiment, la palettisation ou la fusion. Les systèmes considérés dans cette étude se composent de véhicules navettes légers installés à chaque niveau, d'élévateurs de stockage et de déstockage, de convoyeurs à étages reliant les élévateurs et les véhicules navettes, et de convoyeurs d'allées entrantes et sortantes. Pour analyser ses performances, des modèles de simulation sont réalisés en tenant compte des relations entre les emplacements de stockage et les séquences de chargement. Il est souligné que les opérations AS/RS du système de mini-chargement peuvent être confirmées par des expériences de simulation. En outre, les indicateurs clés de performance issus de l'analyse de simulation peuvent être utilisés pour comprendre et valider son efficacité et son efficience dans différentes configurations.
Au cours des deux dernières décennies, le marché du commerce électronique entre entreprises et consommateurs (BtoC-EC) est devenu immense et sans précédent. Les organisations ayant de plus en plus recours à diverses formes de marketing en ligne, le marquage en ligne devrait avoir un impact majeur à la fois sur le comportement des consommateurs et sur la gestion logistique. Le chiffre d'affaires du BtoC-EC a récemment atteint un total annuel de 6,51 billions de yens, et son marché s'est développé pendant 17 années consécutives (Dentsusoken 2017). Au cours de la dernière décennie, afin d'améliorer la convivialité pour les clients, la concurrence dans le service d'expédition rapide basé sur les destinations de livraison spécifiées et les délais et dates de livraison souhaités s'est intensifiée dans l'industrie du commerce électronique au Japon. Plusieurs fournisseurs, dont Amazon Japan, Yodobashi et Rakuten, ont réussi à fournir un service de livraison plus rapide dans les trois heures suivant la réception des commandes dans le cadre de leurs opérations logistiques dans certaines régions du Japon afin de répondre aux besoins des clients en matière de service de livraison plus rapide.
Il convient de souligner que l'amélioration de la convivialité pour les clients en réduisant le délai entre la commande de marchandises et la livraison finale à l'utilisateur est un élément important pour soutenir la compétitivité du commerce électronique. Dans cet environnement, les fournisseurs qui font des affaires BtoC-EC sont confrontés à de nombreux défis lorsqu'il s'agit de déterminer quel article doit être récupéré, à partir de quel endroit et à quelle vitesse il doit être expédié aux clients pour satisfaire une commande en ligne.
Des fonctions de stockage et de tri flexibles sont nécessaires dans les opérations logistiques des entreprises de commerce électronique pour répondre aux besoins de livraison plus rapide des clients. Les fonctions de stockage et de tri flexibles comprennent des stocks tampons avant l'expédition, le prélèvement, le tri et la palettisation ou la fusion de cartons, de bacs et de plateaux par groupe ou selon une séquence spécifique. Cependant, l'analyse des performances d'un système de stockage et de récupération automatisé (AS/RS) est une question complexe pour les responsables logistiques dans un environnement dynamique BtoC-EC.
Les simulations ont traditionnellement été utilisées comme outil de prise de décision pour les opérations logistiques afin d'assurer la continuité des opérations. De nombreuses études se concentrent sur la modélisation de la simulation pour les opérations AS/RS à grande échelle. Il a été nécessaire de modéliser et de réaliser des expériences de simulation afin d'analyser et de comparer les alternatives possibles d'un AS/RS (Takakuwa 1989 ; Takakuwa 1994 ; Takakuwa 1995). Une analyse d'optimisation du rapport coût-efficacité d'un système de véhicules guidés automatisés (AGV) à camions en boucle a été réalisée à l'aide d'une simulation pour élaborer des politiques et examiner les spécifications opérationnelles (Takakuwa 1993). Takakuwa (1996) a présenté une méthode de modélisation basée sur des modules pour générer des programmes de simulation pour des systèmes AS/RS-AGV complexes et à grande échelle.
Plusieurs études ont décrit des SVA/SR à charge unitaire pour concevoir et analyser les performances des opérations logistiques. Hu et al. (2005) ont utilisé la simulation pour valider la conception optimale d'un rack AS/RS rectangulaire dans le temps en tenant compte de la politique du point d'arrêt. Un modèle de temps de cycle efficace en termes de calcul pour les AVS/RS à chargement unitaire utilisant la technologie des véhicules autonomes a été présenté pour estimer l'utilisation des véhicules, l'objectif étant de spécifier la gamme des profils de conception justifiant une évaluation et une validation plus approfondies basées sur la simulation (Kuo et al. 2007). Goozen et al. (2016) ont développé une heuristique d'ordonnancement pour assigner des tâches aux navettes dans le but de minimiser le nombre d'occurrences hors séquence et de maximiser la capacité de débit d'un système complet de navettes itinérantes (FRS). Le système de navettes itinérantes a été jugé adapté aux produits à faible rotation dans les centres de distribution de détail et de gros. Dans cet article, un modèle de simulation est proposé pour modéliser un système AS/RS rapide de type minicharge de navette (SVM-AS/RS). Les SVM-AS/RS sont conçus pour assurer des fonctions de stockage et de tri, y compris la mise en mémoire tampon des stocks avant l'expédition, le prélèvement, l'assortiment, la palettisation ou la fusion pour traiter les cartons, les bacs et les plateaux par groupe ou selon une certaine séquence. Les modèles de simulation diffèrent des études susmentionnées parce que la modélisation de simulation a été conçue pour tenir compte spécifiquement de l'emplacement de stockage et de l'attribution de la séquence de chargement. Une nouvelle solution pour soutenir les opérations rapides de mini-chargements AS/RS pour une entreprise de commerce électronique basée sur des unités de temps d'heures et de secondes est utilisée comme moyen de confirmer l'efficacité des SVM-AS/RS.
Image des SVM-AS/RS
La figure 1 présente une vue d'ensemble du SVM-AS/RS. Les SVM-AS/RS examinés dans cette étude se composent de divers sous-systèmes, notamment des véhicules navettes légers installés à chaque niveau, des élévateurs de stockage et de déstockage, des convoyeurs à étages reliant les élévateurs et les véhicules navettes, et des convoyeurs d'allées entrantes et sortantes. Le stockage et le déstockage sont effectués depuis et vers les rayonnages par des navettes légères qui ne peuvent se déplacer que dans le sens horizontal. Les rayonnages sont reliés aux élévateurs de stockage et de déstockage par les convoyeurs à étages. Les convoyeurs des allées de sortie sont reliés à la zone de contrôle et d'emballage.
Chaque mini-charge entrante est d'abord déplacée sur un convoyeur d'allée entrant, puis prélevée par un élévateur de stockage et de déstockage avant d'être placée sur un convoyeur à étages. Ensuite, la mini-charge est déplacée vers son rack de destination par un véhicule navette léger. Alternativement, une mini-charge sortante est prélevée de son rayonnage dans le système par une navette légère, puis transférée vers le convoyeur de l'allée sortante via un convoyeur à couches, et enfin sur un élévateur de stockage et de déstockage.
Les navettes légères et les élévateurs de stockage et de déstockage peuvent être manipulés en fonction de la priorité et de l'urgence des opérations. Pour les opérations de déstockage, une charge urgente composée d'une charge de stockage à priorité élevée est traitée de manière préférentielle par rapport aux charges à priorité faible. De même, si les opérations de stockage ont une priorité plus élevée, les opérations de déstockage, le stockage à l'aide de véhicules navettes légers auront la priorité sur les déstockages ; sinon, les opérations alternent entre déstockage et stockage de manière cyclique.
En général, il existe deux méthodes de prélèvement en termes de flux d'opérations schématiques : la méthode de prélèvement en relais et la méthode de prélèvement et de palettisation en parallèle. Dans la méthode de prélèvement en relais, il n'y a pas d'opérations de rangement et de tri pour traiter les commandes associées. Par conséquent, la méthode de prélèvement en relais est considérée comme plus adaptée aux produits à rotation rapide dans l'environnement logistique BtoC-EC. Dans cette étude, les SVM-AS/RS adoptent la méthode de préparation des commandes en relais pour effectuer les fonctions de stockage et de tri avant toute opération d'expédition, de préparation des commandes, de tri, de palettisation ou de fusion.
Pour répondre aux attentes de services AS/RS rapides, basés sur des unités de temps d'heures et de secondes, les règles d'attribution des emplacements de stockage basées sur les taux de fréquence des chargements entrants et sortants deviennent un défi intéressant à relever dans les opérations logistiques des entreprises de commerce électronique. Deux règles générales d'attribution des emplacements de stockage sont envisagées afin de faciliter les opérations des AS/RS et de soutenir les opérations rapides et efficaces des AS/RS du SVM.
La première règle est appelée "règle d'allocation prioritaire", comme le montre la figure 3. Si les opérations sortantes sont concentrées autour d'une certaine heure, les emplacements de stockage proches des convoyeurs à étages sont attribués et classés par ordre de priorité pour les charges entrantes afin de minimiser le temps de fonctionnement des opérations sortantes. Dans le cas contraire, les emplacements de stockage sont attribués de manière aléatoire parmi les emplacements disponibles aux différents niveaux ; cette règle est appelée "règle d'attribution aléatoire basée sur l'équilibre des niveaux".
La simulation informatique est une méthode qui peut être utilisée pour décrire, analyser et prédire les performances d'un système complexe sans hypothèses limitatives. L'objectif de cette étude est de proposer des procédures qui prennent en compte les relations entre les emplacements de stockage et les séquences de charge. Comme le montre la figure 4, les procédures de validation et d'amélioration des opérations AS/RS des SVM-AS/RS sont détaillées ci-dessous :
[Étape 1] Recueillir et saisir les informations relatives à la disposition, y compris le nombre de niveaux, de travées et de bancs, comme décrit à la section 4.2.
[Étape 2] Sélectionner les méthodes d'affectation pour les horaires des navettes légères.
[Étape 3] Sélectionner ou modifier une règle d'affectation des emplacements de stockage dans le modèle de simulation.
[Étape 4] Réaliser un modèle de simulation pour observer les opérations des AS/RS du SVM-AS/RS.
[Étape 5] Obtenir des résultats de simulation pour les expériences de simulation.
[Étape 6] Si les résultats de l'analyse de simulation concernant les indicateurs de performance clés sont acceptables, terminez la procédure.
Dans le cas contraire, revenir à l'étape 1, 2 ou 3 et ajuster les données et les paramètres requis pour l'étape 4.
Il convient de souligner que les procédures proposées dans cette étude peuvent aider les responsables logistiques à comprendre et à valider les opérations AS/RS dans un environnement BtoC-EC dynamique, confirmant et améliorant ainsi l'efficacité des opérations AS/RS qui impliquent des mini-charges dans différentes configurations.
Logique de simulation
Le modèle de simulation des opérations AS/RS des SVM-AS/RS a été créé à l'aide du logiciel de simulation Simio (Kelton, Smith et Sturrock 2013). Deux types essentiels de processus de flux de matières sont généralement exécutés dans les SVM-AS/RS considérés dans cette étude, à savoir les flux entrants et les flux sortants, comme le montre la figure 5. Chaque flux de processus contient une séquence d'activités réalisées par des navettes légères installées à chaque niveau, des élévateurs de stockage et de récupération, des convoyeurs de couches et des convoyeurs d'allées entrantes et sortantes. Toutes les activités opérationnelles doivent être exécutées en fonction de la priorité des opérations à l'étape 4. Les flux de processus essentiels sont identifiés afin de caractériser les flux d'opérations de manutention des SVM- AS/RS.
Les spécifications du système sont définies sous forme de paramètres, comme le montre le tableau 1. Comme les paramètres énumérés dans le tableau 1 sont utilisés comme conditions expérimentales pour le modèle de simulation, tous les paramètres requis doivent être introduits dans le modèle avant d'exécuter le modèle de simulation des étapes 1 à 3.
Pour illustrer les résultats des modèles de simulation à l'étape 1, trois types d'agencements pour les SVM-AS/RS sont considérés. Les numéros du banc, de la baie et du niveau correspondant aux trois types sont les suivants :
Tableau 1 : Paramètres des SVM-AS/RS.
|
Éléments |
Paramètres |
| Baies : Nombre de racks |
360 ( = 2 × 6 × 30 ) 240 ( = 2 × 6 × 20 ) 120 ( = 2 × 6 × 10 ) |
| Navettes légères : | 6, 6, 6 (unités) |
| Vitesse | (16,88 m. / sec.) |
| Temps de chargement | (5,76 sec./unité) |
| Temps de déchargement | (3,51 sec./unité) |
| Stockage et récupération des élévateurs : | |
| Nombre d'élévateurs de stockage | 1, 1, 1 (unités) |
| Nombre de releveurs à récupérer | 1, 1, 1 (unités) |
| Vitesse | (11,65 m. / sec.) |
| Temps de chargement | (1,16 sec./unité) |
| Temps de déchargement | (1,05 sec./unité) |
| Convoyeurs à étages Nombre de convoyeurs à couches entrants Nombre de convoyeurs à couches sortants |
6, 6, 6 (unités) |
| Vitesse | (14,71 m. / sec.) |
| Convoyeurs d'allée Nombre de convoyeurs d'allée entrants Nombre de convoyeurs d'allée sortants |
1, 1, 1 (unités) |
| Vélocité | (40m. / sec.) |
| Longueur | 5 ( m. ) |
| Articles à manipuler : Nombre d'articles entrants Nombre d'articles sortants |
900 (unités/h.) |
On suppose maintenant que le même nombre de bancs et de niveaux est installé pour exécuter les expériences de simulation pour le type 1-3 à l'étape 1. Un élévateur de stockage et un élévateur de déstockage sont suffisants dans le cas de deux travées. Le nombre de travées peut être fixé à 30, 20 et 10, respectivement.
Pour l'étape 2, les méthodes d'affectation pour les horaires des véhicules légers sont examinées et illustrées. Pour les besoins de cette étude, chaque expérience de simulation commence au point d'une opération entrante. Lorsque les instructions de récupération sont assignées, les opérations alternent entre les opérations de récupération et de stockage de manière cyclique. À l'étape 3, la règle d'attribution des priorités est sélectionnée dans le modèle de simulation. À l'étape 4, les statistiques sont mesurées et enregistrées pour les périodes d'opérations cycliques conformément à la règle d'attribution des emplacements de stockage sélectionnée pour les charges entrantes et sortantes. Trente simulations indépendantes sont effectuées pour chaque règle d'allocation des emplacements de stockage pour chaque type d'aménagement.
Lorsque les indicateurs clés de performance (ICP) sont comparés entre les règles d'implantation et d'allocation des emplacements de stockage, il est nécessaire de collecter les résultats suivants en exécutant le modèle de simulation :
À l'aide des ICP susmentionnés, il est possible d'analyser les mesures de performance pour l'agencement du système désigné, telles que la capacité de manutention et l'analyse des goulets d'étranglement.
Avant de procéder à l'analyse de simulation, le nombre maximal de charges de sortie de stock/entrée de stock par heure, c'est-à-dire I (unités), peut être estimé à l'aide de l'équation suivante :
où :
a: temps de déplacement unidirectionnel d'un élévateur de stockage/déstockage de la position de base au point médian (s)
b: temps de chargement sur un élévateur (s)
c: temps de déchargement d'un élévateur (s)
n: nombre de véhicules navettes (unités)
T: durée de l'opération (par exemple, 3 600 s)
x: temps de déplacement aller d'un véhicule-navette de la position de base au point médian (s)
y: temps de chargement d'un véhicule-navette (s)
z: temps de déchargement d'un véhicule-navette (s)
Le terme (2a+b+c) au dénominateur de l'équation (1) est le temps prévu pour un aller-retour d'un élévateur. En outre, (2x+y+z) est le temps prévu pour un aller-retour d'un véhicule-navette, etn unitésde véhicules-navettes sont utilisées pour transporter à la fois les charges sortantes de récupération et les charges entrantes de stockage. Par conséquent, le temps de traitement global prévu est ((2(2x+y+z))/n). Par conséquent, selon les spécifications du système AS/RS, le goulot d'étranglement du système sera soit un élévateur, soit un véhicule-navette. Dans l'équation (1), les temps associés à un élévateur et à un véhicule navette peuvent être mesurés par une étude de temps. Le tableau 2 présente une sélection d'exemples de données obtenues par l'étude du temps pour le type 1.
Tableau 2 : Exemples de données obtenues par l'étude du temps (Type 1 : banc : 2, travée : 30, niveau : 6).
| Transporteurs |
Postes |
Temps (s) |
|
|
Lève-personne |
Temps de déplacement unidirectionnel |
a |
1.03 |
| Temps de chargement sur un élévateur |
b |
1.16 |
|
| Temps de déchargement d'un élévateur |
c |
1.05 |
|
|
Véhicule navette |
Temps de déplacement dans un sens |
x |
3.49 |
| Temps de chargement dans un véhicule navette |
y |
5.76 |
|
| Temps de déchargement d'un véhicule-navette |
z |
3.51 |
D'autre part, la simulation est un outil puissant pour analyser les performances d'un SA/SR à grande échelle, quelle que soit la taille ou la complexité du système. Dans les SVM-AS/RS utilisés dans un BtoC-EC, les colis prioritaires doivent être placés sur des étagères à proximité des élévateurs pour être récupérés rapidement. Par conséquent, dans cette étude, les colis sont attribués de manière préférentielle et placés sur des rayonnages proches des élévateurs à l'intérieur de l'AS/RS.
En effectuant une simulation, le nombre moyen réel de chargements de retrait et de stockage par heure reflète la capacité des SVM-AS/RS, comme le montre la figure 6. L'intervalle confidentiel à 95 % de la moyenne du nombre maximal de charges de retrait/stockage sortantes et entrantes pour chaque type est indiqué dans la figure 6. Par exemple, les moyennes du nombre maximal de charges de retrait et de stockage entrant pour le type 3 sont respectivement de 658 et 590 pièces. La figure 6 montre que le type 3 est le plus efficace des trois types en termes de nombre moyen de charges de retrait et de stockage entrantes.
En outre, la figure 7 présente l'intervalle confidentiel à 95 % de la durée moyenne entre la récupération et le stockage des charges pour chaque type. La figure 7 montre que les délais moyens entre les charges de retrait et de stockage sortantes pour les types 1, 2 et 3 sont respectivement de 116,81, 159,66 et 233,49 s. Le type 1 est le plus court de tous les types de chargements. Le type 1 est le plus court parmi les trois types en termes de temps moyen entre les charges sortantes de récupération et les charges entrantes de stockage.
Les résultats du délai de récupération d'un chargement entre l'heure de l'instruction de récupération et l'heure de fin de récupération du chargement sont produits, ce qui peut être utilisé pour examiner à la fois l'efficacité et l'efficience de n'importe quel plan d'agencement. Les délais de récupération d'un chargement entre l'heure de l'instruction de récupération et l'heure de fin de récupération du chargement, tels qu'ils résultent de la simulation, peuvent également être utilisés lors de l'examen des méthodes visant à améliorer la satisfaction des clients en réduisant le délai entre la commande de marchandises et la livraison à un client. Par conséquent, le délai est une mesure de performance importante lorsqu'il s'agit d'évaluer la traçabilité d'une livraison à un client afin d'améliorer la compétitivité d'une entreprise de commerce électronique.
D'après l'équation (1), le nombre maximal de chargements sortants de retrait/entrant de stockage par heure pour les types 1, 2 et 3 est de 664,62, 623,92 et 588,56 s, respectivement. Le temps moyen entre les charges sortantes de prélèvement et les charges entrantes de stockage pour les types 1, 2 et 3 est respectivement de 5,42, 5,77 et 6,12 secondes. En outre, les goulets d'étranglement de tous les types d'agencement sont les véhicules légers de la navette. L'équation (1) s'avère donc efficace pour estimer les performances générales des SVM-AS/RS.
Cette recherche est soutenue par la subvention pour jeunes scientifiques (B) de la Société japonaise pour la promotion de la science (JSPS) (numéro de subvention : 17K13801).