Modelagem de simulação hierárquica de centros de distribuição

O desafio

por Dusan Sormaz e Mandvi Malik (Universidade de Ohio)

Conforme apresentado na Conferência de Simulação de Inverno de 2017

A separação de pedidos é a operação mais cara em um centro de distribuição. Devido à grande quantidade de mão de obra utilizada na separação de pedidos, o custo associado à mão de obra é alto. O objetivo deste artigo é criar um modelo de simulação que ajude os gerentes de centros de distribuição a prever seu rendimento otimizando a configuração do trabalhador. A pesquisa usa uma abordagem hierárquica para criar um modelo de simulação. O modelo de simulação é dividido em pequenos submodelos. Os submodelos são totalmente independentes uns dos outros. Os submodelos podem ser combinados para formar vários modelos completos diferentes. Nesta pesquisa, os submodelos são usados para criar um modelo de simulação de um centro de distribuição industrial real. O modelo é então executado por vinte e quatro horas e os resultados são comparados com o modelo de simulação plana do mesmo centro de distribuição.

Introdução

A simulação tornou-se uma técnica potente usada pelas empresas da cadeia de suprimentos como uma ferramenta de apoio à decisão [1]. Há muitos benefícios da simulação na cadeia de suprimentos, pois ela pode ajudar a identificar o gargalo e realizar experimentos para minimizar o risco de mudanças [2]. O objetivo desta pesquisa é criar um modelo de simulação que possa ser reutilizado para criar vários modelos diferentes de centros de distribuição. O modelo é construído usando o Simio [3].

Há duas abordagens para resolver um problema no Simio. A primeira abordagem é criar um modelo no qual a lógica do fluxo de entidades é feita separadamente para cada objeto e repetida para cada objeto semelhante. Esse modelo é chamado de modelo de simulação plana usando objetos padrão. Uma segunda abordagem é a hierárquica, que consiste em dividir o problema em vários subproblemas pequenos. Na abordagem hierárquica, é criada uma biblioteca de submodelos. Os submodelos são usados como objetos para criar um modelo abrangente. Os submodelos podem ser reutilizados para criar outro modelo. O presente documento usa a abordagem hierárquica. Os benefícios de criar um modelo de simulação usando a abordagem hierárquica em vez de um modelo de simulação plano são os seguintes [4]:

• Todas as opções para resolver um problema podem ser incluídas, o que não é possível em um modelo de simulação plano,
• A validação e a verificação são feitas mais rapidamente e são mais confiáveis, pois a lógica seria testada em pequenos níveis de submodelo,
• As modificações do modelo são feitas mais rapidamente,
• Por meio de vários modelos e diferentes abordagens para o projeto do modelo, podemos criar modelos melhores no futuro.

Para o nosso estudo, a aplicação da abordagem hierárquica permite os seguintes benefícios:

• O modelo de baixo nível pode ser reutilizado para diferentes configurações de centros de distribuição,
• Os modelos de componentes podem ser usados para outras políticas de chegada de pedidos,
• A verificação dos modelos de componentes individualmente permite um desenvolvimento mais rápido do modelo.

A solução

Metodologia

Para criar um modelo de simulação do centro de distribuição, a primeira etapa é criar possíveis submodelos para as operações de separação em um centro de distribuição. Esta pesquisa se concentra na estratégia de picking por zona. Na estratégia de separação por zonas, um funcionário é atribuído a uma zona e retira os itens de sua zona. Um pedido pode ter itens em várias zonas. A premissa usada no projeto do modelo é que o centro de distribuição é dividido em várias zonas. Há níveis no centro de distribuição que contêm várias zonas. Há torres que são compostas de vários níveis. Uma sacola com código de barras etiquetado só chegará a uma torre se houver itens a serem coletados nessa torre. A separação de pedidos é feita nas zonas pelos funcionários. Há transportadores para mover as sacolas de um local para outro no centro de distribuição.

Os possíveis submodelos criados são zona, nível, torre, mezanino, expedição e submodelo de chegada. Este documento descreve os submodelos básicos. Eles são definidos a seguir:

• Submodelo de zona: Um submodelo de zona de dois lados é criado usando dois servidores. A lógica definida no submodelo de zona é que uma bandeja seria direcionada para uma zona a partir do transportador central se houver itens a serem retirados dessa zona. As sacolas são modeladas como entidades pai que transportam itens individuais pedidos, e cada item tem propriedades que definem sua localização no centro de distribuição. Foram criadas as seguintes propriedades: localização da zona, tempo de separação e trabalhadores da zona. O tempo de separação e a propriedade do trabalhador seriam definidos no modelo completo.
• Submodelo de nível: Um submodelo de nível é criado pela combinação de vários submodelos de zona. Esse modelo herda todas as propriedades do submodelo de zona. A propriedade de localização da zona é definida aqui. Essa propriedade forneceria um número de identificação para uma zona em um nível.
• Submodelo de torre: Um submodelo de torre é criado pela combinação de vários níveis. O local do nível definido aqui é o mesmo que o local da zona. A lógica de um carrinho para chegar a um nível em uma torre é definida nesse modelo. É criada uma propriedade de localização da torre. A Figura 1 mostra as etapas para criar um submodelo de torre.
• Submodelo de torre de picking: Um submodelo de torre de picking é criado pela combinação de várias torres. A lógica da unidade/tote que entra em uma torre é definida nesse modelo. A propriedade de localização da torre também é definida nesse modelo.
• Modelo de chegada: O modelo de chegada é criado para modelar a atribuição de pedidos às bandejas. Ele define o número de itens em uma sacola, usando uma distribuição empírica, e a política de classificação da ordem de separação dos itens. Esse modelo geralmente é configurado por dados históricos. Esses modelos são incorporados ao modelo de nível superior mostrado na Figura 2 e explicado na próxima seção.

O impacto nos negócios

Estudo de caso

Depois de criar os submodelos, foi feito um modelo de simulação completo de um centro de distribuição localizado em Columbus, Ohio (Figura 2). Uma simulação plana foi feita por Sormaz et. al [5] para o mesmo centro de distribuição. O centro de distribuição tem três torres. Cada torre tem três níveis e cada nível tem oito zonas. Há também um mezanino com seis zonas. A simulação completa foi feita combinando a torre de separação, o mezanino, a torre de expedição e os submodelos de chegada. As propriedades que foram definidas nesse modelo são o tempo de separação, o número de trabalhadores e o tempo de embalagem.

Resultados

O modelo hierárquico foi executado por vinte e quatro horas e os resultados foram comparados com o modelo de simulação plana de [5] do mesmo centro de distribuição. A Tabela 1 apresenta os resultados do modelo de simulação plana e do modelo hierárquico. Os resultados são comparáveis. Portanto, o modelo é válido.
Tabela 1: Resultados da simulação do modelo de simulação plana e do modelo de simulação hierárquica (HM)

Conclusão

O modelo hierárquico apresentado ajudaria a equipe do centro de distribuição a prever seu rendimento configurando a população de trabalhadores. A criação de modelos de componentes facilitou a verificação da lógica do modelo, pois cada submodelo foi testado independentemente antes de ser usado no modelo de nível superior. No momento, o modelo de simulação está limitado à operação de separação e o trabalho futuro do modelo incluiria outras operações do centro de distribuição. A criação de um modelo hierárquico reduziu o tempo de implementação do modelo em 40%.