Designing logistics support systems

Transcriptie

1 and spare inventories and spare inventories and spare inventories and spare inventories Welkom allemaal bij mijn lekenpraatje. Ik zal in een ruime tien minuten proberen uit te leggen waar ik de afgelopen vier jaar onderzoek naar heb gedaan. Dat onderzoek is uitgemond in het proefschrift dat ik vanaf drie uur ga verdedigen. Ik stel u eerst mijn beide broers, die vandaag mijn paranimfen zijn: Guus en Daaf. Verder zal ik het vaak over we hebben. Dat betekent dan meestal mijn begeleiders, Matthieu van der Heijden, Marco Schutten en Henk Zijm, en ikzelf. In mijn onderzoek heb ik geprobeerd met wiskundige modellen te bepalen hoe het onderhoud van kapitaalgoederen georganiseerd moet worden. Vandaar de titel: designing logistics support systems. Het gaat dan om vragen als: waar moet ik welke onderdelen repareren, waar heb ik dan apparatuur nodig, en waar moet ik voorraden reserve-onderdelen neerleggen. Deze vragen worden samengevat in de twee termen in de ondertitel: level of repair analysis of, en spare inventories of voorraden reserve-onderdelen in goed Nederlands. Beide termen zal ik in de komende tien minuten proberen uit te leggen, zodat duidelijk wordt wat mijn onderzoek heeft ingehouden. Eerst zal ik echter aan de hand van een aantal voorbeelden uitleggen wat kapitaalgoederen zijn, want dat is het type goederen waarvoor mijn onderzoek relevant is.

2 Introductie Kapitaalgoederen Dit is een kapitaalgoed dat door ASML gemaakt wordt. Het wordt gebruikt voor lithografie in de productie van chips voor computers. Het heeft alle kenmerkende eigenschappen van een kapitaalgoed: dat betekent dat het duur is en technisch complex en dat het een vrij lange levensduur heeft. Waarschijnlijk krijgt het apparaat tijdens deze levensduur wel eens een mankement. Een mobiele telefoon of PC-monitor gooi je dan vermoedelijk weg, maar een kapitaalgoed is daar te duur voor. Verder is ook het niet-beschikbaar-zijn van een kapitaalgoed duur, in dit geval omdat de hele productielijn stil valt als het apparaat ermee ophoudt. Daarom wordt een kapitaalgoed in het algemeen gerepareerd door het component dat niet meer functioneert te vervangen door een wel-functionerend component, een reserve-onderdeel. Op die manier kan het kapitaalgoed zo snel mogelijk verder werken. Vervolgens kan het kapotte onderdeel gerepareerd of afgestoten en vervangen worden. Introductie Kapitaalgoederen Dit is een ander kapitaalgoed, namelijk een CT-scanner van Philips Healthcare. De kosten van het niet-beschikbaar-zijn zijn hier hoog omdat patiënten naar huis gestuurd moeten worden wanneer de CT-scanner niet meer functioneert.

3 Introductie Kapitaalgoederen Ook een F-16, in dit geval van de Nederlandse luchtmacht, is een kapitaalgoed. Het is duur en technisch complex en de levensduur is een ruime 25 jaar. De kosten van het niet-beschikbaar-zijn zijn hoog, bijvoorbeeld omdat grondtroepen niet meer beschermd kunnen worden als de F-16 niet meer de lucht in kan. Verder is de F-16 een mooi voorbeeld omdat de militaire wereld voorop loopt op het gebied van level of repair analysis en in iets mindere mate ook in het nadenken over voorraden reserve-onderdelen. Introductie Kapitaalgoederen Dit is het laatste voorbeeld van een kapitaalgoed. U heeft het eerder gezien, en wel op de kaft van mijn proefschrift. Vermoedelijk heeft u in de colofon al gelezen dat we hier de Hr. Ms. De Zeven Provincie n zien. Het heeft twee opvallende radar-systemen van Thales Nederland aan boord, naast een aantal minder opvallende: het hoogst uitstekende, vierkante ding midden op het schip is een APAR of active phased array radar, en het zwarte ding achterop is een SMART- L. Ik beschouw nu niet het hele schip, maar slechts e e n radarsysteem. De kosten van het niet-beschikbaar-zijn van een radarsysteem zijn hoog omdat het schip kwetsbaar wordt en haar missie mogelijk moet staken. In de afgelopen vier jaar heb ik vrij veel samengewerkt met Thales Nederland, dat zit in Hengelo, en we hebben daar ook een case study uitgevoerd. Het systeem in onze case study bestaat uit zo n onderdelen, waarvan er ruim 200 relevant zijn voor mijn onderzoek. Van de andere onderdelen staat bij voorbaat vast wat er mee moet gaan gebeuren: denk als eenvoudig voorbeeld aan schroefjes of bedrading die je altijd ruim genoeg op voorraad moet hebben en die je direct vervangt als er wat mee mis is.

4 Introductie Wereldkaart Stel nu dat Thales Nederland drie radarystemen verkoopt aan de Koninklijke Nederlandse Marine. De marine gaat ervan uit dat de schepen waarop deze radarsystemen komen te staan gemidddeld zo verdeeld gaan zijn over de wereld: eentje is er in de buurt van Europa, een tweede is in het Caribisch gebied, bijvoorbeeld vanwege drugspatrouilles in de buurt van de Antillen, en een derde schip is ergens in het Midden-Oosten of vlakbij Somalië, vanwege piraterij. Er zijn schattingen gemaakt van hoe vaak elk onderdeel gemiddeld kapot zal gaan, maar het is uiteraard niet bekend welk onderdeel wanneer precies kapot zal gaan. Ook is niet bekend op welk schip een onderdeel als eerste kapot zal gaan. 8 Januari 2010 Rob Basten Universiteit Twente 6/ 15 Introductie Wereldkaart Introductie Wereldkaart Als we kijken naar één onderdeel, dan kunnen we twee reserve-exemplaren in Den Helder neerleggen en daar ook reparatie-apparatuur aanschaffen. Als er op een schip nu een onderdeel kapot gaat, moeten we dat naar Den Helder verschepen en vanaf daar een reserve-onderdeel laten komen. Dit zal tijd kosten. Een andere oplossing is om op elk schip een reserve-onderdeel neer te leggen, maar nog steeds de reparaties in Den Helder uit te laten voeren. Dit kost iets meer reserve-onderdelen, maar zorgt ervoor dat als het component faalt, het snel vervangen kan worden, zodat de radar snel weer functioneert. Een derde optie is om alleen de subcomponenten van het onderdeel aan boord van het schip te hebben liggen en op elk schip te kunnen repareren, oftewel de subcomponenten kunnen vervangen. Dit bespaart kosten op de reserve-onderdelen, omdat de subcomponenten goedkoper zijn, maar zorgt er wel voor dat op elk schip reparatie-apparatuur beschikbaar moet zijn en een opgeleide engineer die de reparaties kan uitvoeren.

5 Gegeven zijn een productontwerp en een reparatienetwerk. Bepaal: voor elk component of het gerepareerd of afgestoten moet worden op het moment van falen, waar in het netwerk dit te doen, waar in het netwerk apparatuur te plaatsen, zodat de laagst mogelijke kosten behaald worden. Gegeven zijn een productontwerp en een reparatienetwerk. Bepaal: voor elk component of het gerepareerd of afgestoten moet worden op het moment van falen, waar in het netwerk dit te doen, waar in het netwerk apparatuur te plaatsen, zodat de laagst mogelijke kosten behaald worden. Gegeven zijn een productontwerp en een reparatienetwerk. Bepaal: voor elk component of het gerepareerd of afgestoten moet worden op het moment van falen, waar in het netwerk dit te doen, waar in het netwerk apparatuur te plaatsen, zodat de laagst mogelijke kosten behaald worden. Beschrijving Gegeven zijn een productontwerp en een reparatienetwerk. Bepaal: voor elk component of het gerepareerd of afgestoten moet worden op het moment van falen, waar in het netwerk dit te doen, waar in het netwerk apparatuur te plaatsen, zodat de laagst mogelijke kosten behaald worden. Er moeten dus verscheidene vragen beantwoord worden. In de praktijk worden niet alle vragen tegelijkertijd beantwoord. Meestal wordt eerst een aantal vragen beantwoord in de level of repair analysis. Gegeven zijn een productontwerp en een reparatienetwerk. Dus we weten welke componenten in het product zitten, welke componenten weer andere subcomponenten bevatten, en we weten welke locaties er in ons netwerk zitten, dus hoe ver bijvoorbeeld de schepen gemiddeld van de basis in Den Helder af zijn. 8 Januari 2010 Rob Basten Universiteit Twente 7/ 15 Beschrijving Beschrijving Vervolgens moet worden bepaald voor elk component in het productontwerp, of het gerepareerd moet worden of afgestoten en vervangen mocht het een keer falen, waar in het reparatienetwerk die reparatie moet plaatsvinden of waar het component afgestoten kan worden, en waar eventuele onderhoudsapparatuur geplaatst moet worden. Het doel is om zo laag mogelijke kosten te behalen over de gehele levensduur van het product, dus typisch tien tot vijfentwintig jaar. Te denken valt bij de kosten aan de manuren van de service-engineers, transportkosten van onderdelen, vervanging van afgestoten componenten en kopen van bulk-items zoals schroeven, olie, et cetera. Verdere kosten bestaan uit de eenmalige training van service-engineers, afschrijvings- en rente-kosten van de onderhoudsapparatuur en het onderhoud van de apparatuur.

6 Centraal repararen (i.p.v. op elk schip): lange afstand = hoge transportkosten op één locatie apparatuur = lage vaste kosten Gegeven zijn een productontwerp, een reparatienetwerk en de -beslissingen. Bepaal: voor elk component op welke locatie welke hoeveelheid reservedelen neergelegd moet worden, zodat de laagst mogelijke voorraadkosten behaald worden, waarbij een bepaalde beschikbaarheid van de kapitaalgoederen gegarandeerd is. Centraal repararen (i.p.v. op elk schip): lange afstand = hoge transportkosten op één locatie apparatuur = lage vaste kosten Een afweging die in de speelt is bijvoorbeeld de volgende: als je centraal repareert, dan moet je onderdelen van elk schip naar je centrale locatie, bijvoorbeeld Den Helder, vervoeren. Dat leidt tot hoge transportkosten. Aan de andere kant betekent het wel dat je maar op één plek dure apparatuur hoeft aan te schaffen. Dit is dus een kostenafweging. Merk op dat de voorraden reserve-onderdelen hier nog helemaal niet worden meegenomen. Voor de level of repair analysis bestonden nog geen goede wiskundige modellen, dus daar besteed ik grofweg de eerste helft van mijn proefschrift aan. 8 Januari 2010 Rob Basten Universiteit Twente 8/ 15 Spare Beschrijving Spare stocking Spare stocking Spare stocking Gegeven zijn een productontwerp, een reparatienetwerk en de -beslissingen. Bepaal: voor elk component op welke locatie welke hoeveelheid reservedelen neergelegd moet worden, zodat de laagst mogelijke voorraadkosten behaald worden, waarbij een bepaalde beschikbaarheid van de kapitaalgoederen gegarandeerd is. Die voorraden reserve-onderdelen worden pas meegenomen als de level of repair analysis al is opgelost. Gegeven zijn een productontwerp, een reparatienetwerk en de -beslissingen. Bepaald moet dan worden voor elk component op welke locatie welke hoeveelheid reservedelen neergelegd moet worden. Het doel is om zo laag mogelijke voorraadkosten te bereiken, maar wel zodanig dat een bepaalde beschikbaarheid van de installed base behaald wordt. Dat betekent dat bijvoorbeeld geëist wordt dat de radarsystemen 95% van de tijd functioneren. 8 Januari 2010 Rob Basten Universiteit Twente 9/ 15

7 Centraal neerleggen (i.p.v. op elk schip): lange afstand = lange doorlooptijd = lange tijd niet beschikbaar één reserve-onderdeel kan op meerdere locaties gebruikt worden = weinig reserve-onderdelen Voer uit Spare Centraal neerleggen (i.p.v. op elk schip): lange afstand = lange doorlooptijd = lange tijd niet beschikbaar één reserve-onderdeel kan op meerdere locaties gebruikt worden = weinig reserve-onderdelen Een afweging die in het spare stocking probleem speelt is bijvoorbeeld de volgende: als je componenten centraal neerlegt, duurt het lang voor een reserve-onderdeel op het schip aanwezig is als een component kapot gaat, en het kapotte component weer centraal aanwezig en gerepareerd is. Slechts één reserve-onderdeel hebben kan daarom te weinig zijn, omdat je het risico hebt dat op een ander schip hetzelfde onderdeel kapot gaat. Van de andere kant kan een onderdeel dat centraal ligt opgeslagen wel voor alle schepen gebruikt worden, terwijl een onderdeel op een schip alleen voor dat schip gebruikt kan worden. Dit leidt tot weinig benodigde onderdelen in totaal. Hier zit dus een conflict dat je in een wiskundig model oplost. Naar dit probleem is al veel onderzoek gedaan en ik heb me hier dan ook niet mee beziggehouden. Waarom vertel ik er dan over? Dat wordt zo duidelijk. 8 Januari 2010 Rob Basten Universiteit Twente 10/ 15 Joint problem Sequentieel Sequentiële aanpak Sequentiële aanpak Sequentiële aanpak Zoals ik heb beschreven wordt in het algemeen eerst de uitgevoerd en wordt daarna het spare stocking probleem opgelost. En dit geeft een probleem. Voer uit 8 Januari 2010 Rob Basten Universiteit Twente 11/ 15

8 -afweging: transportkosten kosten voor apparatuur Resultaat: centraal repareren Gevolg: lange doorlooptijden = veel reserve-onderdelen Voer uit Pas inputs aan Joint problem Sequentieel Probleem van sequentiële aanpak Probleem van sequentiële aanpak Probleem van sequentiële aanpak -afweging: transportkosten kosten voor apparatuur Resultaat: centraal repareren Gevolg: lange doorlooptijden = veel reserve-onderdelen Het probleem is het volgende: In de wegen we af dat centraal repareren tot hoge transportkosten leidt, maar tot lage kosten voor onderhoudsapparatuur, omdat we apparatuur maar op één locatie hoeven aan te schaffen. Omdat de kosten voor apparatuur vaak hoger zijn dan die voor transport, zal er vaak centraal gerepareerd worden. Wat niet wordt meegenomen in de is dat dit leidt tot relatief hoge doorlooptijden. Het duurt lang voor een gerepareerd component op het schip aanwezig is, dus er zijn relatief veel reserve-onderdelen nodig. Het resultaat is dat we wel de laagste -kosten bereiken, maar niet de laagste totale kosten, dus -kosten plus voorraadkosten. 8 Januari 2010 Rob Basten Universiteit Twente 12/ 15 Joint problem Oplossingen Voer uit Pas inputs aan De tweede helft van mijn proefschrift besteed ik daarom aan twee methoden waarmee we het voornoemde probleem van de sequentiële aanpak aanpakken. We hebben een iteratieve methode ontwikkeld. Daarin lossen we nog steeds de twee problemen na elkaar op, maar we hebben een manier ontwikkeld om de resultaten terug te koppelen. We passen dan het -probleem een beetje aan, zodanig dat we in dat probleem de invloed meenemen van onze -beslissingen op de uiteindelijke voorraden reserve-onderdelen. Op die manier komen we na een aantal keer rond te gaan, dat noemen we een aantal iteraties, tot een oplossing met hogere -kosten, maar lagere kosten in totaal. 8 Januari 2010 Rob Basten Universiteit Twente 13/ 15

9 1 0 Sequentieel Genereer opties Iteratief Perform spare stocking Voorraadkosten Variable kosten Vaste kosten Kies beste optie Joint problem Oplossingen 1 Dat is hier goed te zien: we bereiken 10% kostenbesparing in de Thales-case, en tot 35% in onze theoretische tests. 10% kostenbesparing betekent over de levensduur van twaalf radarsystemen, want daar gaat het om in de case-study, een besparing van enkele miljoenen euro s. Voorraadkosten 0 Sequentieel Iteratief Variable kosten Vaste kosten 8 Januari 2010 Rob Basten Universiteit Twente 14/ 15 Joint problem Oplossingen Geïntegreerde aanpak Geïntegreerde aanpak Geïntegreerde aanpak Genereer opties Perform spare stocking Kies beste optie Vervolgens hebben we ook nog een methode ontwikkeld die gegarandeerd de optimale oplossing vindt, onder bepaalde aannamen die ik nu niet nader zal toelichten. Deze aanpak komt neer op het aflopen van alle mogelijke -oplossingen en het oplossen van een spare stocking probleem voor elk van deze -oplossingen. We doen dat op een slimme manier zodat de rekentijd niet te ver uit de hand loopt, maar voor de Thales-case hebben we met deze aanpak ongeveer twee dagen nodig, terwijl de iteratieve aanpak maar anderhalve minuut kost. De iteratieve aanpak komt op de Thales-case op vrijwel dezelfde resultaten als de geïntegreerde aanpak en ook in onze theoretische tests blijkt de iteratieve aanpak het erg goed te doen. In de praktijk raden we daarom aan de iteratieve aanpak te gebruiken. 8 Januari 2010 Rob Basten Universiteit Twente 15/ 15

10 and spare inventories and spare inventories Ik hoop dat ik u een indruk heb kunnen geven van waar ik onderzoek naar heb gedaan. Als u meeneemt dat het gaat om het onderhoud van kapitaalgoederen, en dan met name om welke componenten gerepareerd moeten worden, waar dat moet gebeuren, waar apparatuur neergezet moet worden en hoeveel voorraden reserve-onderdelen er neergelegd moeten worden, dan ben ik al heel tevreden. Dank u wel.