Masterproef Voorstudie van hoogbouw 3

Transcriptie

1 Masterproef Voorstudie van hoogbouw 3 Studiegebied Industriële wetenschappen en technologie Opleiding Master of Science in de industriële wetenschappen: elektrotechniek Afstudeerrichting Automatisering Academiejaar Joeri Biebuyck Academische bachelor- en masteropleidingen, Graaf Karel de Goedelaan 5, 8500 Kortrijk

2 Voorwoord Dit eindwerk is een mooie afsluiter van mijn opleiding aan het PIH. Via dit eindwerk heb ik de verschillende facetten van mijn opleiding moeten gebruiken om het tot een goed einde te kunnen brengen. Via dit voorwoord wil ik ook al de mensen bedanken die het mogelijk hebben gemaakt om deze vierjarige opleiding als industrieel ingenieur elektrotechniek optie automatisering te kunnen volgen. Hierbij dank ik vooral mijn ouders omdat zonder hun financiële steun, ik nooit de kans gekregen zou hebben om deze studies te voltooien. Daarnaast wil ik mijn broer en vrienden bedanken die me altijd door de moeilijkere perioden hebben getrokken. Voor dit eindwerk wil ik vooral mijn externe begeleider, Rik Osstyn, bedanken. Door zijn jarenlange ervaring in dergelijke projecten heeft hij mij altijd met raad en daad kunnen bijstaan. Verder wil ik de interne begeleider, Heinze Vervaeke, bedanken die altijd wel tips en feedback had over elk werk die ik heb ingediend. Pieterjan Couckhuyt was ook een grote hulp tijdens het project. Hij was een medestudent die ook gewerkt heeft rond het automatische magazijn. Bij problemen probeerden we elkaar altijd te helpen. Verder wil ik enkele medewerkers bedanken bij Egemin automation die mijn berekeningen qua cyclustijden geverifieert hebben. Daarnaast wil ik nog Kris De Boeck bedanken van SEW die geholpen heeft met de keuze tussen energieefficiënte motoren of gewone motoren. Als laatste zou ik de docenten aan de Howest willen bedanken die gedurende de laatste 4 jaar mij nieuwe inzichten en kennis hebben bijgebracht. Door deze vorming ben ik ervan overtuigd dat ik en mijn medestudenten goede ingenieurs zullen worden. Voorstudie van hoogbouw 3 II

3 Abstract Preliminary study of high bay warehouse 3 Project s situation Van Marcke tries to automate more and more processes because of the high labour cost. To achieve a lower labour cost they are implementing several automatic warehouses. Building a complete new high bay warehouse has a bad ROI. That is why they bought second-hand cranes to lower the cost. This is an unusual way of working because normally first the warehouse is designed to provide the necessary speed and then the cranes are chosen. Here the system must be designed with the materials that are available. The warehouse has to work at a high speed, it must be able to pick 7000 lines a day. Objectives The first objective is to calculate the cycle times of the warehouse. This is necessary to test if different designs are fast enough and don t jam the system. The second objective is to write a functional analysis. With the analysis, it is possible to correct errors in the design. The last objective is to make an I/O list. With this list it is easier to determine a budget. Method The total cycle times consists of the cycle times of the cranes and the cycle times of the carousel. The cycle times of the cranes are calculated by the FEM norm. The speed of the cranes was not sufficient and therefore several optimizations were devised. To speed up the calculations, a computer program has been written. The cycle times for the carousel have been calculated by hand to get a rough sketch of the global speed of the system. A more in depth examination of the carousel has been done by using a simulation. For the functional analysis, every possible scenario has been examined to determine which different movements the system has to make. The placement of the sensors has also been considered in the analysis. To improve the ROI several energy efficient solutions haven been taken in account. Because there are a lot of motors in the system, it has investigated if it s useful to use high efficiency motors. As last the I/O list is drawn. To make the I/O list the functional analysis has been used. The best way to communicate with the I/O has also been considered. Conclusions After several calculations it was clear that the second-hand cranes had a speed that was insufficient without optimizations. With the idea for using a double lifting tackle and other optimizations the speed has been increased so it s fast enough. With the simulations of the carousel it was clear that the carousel needed five buffers. In the functional analysis every movement has been explained. Because of this it will more clear how to write the program for the system. There are also a few energy efficient solutions. The cranes will use a common DC bus and for the pneumatic installation an EARS compressor will be used. The I/O list for the automation part also has been made. With this list a budget has been made for the project. Voorstudie van hoogbouw 3 III

4 Inhoudsopgave VOORWOORD... II ABSTRACT... III VERKLARENDE WOORDENLIJST... VIII SYMBOLEN... IX LIJST VAN DE FIGUREN... X LIJST VAN DE TABELLEN... XIII INLEIDING BEDRIJFSVOORSTELLING Algemeen Historiek ANALYSE Situering masterproef Probleemschets Overzicht Doelstellingen Hoofddoelstellingen Extra doelstellingen CYCLUSTIJDEN Inleiding Kraanbewegingen Inleiding Verdeling magazijn Technieken Berekeningen kranen Besluit Voorstudie van hoogbouw 3 IV

5 3.3 Cyclustijden van de carrousel Inleiding Uitleg van de samenstelling van de bewegingen Cyclustijden van de kranen Ingestelde parameters Handmatige berekeningen Simulatie Testen in de realiteit Besluit FUNCTIONELE ANALYSE Inleiding Sensorkeuze en plaatsing Keuze van de sensor Plaatsing van de sensoren Basisbewegingen Rechtdoor op de rollenbanen Een hoek van een rollenbaan naar een kettingbaan Rechtdoor op een kettingbaan Een hoek van een kettingbaan naar een rollenbaan Werking van de carrousel Optimalisatie Voorrangregels en mogelijk bewegingen Pickingpost Controles Invoer Redundantie Wat is redundantie Redundantie in hoogbouw Veiligheid ENERGETISCHE ASPECTEN Inleiding Energiezuinige motoren Inleiding Kostprijsberekeningen Besluit Energie recuperatie van de kranen Inleiding rem mogelijkheden Common DC bus in hoogbouw Voorstudie van hoogbouw 3 V

6 5.4 Compressor Inleiding Concept Waarom beter? Voordelen Elektrisch verbruik Zonnepanelen Besluit IO LIJST Inleiding Pneumatische onderdelen Pneumatisch schema Pneumatisch principe Overzicht pneumatische onderdelen Motoren Schema Overzicht motoren Aansturing Sensoren Schema Samenvatting PLC Plaatsing elektrische kasten Communicatie Automatische pickingpost Budget opstellen BESLUIT BIBLIOGRAFIE BIJLAGEN Bijlage 1: Programma Kraansimulatie Form: design Form: Code Voorstudie van hoogbouw 3 VI

7 9.1.3 clskraan Efficiency Report Voorstudie van hoogbouw 3 VII

8 Verklarende woordenlijst Batchcoëfficiënt Gemiddeld aantal picklijnen waarbij er voor meerdere orders kan gepickt worden. Blister Een plastiek verpakking voor goederen. Craddle Een bak waar de producten van één order in moeten komen. Fastmovers Producten in het magazijn die veel nodig zijn. Minstens één keer per week. Goods-to-man De producten komen automatisch naar de picker. Picker Iemand die producten uit een magazijn neemt en ze bij het bijhorende order plaatst. Picklijn Telkens als er een tray komt en er kan gepickt worden, wordt dit een picklijn genoemd. ROI Return of investment, wanneer wordt de investering teruggewonnen? TCO Total cost of ownership. Hoeveel kost een systeem in totaal? Tray Een metalen plaat die als medium dient om de bakken in het magazijn op te slaan. VAM Een zelfbedieningswinkel van Van Marcke met talrijke producten voor installateurs. WMS Warehouse management system. Voorstudie van hoogbouw 3 VIII

9 Symbolen Rollenbaan Kettingbaan Kettingbaan met rollenbaan Transportband voor de aanvoer Voorstudie van hoogbouw 3 IX

10 Lijst van de figuren Figuur 1.1: Logo Van Marcke... 2 Figuur 2.1: Grondplan vestiging Kortrijk... 3 Figuur 2.2: Blister... 4 Figuur 2.3: Bak waar de blisters inkomen... 5 Figuur 2.4: Tray waar de bakken opkomen... 5 Figuur 2.5: CAD tekening van de carrousel... 6 Figuur 2.6: Overzicht van het magazijn... 7 Figuur 3.1: Verdeling van een magazijn Figuur 3.2: Enkelslag Figuur 3.3: Dubbelslag Figuur 3.4: Verduidelijking overslag Figuur 3.5: Verduidelijking herpicking Figuur 3.6: Overslag bij wachttijden Figuur 3.7: Kraanbeweging bij overslag Figuur 3.8: Enkel lastopnamemiddel Figuur 3.9: Dubbel lastopnamemiddel Figuur 3.10: Kraanbeweging bij dubbele vorken Figuur 3.11: Kraanbeweging met dubbele vorken alternatief Figuur 3.12: Grafiek onvolledige versnelling kraan Figuur 3.13: Programma voor de kraanbewegingen Figuur 3.14: Verduidelijking afzetten van de trays Figuur 3.15: Flow pickingpost Figuur 3.16: Flow pickingpost Figuur 3.17: Flow van de invoer Figuur 3.18: Lay-out in Saturn Figuur 3.19: Instellingen in Saturn Figuur 3.20: Invloed van buffers Figuur 3.21: Testopstelling in Mewaf Figuur 3.22: Testopstelling van een pickingpost Figuur 3.23: Simulatie van orders Figuur 4.1: Werking inductieve sensor [7] Figuur 4.2: Schakelafstand inductieve sensor [7] Figuur 4.3: Capacitieve sensor Figuur 4.4: Illustratie bakken Figuur 4.5: Controle sensorplaatsing Figuur 4.6: Basisbewegingen Figuur 4.7: Rechtdoor op een rollenbaan Figuur 4.8: In- en uitgangen bij een rechtdoor beweging op een rollenbaan Figuur 4.9: Wissel van een rollenbaan naar een kettingbaan Figuur 4.10: In- en uitgangen bij een wissel van een rollenbaan naar een kettingbaan Figuur 4.11: Rechtdoor op een kettingbaan Figuur 4.12: In- en uitgangen bij een rechtdoor beweging op een kettingbaan Figuur 4.13: Wissel van een kettingbaan naar een rollenbaan Figuur 4.14: In- en uitgangen bij een wissel van een kettingbaan naar een rollenbaan Figuur 4.15: Maximum trays op een normaal kruispunt Voorstudie van hoogbouw 3 X

11 Figuur 4.16: Maximum trays op een kruispunt in HB Figuur 4.17: 2 Trays op een ketting Figuur 4.18: Nummering van de carrousel Figuur 4.19: Kettingtransport staat in rust Figuur 4.20: Oprijden van een kettingbaan Figuur 4.21: Afrijden van een kettingbaan Figuur 4.22: Rechtdoor transport op een kettingbaan Figuur 4.23: Rollenbaan in rust Figuur 4.24: Bewegen van een rollenbaan Figuur 4.25: Overzicht van een pickingpost Figuur 4.26: Bediening van een pickingpost Figuur 4.27: Bediening van de craddles Figuur 4.28: Lijnscanner van Leuze Figuur 4.29: 3D vision sensor van IFM Figuur 4.30: Contourcontroles pickingpost Figuur 4.31: Controle hoogte en breedte Figuur 4.32: Controle Lengte Figuur 4.33: Overzicht van de invoer Figuur 4.34: Invoer van de bakken Figuur 4.35: Controles aan de invoer Figuur 4.36: Verduidelijking volle en lege trays Figuur 4.37: Automatisch plaatsen van bakken Figuur 4.38: Defecte kraan Figuur 4.39: Onderhoud of interventie op de carrousel Figuur 4.40: 3-stapsmethode EN ISO Figuur 4.41: Risicobeoordeling Figuur 4.42: Risicograaf Figuur 4.43: Veiligheidsoverzicht Figuur 5.1: IE klassen Figuur 5.2: MOVIGEAR DSC Figuur 5.3: Statistieken van de motoren Figuur 5.4: Isorendementscurve 750W IE2 met drive herleid naar 370W Figuur 5.5: Common DC bus Figuur 5.6: Recuperatie kranen in HB Figuur 5.7: Energiezones kranen Figuur 5.8: MOVIAXIS oplossing Figuur 5.9: Concept EARS Figuur 5.10: Conventioneel vs. EARS in HB Figuur 5.11: PV-diagram van een compressor Figuur 5.12: Energiemap van de carrousel Figuur 6.1: Pneumatisch schema Figuur 6.2 : Aansluiting ventiel Figuur 6.3: Aansluiting via ventieleiland Figuur 6.4: Overzicht van de motoren Figuur 6.5: Klassieke bekabeling motor Figuur 6.6: MOVIMOT met AS-interface Figuur 6.7: Voeding MOVIMOT Figuur 6.8: Schema van de sensoren Voorstudie van hoogbouw 3 XI

12 Figuur 6.9: Overzicht van een elektrische kast Figuur 6.10: Plaatsing van de elektrische kasten Figuur 6.11: Communicatie overzicht Figuur 6.12: Automatische pickrobot Figuur 9.1: Form 'Kraansimulatie' Voorstudie van hoogbouw 3 XII

13 Lijst van de tabellen Tabel 2.1: Gegevens kranen... 4 Tabel 2.2: Logistieke gegevens... 5 Tabel 3.1: Samenvatting van de kraanbewegingen Tabel 3.2: Opdrijven van de kranen Tabel 3.3: Snelheid kranen voor de verdere berekeningen Tabel 3.4: Gegevens cyclus tijd carrousel Tabel 3.5: Cyclustijd pickingpost Tabel 3.6: Cyclustijd van pickingpost Tabel 3.7: Duurtijd van de aanvoer Tabel 3.8: Cyclustijd van de invoer Tabel 3.9: Capaciteit van de carrousel Tabel 3.10: Vergelijking simulatie met theoretische waarden Tabel 3.11: Resultaten op de sliptesten Tabel 4.1: Prijsoverzicht naderingssensoren Tabel 4.2: Correctiefactoren inductieve sensoren [7] Tabel 4.3: Correctiefactoren capacitieve sensoren [7] Tabel 4.4: Bewegingen naar pickingpost Tabel 4.5: Bewegingen naar pickingpost Tabel 4.6: Samenvatting van de bewegingen Tabel 5.1: Aanschafkosten van de motors Tabel 5.2: Energieverbruik klassieke motor Tabel 5.3: Energieverbuik Movigear Tabel 5.4: Vergelijking energieverbuik motoren Tabel 6.1: Samenvatting aantal cilinders per ventieleiland Tabel 6.2: Overzicht motoren Tabel 6.3: Samenvatting van de gebruikte sensoren Tabel 6.4: CPU's Siemens 300 reeks Voorstudie van hoogbouw 3 XIII

14 Inleiding De masterproef situeert zich binnen de logistieke afdeling van Van Marcke. Van Marcke is een verdeler van sanitaire toestellen, verwarmingsinstallaties en benodigdheden, zowel voor particulieren als zelfstandigen. Per klant worden de orders behandeld en samengesteld in de logistieke afdeling. Momenteel worden alle orders in een magazijn manueel gepickt. De pickers moeten dus zelf op zoek gaan naar de gewenste producten in het magazijn. In de huidige economische situatie waar loonkost een belangrijk aandeel in de kosten van een bedrijf is, spreekt het voor zich dat het picken efficiënter kan. Om arbeidsextensief voldoende orders te kunnen picken, werd er beslist om een automatisch magazijn te plaatsen via het goods-to-man principe. Dit wil zeggen dat de goederen naar de pickers zullen komen, in plaats van dat de pickers zelf naar de goederen gaan om te picken. De meerwaarde van dit project is dat de logistieke distributie minder arbeidsintensief is. Er zullen dus ook minder arbeidsuren nodig zijn om aan de gevraagde orders te voldoen, waardoor de kosten worden verminderd. Om het magazijn te automatiseren is er een tweedehands magazijn aangekocht. Dit zal worden gemonteerd in een bestaand gebouw op de vestiging in Kortrijk. Het magazijn moet nog worden aangepast en er moet een automatische uitloop (carrousel) worden gemaakt. Hiervoor wordt er een analyse uitgevoerd waardoor conceptuele fouten bij de uitvoer worden vermeden. Verschillende voorbeelden uit het verleden tonen aan dat het plaatsen van een dergelijk magazijn zonder een grondige voorstudie catastrofaal afloopt. De cyclustijden zijn te lang en het onderhouden is duurder in vergelijking met de oorspronkelijke situatie. De voorstudie omvat het conceptueel ontwerp van het magazijn. Hierin wordt eerst de haalbaarheid gecontroleerd van het gebruik van de tweedehands kranen. Als de kranen snel genoeg zijn moet een carrousel uitgewerkt worden die de hoge doorstroom van trays aankan. Om deze concepten te controleren moeten cyclustijden berekend worden en simulaties gemaakt worden. In de voorstudie worden de verschillende bewegingen uitgeschreven zodat eenduidig vastligt hoe alles moet bewegen. Dit zal bij het uitvoeren van het project het programmeren vereenvoudigen. Om de ROI te verbeteren worden ook enkele energiezuinige oplossingen bekeken en wat de haalbaarheid hiervan is. Als laatste wordt er een IO-lijst opgesteld met de verschillende benodigdheden om het magazijn te automatiseren. Voorstudie van hoogbouw 3 1

15 1 Bedrijfsvoorstelling 1.1 Algemeen Van Marcke is een verdeler van badkamers, wellnesstoestellen, keukens, verwarmingsinstallaties, sanitair- en installatiemateriaal en duurzame oplossingen voor warmte en water. Het bedrijf is momenteel marktleider in België. Naast België is het bedrijf wereldwijd actief, met vestigingen in o.a. Frankrijk, Luxemburg, Nederland, Zwitserland, de Verenigde Staten en Malta. Momenteel zijn er 107 winkels van Van Marcke in Europa. Van Marcke logistics had in 2010 een omzet van 270 miljoen euro. Figuur 1.1: Logo Van Marcke 1.2 Historiek Het bedrijf werd gesticht door Raymond Van Marcke in 1929.[1] Toen specialiseerde de firma zich enkel op de verdeling van sanitair materiaal aan erkende loodgieters. Door het succes wordt er in 1934 een tweede filiaal geopend in Brugge. De expansie in West-Vlaanderen blijft groeien met een nieuw filiaal te Roeselare in De firma wil echter ook een groter assortiment aanbieden en in 1966 werd centrale verwarming aan het assortiment toegevoegd. Door de uitbreidingen werd het totaalbeeld onoverzichtelijk en was er plaats tekort aangezien elk filiaal beschikte over eigen transport en stock. In 1968 werd er besloten om dit te veranderen en elk filiaal slechts voor een deel van de stock te voorzien. Eén chauffeur staat dan in voor de bevoorrading tussen de verschillende filialen. Op dit moment werd dan ook het VAM-begrip geboren, VAM staat voor een zelfbedieningsmagazijn van Van Marcke. Door de constante groei was er nood aan een herstructurering. Daarbij zijn de volgende firma s opgericht: - Van Marcke Logistics: Aankoop en logistiek - Raymond Van Marcke: Marketing, evenementen en de verkoopsstructuren - Van Marcke Trading: Administratie en computerverwerking - Het Immobiliënpatrimonium: Werd ondergebracht in diverse immobiliënvennootschappen Momenteel zijn er 21 toonzalen verspreid over gans België. 85 VAM winkels in België. 10 WAM winkels in Frankrijk. 2 VAM winkels in Luxemburg en tenslotte een VAM winkel in Nederland en in Zwitserland. In de Verenigde Staten zijn er ondertussen ook al 15 SANs. Deze werken identiek zoals de VAMs in Europa. De groei van het bedrijf lijkt dus nog niet ten einde. Voorstudie van hoogbouw 3 2

16 2 Analyse 2.1 Situering masterproef Op de site van Kortrijk zijn naast de hoofdzetel en kantoren ook verschillende magazijnen aanwezig. De distributie wordt van hieruit geleid voor België. Doorheen de jaren is er overgeschakeld van manuele magazijnen naar automatische magazijnen. Hoogbouw 1(HB1) is al uitgerust met een automatische picking, terwijl hoogbouw 2(HB2) op dit moment in de opstartfase zit. Op de site worden de blisters momenteel verhandeld in warehouse 301(WH301). Meer informatie over de producten wordt beschreven in de inleiding. Deze blisters zullen in hoogbouw 3(HB3) komen die momenteel dienst doet voor waterbehandeling. Dit is dan ook het thema van deze masterproef, een voorstudie van de implementatie van hoogbouw 3. De hoogbouwen worden getoond in Figuur 2.1. Figuur 2.1: Grondplan vestiging Kortrijk Hoogbouw 3 zal automatisch bevoorraadt worden. Als er bepaalde producten tekort komen in het magazijn dan wordt er een pallet klaar gemaakt in hoogbouw 1 met de nodige producten voor hoogbouw 3. Hoogbouw 1 is een trager maar groter magazijn die dienst doet als grote opslagplaats. In hoogbouw 3 is de snelheid van groter belang om de dagelijkse orders aan te kunnen. Voorstudie van hoogbouw 3 3

17 2.2 Probleemschets Er is gekozen voor een automatisch magazijn om zo zes arbeiders te kunnen uitsparen [2]. Hierdoor verdient het magazijn zichzelf terug na verloop van tijd. Naast het besparen van de arbeidskost is het ook mogelijk om de goederen efficiënter en sneller te leveren aan de klanten. Het ontwerpen van het automatisch magazijn is niet volgens een normaal ontwerp proces. Normaal wordt er eerst beslist welke goederen in een automatisch magazijn moeten. Daarna wordt een carrousel uitgewerkt die aan de vraag kan voldoen en daarop worden kranen gekozen die snel genoeg zijn. In HB3 is de situatie anders. De opportuniteit deed zich voor om aan een spotprijs vijf tweedehandskranen van Becton Dickinson over te kopen. Daarna is er beslist geweest dat er blisters in het magazijn moeten komen. Daarna zijn er drie extra tweedehandskranen overgekocht van Volvo om de snelheid te vergroten van het magazijn. Nu moet er gecontroleerd worden of de kranen van Becton Dickinson en Volvo snel genoeg zijn om aan de huidige vraag te voldoen. En als dit niet het geval is, moeten er oplossingen gevonden worden zodat dit wel mogelijk is. Van de kranen van Becton Dickinson is er één kraan minder gebruikt omdat die instond voor het transporteren van lichtradio-actief materiaal, deze kraan zal dus het minst versleten zijn. De kranen van Becton Dickinson zijn 4715mm hoog en kunnen probleemloos in HB3. De kranen van Volvo zijn te hoog en moeten worden ingekort. Deze kranen komen in zeven gangen, er is dan één kraan over die dienst doet als wisselstuk. Kraan Aantal Hoogte [mm] Tabel 2.1: Gegevens kranen Rijsnelheid [m/min] Rijversnelling [m/s²] Hefsnelheid [m/min] Hefversnelling [m/s²] Beckton ,5 30 0,5 Dickinson Beckton ,5 30 0,5 Dickinson radioactief Volvo , Volvo , In het magazijn zullen blisters komen, dit zijn plastiek verpakkingen, zie Figuur 2.2. Zoals eerder besproken zullen deze uit warehouse 301 komen. 97,8% van de producten die zich momenteel in warehouse 301 bevinden zijn geschikt voor HB3 [3]. Figuur 2.2: Blister Voorstudie van hoogbouw 3 4

18 De afmetingen van de bakken waar deze blisters in moeten komen zijn bepaald door de logistieke dienst van Van Marcke. Deze zullen in bakken terecht komen die momenteel beschikbaar zijn in het bedrijf. Deze bakken komen op trays zodat deze verhandeld kunnen worden door de kranen. Er worden trays gebruikt omdat deze samen zijn aangekocht met de kranen van Becton Dickinson. Figuur 2.3: Bak waar de blisters inkomen Figuur 2.4: Tray waar de bakken opkomen Tabel 2.2: Logistieke gegevens Aantal locaties 225 mm hoogte mm hoogte 7696 Totaal 9280 Aantal bakken 600 x 400 x x 400 x Totaal Totaal aantal locaties nodig 225 mm mm 4865 Totaal vendorcases volume nodig 1001,7 m³ Totaal volume 1519 m³ Gemiddeld aantal bewegingen per uur (maximaal) 417 Maximaal aantal picklijnen per uur 850 Batchcoëfficiënt 2,04 Gemiddeld aantal picklijnen per dag 6000 In 90% van de gevallen zijn er niet meer dan vijf stuks nodig in een picklijn. Het telwerk vergt dus niet zoveel tijd. Voorstudie van hoogbouw 3 5

19 Magazijn 2.3 Overzicht In Figuur 2.5 wordt een overzicht gegeven van hoe de uitloop er zal uitzien. [4] Carrousel Sorteermachine Pickingpost 4 Pickingpost 3 Pickingpost 2 Pickingpost 1 Manuele invoer 2 Manuele invoer 1 Automatische invoer Figuur 2.5: CAD tekening van de carrousel Voorstudie van hoogbouw 3 6

20 In Figuur 2.6 wordt de algemene werking van het magazijn weergegeven. Er is een grote stock ruimte waar alle trays en bakken worden gestapeld. De carrousel brengt alle trays van de stock naar de juiste pickstation of bevoorradingspost. De werkzone wordt verdeeld in twee zones. Een zone waar er gepickt kan worden en een zone waar de bevoorrading zal plaatsvinden. Via treintjes worden de orders weggevoerd. De treintjes kunnen binnenrijden aan één kant van het magazijn en rijden weg aan de andere kant. Op deze manier zijn er geen manoeuvres nodig. Aan de bevoorradingsposten is er een ingang voor het gebouw. Op deze manier zijn er geen kruislingse bewegingen. Figuur 2.6: Overzicht van het magazijn Voorstudie van hoogbouw 3 7

21 2.4 Doelstellingen Er dient een voorstudie te gebeuren over de uitloop van het magazijn. In deze voorstudie wordt de thesis opgesplitst in twee delen, een automatisch gedeelte en een mechanisch gedeelte. Het automatische gedeelte wordt in deze masterproef uitgewerkt. Hierbij wordt de uitloop onder de vorm van een carrousel uitgewerkt. Dit alles moet ervoor zorgen dat de uitvoering eenvoudig is wanneer het project wordt gerealiseerd. Het uiteindelijke doel van de thesis is om een ontwerp te maken die de benodigde snelheid aankan en dit door gebruik te maken van het materiaal dat al is aangekocht. Om dit te verwezenlijken is de thesis gesplitst in verschillende doelstellingen die hieronder worden beschreven Hoofddoelstellingen Berekenen van cyclustijden Eerst worden de verschillende parameters gezocht die een impact hebben op de uitloop van het magazijn. Er wordt een analyse gemaakt, waarbij o.a. de cyclusparameters worden bepaald. Hierdoor kan gekeken worden welke invloed de verschillende parameters hebben op het systeem. Omschrijven technische en functionele werking De volgende stap is het volledig beschrijven van elk onderdeel in een functionele analyse. Hier moet het duidelijk worden of er fouten zitten in het concept en indien nodig het concept aanpassen. Naast het beschrijven van de werking van elk component wordt er bepaald hoe dit alles bekabeld wordt. Budget opstellen Er moet een budget bepaald worden. Hiervoor is het nodig dat er een IO-lijst wordt opgesteld. Dit kan door te bepalen hoeveel sensoren en actuatoren er vereist zijn op elke positie Extra doelstellingen Automatische picking Er zal bekeken worden of het nuttig is om een automatische pickingpost te installeren. Voorstudie van hoogbouw 3 8

22 3 Cyclustijden 3.1 Inleiding In dit hoofdstuk worden de cyclustijden van de kranen en de carrousel besproken. De cyclustijden zijn cruciaal tijdens het ontwerp van een automatisch magazijn. Als deze niet kloppen zal het magazijn veel te traag werken. Er is in hoogbouw 3 een extra moeilijkheid omdat er gewerkt moet worden met tweedehands materiaal dat al gekocht is. Er moeten daarom manieren gezocht worden die zorgen dat het beschikbare materiaal bruikbaar is voor hoogbouw Kraanbewegingen Inleiding Er is een objectieve vergelijking nodig tussen de verschillende kraantechnieken om een correcte keuze te maken. Afhankelijk van de opbouw, kraanbewegingen en magazijnindeling zal een objectieve keuze worden gemaakt. De kranen worden geplaatst in een magazijn die een stuk groter is dan het magazijn waar ze oorspronkelijk in stonden. Daarom zullen de bewegingen die de kranen per uur kunnen doen volgens de datasheets niet overeenstemmen met het aantal bewegingen van de kranen als deze worden geïmplementeerd in hoogbouw 3. Er zullen ook verschillende technieken worden gebruikt om de snelheden van de kranen op te drijven. Hiervoor is er een programma geschreven die voor de verschillende methodes het aantal bewegingen per uur van de kraan weergeeft. De bewegingen die zijn opgegeven in de datasheets [6] zijn de enkel- en dubbelslag die beschreven staan in de norm FEM [4]. Deze norm zit niet in de bijlagen omdat deze enkel tegen betaling verkrijgbaar is. Deze bewegingen liggen vast zodat kranen van verschillende leveranciers vergeleken kunnen worden. Om deze norm te kunnen gebruiken moet het magazijn aan onderstaande voorwaarde voldoen. (3.1) met L = lengte van het magazijn [m] H = hoogte van het magazijn [m] v y = Hefsnelheid van de kraan [m/s] v x = Rijsnelheid van de kraan [m/s] De kranen voldeden aan deze voorwaarde bij Becton Dickinson en Volvo, maar in hoogbouw 3 zal dit niet het geval zijn. Het is echter wel nog altijd een goede richtlijn. Voorstudie van hoogbouw 3 9

23 Hoogte v/h magazijn Hoogte magazijn Verdeling magazijn In de technieken die in de volgende punten wordt besproken wordt er verwezen naar verschillende zones vooraan in het magazijn. De belangrijkste zone voor het optimaliseren van de kranen is de overslagzone. Dit is een gebied in het magazijn dat niet kan gebruikt worden als stock maar dient als buffering. Aangezien er moet worden rekening gehouden met de hefsnelheid van een kraan is dit gebied twee-dimensionaal. Magazijn Stock-ruimte Overslagzone Lengte magazijn Figuur 3.1: Verdeling van een magazijn Het voordeel van een grotere overslagzone is dat de kraan sneller werkt maar hierbij moet opgemerkt worden dat hoe groter de overslagzone, hoe minder opslagruimte er is Technieken Enkelslag FEM Dit is de eerste beweging die beschreven staat in de norm. Bij deze beweging moet de kraan eerst naar 20% lengte rijden en 67% hoogte om daarna terug naar de carrousel te gaan. Vervolgens wordt een volgende tray gehaald/geplaatst op 67% lengte en 20% hoogte. Deze bewegingen zijn allemaal enkelvoudige bewegingen of ook enkelslagen genoemd. Dit wil zeggen dat er enkel bakken gehaald worden of enkel bakken worden weggeplaatst. Carrousel Lengte v/h magazijn Figuur 3.2: Enkelslag Voorstudie van hoogbouw 3 10

24 Hoogte v/h magazijn Hoogte v/h magazijn Dubbelslag FEM Dubbele bewegingen of dubbelslagen genoemd is de tweede soort beweging die uitgewerkt staat in de norm. Dit wil zeggen dat bij één beweging zowel een tray wordt gehaald en een tray wordt weggeplaatst. Eerst zal men dus een tray van de carrousel nemen en deze in het magazijn plaatsen. Die gebeurt volgens de norm op een lengte van 20% en hoogte van 67%. Daarna zal de kraan bewegen naar 67% lengte en 20% hoogte om daar een tray van het magazijn te halen en die naar de carrousel te brengen. Het spreekt voor zich dat deze beweging langer duurt maar er moet rekening worden gehouden dat in deze beweging wel twee trays zijn verhandeld. In totaal is dit dus sneller. Carrousel Lengte v/h magazijn Figuur 3.3: Dubbelslag Overslag tijdens rustperiodes De bewegingen vanaf hier staan niet vermeld in de FEM-norm. Het zijn optimalisaties die gebruikt worden zodat het maximale aan snelheid uit de kranen wordt bereikt. Hierbij wordt de kraan geoptimaliseerd. 's Nachts of als het magazijn niet in gebruik is, worden de nuttige trays van achteraan naar vooraan geplaatst. Nuttige trays zijn trays die nodig zijn op dezelfde dag. Op deze manier moet de kraan gemiddeld gezien bij picking niet zo ver rijden. Hierdoor wordt de cyclustijd drastisch verminderd. In plaats van de gebruikelijke 1/5 en 2/3 uit de FEM-norm te gebruiken als referentie voor het aantal bewegingen kan dit teruggeschroefd worden naar 10% en 50%. Dit komt omdat 50% die achteraan staat naar voor wordt geplaatst. Het gemiddelde wordt dus verplaatst naar 25%. Indien er gesteld wordt dat er 5% buffer is, moet die 5% nog bij het gemiddelde worden geteld en wordt dit dus 30%. Aangezien in het magazijn enkel fastmovers worden geplaatst zal dit minder van toepassing zijn. Verplaatsen stock 25% 5% 5% 25% 50% Lengte v/h magazijn Figuur 3.4: Verduidelijking overslag Voorstudie van hoogbouw 3 11

25 Herpicking Na een picking worden de trays niet willekeurig terug in het magazijn geplaatst. Deze worden in de overslagzone geplaatst indien deze in aanmerking komen om opnieuw te worden gepickt binnen een bepaalde tijd op dezelfde dag. Deze techniek is uitstekend om te combineren met de technieken die hierna worden besproken. Magazijn Overslag Carrousel Pickingpost 1 Eerste picking Tweede picking Figuur 3.5: Verduidelijking herpicking Voorstudie van hoogbouw 3 12

26 Hoogte v/h magazijn Hoogte v/h magazijn Overslag tijdens werkuren Bij wachttijden Dit werkt in principe hetzelfde als 'overslag tijdens rustperioden' maar in plaats van 's nachts de bakjes vooraan te plaatsen zal dit overdag gebeuren wanneer de kraan stilstaat. De kraan zal controleren welke orders er in de nabije toekomst nog nodig zijn en zal alternerend trays die ver staan in de overslag plaatsen. Een voorbeeld om dit te verduidelijken: De kraan moet in de nabije toekomst trays: 1, 2, 3, 4, 5 en 6 halen. Hiervan zal hij bijvoorbeeld 1, 3 en 5 in de overslagzone plaatsen. De kraan heeft dan tijdens drukke momenten meer tijd als hij tray 1 onmiddellijk kan leveren om dan naar tray 2 te rijden. Alternerend verplaatsen Lengte v/h magazijn Figuur 3.6: Overslag bij wachttijden Bij picking Carrousel Lengte v/h magazijn Figuur 3.7: Kraanbeweging bij overslag 1. Plaats een tray van de carrousel in de overslagzone. 2. Neem een andere tray van de overslagzone. 3. Plaats de tray op de carrousel. 4. Neem een tray van de carrousel en ga achteraan het magazijn. 5. Plaats de tray in het magazijn en ga naar een tray van achteraan dat moet worden gepickt. 6. Neem de tray en plaats deze op de carrousel. Voorstudie van hoogbouw 3 13

27 Hoogte v/h magazijn Dubbele vorken of lastopnamemiddel In dit geval bevat de kraan dubbele vorken. Er kunnen dan twee trays op hetzelfde moment op de kraan staan. Op deze manier kan de kraan een tray uithalen met de ene vork en de locatie weer vullen met de andere vork. Ter verduidelijking staat er op Figuur 3.8 en op Figuur 3.9 een enkel en een dubbel lastopnamemiddel afgebeeld. Figuur 3.8: Enkel lastopnamemiddel Figuur 3.9: Dubbel lastopnamemiddel 7 5 en en 3 Carrousel 4 Lengte v/h magazijn Figuur 3.10: Kraanbeweging bij dubbele vorken 1. De kraan neemt een tray dat naar de carrousel moet. 2. Met de andere vork neemt de kraan het tray dat weg moet van de carrousel. 3. De kraan plaatst de tray op de carrousel. 4. De tray dat weg moest wordt naar het magazijn gebracht. 5. Met de lege vork wordt er een tray uitgehaald dat naar voren moet worden gebracht 6. De tray dat in het magazijn moest, wordt in de lege locatie gebracht. 7. De tray wordt naar de carrousel gebracht. Voorstudie van hoogbouw 3 14

28 Hoogte v/h magazijn Alternatief met dubbele vorken In de volgende methode worden er vier trays verhandeld op drie locaties. 1. De kraan gaat twee trays van de carrousel nemen. 2. Dan gaat hij naar een tray van het magazijn dat op de carrousel moet worden geplaatst. 3. Onderweg plaatst hij één tray in het magazijn. 4. Hij gaat verder naar de tray dat naar de carrousel moet en wisselt de tray dat nog op de kraan stond. 5. De kraan keert terug naar de carrousel. 6. Onderweg stopt hij en neemt nog een tray mee dat ook naar de carrousel moet. 7. De kraan gaat verder en plaatst de twee trays op de carrousel. 6 2 en 4 3 1, 5 en 7 Carrousel Lengte v/h magazijn Figuur 3.11: Kraanbeweging met dubbele vorken alternatief Dubbele vorken alternatief 2 In deze methode zijn de vorken van de kraan zo geplaatst dat ze twee trays op hetzelfde moment kunnen opnemen. De kraan zal dan telkens twee trays van de carrousel nemen en deze in het magazijn plaatsen en omgekeerd. Aangezien de trays hoogstwaarschijnlijk nooit in de juiste volgorde in het magazijn staan moet dit worden opgelost. Om te zorgen dat de trays dus op de goede positie staan zal de kraan tijdens wachttijden kijken naar de orders in de toekomst en de trays die na elkaar nodig zijn onder elkaar plaatsen. Het spreekt voor zich dat het aantal bewegingen dan verdubbelt aangezien de kraan voor dezelfde beweging dubbel zoveel trays verhandeld. Voorstudie van hoogbouw 3 15

29 3.2.4 Berekeningen kranen Rekenvoorbeeld In dit hoofdstuk wordt er met een voorbeeld aangetoond hoe de berekeningen zijn gemaakt. In onderstaand rekenvoorbeeld houden we rekening met de volgende waarden. Lengte van het magazijn = 45,54m Maximale snelheid kraan = 3m/s Acceleratie kraan = 0,8m/s² Lengte van een tray = 959mm Snelheid optrekken van een tray = 0,7 m/s Acceleratie optrekken = 0,7m/s² Voor er berekeningen gemaakt worden, wordt er een schatting gemaakt. In de datasheet staat dat er 103 enkelslag bewegingen mogelijk zijn op een lengte van 36,5m. In een magazijn van 45,54m zal dit minder zijn. Er is dus een verlenging van 24,8% van het magazijn. De kranen bewegen gemiddeld gezien slechts over de helft van de verlenging. De kranen zullen dus ongeveer 12,4% trager zijn. Dan wordt er een schatting bekomen van 91,6 bewegingen per uur. In het onderstaande voorbeeld wordt een enkelslag uitgewerkt. Aangezien de kranen sterk verkort worden en het magazijn een stuk wordt verlengd zal de verticale beweging nooit een bottleneck zijn. In het voorbeeld wordt dit dus ook niet in rekening gebracht. In het aangemaakte programma wordt dit echter wel in rekening gebracht zodat het programma toepasbaar is voor elke kraan. Hieronder staan de berekeningen over welke afstand de kranen versnellen en hoelang dit duurt. Het voorbeeld is uitgewerkt met de kranen van Volvo, de berekeningen voor de kranen van Beckton Dickinson zijn analoog. (3.2) (3.3) = 3,75s (3.4) = 5,625m (3.5) met s = Afgelegde weg [m] s 0 = Plaats van het startpunt [m] v 0 = Oorspronkelijke snelheid [m/s] t = tijd [s] a = acceleratie [m/s²] Er wordt in eerste instantie verondersteld dat de kraan evenveel tijd nodig heeft om te vertragen en om te versnellen, dan wordt de totale tijd voor het versnellen en vertragen 7,5s en de totale versnellings- en vertragingsafstand 11,25m. Deze afstand is bepalend voor formule (3.9). Volgens de norm van FEM gaat de eerste beweging naar 20% van de totale lengte van het magazijn en keert daarna terug naar de carrousel. Een tweede beweging gaat naar 66% van de totale lengte van het magazijn en keert dan ook terug naar de carrousel. Voorstudie van hoogbouw 3 16

30 Stel dat de kraan eerst een tray gaat halen in de eerste 20% van het magazijn of dus 9,1m, dan is de afstand niet groot genoeg om volledig te kunnen versnellen. v [m/s] 2,7 tacc tdec 0 3,375 6,75 t [s] Uit formule 3.2 kan geschreven worden dat: Figuur 3.12: Grafiek onvolledige versnelling kraan (3.6) En s is twee keer s acc. De tijd moet ook twee keer in rekening worden gebracht aangezien de kraan nog moet vertragen, formule 3.7 wordt dan verkregen voor de totale tijd van de beweging. (3.7) (3.8) De kraan moet ook terugkeren. Deze beweging gebeurt dus twee keer. Een tweede beweging van de kraan gaat naar 67% van het magazijn of dus 30,51m. Hierbij kan de kraan echter wel volledig versnellen tot de gewenste snelheid. De berekeningen houden er nu rekening mee dat de kraan een maximale snelheid bereikt. (3.9) (3.10) De kraan moet ook hier opnieuw terugkeren. De totale tijd die nodig is om de kraan te verrijden wordt dus: (3.11) Voorstudie van hoogbouw 3 17

31 Tijdens deze twee bewegingen zijn er twee trays uit het magazijn gehaald. Deze tijd moet ook in rekening worden gebracht. Eerst moet opnieuw berekend hoeveel tijd het optrekken nodig heeft om te versnellen. Dit gebeurt via formule 3.3 en 3.3. (3.12) (3.13) Net zoals bij het verrijden moet de ketting die de trays optrekt ook worden afgeremd. Dit wordt dus 2,14s en 0,8m. De berekeningen voor de tijd die nu nodig is voor het optrekken is gelijkaardig als het verrijden. Aangezien er dus twee trays worden behandeld en elke tray ook opnieuw moet worden losgelaten wordt deze tijd vier keer in rekening gebracht. Voor de tray kan worden opgetrokken moet er eerst nog een stuk van de vorken vooruit geschoven worden, dit duurt ongeveer 2s. (3.14) Telkens de kraan stopt om een tray te verplaatsen moet er een vertraging in rekening worden gebracht. De oorzaak van deze vertraging is omdat er door de communicatie met de PLC en verschillende controles met de sensoren er tijd verloren gaat. Deze vertraging is ongeveer 1s per actie. De kraan kan ook niet onmiddellijk na een beweging een tray nemen. Bij elke beweging zal deze immers nog wat schommelen. Hiervoor wordt er ook ongeveer 1s genomen. Normaal moeten deze waarden worden getest op een opstelling maar omdat deze niet beschikbaar was zijn bovenstaande waarden in veronderstelling genomen. Dit zijn realistische waarden die genomen zijn op vergadering met de firma E-gemin[14]. t delay =8s De totale tijd die de kraan nodig heeft voor bovenstaande beweging is nu de som van al deze tijden. Gemiddeld wordt dat per tray 33,35s. (3.15) (3.16) Dit wordt nu omgezet in een aantal bewegingen per uur. Hierbij dient er echter wel nog een kanttekening gemaakt te worden. Dit is slechts een theoretische waarde. De kraan zal niet constant rijden. Daarom moet er een stilstandsfactor van 0,85 (dit is een ervaringswaarde) in rekening worden gebracht. Als totaal worden er 92 trays per uur gemanipuleerd. Deze waarde komt overeen met de schatting. De berekeningen zullen accuraat zijn. Voorstudie van hoogbouw 3 18

32 Resultaten van verschillende bewegingen Bij elke beweging die berekend is staat er aangegeven welke weg deze volgt. Bijvoorbeeld van 0% naar 20% en terug naar 0% vervolgens naar 67% en ten slotte opnieuw naar 0%. Alle bewegingen worden gerekend als dubbelslagen met uitzondering van de enkelslag. Dit komt omdat de trays altijd van de carrousel terug in het magazijn worden geladen. Op deze manier kunnen de snelheden met elkaar vergeleken worden. Via een zelfgeschreven applicatie zijn alle berekeningen op een gestandaardiseerde manier gedaan. Om de juistheid van het programma te controleren zijn de resultaten van het programma vergeleken met het aantal bewegingen van de kranen volgens de datasheet indien je de parameters invult van de oude opstelling (Opstelling in Volvo). Figuur 3.13: Programma voor de kraanbewegingen Voorstudie van hoogbouw 3 19

33 Tabel 3.1: Samenvatting van de kraanbewegingen Manier Gevolgde weg Bewegingen per uur Volvo kranen Enkelslag 0/20/0/67/0 93 Dubbelslag 0/20/67/0 56 Overslag 0/10/13/0/50/53/0 73 Overslag 2 0/10/50/0 63 Dubbele vorken 0/20/0/67/0 93 Dubbele vorken met overslag 0/10/0/50/0 107 Alternatief dubbele vorken 0/20/67/20/0 90 Alternatief dubbel vorken met overslag 0/10/50/10/0 100 Alternatief 2 dubbele vorken 0/20/67/0 97 Alternatief 2 dubbel vorken met overslag 0/10/50/0 107 Beckton Dickinson kranen Enkelslag 0/20/0/67/0 70 Dubbelslag 0/20/67/0 43 Overslag 0/10/13/0/50/53/0 59 Overslag 2 0/10/50/0 50 Dubbele vorken 0/20/0/67/0 70 Dubbele vorken met overslag 0/10/0/50/0 84 Alternatief dubbele vorken 0/20/67/20/0 71 Alternatief dubbel vorken met overslag 0/10/50/10/0 80 Alternatief 2 dubbele vorken 0/20/67/0 77 Alternatief 2 dubbel vorken met overslag 0/10/50/0 87 Totaal Enkelslag 0/20/0/67/0 559 Dubbelslag 0/20/67/0 340 Overslag 0/10/13/0/50/53/0 455 Overslag 2 0/10/50/0 389 Dubbele vorken 0/20/0/67/0 559 Dubbele vorken met overslag 0/10/0/50/0 657 Alternatief dubbele vorken 0/20/67/20/0 554 Alternatief dubbel vorken met overslag 0/10/50/10/0 620 Alternatief 2 dubbele vorken 0/20/67/0 599 Alternatief 2 dubbel vorken met overslag 0/10/50/0 669 Dubbele vorken, enkel VOLVO kranen 451 Dubbele vorken, enkel VOLVO kranen met overslag 557 Voorstudie van hoogbouw 3 20

34 Invloed opdrijven van de motoren De kranen van Becton Dickinson hebben een aanzienlijke leeftijd. Daarom dienden de motoren hoe dan ook vervangen te worden. Daarom is het interessant om te kijken of het nuttig is zwaardere motoren te gebruiken. Als de motoren zwaarder zijn, dan kunnen de kranen vlugger bewegen. Tabel 3.2: Opdrijven van de kranen Manier Bewegingen per uur Beckton Dickinson kranen Snelheid 100 m/min 150 m/min Winst Winst [%] 180 m/min Winst Winst [%] Enkelslag , ,8 Dubbelslag , ,1 Overslag , ,6 Overslag , Dubbele vorken , ,8 Dubbele vorken met overslag , ,1 Alternatief dubbele vorken , Alternatief dubbel vorken met overslag , Totaal (Becton Dickinson + Volvo kranen) Enkelslag , ,0 Dubbelslag , ,1 Overslag , ,8 Overslag , Dubbele vorken , ,0 Dubbele vorken met overslag , ,6 Alternatief dubbele vorken , Alternatief dubbel vorken met overslag , Om de tabel te verduidelijken wordt er een voorbeeld uitgewerkt aan de hand van de enkelslag beweging. Het is duidelijk dat het opdrijven van de motoren naar 150m/min nuttig is. Maar het verder opdrijven naar 180m/min is niet zinvol omdat de winst niet opweegt ten opzichte van de meerkost van een zwaardere motor Besluit Volgens de logistieke dienst zijn er ongeveer 1000 picklijnen nodig per uur. Door de batch coëfficiënt van 2,04 komt dit overeen met 500 kraanbewegingen per uur. Omdat er nog een invoer is die verder besproken wordt, kan er gezegd worden dat er 600 bewegingen nodig zijn. Het is duidelijk dat er dubbele vorken nodig zijn om deze doelstelling te halen. De motoren van de kranen van Becton Dickinson zullen vervangen worden door een zwaarder type zodat deze sneller kunnen werken. Dit komt dan neer op een totaal van 689 dubbele nominale bewegingen die mogelijk zijn per uur. De kranen van Becton Dickinson bewegen aan 92 bewegingen per uur en de kranen van Volvo aan 107 bewegingen per uur. Voorstudie van hoogbouw 3 21

35 3.3 Cyclustijden van de carrousel Inleiding De cyclustijd van de carrousel is de tijd dat de carrousel nodig heeft om een tray van het begin van de carrousel aan het magazijn naar een pickingpost te brengen. Dit is van belang om te controleren hoeveel trays er op de carrousel zullen zijn en of er voldoende plaats zal zijn. Tevens zijn de cyclustijden nodig om te berekenen hoeveel bufferposities er nodig zijn. Indien er geen bufferposities zijn, wordt verondersteld dat het te lang duurt vooraleer er een tray bij een pickingpost geraakt. Natuurlijk zal er ook op worden gelet dat de picker nooit moet wachten op de carrousel. Theoretisch gezien mag de carrousel nooit de bottleneck zijn. Om tot de verschillende parameters te komen zijn verschillende haalbaarheidstesten gedaan. De snelheid van de pickers is opgemeten via een chronometer aan een bestaande opstelling. Het aantal picklijnen per dag en de batchcoëfficiënt zijn gegeven zoals te zien is in Hoofdstuk 2.2. Er is ook vooraf gecontroleerd dat de snelheden van de rolbanen haalbaar zijn zonder dat deze doorslippen. Naast deze ruwe handmatige berekeningen kan een model worden gemaakt die als basis dient voor simulaties. Doormiddel van simulaties kunnen de berekeningen gecontroleerd worden om ervoor te zorgen dat er geen problemen kunnen optreden Uitleg van de samenstelling van de bewegingen De beweging die gebeurt naar een pickingpost kan opgesplitst worden in verschillende onderdelen. Beweging 1: Halen van een tray uit het magazijn. Beweging 2: Het plaatsen van de tray op de carrousel. Beweging 3: De tray van het begin van de carrousel naar de eerste bufferpositie brengen. Beweging 4: Een tray van de buffer naar de pickingpost brengen Cyclustijden van de kranen Het aantal bewegingen dat de kranen kunnen maken is in het vorige deel al uitvoerig besproken. Voor de verdere berekeningen worden de kranen met dubbele vorken met overslag gebruikt. Tabel 3.3: Snelheid kranen voor de verdere berekeningen Type kraan Dubbele vorken met overslag [bew/h] Dubbele vorken met overslag [s] Volvo kraan ,6 Becton kraan 92 39,1 Gemiddelde 98 36,6 Voorstudie van hoogbouw 3 22

36 3.3.4 Ingestelde parameters Er is een Excel-rekenblad aangemaakt waarbij onderstaande parameters kunnen worden ingesteld. Hierop worden verschillende waarden getest en uiteindelijk worden de volgende instellingen bekomen als gunstig model. Tabel 3.4: Gegevens cyclus tijd carrousel Snelheid transportbanen Snelheid ketting 0,45m/s Snelheid rollenbaan 0,45m/s Duurtijd wissel 2,2s Afstanden (Zie Figuur 3.15 voor verduidelijking) G 2,47m BC 0,66m E 0,66m F 2,91m Picktijden Gemiddelde picktijd 7s Batchcoëfficiënt 2,04 Gemiddelde invoertijd 60s Aantal pickstations 2 Kranen Aantal trays per uur 689 trays/uur Plaats op de carrousel Aantal plaatsen 20 plaatsen Picklijnen vereist Per dag 6000 picklijnen/dag Werkuren per dag 7h Voorstudie van hoogbouw 3 23

37 3.3.5 Handmatige berekeningen In de onderstaande berekeningen wordt de cyclustijd van twee pickingsposten bekeken. Dit zou voldoende moeten zijn om het benodigde aantal picklijnen te halen Cyclustijden bij het afzetten van de trays Het afzetten van de trays op de carrousel verloopt in meerdere stappen omdat er gebruik wordt gemaakt van dubbele vorken. Eerst zal de kraan beide trays op de carrousel plaatsen. Daarna zal de onderste tray verder rijden. Hierna wordt de bovenste tray naar beneden gehaald waardoor deze op de carrousel kan rijden. STAP 1 1 Tafel staat boven. 2 Cilinder als heftafel STAP Tafel staat beneden. Figuur 3.14: Verduidelijking afzetten van de trays Als eerste wordt de tijd berekend die nodig is om de trays op de carrousel te plaatsen en nadien de onderste tray één plaatsje vooruit te schuiven. (3.17) (3.18) Hierna daalt de eerste tray en rijden de trays de carrousel op. (3.19) (3.20) (3.21) (3.22) Hierbij staan er echter twee trays op de carrousel. In de berekeningen en de simulaties die verder beschreven staan, wordt er telkens rekening gehouden met één tray. Er wordt vanuit gegaan dat het opzetten van de trays gemiddeld 5.1s per tray zal duren. Voorstudie van hoogbouw 3 24

38 F Pickingpost 1 De eerste pickingpost wordt in het midden geplaatst. Hierdoor worden de kleinste cyclustijden verkregen. Alle bewegingen naar deze post zijn te zien op Figuur Voor de berekeningen die hierop volgen wordt gebruik gemaakt van de afstanden die aangeduid zijn met letters in deze figuur Bewegingen P E BC G Figuur 3.15: Flow pickingpost 1 Voorstudie van hoogbouw 3 25

39 Berekeningen Stel dat er een beweging gemaakt moet worden van de eerste gang naar de eerste pickingpost. Dan moeten er enkele bewegingen worden gemaakt. In deze berekeningen is de tijd bepaald om de eerste bufferplaats te bereiken. (3.23) ( ) met l = lengte rolbaan (m) v = snelheid rolbaan (m/s) n = aantal wissels t = tijd per wissel (s) (3.24) t = 33,1s De andere tijden worden analoog berekend. Tabel 3.5: Cyclustijd pickingpost 1 Bron #G #BC #E #F #Wissels Duurtijd [s] Gang 1 0, ,1 Gang 2 0, ,7 Gang 3 0, ,7 Gang 4 0, ,4 Gang 5 0, ,7 Gang 6 0, ,7 Gang 7 0, ,1 Gemiddeld 0, ,7 1,7 27, Aantal buffers Een beweging naar een pickingpost wordt pas gestart eenmaal er een plaats vrij is. Wanneer een tray wordt opgehaald moet deze de drie hierboven vermelde bewegingen kunnen uitvoeren binnen de tijd waarin de picker kan picken. Indien dit niet het geval is zijn er bufferlocaties nodig. (3.25) (3.26) De gemiddelde picktijd is 7s en de batchcoëfficiënt is 2,04 daarom moet er om de 14,3s een nieuwe bak worden geleverd. Hieruit kan het benodigd aantal buffers berekend worden: (3.27) (3.28) Er moet opgelet worden dat bij een te grote hoeveelheid buffers het systeem trager zal worden omdat de afstand stijgt om naar de pickpost te gaan. Deze waarde is een pure indicator waarop een model van een simulatie kan op worden gebaseerd. Voorstudie van hoogbouw 3 26

40 Pickingpost 2 Deze pickingpost wordt naast pickingpost 1 geplaatst, deze zal logischerwijs een grotere cyclustijd hebben dan de eerste pickingpost aangezien de totale afstand ten opzichte van alle gangen groter zal zijn Bewegingen P E BC G Figuur 3.16: Flow pickingpost 2 Voorstudie van hoogbouw 3 27

41 Berekeningen De berekeningen zijn analoog zoals pickingpost 1 in hoofdstuk Tabel 3.6: Cyclustijd van pickingpost 2 Bron #G #BC #E #F #Wissels Duurtijd [s] Gang 1 0, ,7 Gang 2 0, ,7 Gang 3 0, ,7 Gang 4 0, ,7 Gang 5 0, ,4 Gang 6 0, ,7 Gang 7 0, ,7 Gemiddeld ,9 1,7 28, Aantal buffers Analoog zoals met pickingpost 1 wordt ook hier opnieuw berekend hoeveel buffers er nodig zijn. Via formule 3.25: (3.29) De gemiddelde picktijd is 7s en de batchcoëfficiënt is 2,04. Daarom moet er om de 14,3s een nieuwe bak worden geleverd. Via formule 3.27 kan het aantal buffers berekend worden: (3.30) Voorstudie van hoogbouw 3 28

42 Aanvoer van de buffer naar de pickingpost Er zijn twee mogelijke gevallen. Een eerste geval is dat er trays in de buffer zitten. Deze situatie is de normale situatie. Dan dient er enkel één rollenbaan te worden doorgeschoven. (3.31) (3.32) Bij de start van het systeem zullen er echter nog geen trays in de buffer aanwezig zijn. Hierdoor zal deze tijd groter zijn. (3.33) (3.34) De simulatie zal worden getest met de tijd die nodig is vooraleer een tray bij een pickingpost komt. Dit is de tijd om een tray op de carrousel te plaatsen, de tijd van de kranen, de tijd op de carrousel en de tijd van de buffers naar de pickingpost. (3.35) Tabel 3.7: Duurtijd van de aanvoer Bron Duurtijd [s] Gang 1 87,36 Gang 2 79,96 Gang 3 67,46 Gang 4 56,16 Gang 5 67,46 Gang 6 79,96 Gang 7 87,36 Voorstudie van hoogbouw 3 29

43 F Invoer De invoer voorziet de herbevoorrading van het magazijn. Deze wordt op een uiterste geplaatst omdat er een extra transportsysteem aanhangt die als grote buffer dient wegens de trage werking van de invoer Bewegingen P E BC G Figuur 3.17: Flow van de invoer Voorstudie van hoogbouw 3 30

44 Berekeningen Tabel 3.8: Cyclustijd van de invoer Bron #G #BC #E #F #Wissels Duurtijd [s] Gang ,2 Gang ,22 Gang ,2 Gang ,2 Gang ,1 Gang ,1 Gang ,1 Gemiddeld ,2 Bij het starten van het plaatsen van nieuwe bakken kan het systeem niet weten welke bakken er komen, waardoor hij niet kan bufferen. Er moet dus gewacht worden op de kraan en de carrousel. Dit wordt berekend in formule 3.36: (3.36) Dit zou 77s duren vooraleer er een tray aanwezig is. De magazijnier kan niet zolang wachten om dan een nieuwe bak te kunnen plaatsen. Het aanvoeren van trays kan niet gebufferd werken omdat het onmogelijk is om op voorhand te weten welke bakken er toekomen. Er moet dus gewerkt worden met een grote buffer waar de magazijnier alles kan opzetten en dat het systeem dan zelf alle bakken op de correcte trays plaatst. Er wordt verondersteld dat twaalf bakken, de helft van een pallet, kan gebufferd worden. Volgens de logistieke dienst wordt het magazijn dagelijks met twintig paletten aangevuld. Aangezien de bakjes ook worden gebufferd aan de invoer, weet het WMS ook welke trays er moeten worden gehaald. Indien er wordt toegelaten dat het systeem 20s de tijd heeft om een bak op een tray te plaatsen, dan is de buffer leeg in 4min. Als de magazijnier 10s nodig heeft om een bak op de invoer te plaatsen zal het vullen van de invoer ongeveer 2 minuten duren. De invoer moet veertig keer aangevuld worden. De invoer is dan vier uur per dag in werking. Dit vormt geen probleem aangezien er zeven uur wordt gewerkt. De kranen zijn berekend dat deze 15% van de tijd stilstaan. Tijdens deze stilstanden kunnen ze trays aanvoeren voor de invoer. Als er een worst case scenario wordt ingecalculeerd moet deze tijdelijke grote vraag van bewegingen in rekening worden gebracht. Dit betekent een stijging van 180 kraanbewegingen per uur. Voorstudie van hoogbouw 3 31

45 Capaciteit van de carrousel Nu de cyclustijden gekend zijn is het van belang dat alle trays op de carrousel kunnen. Door het delen van de gemiddelde cyclustijd en de tijd die nodig is vooraleer er een nieuwe bak nodig is kunnen we per post bepalen hoeveel bakken er onderweg zijn. Deze waarde moet nog vermenigvuldigd worden met twee aangezien er ook telkens een tray opnieuw naar de kraan gaat. Deze waarde is slechts een ruwe schatting om een idee te krijgen wat het ongeveer kan zijn. (3.37) (3.38) Tabel 3.9: Capaciteit van de carrousel Naam locatie Aantal trays onderweg Post 1 (heen en terug) 3,80 Post 2 (heen en terug) 3,94 Invoer 3,82 Aantal op de carrousel 11,56 Plaats op de carrousel 20,00 Bezetting 57,8% Aangezien het aantal plaatsen die de trays innemen op de carrousel kleiner is dan het aan beschikbare plaatsen kunnen alle trays zonder problemen op de carrousel Controle en conclusie Per pickingpost is er om de 14,3s een nieuwe tray nodig als een picker 7s nodig heeft om een order te picken en er rekening wordt gehouden met de batchcoëfficiënt. Aangezien we werken met twee pickingposten is er om de 7,1s een tray nodig. Dit wil dus zeggen dat de kranen aan 504 bewegingen per uur moeten bewegen. Hierbij komen nog eens 180 bewegingen die nodig zijn om de invoer te voorzien. Dit komt dus neer op 680 bewegingen/uur indien de pickers continu picken en dat de invoer continue werkt. Dubbele vorken met overslag kunnen 689 trays leveren. Nu dit lijkt alsof de kranen maar nauwelijks zullen kunnen volgen. Maar deze bewegingen veronderstellen dat de kranen 15% van de tijd stilstaan omdat er niet altijd om een tray kan worden gegaan. Als er ook aan invoer moet worden gedaan kan er verondersteld worden dat de kranen constant bewegen en worden de bewegingen dus herleid naar 810 bewegingen/uur. De kranen kunnen deze vraag dus zeker volgen. Indien er wordt uitgegaan van de logistieke gegevens en dat er ongeveer 6000 picklijnen nodig zijn per dag of dus 857 picklijnen per uur, dan komt dit neer op 429 picklijnen per picker per uur of dus 214 trays per uur. In dat geval moeten de kranen 428 trays per uur aanleveren. Hierbij komen nog eens 180 bewegingen die nodig zijn om de invoer te voorzien. Dit komt dus neer op 608 bewegingen/uur voor de huidige vraag. Indien de tijd van de invoer verhoogd wordt naar 30s dan daalt het aantal bewegingen met 60. Maar het is duidelijk dat het aantal vereiste kraanbewegingen nog altijd groot is. Er wordt dus zeker aangeraden om te kiezen voor dubbele vorken op alle kranen. De nodige tijd van de invoer kan ook niet teveel worden verhoogd aangezien dat de werkingstijd dan te hoog zal worden. De carrousel wordt het best uitgevoerd met vijf buffers. In het volgende hoofdstuk wordt gecontroleerd of een dergelijke carrousel voldoet via een simulatie. Voorstudie van hoogbouw 3 32

46 3.3.6 Simulatie Inleiding Bij complexe systemen is het noodzakelijk om een simulatie uit te voeren. Op deze manier kan gecontroleerd worden of er geen problemen ontstaan in een model. Handmatig is dit bijna onmogelijk na te rekenen wegens de verschillende bewegingsregel. Voor hoogbouw 3 wordt er gebruik gemaakt van Saturn. Dit softwarepakket is niet 100% nauwkeurig, maar geeft wel al een goede schatting van de realiteit. Er moet echter wel nog vermeld worden dat deze simulatie slechts een kladversie is. Later moet nog een grondige simulatie gebeuren door een extern bedrijf. Om veel tijd en geld te besparen wordt het model van de carrousel zoveel mogelijk op voorhand uitgetest vooraleer een simulatie wordt uitbesteed Opbouw van het model In het programma moet eerst bepaald worden hoeveel rijen en kolommen er kunnen zijn. Hierop kan dan de lay-out getekend worden van de carrousel die gesimuleerd moet worden. Op Figuur 3.18 staat de lay-out uitgewerkt voor hoogbouw 3. Figuur 3.18: Lay-out in Saturn Elke conveyor die in het model zit moet ingesteld worden. Dit kan via het menu conveyortype dat onder het tabblad data zit. In het tabblad moeten de tijden ingevuld worden dat een conveyor nodig heeft. Voorstudie van hoogbouw 3 33

47 De gebruikte instellingen in het model zijn weergegeven in Figuur Figuur 3.19: Instellingen in Saturn Deze tijden worden gelijkaardig berekend als in het vorige hoofdstuk. De uitwerking van de berekeningen worden om die reden buiten beschouwing gelaten. Het programma beschikt over een hulpscherm dat opgeroepen kan worden. Deze berekent de tijd die de conveyor nodig zal hebben. Hiernaast zijn er nog enkele parameters die extra toelichting nodig hebben. Modulelengte: Aantal modules in de aandrijfrichting aangedreven door dezelfde motor Isbuffer: Hiermee wordt aangegeven dat een module een buffer is Iswerkpost: Indien werkpost worden de wachttijden getoond in zijscherm IsInvoer: Invoermodule, geen verdere specificaties IsUitvoer: Uitvoermodule, geen verdere specificaties IsKraan: Een kraan, geen verdere specificaties Kan stapelen: Indien ja, kunnen meerdere trays dezelfde plaats staan, anders niet Isgenerator: Nieuwe bakken worden automatisch aangemaakt IsTerminal: Bakken die op de terminal komen, worden uit het circuit genomen IsDoel: Om aan te geven dat de conveyor een doel is, meestal een werkpost MaxOnderweg: Maximum aantal trays die onderweg mogen zijn naar de post Tolerantie V %: De tolerantie op de snelheid Vms V. Indien vb. 20 betekent dit dat de de snelheid 20% kan afwijken van de vooropgestelde snelheid. Indien we zeggen dat een transfert 1000 ms duurt, dan is deze variabel tussen 800 ms en 1200 ms. Tolerantie H %: Idem als hierboven, maar dan met De tolerantie op de snelheid Vms H Vergelijking met de theorie Voor deze test laten we van elke kraan slechts één tray komen. Op deze manier kan gecontroleerd worden of de waarden overeenstemmen met de theoretische cyclustijd. We meten de tijden op van het moment deze op de carrousel komen tot aan de eerste buffer locatie. Tabel 3.10: Vergelijking simulatie met theoretische waarden Naam Duur simulatie [ms] Theoretische duur [ms] Vergelijking [%] G7-W ,46% G6-W ,36% G5-W ,99% G4-W ,91% G3-W ,97% G2-W ,35% G1-W ,46% Bij de bewegingen uit een gang die niet tegenover de pickingpost staat, zijn de simulatietijden een beetje korter. Het verschil is niet onmiddellijk te verklaren. De waarden kloppen echter wel goed met wat theoretisch berekend is. De simulatie kan dus gebruikt worden als richtlijn. Voorstudie van hoogbouw 3 34

48 Percentage pickingpost wacht [%] Controle van het aantal buffers Om het aantal bufferposities te testen worden er constant van alle kranen trays gestuurd naar de twee pickingposten. Dit is met verschillende bufferposities getest. Het is ideaal als een pickingpost een minimaal aan wachttijd heeft. Er moet rekening gehouden worden met dat hoe meer buffers er zijn, hoe meer trays onderweg kunnen zijn naar een pickingpost zonder dat de carrousel vastloopt. Daarom moet ingesteld worden hoeveel er maximaal onderweg kunnen zijn. Hiervoor tel je het aantal bufferposities op met één plaats extra op de pickingpost. Op deze manier kunnen er zes trays onderweg zijn bij het gebruik van vijf bufferposities. Zo is er 100% zekerheid dat elke tray op de carrousel kan zonder dat deze zal vastlopen. Na verschillende simulaties was het duidelijk dat er vijf bufferposities nodig zijn om een minimum aan wachttijd te krijgen. Het is zelfs mogelijk om geen wachttijd meer te krijgen bij de pickingposten als er bij vijf buffers maximaal zeven trays onderweg mogen zijn naar een pickingpost. Het probleem is dan dat er geen 100% zekerheid is dat er plaats is voor alle trays. Daarom moet de kraan al beginnen met om de tray te gaan en als deze terugkomt en er is een plaats vrij kan hij deze plaatsen. Als dit niet het geval is moet er altijd een plaats vrij zijn in de bufferzone waar de kraan deze tray kan plaatsen. Omdat gemiddeld gezien een kraanbeweging dubbel zo lang duurt als een picking zal de kraan meestal de tray direct op de carrousel te plaatsen Invloed van de buffers Pickingpost 1 Pickingpost , extra Aantal buffers Figuur 3.20: Invloed van buffers Uit de handmatige berekeningen is ook gebleken dat er 7,7 trays op de carrousel aanwezig zullen zijn. Volgens de simulatie waren er meestal 8 trays op de carrousel. Dit is opnieuw een bevestiging dat waarschijnlijk zowel de simulaties als de handmatige berekeningen kloppen Besluit Volgens deze testen blijkt dat een carrousel met 5 bufferlocaties voldoende is. De simulatie toont gelijkaardige resultaten als de handmatige berekeningen. Dit is een controle dat erop wijst dat de gebruikte methode goed is. Voorstudie van hoogbouw 3 35

49 3.3.7 Testen in de realiteit Tijdens de theoretische berekeningen is er uitgegaan van enkele assumpties, zoals hoe snel er kan gepickt worden op een voorwaartse pickingpost. Dit moet gestaafd worden met werkelijke testen. Om dit te kunnen testen zijn er twee testopstellingen gemaakt Testopstelling: conveyors In Mewaf is er een testopstelling gebouwd die de conveyors voorstelt. Deze testopstelling is opgebouwd met conveyors van het oude automatisch magazijn van Becton Dickinson dat overgekocht is. De testen zijn dus zeker representatief omdat het effectieve materiaal gebruik wordt. In deze opstelling zijn de motoren opgedreven om zo snel mogelijk te werken. Op deze manier kan gekeken worden hoe snel een ketting- en/of rollenbaan kan gaan zonder dat er een tray doorglijdt. Indien de rollen doorglijden dan kunnen deze eventueel bekleed worden of worden tegengehouden via pneumatische stoppers. Figuur 3.21: Testopstelling in Mewaf De gebruikte motoren worden aangestuurd met een frequentieomvormer. Op deze manier kan de snelheid geregeld worden. De snelheid wordt afgelezen via een tachometer. Er moet opgemerkt worden dat de tandwielverhoudingen niet ideaal waren waardoor de motor in hoge frequentie moest werken om de nodige snelheid te halen, daarom zijn niet alle metingen tot 27m/min gelukt. Tijdens de metingen werden de motoren altijd versneld tot de nominale snelheid in 0,5s. Het is wel duidelijk dat er nooit slip is op deze snelheden. Er is dus geen nood aan stoppers. Tabel 3.11: Resultaten op de sliptesten Frequentie [Hz] Snelheid [m/min] Onbelast Belast 50 kg Belast 100kg Kettingbaan 95 28,1 Geen slip Geen slip Onvoldoende koppel (Tijdens acc geen slip) Rollenbaan ,8 Geen slip Geen slip Geen slip Voorstudie van hoogbouw 3 36

50 Naast het testen van het doorslippen kan ook een overgang worden gemeten. Na enkele metingen bleek dat dit 1,7s duurt. Het gaat hier wel over een mechanische heftafel. In de uiteindelijke carrousel zal dit pneumatisch gebeuren, dit is een stuk sneller. Tijdens de berekeningen is er rekening gehouden met 2,2s, dit is dus zeker voldoende aangezien het in de realiteit sneller zal gaan Testopstelling: pickingpost Er is een houten model gemaakt van een pickingpost. Op deze manier kan de ergonomie van de stand getest worden alsook de snelheid die mogelijk is op een dergelijke opstelling. Om de werkelijkheid zo goed mogelijk te emuleren wordt er gebruikt gemaakt van een zelfgeschreven computerprogramma. Dit programma simuleert orders die een picker moet picken. Deze orders worden random gemaakt op basis van gegevens uit de logistieke dienst. Figuur 3.22: Testopstelling van een pickingpost Het is de bedoeling dat de nodige goederen voor een order gepickt worden uit de pickingsbakken bovenaan. Deze moeten geplaatst worden in een bak onderaan. Als er op spatie wordt gedrukt wordt kenbaar gemaakt dat een picklijn voltooid is. Deze spatie stelt de drukknoppen voor die later in de effectieve pickingposten zullen zitten. Voorstudie van hoogbouw 3 37

51 Het programma heeft een visualisatie die de picker moet helpen. In het groot wordt er weergegeven hoeveel stuks er gepickt moeten worden. In de middelste afbeelding wordt er duidelijk gemaakt in welke bak van een tray gepickt moet worden. Deze bak licht groen op. Onderaan staat er dan vermeld waar deze goederen naartoe moeten via een gele aanduiding. De hoeveelheid van goederen en het aantal picklijnen die mogelijk zijn per tray zijn gebaseerd op waarden van de logistieke dienst om zo waarheidsgetrouw mogelijk te werken. Als er een nieuwe tray wordt aangevoerd moet een picker even wachten. In de software wordt dit nagebootst door een rode balk weer te geven bovenaan gedurende de tijd dat een picker ongeveer moet wachten op een tray. Aan de rechterkant worden dan enkele gegevens bijgehouden zodat het aantal picklijnen per uur berekend kan worden. Wachten op een tray Aantal gepickt Totale tijd Links of rechts picken Aantal stukken picken Waar droppen Figuur 3.23: Simulatie van orders Deze stand is drie keer getest telkens gedurende 10 minuten. De gemiddelde picktijd was gedurende deze testen 6,6s. Dit betekent dat de 7 seconden die gebruikt worden in de berekeningen zeker kloppen. Dit komt neer op 543 picklijnen per uur wat meer is dan wat de logistieke dienst eist. Er dient wel nog vermeld te worden dat dit getest is met een onervaren picker. Een picker die een dergelijke post gewoon is zal waarschijnlijk vlugger kunnen werken. Het picken op een pickpost met deze snelheid is zeer intensief. Daarom moet er na 2 uur gerust worden. Voorstudie van hoogbouw 3 38

52 3.3.8 Besluit De carrousel is groot genoeg indien er vijf buffers voorzien worden. Indien er slechts zes trays maximaal onderweg mogen zijn kan het zijn dat de pickingpost soms nog moet wachten. Daarom wordt er aangeraden om er maximaal zeven onderweg toe te laten. Om te verzekeren dat elke tray op de carrousel kan zonder dat deze zal blokkeren, is er wel nood aan een bufferpositie die altijd vrij wordt gehouden, voor het geval deze zevende tray niet geplaatst kan worden wegens bijvoorbeeld een pickingpost dat even stilligt. Verder kan er besloten worden dat de testopstellingen bevestigd hebben dat de gebruikte waarden voor de simulaties en de handmatige berekeningen geschikt zijn. Via de testen met de rollenbanen blijkt dat het gebruik van stoppers niet nodig zal zijn. De testen met de pickingpost tonen aan dat een stand waar voorwaarts gepickt wordt ergonomisch is en dat de vereiste snelheid gehaald kan worden. Voorstudie van hoogbouw 3 39

53 4 Functionele analyse 4.1 Inleiding In dit hoofdstuk worden de verschillende bewegingen besproken en uitgelegd hoe alles moet werken. In het eerste deel wordt er bestudeerd welke sensoren er nodig zijn en waar deze geplaatst moeten worden. Daarna worden de verschillende bewegingen die mogelijk zijn in de carrousel besproken. Bij elke beweging wordt er eenduidig vastgelegd wanneer een beweging kan plaatsvinden. Op deze manier zijn er geen misvattingen over de werking. De werking van de pickingposten en de invoer worden daarna uitgewerkt met de nodige controles die nodig zijn. Als laatste wordt er in dit hoofdstuk besproken welke maatregelen er genomen moeten worden zodat het magazijn redundant en veilig kan werken. 4.2 Sensorkeuze en plaatsing De plaatsing van de sensoren is uitermate belangrijk. In elke situatie moet het 100% correct zijn waar een tray zich bevindt. Om de goede plaatsing van een sensor te zoeken moet er eerst onderzocht worden welke sensoren het best bruikbaar zijn in dit geval Keuze van de sensor In de carrousel zal er voornamelijk gebruik worden gemaakt van naderingsschakelaars. Deze sensoren zijn het eenvoudigst van constructie en bijgevolg ook de goedkoopste. Aangezien de meeste sensoren dienen om te melden of er een tray aanwezig is of indien deze een rolbaan aan het verlaten is, zijn deze sensoren voldoende. Tabel 4.1 geeft een overzicht van de prijzen van verschillende sensoren. Op die tabel is het duidelijk dat er inductieve sensoren moeten gebruikt worden waar mogelijk, daarna capacitieve sensoren en als laatste fotocellen. Tabel 4.1: Prijsoverzicht naderingssensoren Sensor Prijs Prijs [%] Stof Materiaal Schakelafstand Inductieve sensor [15] 30,85 100% Zeer goed Staal 1,5-40mm Capacitieve sensor [15] 81,15 163% Goed Alles 8-25mm Fotocel [16] 137,28 345% Slecht Alles Enkele meters Voorstudie van hoogbouw 3 40

54 Inductieve sensoren Tussen de rolbanen lijkt het aangewezen om gebruik te maken van inductieve sensoren omwille van de kostprijs en doordat ze minder beïnvloed worden door stof of andere onregelmatigheden zoals een hand want deze detecteren enkel geleidend materiaal. De trays bestaan uit metaal waardoor dit geen probleem vormt. Figuur 4.1 illustreert de werking van een inductieve sensor. Via een spoel wordt een magnetisch veld opgewekt. Als er metaal in het magnetisch veld komt dan zal de sensor dat detecteren. Figuur 4.1: Werking inductieve sensor [7] Er moet wel rekening worden gehouden met de kleine schakelafstand. Er zijn veel schakelaars beschikbaar met een schakelafstand van 8mm. Deze schakelaars zijn beschikbaar omdat deze bedoeld waren voor hoogbouw 2 maar uiteindelijk niet gebruikt zijn, daarom wordt er bekeken of deze bruikbaar zijn. Op de schakelafstand is er altijd een zekere tolerantie en deze wordt ook nog eens beïnvloed door spannings- en temperatuurvariaties. Als we zeker willen zijn van de werking rekenen we met een factor van 0,81 t.o.v. de nominale afstand. Dit is geïllustreerd in Figuur 4.2. De bruikbare schakelafstand is dus 6,5mm. Figuur 4.2: Schakelafstand inductieve sensor [7] De trays zijn gemaakt uit gewoon staal dus dient er geen rekening te worden gehouden met een extra correctiefactor. De dikte van een tray is ook ongeveer 1mm. Er moet dus ook geen correctiefactor in rekening worden gebracht hiervoor. Voor ijzer kunnen er grotere afstanden bereikt worden indien de dikte kleiner is dan 0,02mm. Maar dit is hier dus niet van toepassing. Tabel 4.2: Correctiefactoren inductieve sensoren [7] Materiaal Correctiefactor Staal ST37 1,0.s n Chroom-nikkel 0,9.s n Messing 0,5.s n Aluminium 0,4.s n Koper 0,4.s n Inox 0,8.s n Voorstudie van hoogbouw 3 41

55 Er dient echter nog worden opgemerkt dat bij het opstellen van deze schakelafstanden een andere vorm wordt gebruikt dan wat je in de praktijk gaat gebruiken. Daarom moet de schakelafstand altijd proefondervindelijk getest worden. Maar omdat de gebruikte trays volledig vlak zijn en er dus geen onregelmatigheden in het oppervlakte zijn zal de schakelafstand normaalgezien geen probleem vormen Capacitieve naderingssensoren Er zullen in de carrousel ook capacitieve sensoren nodig zijn. Bij de aanvoer van bakjes staan deze nog niet op een tray en omdat de bakjes bestaan uit plastiek werken inductieve sensoren niet meer. Ditzelfde geldt ook voor de afvoer van klantenorders. Deze worden ook per bak behandeld en niet per tray. Figuur 4.3 toont de opbouw van een capacitieve sensor. Deze sensor bouwt een capacitief veld op. Als er materiaal voor de sensor staat dan veranderd het diëleketriciteitsconstante waardoor de sensor dit zal detecteren. Figuur 4.3: Capacitieve sensor Bij capacitieve sensoren moet er een correctiefactor worden gebruikt bij het bepalen van de schakelafstand. Als er kunststof moet worden gedetecteerd dan is deze correctiefactor 0,6 volgens Tabel 4.3. Als de gewenste schakelafstand net als bij de inductieve sensoren 6,5mm is dan wordt de nominale schakelafstand van de capacitieve sensoren 12mm. Deze kunnen op dezelfde manier worden gemonteerd als de inductieve, in een houder tussen de rollen van een rollenbaan. Aangezien deze wel beïnvloed worden door stof moeten deze geregeld wel eens worden schoon gemaakt om foute meldingen te verhinderen. Deze invloed van stof is wel minder dan met fotocellen. Tabel 4.3: Correctiefactoren capacitieve sensoren [7] Materiaal Correctiefactor Alle metalen 1,0.s n Water 1,0.s n Glas 0,3 0,5.s n Plastic 0,3 0,6.s n Hout (afhankelijke van de vochtigheid) 0,2 0,7.s n Olie 0,1 0,3.s n Voorstudie van hoogbouw 3 42

56 Fotocel Een andere mogelijkheid is om gebruik te maken van fotocellen. Er wordt echter gebruik gemaakt van bakken die geperforeerd zijn waardoor de fotocellen niet gebruikt kunnen worden om de bakken te detecteren maar enkel de tray. Doordat de tray reflectieve eigenschappen heeft is het best dat er geen sensoren worden gebruikt van het retro reflectieve type. Figuur 4.4: Illustratie bakken Bij het gebruik van een afzonderlijke ontvanger en zender is er extra bekabeling nodig wat zal zorgen voor een extra kost bij het installeren. Een andere mogelijkheid is het gebruik van een reflex fotocel want de tray is reflecterend. Dit is uiteraard ook niet ideaal aangezien de trays kunnen vuil worden en er dan geen weerkaatsing van het licht is. Het gebruik van fotocellen is in dit geval niet optimaal. Ze zijn heel goed bruikbaar in de carrousel om contourcontroles te doen. Dit zou omwille van de bekabeling gebeuren met fotocellen met een reflector. Deze kunnen op een zodanige hoogte worden geplaatst dat ze net boven de bakjes komen en indien er materiaal buiten het bakje steekt zal dit gedetecteerd worden. Wegens de grote invloed van stof mogen deze sensoren enkel zijdelinks geplaatst worden. Als er retro reflectieve fotocellen gebruikt worden kunnen deze ook van boven naar onder geplaatst worden. Voorstudie van hoogbouw 3 43

57 4.2.2 Plaatsing van de sensoren De sensoren tussen twee rollen- of kettingenbanen zijn nodig omdat op deze manier altijd gekend is waar de trays zijn gepositioneerd. Dit zou opgelost kunnen worden met een timer die in alarm gaat als het een bepaalde tijd duurt voor de volgende sensor wordt geactiveerd. Maar na een stroomuitval weet men niet waar al de trays zich dan bevinden. Om dit te verwezenlijken wordt er geopteerd voor een kruiselingse positie van de sensoren. De sensoren worden ook onder de rol- en kettingbanen geplaatst omdat er op deze manier het minst kans is dat er iets kan tegen botsen. Figuur 4.5 stelt een gedeelte van de carrousel voor die terug te vinden is op Figuur 2.5. Figuur 4.5: Controle sensorplaatsing Bij de wissels is er wel een probleem. Als de rollen naar boven gaan, kan het zijn dat de inductieve sensoren die over zijn een te klein bereik hebben om deze nog te zien. Daarom wordt er aangeraden om in de wissels andere sensoren te gebruiken. Hiervoor worden sensoren aangeraden met een schakelafstand van 20mm. Deze zijn bij Sick nog steeds beschikbaar in een standaarduitvoering. Dit moet voldoende zijn om de tray altijd te detecteren. Voorstudie van hoogbouw 3 44

58 4.3 Basisbewegingen Op de carrousel zijn er verschillende bewegingen mogelijk. Deze worden in dit hoofdstuk allemaal beschreven zodat er een duidelijk beeld is waar en welke sensoren er nodig zijn. De basisbewegingen worden weergegeven in Figuur 4.6. Deze figuur geeft alle mogelijke bewegingen weer die mogelijk zijn op de carrousel die weergegeven is op Figuur Figuur 4.6: Basisbewegingen 1) Rechtdoor over de kettingbaan heen. 2) Het maken van een hoek van een rollenbaan naar de kettingbaan. 3) Rechtdoor op de kettingbaan. 4) Het maken van een hoek van een kettingbaan naar de rollenbaan. Er dienen enkele regels in acht te worden genomen indien er een beweging moet worden gemaakt. 1) Op het moment dat een beweging stopt moet de volgende beweging gecontroleerd worden of deze mogelijk is. 2) Bewegingen moeten zoveel mogelijk in dezelfde richting gebeuren, zoals eenrichtingsverkeer. 3) Vooraleer een beweging gebeurd moet er gecontroleerd worden of dit veilig kan gebeuren. Op de figuren verder in dit hoofdstuk wordt er gebruik gemaakt van enkele afkortingen. Deze worden hieronder toegelicht: S: Inductieve sensor die aangeeft wanneer een rollenbaan moet stoppen R: Reed contact op een cilinder. Deze kan ofwel bovenaan of onderaan staan M: Motor die een rollen- of kettingbaan aandrijft Pers: Dit geeft aan of de cilinder naar boven of naar beneden moet bewegen Voorstudie van hoogbouw 3 45

59 4.3.1 Rechtdoor op de rollenbanen Als een tray een kettingbaan wil oversteken zal zich deze eerst op de eerste rollenbaan bevinden. Dit wordt weergegeven in Figuur 4.7. Als de tray de kettingbaan wil oversteken kunnen er zich twee situaties voordoen. Als eerste kan het zijn dat de heftafel boven of beneden staat. De stand van de heftafel wordt gecontroleerd via magneetcontacten. Indien rollenbaan 1 bezet is, de overgang vrij is en de tray wil oversteken dan zal de heftafel naar boven komen. Daarna zal de tray de oversteek beginnen. De motoren van de eerste twee rollenbanen zullen geactiveerd worden. Omdat deze beweging niet kan plaatsvinden als het niet mogelijk is om door te rijden naar rollenbaan 3 moet de tray niet stoppen op rollenbaan 2. Op het moment dat S4 de tray niet meer ziet maar S5 wel dan moet er vertraagd worden zodat een tray tot een correcte en nauwkeurige stop kan worden gebracht. Eenmaal S6 en S5 samen gedetecteerd zijn dan heeft de tray zijn eindpositie bereikt. Op Figuur 4.8 wordt een overzicht gegeven van de status van de verschillende in- en uitgangen tijdens de beweging. Figuur 4.7: Rechtdoor op een rollenbaan Figuur 4.8: In- en uitgangen bij een rechtdoor beweging op een rollenbaan Voorstudie van hoogbouw 3 46

60 4.3.2 Een hoek van een rollenbaan naar een kettingbaan In het begin zal de tray net als in de vorige beweging stoppen op de eerste rollenbaan. Deze situatie wordt geïllustreerd in Figuur 4.9. Daar zal deze wachten tot de rollen van kettingbaan 1 hoog staan. Eenmaal dit gebeurd is zal de tray verder gaan. Om tot een nauwkeurige stop te komen vertraagt de tray als S2 de tray niet meer ziet. Eenmaal S3 en S4 samen de tray detecteren stoppen de motoren en zal de heftafel weer dalen. Kettingbaan 1 zal de tray dan verder rijden. Een overzicht van de status van de verschillende in- en uitgangen is weergegeven in Figuur Figuur 4.9: Wissel van een rollenbaan naar een kettingbaan Figuur 4.10: In- en uitgangen bij een wissel van een rollenbaan naar een kettingbaan Voorstudie van hoogbouw 3 47

61 4.3.3 Rechtdoor op een kettingbaan Het rechtdoor rijden van trays op een kettingbaan is niet complex. Dit staat afgebeeld op Figuur De kettingbaan van in totaal drie stukken wordt verdeeld onder twee motoren. Op deze manier kunnen er meerdere trays op hetzelfde moment verhandeld worden. De bewegingen zijn gelijkaardig zoals het rechtdoor rijden op een rollenbaan. De status van de verschillende in- en uitgangen tijdens deze beweging worden weergegeven in Figuur Figuur 4.11: Rechtdoor op een kettingbaan Figuur 4.12: In- en uitgangen bij een rechtdoor beweging op een kettingbaan Voorstudie van hoogbouw 3 48

62 4.3.4 Een hoek van een kettingbaan naar een rollenbaan Deze beweging is gelijkaardig zoals een wissel van een rollenbaan naar een kettingbaan. In Figuur 4.13 wordt er gesteld dat een tray van de meest links conveyor komt. Het kan ook zijn dat een conveyor staat te wachten op het middelste stuk van de kettingbaan. De status van de verschillende in- en uitgangen worden weergegeven in Figuur Figuur 4.13: Wissel van een kettingbaan naar een rollenbaan Figuur 4.14: In- en uitgangen bij een wissel van een kettingbaan naar een rollenbaan Voorstudie van hoogbouw 3 49

63 4.4 Werking van de carrousel Optimalisatie Meestal wordt in een carrousel geen bufferplaats voorzien tussen twee kettingbanen. Door het groot aantal bewegingen in hoogbouw 3 zal dit wel nodig zijn of de carrousel zal vastlopen bij een te grote flux. Daarnaast bestaat in een gewoon magazijn een kettingbaan module tussen twee gangen uit één motor. In hoogbouw 3 zijn dit twee motoren. De voordelen hiervan worden besproken in dit hoofdstuk. Hiervoor moet eerst de werking van een normale carrousel worden uitgelegd Werking van een normale carrousel Bij een normale carrousel kunnen er zich slechts twee trays bevinden op een kruispunt van de twee kettingbanen. Dit wordt aangetoond in Figuur Om deze figuur te plaatsen in het geheel is het aan te raden om Figuur 4.18 te bekijken. In dit geval is er echter tussen rij 1 en rij 2 geen rollenbaan Rij 1 Rij 2 Figuur 4.15: Maximum trays op een normaal kruispunt Er kan zich slechts een beweging voortdoen als er 100% zekerheid is dat deze beweging voldaan kan worden. Het is dus niet mogelijk om bijvoorbeeld in de rechtse figuur een tray van rechtsboven de kettingbaan te laten oversteken. Want er zit nog een andere tray in de weg. Enkel als deze weg is, is er zekerheid dat de beweging voltooid kan worden. Daarom kunnen er slechts twee trays in een dergelijk systeem op een kruispunt bevinden. Voorstudie van hoogbouw 3 50

64 Werking van de carrousel in hoogbouw 3 Om dit probleem aan te pakken worden er meer bufferposities voorzien in de kruispunten zelf. Zo moet er bijvoorbeeld slechts één kettingbaan worden overgestoken naar de bufferpositie in plaats van twee in één beweging zoals in Hierdoor wint het systeem in snelheid. De kettingbanen worden ook in 2 gesplitst. Op deze manier komt er opnieuw een extra bufferpositie vrij. Om Figuur 4.16 te situeren wordt er aangeraden om Figuur 4.18 te bekijken Rij 1 Rij 2 Figuur 4.16: Maximum trays op een kruispunt in HB3 Indien er geen twee kettingbanen zijn op een rij is kan je op de ketting geen twee trays naast elkaar plaatsen. Met een dubbele ketting wel. Bij een enkele ketting weet bijvoorbeeld bij het wegrijden van een enkele ketting weet je niet waar de ene tray stopt en de andere begint aangezien ze aan elkaar hangen en bewegen. Als de kettingen apart kunnen bewogen worden is het mogelijk om een kleine vertraging te plaatsen in de volgende beweging waardoor er een duidelijk onderscheid is. Twacht Figuur 4.17: 2 Trays op een ketting Voorstudie van hoogbouw 3 51

65 4.4.2 Voorrangregels en mogelijk bewegingen Voorkomen van de bewegingen Om te weten welke bewegingen voorrang krijgen op kruispunten is het nodig om te weten in welke richting de meeste trays komen. Als er bijvoorbeeld veel meer bewegingen zijn op de kettingbaan is het logisch dat deze voorrang moet krijgen op de rollenbanen. Hiervoor wordt voor elke pickingpost de verschillende bewegingen genoteerd in een tabel. Aan de hand van het aantal bewegingen op de ketting- en rollenbanen kan er dan beslist worden aan welke beweging er voorrang gegeven moet worden. Er wordt via deze tabellen ook nagegaan hoeveel tijd elke conveyor ongeveer heeft per beweging. In de tabellen zijn enkel de bewegingen genoteerd van de conveyors op een kruispunt want enkel hier zijn er voorrangregels van toepassing. Er wordt vanuit gegaan dat er 500 trays per uur naar de pickingposten gaan, dit komt dus neer op 250 bewegingen per uur per pickingpost. In de tabellen die volgenden worden er enkele afkortingen gebruikt om de tabellen niet te breed te maken: R = Rollenbaan K = Kettingbaan W = Wissel Rode cijfers = Naar het magazijn Blauwe cijfers = Naar de pickingpost Voor de duidelijkheid wordt in de tabellen de nummering volgens Figuur 4.18 gevolgd. RIJ 1 RIJ D100x700 Korte stops Figuur 4.18: Nummering van de carrousel Voorstudie van hoogbouw 3 52

66 Rij 2 Rij 1 Pickingpost 4 Als eerste wordt het aantal bewegingen per conveyor uitgezet bij pickingpost 4. Als elke kraan één tray levert aan de pickingpost. Even ter verduidelijking wordt de beweging van 1 gang naar daar pickingpost uitgelegd. De tray komt aan op conveyor 1.2 op rij 1. Daar doet deze een wissel. Daarna zal de tray via de kettingbanen tot 4.2 rijden. Daar doet deze opnieuw een wissel. Via de rolbanen gaat de tray over rij 2 over de conveyor 4.2. Tabel 4.4: Bewegingen naar pickingpost 4 Kraan Totaal Conveyor R K W R K W R K W R K W R K W R K W R K W R K W Totaal Voorstudie van hoogbouw 3 53

67 Rij 2 Rij 1 Pickingpost 5 De bewegingen naar pickingpost 5 is analoog als pickingpost 4. Tabel 4.5: Bewegingen naar pickingpost 5 Kraan Totaal Conveyor R K W R K W R K W R K W R K W R K W R K W R K W Totaal Voorstudie van hoogbouw 3 54

68 Rij 2 Rij 1 Samenvatting Deze twee bewegingen gebeuren op hetzelfde moment op de carrousel. Hierna wordt er berekend hoeveel bewegingen een conveyor doet in een uur tijd. Omdat er per pickingpost zeven trays aangevoerd zijn, dan zijn er veertien trays aangevoerd voor de twee pickingposten. Om het aantal bewegingen te bekomen per uur moet men het totaal aantal bewegingen vermenigvuldigen met 500 en delen door 14. De tijd die een conveyor heeft per beweging kan dan eenvoudig worden uitgerekend door 3600s te delen door het aantal bewegingen per uur op die conveyor. Dit staat weergegeven in Tabel 4.6. Tabel 4.6: Samenvatting van de bewegingen Kraan Post 1 Post 2 Totaal Bewegingen/uur Max. tijd per conveyor [s] Conveyor R K W R K W R K W R K W R K W Totaal Het is duidelijk dat er veel meer bewegingen zijn langs de kettingbanen dan langs de rollenbanen. Daarom moeten de kettingbanen voorrang krijgen op de rollenbanen. Voorstudie van hoogbouw 3 55

69 Bewegingen op een kettingbaan In dit hoofdstuk worden de verschillende bewegingen bekeken die mogelijk zijn op een kettingbaan. Bij elke beweging wordt er ook gekeken welke stappen er gezet moeten worden in elke situatie. Kettingtransport staat in rust Als de kettingbaan in rust staat, dan is er vrij transport mogelijk op de rollen indien er geen gang geblokkeerd wordt door een tray. In Figuur 4.19 is er bijvoorbeeld vrije doorgang naar boven toe maar wordt de weg geblokkeerd naar beneden toe. Figuur 4.19: Kettingtransport staat in rust Voorstudie van hoogbouw 3 56

70 Oprijdend hoektransport In het Figuur 4.20 wil een tray een bocht maken, maar staat er een andere tray op de bufferpositie. Normaal moet de kettingbaan worden vrijgehouden. Maar aangezien de tray de rollenbaan blokkeert of deze nu is doorgeschoven op de kettingbaan of niet, is het beter dat deze doorschuift. Dit wordt voorgesteld in stap 1 en stap 2. Wanneer de kettingbaan vrij is om verder te rijden worden er op deze manier twee trays in één keer verhandeld. Dit wordt getoond in stap 3. Er moet dan wel rekening worden gehouden dat de twee trays nooit te dicht bij elkaar komen. Zoals Figuur 4.20 illustreert is er een bepaalde afstand nodig zodat elke sensor de overgangen duidelijk ziet waardoor er geweten is wanneer er precies afgeremd moet worden. Figuur 4.20: Oprijden van een kettingbaan Voorstudie van hoogbouw 3 57

71 Afrijdend hoektransport De tray die een bocht wil maken moet eerst een kleine tijd wachten. Op deze manier zit de eerste tray al een stukje verder op de kettingbanen. Dit wordt getoond in stap 1 van Figuur Zo zal de eerste tray geen last ondervinden dat de tray die wil afslaan een stuk trager zal rijden op het einde als de tray die rechtdoor rijdt omdat deze dan al volledig van deze ketting is. Eenmaal de tray die wil afslaan op zijn positie staat kan de wissel beginnen, de andere tray rijdt gewoon door en wacht eventueel op de bufferplaats. Dit wordt voorgesteld in stap 2 en stap 3. Stap 1 Stap 2 Stap 3 Figuur 4.21: Afrijden van een kettingbaan Voorstudie van hoogbouw 3 58

72 Recht transport Het is niet mogelijk dat de meest linkse tray verder rijdt. Er is geen enkele plaats waar deze kan staan zonder dat deze een baan zal blokkeren. Daarom blijft de tray wachten op zijn bufferpositie. Eenmaal dat de rechtse tray begint te bewegen kan de linkse tray ook beginnen omdat deze dan zeker is dat hij een staanplaats zal hebben. Figuur 4.22 Toont twee trays die wachten op de bufferlocaties om verder te rijden wanneer de opportuniteit zich voordoet Bewegingen op een rollenbaan Figuur 4.22: Rechtdoor transport op een kettingbaan In dit hoofdstuk worden de verschillende bewegingen bekeken die mogelijk zijn op een rollenbaan. Bij elke beweging wordt er ook gekeken welke stappen er gezet moeten worden in elke situatie. Rollenbanen staan in rust Als de rollenbanen in rust staan, dan is er vrij verkeer mogelijk langs de verschillende kettingbanen. Als een tray via de kettingbaan op een rollenbaan wil, dan zal deze wachten op de wissel. Deze blokkeert hoe dan ook de kettingbanen dus heeft wachten op de bufferpositie geen zin. Figuur 4.23: Rollenbaan in rust Voorstudie van hoogbouw 3 59

73 Bewegen van een rollenbaan Als er bewogen moet worden op de rollenbanen zelf kan dit niet zomaar. De bufferpositie moet eerst vrij zijn voor er zich een beweging kan voortdoen. Als dit niet gebeurt zal een tray stoppen op de kettingbaan waardoor er transport geblokkeerd wordt. Indien er een bufferlocatie vrijkomt is het mogelijk dat alle trays in de richting van de rollenbaan onmiddellijk kunnen bewegen naar de volgende locatie. Figuur 4.24: Bewegen van een rollenbaan Voorstudie van hoogbouw 3 60

74 4.4.3 Pickingpost Overzicht Figuur 4.25: Overzicht van een pickingpost Elke pickingpost beschikt over een bedieningspaneel. Boven elke craddle is er ook een klein bedieningspaneel. Een craddle is een bak waar de verschillende producten van één order in terechtkomen. Om de verschillende lampen te testen op de bedieningspanelen is er een knop voorzien die alle lampen kan laten branden. Op deze manier kan snel een defect waargenomen worden. Er zijn ook nog twee knoppen voorzien die een pickingpost kunnen activeren of opnieuw stilleggen. De trays gaan ook langs een vaste barcodescanner voor de trays stoppen op de pickingpost. Op deze manier wordt gecontroleerd of de juiste bakken wel zijn aangekomen. Op de pickingpost is er ook een barcodeprinter beschikbaar Bediening van de pickingpost Figuur 4.26: Bediening van een pickingpost Omdat er twee bakken op een tray kunnen staan zijn er 2 afzonderlijke bedieningen. Er is een display voorzien die beschrijft welk onderdeel er nodig is en hoeveel stuks er nodig zijn. Daarnaast is er zowel links als rechts een knop voorzien die aangeeft dat de onderdelen genomen zijn. Er is een witte lamp voorzien links en rechts om aan te duiden uit welke bak er onderdelen gehaald moeten worden. Als laatste is er zowel links als rechts een rode lamp voorzien. Als deze brandt, dan is er een inventaris nodig. Indien deze rode lamp knippert, dan is er een fout opgetreden. Voorstudie van hoogbouw 3 61

75 Bediening van de craddles Figuur 4.27: Bediening van de craddles Als eerste is er boven elke craddle een knop die moet worden ingedrukt als het product gedropt is. Er is een witte lamp boven elke craddle om aan te geven in welke craddle het product moet komen. Als het order compleet is zal er een blauwe lamp branden. Dan moet de craddle worden doorgeduwd op de transportband die erachter staat. Deze craddle moet dan vervangen worden door een nieuwe. Er moet dan een nieuwe barcode worden gescand en geplaatst worden op de nieuwe craddle. Deze barcodes zijn nodig omdat deze gebruikt worden in een sorteersysteem die de verschillende craddles verzameld en verpakt per order. Het kan zijn dat een craddle vol is en dat een order nog niet compleet is. Dan kan een picker zelf beslissen om een craddle door te duwen. Dan moet er op een groene knop worden gedrukt. Er wordt dan opnieuw een barcode afgedrukt die gescand moet worden en geplaatst moet worden op de nieuwe craddle Controles Controle of een bak leeg is Er wordt niet altijd een inventaris gehouden, enkel maar als het WMS denkt dat er minder dan tien aanwezig zijn. Het kan zijn dat er door een grote fout minder dan tien inzitten en het WMS denkt dat er nog meer dan tien inzitten. Er is in dit geval geen verificatie mogelijk. Daarom is er nog een extra controle nodig omdat er anders veel tijd verloren kan gaan met het aanbrengen van bakken die te weinig goederen hebben. Er zijn twee grote mogelijkheden. Het gebruik van weegcellen om het gewicht te bepalen of het volume bepalen dat nog in de bak aanwezig is. Door het lichte gewicht van de blisters ten opzichte van het gewicht van een tray valt het gebruik van weegcellen af. Hieronder worden twee verschillende aanpakken beschreven om het volume te bepalen. Lijnscanner Bij dit systeem meet een sensor op een lijn telkens de afstand tot het eerst object. Via een rollenbaan beweegt de tray langs de lijnscanner. Op deze manier is de afstand van de inhoud van een bakje gemeten op veel verschillende plaatsen. Via een eenvoudige software applicatie kan hieruit het volume worden bepaald. De verwerking is niet ideaal wegens de niet-nauwkeurige snelheid van de rollenbaan. Figuur 4.28: Lijnscanner van Leuze Voorstudie van hoogbouw 3 62

76 3D vision sensor Deze sensor neemt een foto van een tray. Elke pixel op de foto heeft ook een afstandswaarde. Het volume dat aanwezig is wordt dan standaard via de sensor uitgestuurd. Er is in tegenstelling tot de lijnscanner geen extra stap nodig om het volume te verkrijgen. Dit is eenvoudiger om te implementeren maar deze technologie moet nog getest worden of dit geen problemen geeft met de doorzichtige blisters. Figuur 4.29: 3D vision sensor van IFM Besluit Indien de 3D vision sensor werkt met blisters lijkt dit op het eerste zicht de beste keuze. Omdat de blisters een willekeurige vorm hebben zullen de volume metingen ook niet altijd correct zijn. Indien het gemeten volume niet overeenstemt met in het WMS ingegeven volume dan dient er een manuele inventarisering te gebeuren van de bak. Voorstudie van hoogbouw 3 63

77 Controle 3 Lengte Contourcontroles Het kan zijn dat tijdens het picken sommige onderdelen verplaatst worden waardoor deze uit een bak komen. Dit kan problemen opleveren in zowel de carrousel als op de kranen. Dit moet in elk geval vermeden worden. Daarom is er na elke pickingpost een contourcontrole verplicht. Dit is het eenvoudigst te bekomen via fotocellen. Alle richtingen moeten gecontroleerd worden: lengte, breedte en de hoogte. De controles voor de breedte en de hoogte kunnen onmiddellijk gebeuren na het picken. Voor de lengte is het eenvoudiger dat dit gebeurt na de wissel. Een overzicht van een pickingpost wordt weergegeven op Figuur Op Figuur 2.5 wordt weergegeven waar de pickingposten zich bevinden op de carrousel. Controle 1+2 Breedte + Hoogte Figuur 4.30: Contourcontroles pickingpost Figuur 4.31: Controle hoogte en breedte Figuur 4.32: Controle Lengte Bij een fout zal de tray rijden naar een reject positie. Hier kan het probleem dan aangepakt worden. Voorstudie van hoogbouw 3 64

78 4.4.5 Invoer Overzicht Zoals besproken in hoofdstuk drie zal er een automatische invoer zijn. Deze aanvoer bestaat uit meerdere onderdelen. De carrousel zal lege en halflege trays aanbrengen. De bakken zelf worden ingevoerd aan het begin van een lange rollenbaan. Hier wordt het artikel gecontroleerd, als alles in orde is zal de bak doorrijden tot aan de carrousel. Daar zal deze automatisch in een tray worden geplaatst. Een overzicht van de automatische invoer staat weergegeven in Figuur Figuur 4.33: Overzicht van de invoer Invoeren van een bak Bij de invoer moeten de bakken in een matrijs worden geduwd. Onderaan deze matrijs zijn vier capacitieve sensoren bevestigd die controleren of de bak goed is geplaatst. Als het gaat over een kleine bak mogen enkel de onderste twee sensoren deze bak zien. Als een andere sensor deze bak ziet dan staat de bak niet goed. Bij een grote bak moeten alle sensoren de bak zien. Deze sensoren zijn zo geplaatst dat elke onregelmatigheid gedetecteerd zal worden. De middelste sensor staat zo dat hij net een kleine bak niet kan waarnemen als deze correct staat. De plaatsing van deze sensoren staat weergegeven op Figuur Figuur 4.34: Invoer van de bakken Voorstudie van hoogbouw 3 65

79 De leveranciers zullen al een etiket op de bakken gekleefd hebben. Bij het scannen zal al de informatie over de bak op de PC verschijnen. Onderaan de rollenbaan van de invoer zijn er weegcellen gemonteerd. Hiermee worden 2 zaken gecontroleerd. Het eerste is dat het maximale toegelaten gewicht zeker niet overschreden wordt zodat de kranen en de carrousel geen problemen kunnen ondervinden. Het tweede is een vergelijking met een waarde die in het WMS zit. Een doos kranen weegt bijvoorbeeld 20kg volgens het WMS maar als de effectieve doos slechts 10kg weegt dan is er iets mis. Als dit alles in orde is zal er een groene lamp branden, bij het drukken op deze knop zal de ingevoerde bak wegrijden. De controle van de breedte gebeurt aan de invoer zelf. Als de knop wordt ingedrukt mag de sensor niets zien, anders steekt er iets uit in de breedte. Tijdens het wegrijden wordt de hoogte gecontroleerd met een fotocel zoals bij de pickingposten. De lengte wordt gecontroleerd met 3 fotocellen wegens de verschillende soorten bakken. Figuur 4.35: Controles aan de invoer Als er een fout is tijdens deze verschillende controles dan zal de bak naar de reject worden gebracht. Dit gebeurt via een cilinder die deze bak zal wegduwen. Omdat er geen gebruik wordt gemaakt van een wissel is het mogelijk om één lange transportband te gebruiken. Voorstudie van hoogbouw 3 66

80 Buffering Er is genoeg plaats op de carrousel zodat er zes trays kunnen wachten. Er mogen lege trays worden gehaald vanaf dat er een bak doorgelaten wordt en niet naar de reject moet. Op de transportband zelf is er plaats voor twaalf bakken te plaatsen, dit is evenveel zoals een halve pallet. Bij het ophalen van de trays zijn er enkele voorrangregels: Grote bak 1. Haal een lege tray. Kleine bak 1. Haal een halfvolle tray die deze dag niet meer nodig is. 2. Haal een halfvolle tray 3. Haal een lege tray Als een lege tray wordt gehaald voor een kleine bak zullen er twee bakken op deze tray worden geplaatst als er op de transportband twee kleine bakken na elkaar klaarstaan. Op de transportband zelf zijn er twee sensoren voorzien. Aan het begin net na de contourcontrole is er een capacitieve sensor. Bij een negatieve flank van het sensorsignaal moet de transportband stoppen en kan er een nieuwe bak worden ingevoerd. Op het einde van de transportband is er ook nog een sensor die aangeeft dat de bakken op het einde zitten Plaatsen in een tray Figuur 4.36: Verduidelijking volle en lege trays Tijdens het transport kan het zijn dat er een bak op een halfvolle tray verplaatst is en niet meer op de gewenste positie staat. Daarom moet deze bak eerst opnieuw correct gepositioneerd worden. Om dit te verwezenlijken is het nodig dat er twee pneumatische stoppers de tray tegenhouden die gevuld moet worden zodat deze niet meer weg kan. Dan zal een lange cilindrische arm de bak die op de tray staat wegduwen tot op het einde zodat er zeker voldoende plaats is voor de nieuwe bak. Figuur 4.37: Automatisch plaatsen van bakken Het effectief plaatsen van de nieuwe bak op een tray kan gebeuren door bijvoorbeeld een pneumatische portaalrobot. Voorstudie van hoogbouw 3 67

81 4.5 Redundantie Wat is redundantie Het principe van redundantie is dat een systeem kan blijven werken in het geval dat er een fout optreedt. Op deze manier ligt een volledige installatie niet stil als er ergens een onderdeel defect is. Op deze manier worden veel kosten bespaard Redundantie in hoogbouw 3 Om hoogbouw 3 redundant te maken wordt er gebruik gemaakt van logische zone. Elke kraan is een logische zone en op de carrousel wordt ook verdeeld in zeven zones. Als eerste moeten de producten die in het magazijn komen zoveel mogelijk verspreid worden. Als er bijvoorbeeld 3 bakken zijn met eenzelfde product mogen deze bakken niet in dezelfde gang worden geplaatst. Het magazijn moet deze bakken verdelen over de verschillende gangen. Als er bijvoorbeeld een kraan defect is, dan kan het product nog worden opgehaald via een andere kraan. In Figuur 4.38 is een voorbeeld getekend waar kraan 3 defect is. Via kraan 2 kan het nodige product nog altijd geleverd worden aan een pickpost. STOCK CARROUSEL Kraan 3 is defect Figuur 4.38: Defecte kraan Voorstudie van hoogbouw 3 68

82 Het kan zijn dat er een tray vastgelopen is op de carrousel, er moet dan een interventie gebeuren. Het is ook mogelijk dat een bepaald deel van de carrousel onderhouden moet worden. In beide gevallen is het dan mogelijk om een deel van de carrousel uit te schakelen. Aangezien de producten verspreid zijn in het magazijn is er een grote kans dat een bepaald product nog een route heeft naar een pickingpost. Dit wordt geïllustreerd op Figuur STOCK CARROUSEL Onderhoud of interventie in gang Figuur 4.39: Onderhoud of interventie op de carrousel Redundantie zorgt er dus voor dat er weinig tijd verspild wordt wanneer er zich problemen voordoen. Het is dan wel noodzakelijk dat het WMS de producten goed verspreid in het magazijn. Voorstudie van hoogbouw 3 69

83 4.6 Veiligheid Tijdens het ontwerp van de carrousel is het belangrijk dat er al aandacht besteed wordt aan de veiligheid. Aangezien dit masterproefverslag een voorstudie is, is het niet mogelijk om een volledige risicoanalyse te maken. Er is wel al gekeken waar er afschermingen moeten komen en eventuele noodstoppen. Figuur 4.43 toont een overzicht van de verschillende veiligheidsmaatregelen. De verhoging en de carrousel is volledig afgeschermd. Elke pickingpost heeft ook een noodstop voor het geval er iets gebeurd. Voor de verschillende veiligheidsfuncties worden de Machinerichtlijnen EG in het achterhoofd gehouden. Er dient bij het uiteindelijke ontwerp uiteraard nog een grondige risicoanalyse te worden uitgevoerd. Voor de risicobeoordeling wordt gebruik gemaakt van de EN ISO 12100:2010 norm. Hierbij wordt een stappenplan gevolgd die is weergegeven in Figuur Figuur 4.40: 3-stapsmethode EN ISO Als eerste moet het ontwerp van een machine zoveel mogelijk risico s uitsluiten. Als het niet mogelijk is om alle gevaren uit te sluiten, dan kan er overgegaan worden naar risicoanalyse aan de hand van technische beveiligingsmaatregelen. Als dit alles nog niet volgende is moet er gebruikersinformatie voorzien worden over de restrisico s. Voorstudie van hoogbouw 3 70

84 De beoordeling van risico s gebeurt ook volgens een flowchart. Deze flowchart staat weergegeven in Figuur Figuur 4.41: Risicobeoordeling Voor de keuze van elektrische aansturing van een machine moet er rekening worden gehouden met de EN ISO norm. Hiervoor moet er eerst een risicoanalyse gebeuren. Voor de risicoanalyse wordt er vanuit gegaan dat de machine naakt is. Er zijn dus nog geen veiligheidsmaatregelen getroffen De risicofactor wordt bepaald via een risicograaf volgens de. Dit geld enkel voor de elektrische veiligheid en besturingssysteem met veiligheidsfunctie. Figuur 4.42: Risicograaf In het geval van hoogbouw 3 kan de dood het gevolg zijn als er een kraan op een persoon rijdt. Er wordt dus gekozen voor S2. Er zijn altijd pickers aan het werken op de pickingposten. Er is dus een grote frequentie van F2. Het is mogelijk om het gevaar af te wenden P1. Het performance level van het automatisch magazijn is dus PLd. De veiligheidscomponenten moeten minstens van dit veiligheidsniveau zijn. Om dit te behalen moeten er enkele voorzorgsmaatregelen genomen worden. Voorstudie van hoogbouw 3 71

85 Met de kennis van deze normen in het achterhoofd zijn er enkele richtlijnen en beveiligingsmaatregelen getroffen. Deze staan hieronder beschreven. Pickingpost Het volledige magazijn is afgesloten via afschermingen. Er is enkel een opening voorzien waar trays en bakken een pickzone kunnen betreden. De trays worden naar de pickingpost geleidt en moeten nooit uit het systeem worden gehaald. Het gewicht van de bakken is maximaal 50kg. Door de snelheid van de kettingbaan en het beperkte gewicht is er geen risico dat er lichaamsdelen geklemd worden. Een tray zal ook eerder doorglijden op de kettingbaan dan dat deze schade zal berokken. Hiervoor moeten er dus geen extra maatregelen worden getroffen. Onderhoud Als er onderhoud moet gebeuren aan de carrousel dan kan deze betreden worden via de rechtse deuren op het verhoog. De sleutels om deze deuren te open zitten hoofdkast. Als een sleutel uit de elektrische kast wordt gehaald dan zal de bijhorende gang in een gecontroleerde stop gaan. Enkel als de stop compleet is mag een technieker de carrousel betreden. De kranen moeten ook worden uitgeschakeld aan de hoofdkast. Daar is ook een sleutel voorzien die de deur kan opendoen voor de respectievelijke kraan. Als er nog geen gecontroleerde stop is gebeurd en de veiligheidscontacten detecteren dat een deur opengaat. Dan zal er een noodstop gebeuren. Op deze manier is het optreden van een gevaarlijke situatie zoveel mogelijk beperkt. Afscherming D100x700 7 Deurcontact noodstop Korte stops Kast 7 6 Deurcontact noodstop Kast 6 5 Deurcontact 4 Deurcontact 3 Deurcontact 2 Deurcontact Kast 5 Kast 4 Kast 3 Kast 2 Kast 1 noodstop noodstop noodstop noodstop Verhoging 1 Deurcontact HOOFDKAST noodstop noodstop Figuur 4.43: Veiligheidsoverzicht Voorstudie van hoogbouw 3 72

86 5 Energetische aspecten 5.1 Inleiding Om te zorgen dat het magazijn een zo hoog mogelijke return of investment heeft moeten enkele energetische aspecten bekeken worden. Hiervoor moet de haalbaarheid van verschillende concepten bekeken worden. Als eerste wordt er onderzocht of een energiezuinige motor zinvol is wegens de grotere kostprijs. Daarna worden de kranen besproken. Omdat de kranen veel deaccelereren kan het nuttig zijn om energie recuperatie toe te passen. Wegens het groot aantal cilinders in de carrousel zal er veel perslucht worden verbruikt. Daarom wordt er verder in dit hoofdstuk ook gekeken of dit beter kan. Als laatste wordt de mogelijkheid van zonnepanelen geschetst. Daarnaast is het ook nodig om te kijken wat het totale verbruik is van het gebouw. Dit is nodig voor de verdeelkast. 5.2 Energiezuinige motoren Inleiding Omdat de standaard leverancier SEW is, wordt er enkel gezocht in het productgamma van SEW naar een goeie oplossing. De energiezuinigheid van motoren wordt vastgelegd in de norm EN [17]. Motoren worden verdeeld in drie klassen. Deze drie klassen worden weergegeven in Figuur 5.1. Deze normering is wel enkel geldig bij motoren vanaf 750W. Figuur 5.1: IE klassen Voorstudie van hoogbouw 3 73

87 De meest energiezuinige motoren zijn permanent magneet motoren. Een voorbeeld hiervan is een MOVIGEAR. Dit is een IE4 motor. MOVIGEAR is ontwikkeld als een efficiënte aandrijving in transportinstallaties [8]. Dit systeem is uitermate geschikt voor hoge losbreekkoppels en acceleratievermogens waardoor er een klein geïnstalleerd vermogen nodig is. MOVIGEAR heeft een groter rendement omdat dit werkt met een permanent magneet motor en een reductiekast met een hoog rendement. Naast standaard veldbussen is het mogelijk om gebruik te maken van een hybride kabel waardoor er slechts één kabel moet worden getrokken. Bij dit systeem is er een extra controller nodig en per controller kunnen er tien motoren aangesloten worden. Per gang zijn er maximaal negen motoren nodig. Het is dus mogelijk om een mooi gestructureerd netwerk op te bouwen met een goed overzicht. Op de Figuur 5.2 is ook te zien hoe een veiligheidsrelais de motoren veilig uitschakelt. Figuur 5.2: MOVIGEAR DSC Voorstudie van hoogbouw 3 74

88 5.2.2 Kostprijsberekeningen De keuze van de gebruikte motoren zal afhangen van het energieverbruik. Zowel de Movimot als de Movigear zijn gemaakt voor decentrale toepassingen en vereisen dus minder kablage en programmatie. Echter is het rendement van de Movigear een stuk hoger omdat bij deze motor gebruik wordt gemaakt van een permanente magneet rotor. Er wordt ook gebruik gemaakt van een betere ingebouwde reductiekast die het rendement nog meer verhoogd. De kosten van deze twee motoren zijn gelijkaardig. Daarom wordt enkel de kostprijs van een klassieke motor en een Movigear vergeleken Aanschafkosten De gebruikte prijzen in dit rekenvoorbeeld zijn brutoprijzen. Deze prijzen zijn gebaseerd op oude projecten en prijzen die zijn opgegeven door SEW. Hierin zit alles verwerkt zoals de frequentieomvormers en de kosten van bekabeling. Bij de kosten van de bekabeling zijn de werkuren ook in rekening gebracht. Deze waarden zijn gebaseerd op vroegere projecten bij Van Marcke. Het bekabelen van een Movigear is goedkoper omdat er gebruik wordt gemaakt van een hybride kabel. Tabel 5.1: Aanschafkosten van de motors Soort kost Klassieke motor [euro/motor] Movigear [euro/motor] Frequentiesturing + extra kasten 659 / Motor Bekabeling Totaal Verschil 455 Op een totaal van 140 motors is dit een totale meerkost van euro Gegeven cyclussen Om de terugverdientijd te berekenen van een motor met een groter rendement moet eerst het aantal cyclussen gekend zijn. Deze zijn bekomen via het simulatieprogramma Saturn. Voor meer uitleg over Saturn wordt er verwezen naar Hoofdstuk N = niet-actief, de rolbaan doet niets. A = Actief, de rolbaan draait. W = Er wacht een tray op de rolbaan. # = Aantal trays gepasseerd. L = Aantal wissels die gebeurd zijn. Bestaat uit 2 motoren Figuur 5.3: Statistieken van de motoren Voorstudie van hoogbouw 3 75

89 De waarden in Figuur 5.3 zijn waarden van een simulatie van vijf uren. In de verdere berekeningen wordt er gebruik gemaakt van de zwaarste belaste motor. Deze behandelt 1294 trays op vijf uur. Op de figuur staat er ook een motor die 2044 trays verhandeld heeft in de simulatie. Maar omdat er op de wissels twee motoren staan kan deze waarde niet gebruikt worden. Het kan gebeuren dat de motor per tray twee keer moet starten. Er zijn dus 2588 motorcycli per vijf uur. Bij een installatie die tien uren per dag actief is zijn dit 5176 cycli voor de motor Theoretisch energieverbruik Zoals daarnet besproken zijn er 5176 cyclussen per dag. Indien de motor 1s accelereert dan zal de motor 5176s accelereren per dag. Daarnaast zal de motor ongeveer 5694s draaien in normaal bedrijf. Tijdens de acceleratie is er 283W mechanisch vermogen nodig en tijdens het normale bedrijf 88W. [18] Klassieke motor De motor zal per dag dus 5176s in 51% deellast werken en 5694s in 16% deellast. Om het rendement te kennen wordt er gebruik gemaakt van een isorendementscurve.[19] In deze curve wordt er rekening gehouden met zowel de verliezen in de omvormer en de motor. We maken gebruik van een grafiek van een 750W IE2 motor die herleid is naar een 370W motor. De reden hiervoor is omdat er geen curves beschikbaar zijn van 370W en een dergelijke werkwijze zal de rendementen benaderen. Figuur 5.4: Isorendementscurve 750W IE2 met drive herleid naar 370W Als het rendement gekend is kan het verbruikte vermogen berekend worden. Er dient opgemerkt te worden dat er geen rekening wordt gehouden met die piekstromen die optreden omdat er gebruik wordt gemaakt van een frequentieomvormer waardoor de invloed minimaal is. In Tabel 5.2 wordt er rekening gehouden met 250 werkdagen. Tabel 5.2: Energieverbruik klassieke motor Nodig vermogen [W] Verhouding Rendement P elek [W] Tijd [s/dag] E [kwh/jaar] % 72% % 51% Totaal 213 Voorstudie van hoogbouw 3 76

90 Movigear Het voordeel van een movigear is dat het rendement ongeveer constant blijft ook in sterke deellast. Het rendement kan als volgt berekend worden: (5.1) met T = Uitgaand koppel [Nm] U = Spanning [V] I = Straam [A] (5.2) Tabel 5.3: Energieverbuik Movigear Nodig vermogen [W] Rendement P elek [W] Tijd [s/dag] E [kwh/jaar] ,2% ,2% Totaal 158 Vergelijking Per motor is er een besparing van 55kWh per jaar mogelijk. Bij een totaal van 140 motoren is dit dus een besparing van 7700kWh of 770 euro per jaar. De terugverdientijd is dan 82,7 jaar Energieverbruik via waarden van SEW Via SEW is de energie die nodig is per cyclus gekend. Op deze manier kan een meer nauwkeurige berekening worden gedaan [9]. Tabel 5.4: Vergelijking energieverbuik motoren Type Energie per cyclus [Ws] Aantal cyclussen per dag E [kwh/jaar] Klassieke motor 233, ,97 Movigear 187, ,47 Winst 16,50 Bij een totaal van 140 motors is dit dus 2310kWh of 231 euro per jaar. De terugverdientijd is meer dan 275 jaar Besluit Beide berekeningen wijzen erop dat het kiezen voor de Movigear economisch gezien niet gunstig is. Deze motor heeft mechanisch gezien enkele voordelen maar deze wegen niet op tegen de grotere kostprijs in de situatie van hoogbouw 3. Er wordt gekozen voor de klassieke oplossing waar alle frequentieomvormers in een kast staan en elke motor afzonderlijk bekabeld wordt. Voorstudie van hoogbouw 3 77

91 5.3 Energie recuperatie van de kranen Inleiding rem mogelijkheden Tijdens het afremmen verhoogt normaal gezien de DC spanning op de tussenkring. Om te zorgen dat de condensator niet wordt opgeblazen van deze tussenkring moet de overtollige energie verdwijnen met een remtechniek. Remweerstand Remmen via een remweerstand wordt meestal gebruikt bij motoren met een frequentiesturing. Dit is uitermate geschikt voor veelvuldig te remmen omdat de motor niet opwarmt door deze remtechniek. Het grootste nadeel is dat al kinetische energie van de motor volledig wordt opgestookt in warmte. Common DC bus Indien er meerdere drives een verschillend lastprofiel hebben kan er via de tussenkring onderling energie worden uitgewisseld. In plaats dat de energie verbrandt wordt zal een andere motor de energie gebruikten. Er is meestal nog altijd een remweerstand nodig voor het geval dat de energie niet verbruikt wordt door een andere motor. Figuur 5.5: Common DC bus Actieve gelijkrichter Bij een actieve gelijkrichter wordt overtollige energie tijdens het remmen opnieuw in het net gestuurd via een actieve gelijkrichter. Er is dus nooit energieverlies tijdens het remmen. De verliezen in een actieve gelijkrichter zijn wel groter dan in een diodegelrijkrichting. [20] Extra condensatormodule Als er Common DC bus wordt toegepast met MoviAxis van SEW dan kunnen er extra condensatormodules worden geplaatst. Als alle motoren remmen zal deze module opladen. Er wordt dus minder gebruik gemaakt van een remweerstand. De energie die in deze condensator is opgeslagen kan later dan gebruikt worden. Voorstudie van hoogbouw 3 78

92 Hoogte magazijn Common DC bus in hoogbouw 3 De kranen van Becton Dickinson zijn van enige leeftijd en de motoren moeten vervangen worden. Dit is een uitstekende kans om de configuratie zodanig aan te passen dat ook recuperatief geremd kan worden. Momenteel wordt dit niet gedaan en wordt alle energie tijdens het remmen opgestookt in remweerstanden. Kranen zijn toepassingen die zich uitstekend lenen om gebruik te maken van een common DC bus. Tijdens het deaccelereren van één motor kan een andere motor deze energie gebruiken. Een voorbeeld hiervan is dat een kraan aan het rijden is terwijl dat deze kraan aan het dalen is. De motor voor het heffen zal werken als generator. Deze motor voedt de gelijkspanningstussenkring. De motor die langs de rails rijdt zal dan aanzetten en gebruik maken van deze energie. M heffen Generator M rijden motor Lengte magazijn Figuur 5.6: Recuperatie kranen in HB3 In plaats van gebruik te maken van een DC-link kan er ook een actieve gelijkrichter worden gebruikt. De overtollige energie wordt dan in het net gepompt. Er moet dan wel rekening worden gehouden dat de investeringskost een stuk hoger zal zijn. Daarnaast zijn er meer omzettingsverliezen in deze omvormer. In het geval van een kraan is een actieve gelijkrichter maar op één moment nuttig. Dat is wanneer de rijmotor aan het deaccelereren is terwijl de kraan ook aan het dalen is. Door het beperkte voordeel van een actieve gelijkrichter is het gebruik van een DC link voordeliger. Hefmotor stijgen Geen Recuperatie recuperatie Rijmotor deacc Rijmotor acc Remweerstand Recuperatie Hefmotor dalen Figuur 5.7: Energiezones kranen Er kan gebruik worden gemaakt van software van SEW die zorgt voor de optimale aansturing van de kranen. Voorstudie van hoogbouw 3 79

93 Op Figuur 5.8: MOVIAXIS oplossingfiguur 5.8 wordt weergegeven hoe de aansluiting gebeurd als er gebruikt wordt gemaakt van de SEW variolution oplossing [23]. De twee optionele componenten die vermeld zijn op de tekeningen zijn niet nodig. Figuur 5.8: MOVIAXIS oplossing Voorstudie van hoogbouw 3 80

94 5.4 Compressor Inleiding Door het gebruik van perslucht in hoogbouw 3 en de interessante EARS technologie is het interessant om in dit hoofdstuk hier verder op in te gaan. Bij het gebruik van perslucht is het volledige systeem slechts een klein deel van de totale kostprijs. De energiekost om perslucht te gebruiken is hoog wegens de lage efficiëntie. In hoogbouw 3 moet dit zo efficiënt mogelijk gebeuren om de totale levenskost te verlagen. Eén van de grote problemen bij perslucht is dat de toestellen in open lus werken. Via het EARS (Exhausted Air Recycling System) systeem is dit niet meer het geval.[10] Concept Het grootste verschil is dat de perslucht van de toestellen opnieuw naar de compressor wordt gebracht. Figuur 5.9: Concept EARS In het geval van hoogbouw 3 is de persdruk echter geen bepalende factor voor een goed werkend systeem maar is het drukverschil van belang omdat de enige pneumatische componenten cilinders zijn. Bij het continu gebruiken van de cilinders kan er een druk worden opgebouwd als deze lucht wordt opgevangen in een buffervat. Via een overdrukventiel wordt dit buffervat begrensd op bijvoorbeeld 2 bar. Op deze manier staat er constant 2 bar aan de ingang van de compressor. Om het gewenste drukverschil te bekomen moet de compressor dan wel 1 bar meer geven aan de uitgang. Stel een situatie waarbij de cilinders werken op 8 bar, dan is er nu 9 bar nodig. Figuur 5.10: Conventioneel vs. EARS in HB3 Voorstudie van hoogbouw 3 81

95 5.4.3 Waarom beter? De compressor moet een hogere druk leveren maar is toch efficiënter. De reden hiervoor is dat de drukverhouding verkleint. In het geval van een verdringingscompressor ziet het PV-diagram er als volgt uit: Figuur 5.11: PV-diagram van een compressor Het volledige bewijs wordt achterwege gelaten omdat dit niet de doelstelling is van deze thesis, maar er kan geschreven worden dat het volumetrisch rendement gelijk is aan: (5.3) ( ) [( ) ] met = volumetrisch rendement V 3 = Volume van de dode zone in de compressor [m³] V 1 = Volume van het onderste dode punt van de compressor [m³] V 2 = Volume op het moment dat de kleppen van de compressor opengaan [m³] P 1 = Ingaangde druk [bar] P 2 = Uitgaande druk [bar] n = procesafhankelijke exponent Als verondersteld wordt dat de verhouding van de dode zone en de slaglengte 7% is en dat het proces adiabatisch verloopt dan kan het rendement berekend worden in onze 2 situaties. [( ) ] [( ) ] (5.4) (5.5) Het is dus duidelijk dat er een rendementsstijging zal zijn. Er moet uiteraard nog rekening worden gehouden met andere zaken zoals eventueel extra mechanische verliezen en persluchtlekken wegens de grotere drukken. Dit alles vormt een studie tot een nieuw masterproefvoorstel en wordt hier niet verder besproken. Voorstudie van hoogbouw 3 82

96 5.4.4 Voordelen Naast een betere energie-efficiëntie zijn er nog enkele andere voordelen. Omdat er nergens lucht meer wordt losgelaten zal het volledige systeem stiller worden. De perslucht zelf blijft schoner omdat deze in een gesloten lus zit. Daarom zullen de filters in de compressor langer bruikbaar zijn. De luchtvochtigheid zal ook kleiner zijn in de lucht waardoor er een langere levensduur mogelijk zal zijn van de compressor en de pneumatische werktuigen. Voorstudie van hoogbouw 3 83

97 5.5 Elektrisch verbruik In hoogbouw 3 zijn er verschillende energieverbruikers. Deze moeten allemaal in rekening worden gebracht om op deze manier de juiste transformator te kiezen. Kranen Op een kraan zitten twee motoren die tegelijkertijd draaien. De motor van het lastopnamemiddel draait slechts als de andere motoren stil staan, met deze motor wordt dus geen rekening met gehouden. De motor die zorgt voor de rijdende beweging heeft een mechanisch vermogen van 2,1kW met een cos φ van 0,89 en een rendement van 82,8%. [11] (5.6) (5.7) De motor die voor de heffende beweging zorgt heeft een vermogen van 4,2kW. Deze motoren hebben een cos φ van 0,89 en een rendement van 85,9%. (5.8) Samen is dit een schijnbaar vermogen van 8,35kVA per kraan. Er zijn zeven kranen dus komt dit neer op 58,5kVA. Compressor Het schijnbaar vermogen van de compressor is gegeven en is 11kVA. Nutsvoorzieningen Via vorige projecten kan geschat worden dat verschillende nutsvoorzieningen ongeveer 40A gebruiken. Nutsvoorzieningen zijn toestellen zoals: computers, verlichting, radio, Een 40A aan 230V komt overeen met 9,2kVA. Voorstudie van hoogbouw 3 84

98 Carrousel Om het energieverbruik van de carrousel te kennen moet er geweten te zijn wat de benuttingsfactor is van de carrousel. Via het gemiddeld verbruik kan de keuze van de geschikte kabels ook beter genomen worden. Het is namelijk niet nodig om kabels te plaatsen die gedimensioneerd zijn op het verbruik van alle motoren als deze nooit tegelijkertijd zullen draaien. Op Figuur 5.12 zijn de motoren aangeduid in een bepaald kleur in functie van hoeveel deze gemiddeld draaien: - Groen = minder dan 10% - Geel = minder dan 20% - Rood = meer dan 20% Figuur 5.12: Energiemap van de carrousel De motoren in de carrousel hebben een vermogen van 370W, deze motoren hebben een rendement van 65,3%. Dit is het nominale vermogen, maar zal nooit bereikt worden omdat de motoren sterk in deellast werken. De buffers hebben een motor van 550W. Volgens de simulatie is een motor gemiddeld 11,5% actief indien deze enkel de pickingposten voedt. Er wordt gebruikt gemaakt van een benuttingsfactor van 15%. In totaal zijn er 85 motoren die de pickingposten voorzien van trays. Om 2 pickingposten te voeden is er dus 7,3kW nodig. Om het schijnbaar vermogen te kennen moet er rekening worden gehouden met een cos φ van 0,7, het schijnbaar vermogen wordt dan 10,4kVA. Door de invoer zullen de conveyors meer gebruikt worden dan hetgeen de simulatie aantoont. Dit wordt geschat op 50% van het huidige verbruik, in totaal is het gemiddeld schijnbaar vermogen van de carrousel dus 15kVA. [11] Totaal Als alles in rekening wordt gebracht dan is het nominaal schijnbaar vermogen van HB3 94kVA. Bij het plaatsen van een transformator wordt het vermogen van de transformator zo gekozen dat de transformator ongeveer in 70% deellast moet werken om te voldoen aan het nominale verbruik. Op deze manier kan het systeem nog altijd uitgebreid worden. Er wordt dus best een transformator gekozen van ongeveer 150kVA. Voorstudie van hoogbouw 3 85

99 5.6 Zonnepanelen Van Marcke is een distributeur van zonnepanelen. Daarom is het mogelijk om aan een goedkope prijs zonnepanelen te gebruiken. Om deze reden kan het interessant zijn dat er zonnepanelen worden geplaatst. Dit is ook de reden waarom de prijzen niet openbaar mogen worden gemaakt. Het maximum aan verbruik momenteel is bepaald op 93kVA. Als er ongeveer 2/3 van dit vermogen constant verbruikt wordt dan wordt er een constant vermogen van 62kVA verbruikt. Er wordt aangeraden om voor 65 kwp aan zonnepanelen te plaatsen. Op deze manier kan de opgewekte energie bijna altijd gebruikt worden. Per jaar levert 1kWp ongeveer 1100kWh op indien de panelen ideaal opgesteld zijn. Deze waarde is echter sterk afhankelijk van de ligging en de plaatsing van de panelen. In de verdere berekeningen wordt er rekening gehouden met een 850kWh/kWp zodat er in het slechtste geval wordt gewerkt. De zonnepanelen komen op een plat dak in optimale omstandigheden. [21] Dit komt overeen met ongeveer een opwekking van 55,3 MWh per jaar. Er kan geopteerd worden om als er toch panelen worden geplaatst, het dak evengoed vol te plaatsen zodat de rest van de site ook kan profiteren van de groene energie. Dit moet besproken worden met het management. Als er vanuit wordt gegaan dat de bouw van de zonnepanelen volgend jaar gebeurd, dan krijgt het bedrijf nog 190 euro per groenestroomcertificaat. (5.9) Daarnaast is er ook minder elektriciteit nodig. Er wordt uitgegaan van een dagtarief van 0,22/kWh en een weekendtarief van 0,12/kWh. (5.10) Jaarlijks is er dus een besparing mogelijk van Het dak heeft een totale oppervlakte van 1990m². Als er vanuit wordt gegaan dat 1kWp ongeveer 8m² inneemt, dan is er plaats voor 248 kwp. Er is dus zeker plaats genoeg voor zonnepanelen te plaatsen die de volledige hoogbouw moeten voeden. Voorstudie van hoogbouw 3 86

100 5.7 Besluit Na een grondig onderzoek is gebleken dat de investering in movigears economisch gezien niet verantwoord is. De terugverdientijd is via handmatige berekeningen is 83 jaar en via berekeningen van SEW 275 jaar. Er kan dus besloten worden dat de motoren gemiddeld per dag te weinig draaien om de meerkost te verantwoorden. Daarom zal er gewerkt worden met gewone klassieke motoren. Het gebruik van een EARS compressor is echter wel interessant. En zal zichzelf na verloop van tijd terugverdienen. Hier zal later nog een thesis dieper op ingaan. Aangezien de motoren van de Becton Dickinson kranen vervangen worden is dit het ideale moment om deze te vervangen door motoren waarbij de DC spanning aan elkaar gekoppeld is. Op deze manier zal er minder energie verloren gaan. Op het dak kunnen zonnepanelen gebruikt worden zodat er niet veel externe energie meer nodig is om het geheel draaiende te houden. Op deze manier wordt de gehele ROI kleiner. Na enkele energetische optimalisaties zal de ROI van het magazijn verbeteren. Met de stijgende energieprijzen worden dergelijke optimalisaties steeds belangrijker. Om hoogbouw 3 te voorzien van elektriciteit wordt er het best gebruik gemaakt van een transformator van ongeveer 150kVA. Voorstudie van hoogbouw 3 87

101 6 IO lijst 6.1 Inleiding Om een budget op te stellen is het van groot belang dat de verschillende sensoren en actuatoren gekend zijn. Om dit te bepalen moet eerst gekeken worden hoe dit elektrisch en pneumatisch aangepakt moet worden. In dit hoofdstuk wordt dit alles bepaald. 6.2 Pneumatische onderdelen Als eerste worden de pneumatische onderdelen besproken. De benodigde cilinders wordt afgeleid via de analyse en uitgetekend op een symbolisch schema. Op deze manier kan het nodige aantal cilinders snel bekomen worden. Hieruit worden dan de nodige pneumatische onderdelen gehaald Pneumatisch schema D100x700 7 Ventiel Eiland 7 Korte stops 6 5 Ventiel Eiland 6 Ventiel Eiland 5 Ventiel Eiland 8 4 Ventiel Eiland 4 3 Ventiel Eiland 3 2 Ventiel Eiland 2 1 Ventiel Eiland 1 3 cilinder portaalrobot Compressor Figuur 6.1: Pneumatisch schema Voorstudie van hoogbouw 3 88

102 6.2.2 Pneumatisch principe Bij het kiezen van de cilinders dient er rekening te worden gehouden dat er gewerkt wordt in een uitzonderlijke situatie. Het ontluchtingskanaal van de ventielen wordt gebruikt als retourleiding naar de compressor. Op deze manier wordt het rendement van de compressor een heel stuk groter omdat deze een kleinere drukverhouding moet realiseren. Op elke wissel zijn er ventielen nodig, dit plaatsen is erg tijdrovend en niet overzichtelijk. Daarom wordt er gekozen voor een ventieleiland. Op deze manier is er een duidelijk overzicht van alle ventielen. Het is nu echter niet meer mogelijk om enkelwerkende cilinders te gebruiken [12]. Want in normale werking moet de veer in een enkelwerkende cilinder enkel de atmosfeerdruk overwinnen. Aangezien de cilinders niet ontlucht worden is er altijd druk aanwezig op de retourleiding deze wordt op twee bar gehouden via een overdrukventiel. De veer kan deze druk niet overwinnen en wordt dus niet meer ingeschoven. Omdat de cilinders dubbelwerkend zijn worden 5/2 ventielen gebruikt. Figuur 6.2 : Aansluiting ventiel De positie van de cilinders wordt bepaald via reedcontacten. Bij de cilinders die nodig zijn voor het wisselen van kettingbaan naar rolbaan en omgekeerd zijn er twee reedcontacten nodig zodat de positie van de cilinder altijd gekend is. I/O kan worden aangesloten op een ventieleiland mits het plaatsen van extra modules op het ventieleiland. De reedcontacten kunnen eenvoudig worden meegetrokken met de pneumatische leidingen zodat dit de bekabeling goedkoper maakt. Deze ventieleilanden kunnen via een veldbus zoals profinet of profibus worden aangesloten aan de PLC. Er is dus ook een decentralisatie van de I/O wat de bekabeling vereenvoudigd. Figuur 6.3: Aansluiting via ventieleiland Voorstudie van hoogbouw 3 89

103 Een andere mogelijkheid is het gebruik van een ET200S die naast het ventieleiland wordt geplaatst. Dit heeft dezelfde voordelen als de I/O op het ventieleiland maar zal bij een groot aantal I/O prijsgunstiger zijn. Indien enkel de reedcontanten op de ventieleilanden worden aangesloten is dit echter niet voordeliger. Om het overzicht te bewaren is het beter om de reedcontacten op het ventieleiland te plaatsen en de andere sensoren op extra IO eilanden. Op deze manier wordt het pneumatische gedeelte fysisch gescheiden van de andere componenten Overzicht pneumatische onderdelen In het totaal zijn er dus 7 ventieleilanden nodig. De eerste en de laatste ventieleilanden zijn groter dan de andere. Tabel 6.1: Samenvatting aantal cilinders per ventieleiland Tot Aantal Cilinder Cilinder Cilinder Cilinder Cilinder Nr. 5/2 bi wissel kranen stop portaalrobot wegduwen Ventieleiland Ventieleiland Ventieleiland ALGEMEEN TOTAAL Voorstudie van hoogbouw 3 90

104 6.3 Motoren De motoren in de rollen- en kettingbanen hebben een vermogen van 370W. De motoren in de buffers en de invoer hebben een vermogen van 550W. Dit is berekend in het eindwerk van Pieterjan Couckhuyt. [18] De nodige motoren worden afgeleid uit de analyse en worden uitgezet op een schema om een overzicht te krijgen Schema Motor rollen 370 W 7 6 Motor kettingen Motor buffers Motor invoer Richting 370 W 550 W 550 W Figuur 6.4: Overzicht van de motoren Voorstudie van hoogbouw 3 91

105 6.3.2 Overzicht motoren Omschrijving Motoren invoer Tabel 6.2: Overzicht motoren Motoren ketting Motoren rollen Motoren buffer Motoren totaal Totaal Vermogen [kw] Gang ,4 Invoer ,0 TOTAAL Er zijn in totaal dus 140 motoren nodig. Er kan geschat worden dat het totale vermogen aan motoren ongeveer een 55kW is. De buffers hebben slechts één motor nodig omdat er via een stop de trays worden tegengehouden zodat deze niet doorschuiven als er een nieuwe tray bijkomt Aansturing Inleiding De motoren kunnen niet direct op het net worden aangesloten. Dit zou veel te agressief zijn en heeft niet enkel een niet soepele beweging maar ook een nadelig effect op het systeem door de mechanische spanningen die optreden. Daarom wordt er meestal gewerkt met motorstarters zodat de motor geleidelijk op toeren komt. Er wordt gebruik gemaakt van kleine motoren waardoor het verschil in prijs tussen een motorstarter en een frequentieregelaar zo klein is dat er geopteerd wordt voor het gebruik van frequentieregelaars. Deze frequentieregelaars kunnen allemaal in een elektrische kast worden geplaatst of er kan gekozen worden voor decentralisatie. Alle frequentiesturingen centraal in een kast plaatsen zal meer tijd en bekabeling in beslag nemen dan als ze gedecentraliseerd opgesteld zouden worden. Bij decentralisatie zijn er twee grote mogelijkheden namelijk MOVIMOT en MOVIGEAR. Voorstudie van hoogbouw 3 92

106 Klassieke bekabeling Dit is de meest gekende methode. Elke motor vertrekt van een frequentieregelaar van een elektrische kast. Hierbij zijn de motoren goedkoper maar het installatiewerk zal veel groter zijn. Elektrische kast Frequentieregelaar M Frequentieregelaar M Frequentieregelaar M Frequentieregelaar M MOVIMOT Figuur 6.5: Klassieke bekabeling motor Het totale volume dat een MOVIMOT in beslag neemt is klein en er zijn geen elektrische kasten nodig voor de inverters. Het is ook zeer eenvoudig te plaatsen. De inverters kunnen worden aangesloten via een gekende veldbus zoals AS-i [13]. Er kunnen maximaal nog 2 extra sensoren worden aangesloten op de motor. Op deze manier zijn er waarschijnlijk minder AS-i koppelingen nodig wat opnieuw goedkoper zal zijn. Figuur 6.6: MOVIMOT met AS-interface De voeding kan nu ook nog op twee manieren worden aangebracht. Ofwel wordt er gewerkt met kleine kabels ofwel wordt er samen met de AS-i kabel één grote vermogenskabel meegetrokken. Deze wordt dan door een connector verbonden met de motor. Het verschil is te zien op Figuur 6.7. Figuur 6.7: Voeding MOVIMOT De prijs van deze motoren is echter nog groter dan een Movigear. De ROI van een movigear was al slecht dus zal een movimot niet terugverdienbaar zijn in het geval van hoogbouw 3. Voorstudie van hoogbouw 3 93

107 Contour 5 fotocellen 6.4 Sensoren In dit hoofdstuk worden de verschillende sensoren bepaald. Hiervoor wordt de analyse gebruikt. Deze sensoren zijn dan geschetst op een overzichtsschema zodat een goed beeld is waar er welke sensoren nodig zijn. Via een samenvatting kan er dan bepaald worden welke ingangskaarten er nodig zijn op de PLC Schema 14 knoppen 7 Contour 5 fotocellen knoppen Contour 5 fotocellen 14 knoppen Contour 5 fotocellen 14 knoppen Contour 5 fotocellen 14 knoppen Contour 5 fotocellen 14 knoppen Contour 5 fotocellen 1 Inductieve sensoren 8mm Inductieve sensoren 20mm Capacitieve sensoren 3 knoppen Figuur 6.8: Schema van de sensoren Voorstudie van hoogbouw 3 94

108 6.4.2 Samenvatting In de samenvattende tabel is er een onderscheid tussen de totale I/O en de I/O die op een I/O-eiland komt. Op deze manier is er een duidelijk overzicht hoeveel I/O er moet voorzien worden per eiland maar kan in één oogopslag ook de totale I/O bekeken worden. Er wordt één I/O-eiland geplaatst per gang. Tabel 6.3: Samenvatting van de gebruikte sensoren Ind. 8 Ind. 20 PV Cap. Knoppen Reed Totaal I/O eiland Totaal I/O Gang Gang Gang ALGEMEEN TOTAAL Wegens het groot aantal ingangen is het nodig dat elk I/O-eiland twee 32 ingangsmodules krijgen. Daarnaast moet er nog een ingangsmodule met 16 ingangen. Er is dan ook nog genoeg ruimte over voor eventuele onvoorziene uitbreidingen. Om verschillende lampen aan te sluiten zijn er ook uitgangen nodig. Een 16 uitgangsmodule is genoeg om alle actuatoren te voorzien. Voorstudie van hoogbouw 3 95

109 6.5 PLC Wegens het groot aantal I/O is het belangrijk dat er een controle is of de PLC deze wel aankan. Enkel de ingangen worden bekeken omdat deze veel meer aanwezig zijn. Er moet rekening worden gehouden met de I/O eilanden, de frequentieregelaars en de ventieleilanden. Bij de I/O eilanden zijn er 64 ingangen per eiland, dit zijn 8 bytes. In het totaal zijn dit 56 bytes. Daarnaast zijn er ook 7 ventieleilanden. Per ventieleiland zijn er 32 inputs of dus 4 bytes. Om het ventieleiland te configureren zijn er nog 8 bytes gereserveerd. Samen is dit dus 12 bytes per ventieleiland, of dus 84 bytes in het totaal. De PLC bestuurt ook de frequentieregelaars. Deze zijn geconfigureerd volgens PPO1 en hebben dus 12 bytes nodig er frequentieregelaar. Aangezien er 140 motors nodig zijn, is er 1680 bytes nodig in het adresbereik van de PLC. Alle ingangen samen zijn goed voor 1820 bytes. Tabel 6.4: CPU's Siemens 300 reeks Volgens deze gegevens is een CPU voldoende van Siemens. Om geen risico s te nemen en eventuele uitbreidingen aan te kunnen zal er een CPU gebruikt worden. Voorstudie van hoogbouw 3 96

110 6.6 Plaatsing elektrische kasten Per gang is er een elektrische kast. De reden hiervoor is om het geheel overzichtelijk te houden. Op deze manier heeft elke gang zijn eigen ventieleiland en I/O-eiland waarop alles aangesloten is. Er kan een bedieningspaneel gebruik om tijdens het onderhoud of bij fouten manueel elk onderdeel te laten bewegen. Als elke gang zijn eigen bedieningspaneel heeft blijft dit overzichtelijk en kan foutopsporingen sneller gebeuren. noodstop Bedienings paneel Start/stop Automaten Drives Automaten Drives I/O eiland Switch ventieleiland Figuur 6.9: Overzicht van een elektrische kast De elektrische kasten die instaan voor de carrousel worden op een verhoog geplaatst boven de carrousel. Deze verhoging is volledig omheind en is enkel toegankelijk via een sleutel. Deze worden op een verhoog geplaatst zodat er op de plaats van de elektrische kast een goed overzicht is van de carrousel. Via een ladder is er toegang tot de verschillende gangen. Om een ladder te betreden moet er een deur geopend worden. Bij het openen van de deur worden automatisch alle toestellen van die gang stilgelegd voor de veiligheid. De hoofdkast wordt op grondniveau geplaatst. Hierin zal de PLC geplaatst worden en wordt de energie verdeeld naar de kleinere kasten. In deze kast is het ook mogelijk om via schakelaars de verschillende kranen uit te schakelen. Figuur 6.10 verduidelijkt de plaatsing van de kasten. Voorstudie van hoogbouw 3 97

111 7 6 Kast 7 Kast 6 D100x700 Korte stops Kast 5 Kast 4 Kast 3 Kast 2 Kast 1 Verhoging HOOFDKAST Figuur 6.10: Plaatsing van de elektrische kasten Voorstudie van hoogbouw 3 98

112 6.7 Communicatie Er zijn 140 motoren die via veldbussen moeten communiceren. Het gebruik van 1 groot profibus netwerk is hierdoor al uitgesloten aangezien er dan maximaal 128 deelnemers zijn. Door het groot aantal slaves en de vele IT toepassingen in het systeem is het interessant om industrieel ethernet te gebruiken zoals profinet. De drives die gebruikt worden voor de motoren hebben geen mogelijkheid om deze te verbinden via profinet. Maar de I/O eilanden kunnen wel een profibus master zijn waarbij de drives via profibus worden aangesproken. PLC Switch I/O 1 ventieleiland Switch Dr. Dr. Dr.... Dr. I/O 2 ventieleiland Switch Dr. Dr. Dr.... Dr. I/O 3 ventieleiland Switch Dr. Dr. Dr.... Dr. I/O 4 ventieleiland Switch Dr. Dr. Dr.... Dr. I/O 5 ventieleiland Switch Dr. Dr. Dr.... Dr. I/O 6 ventieleiland Switch Dr. Dr. Dr.... Dr. I/O 7 ventieleiland Switch Dr. Dr. Dr.... Dr. display Barcode display Barcode display Barcode display Barcode display Barcode display Barcode display Barcode PC Printer PC Printer PC Printer PC Printer PC Printer PC Printer PC Printer Figuur 6.11: Communicatie overzicht Voorstudie van hoogbouw 3 99

113 6.8 Automatische pickingpost In het eerste ontwerp van hoogbouw 3 was er nog geen sprake van voorwaartse picking. De pickingposten waren daardoor trager. In plaats van 500 picklijnen per uur waren er maar 250 picklijnen per uur mogelijk. Er waren met andere woorden dubbel zoveel pickers nodig. Om arbeidskosten uit te sparen werd de mogelijkheid bekeken om automatisch te picken. De meeste goederen in het magazijn wegen niet veel en omdat deze in blisters verpakt zijn kunnen deze zeer goed worden opgenomen door een pneumatische zuiger. Figuur 6.12: Automatische pickrobot Het is niet mogelijk dat een robot alle goederen kan picken. Sommige goederen zijn te groot of liggen te moeilijk voor de robot om deze te grijpen. Daarom zijn er nog altijd pickers nodig. In het laatste concept van hoogbouw 3 wordt er voorwaarts gepickt waardoor er slechts twee pickers nodig zijn. Door de grote stijging in efficiëntie is het economisch niet meer zinvol om een automatische picking te installeren. Naast de robot zou er nog altijd minstens 1 picker aanwezig moeten zijn om de goederen te picken die een robot niet kan picken. Er zal in hoogbouw 3 dus geen gebruik worden gemaakt van een automatisch picksysteem wegens de optimalisaties in de pickingsposten. Voorstudie van hoogbouw 3 100

114 6.9 Budget opstellen Voor het opstellen van een budget kunnen verschillende methodes gebruikt worden. Om het budget op te stellen van hoogbouw 3 zijn er drie methodes gebruikt. Proportioneel met hoogbouw 2 De kost van een onderdeel wordt bekeken in hoogbouw 2 en deze worden proportioneel herrekend naar hoogbouw 3. Hoogbouw 3 is bijvoorbeeld qua oppervlakte 1,26 keer zo groot. Er kan dan verondersteld worden dat de verlichting in hoogbouw 3 1,26 keer zo duur zal zijn. Hierbij wordt er nog rekening gehouden met de indexering. Elk jaar is geld minder waard dus kost de aankoop van materiaal meer. Offertes aanvragen Het project werd aan verschillende leveranciers voorgelegd, waarna zij een offerte opstelden volgens de noden van het project en hun eigen expertise. Analyse van het nodige materiaal Via een analyse moet er gekeken worden hoeveel materiaal er nodig is. Aan de hand van deze lijst kan de kost bepaald worden. Hiervoor dient de I/O-lijst. Via deze lijst is het duidelijk welk materiaal er ongeveer nodig is van sensoren, actuatoren en sturingen. In het budget is er rekening gehouden met de invulling van het gebouw en de automatisering ervan. Het budget is onderverdeeld in verschillende zaken: - Coördinatie - Montage rekken - Materiaal voor het magazijn - Rollend materieel - Proefopstelling - Magazijnconveyors - Aankoopmaterialen conveyors - IT materiaal Het budget is intern opgesteld in Van Marcke. Het budget kan niet openbaar worden gemaakt. Er kan wel gezegd worden dat het budget met 18,6% stijgt t.o.v. het budget voor enkel de integratie van de Becton Dickinson kranen. Maar de snelheid is met bijna 200% gestegen. Voorstudie van hoogbouw 3 101

115 7 Besluit Als eerste dient er besloten te worden dat het mogelijk is om met de middelen die voorhanden zijn een magazijn te bouwen die voldoet aan de eisen van de logistieke dienst van Van Marcke. Hiervoor wordt er gebruik gemaakt van een tweedehandsmagazijn dat aangekocht is. Hierop dienen er enkele uitbreidingen worden aangebracht waardoor er een magazijn kan gemaakt worden die 1180 picklijnen per uur aankan met slechts een stijging in budget van 18,6%. Om tot deze conclusie te komen is de masterproef verdeeld in vier grote onderdelen met elk hun eigen conclusies. In het eerste deel zijn de cyclustijden behandeld. Deze waren cruciaal omdat er op deze manier aangetoond is dat er verschillende ontwerpen van de carrousel te traag waren. Er is ook aangetoond dat de kranen die tweedehands zijn aangekocht bruikbaar zijn voor hoogbouw 3 mits er enkele optimalisaties gebeuren. Zo moet er bijvoorbeeld een dubbel lastopnamemiddel ontworpen worden en dient er overslag te gebeuren. Via het gebruik van simulaties is aangetoond dat het uiteindelijke ontwerp snel genoeg zal zijn. Er moeten echter wel nog meer diepgaande simulaties gebeuren via een extern bedrijf om dit alles te bevestigen. Het tweede deel bestaat uit een functionele analyse. Hierin is er een keuze gemaakt welke sensoren waar gebruikt moeten worden. De locatie van deze sensoren is ook bepaald om een goede werking te verzekeren van de carrousel. In de analyse worden ook de verschillende bewegingen toegelicht en wordt er uitgelegd wanneer welke motor actief moet worden. Op deze manier kunnen de programmeurs later eenvoudiger een programma ontwikkelen. In het derde deel zijn er enkele energetische aspecten bekeken. Met de stijgende energiekosten is dit zeker een belangrijk aspect. Als eerste is er gekeken of het nut heeft of er energetische motoren worden gebruikt. Wegens de kleine vermogens is dit echter niet aan te raden. De kranen kunnen uitgerust worden met een DC link om zo energie te besparen. Voor de perslucht zal er gebruik worden gemaakt van een EARS compressor. De verdere studie hiervan zal in een andere thesis uitgevoerd worden. Als laatste is er een I/O-lijst opgemaakt waar al het benodigde materiaal samengevat is. Via deze lijsten is het duidelijk welke componenten waar geplaatst moeten worden en is het eenvoudiger om een budget op te stellen. Algemeen kan gesteld worden dat deze voorstudie goed verlopen is en dat op basis van deze voorstudie een bestek kan gemaakt worden. Voorstudie van hoogbouw 3 102

116 8 Bibliografie [1] Van Marcke, 75 jaar Van Macke, [2] D. Van Looy, Hoogbouw III: Productselectie, [3] E. De Lille, Herberekeningen gegevens HB3, [4] P. Couckhuyt, Voorstudie van een automatisch pickingmagazijn, [5] FEM 9.851, Performance data of storage and retrieval machines; Cycle times, [6] UNIVEYOR, Datasheet kranen Volvo Car Corporation, [7] S. Derammelaere, Basisprincipes automatisering: Sensoren, [8] SEW eurodrive, MOVIGEAR DAC B, [9] SEW eurodrive, Energy report hoogbouw 3, [10] K.S. Hunter, K. Ueno, R.E. By, Compressor Efficiency Definitions, 2003 [11] SEW eurodrive, AC motors, 2009, pag. 48. [12] Norgren, De Norgren leidraad voor persluchtcilinders, [13] SEW eurodrive, MOVIMOT with AS-interface, [14] J. Van Hoye, Vergadering kraanbewegingen bij E-gemin, [15] nl.farnell.com, 2012 [16] [17] EN , Guide for the Selection and Application of Energy Efficient Motors Including Variable-Speed Applications. International ElectrotechnicalCommision, [18] P. Couckhuyt, Masterproef: Voorstudie van een automatisch magazijn., [19] P. Defreyne, Isorendementscurve 750W IE2 motor herleid naar 370W [20] C. Meersschaert, Onderzoek naar optimalisatie van snelheidsgeregelde elektrische aandrijvingen, [21] Vlaamse energieagentschap, Elektriciteit uit zonlicht, [22] Pilz, The Safety Compendium, [23] SEW eurodrive, Variolution Storage and Retrieval System, 2011, pag. 30. Voorstudie van hoogbouw 3 103

117 9 Bijlagen 9.1 Bijlage 1: Programma Kraansimulatie Form: design Figuur 9.1: Form 'Kraansimulatie' Voorstudie van hoogbouw 3 104