Logistiikka ja materiaalivirtojen kehittäminen ja simulointi – miten teollisuuden sisälogistiikkaa kehitetään datan avulla
Materiaalivirtojen mallintaminen osana tuotanto- ja logistiikkajärjestelmää
Materiaalivirta-analyysi
Logistiikan kehitysprojektit alkavat tyypillisesti tarvittavien materiaalivirtojen kuvaamisesta. Materiaalivirta-analyysi voidaan toteuttaa tehtaan layout-kuvan päälle, jolloin tehdään näkyväksi se, missä suurimmat volyymit kappale- tai tonnimääräisesti liikkuvat. Näin voidaan havaita tarpeettoman pitkiä tai keskenään risteäviä materiaalivirtoja, joita muuttamalla voitaisiin logistiikkaa tehostaa.
Karkeampi tapa tarkastella materiaalivirtoja on yksinkertaisesti tarkastella eri pisteiden tai solujen välisiä siirtymiä, ottamatta kantaa niiden varsinaiseen sijaintiin. Näin saadaan selkeä kuva siitä, millä väleillä on suurimmat materiaalivirrat, ja nämä toiminnot voidaan pyrkiä sijoittamaan lähelle toisiaan tai suunnitella esimerkiksi automatisoituja kuljetinratkaisuja näiden välille.
Materiaalivirta-analyysi itsessään voi siis tuottaa jo selkeitä kehitysehdotuksia sekä auttaa tunnistamaan logistiikan haasteita nykytilassa. Suurimmat hyödyt saavutetaan, kun sitä käytetään keinona määritellä materiaalivirrat sekä kerätä tuottamaan lähtötietoa varsinaista logistiikkasimulointia varten.
Logistiikkasimulointi
Simulointi tarkoittaa todellisen tai suunniteltavan järjestelmän mallintamista dynaamisesti ajassa etenevänä kokonaisuutena. Voit lukea tarkemmin simuloinnista aiemmasta kirjoituksestamme Mitä simulointi on?
Teollisuudessa logistiikka on kuitenkin tyypillisesti vain osa kokonaisuutta. Tämän vuoksi logistiikkasimulointiprojekteissa halutaan usein mallintaa myös tuotanto- tai muita prosesseja, jotta voidaan varmistaa, että logistiikka toimii todella osana kokonaisuutta. Varastoissa ja logistiikkakeskuksissa puolestaan halutaan usein tarkastella myös sitä verkostoa, jota ne palvelevat.
Suurimmat haasteet logistiikkasimuloinneissa liittyvät rajanvetoon siitä, mitä simulointimalliin sisällytetään ja mitä ei. Yksinkertaisemmissa tapauksissa, joissa kehitysprojekti kohdistuu puhtaasti logistiikan toimintamallien kehittämiseen tai esimerkiksi yksittäisen automaatioratkaisun suunnitteluun, voi olla perusteltua jättää muu järjestelmä mallintamatta. Tällöin simulointimallissa voidaan käyttää lähtödatana esimerkiksi toteutuneita varastosiirtoja ja vertailla miten mallinnettu järjestelmä olisi suoriutunut verrattuna alkuperäiseen toimintamalliin.
Monimutkaisemmissa hankkeissa, joissa taustalla on myös muutoksia esimerkiksi tuotantoon, resursseihin tai volyymeihin, simulointimalliin on mallinnettava myös muun muassa tuotantoa riittävällä tarkkuudella tuottamaan logistiikan tehtäviä. Vain näin saadaan riittävän tarkka kuva mallinnettavan tilanteen materiaalivirroista sekä tuotua esiin logistiikan viiveiden ja rajoitteiden vaikutukset muuhun järjestelmään.
Ilman laaja-alaista ymmärrystä, simulointi voi johtaa paikallisiin osaoptimointeihin, jotka eivät tue järjestelmän kokonaistehokkuutta.
Layout-suunnittelu ja -kehittäminen
Tehtaan layoutin kehittämisellä voi olla useita eri tavoitteita, kuten varautuminen uusien tuotteiden valmistukseen, uuden valmistusteknologian käyttöönotto tai prosessihukan pienentäminen. Layout- kehittämisen rajaus voi vaihdella koko tehtaan laajan kehittämisen tasolta yksittäisen osaston tai solun muutoksen tasolle. Hyvin tehty materiaalivirta-analyysi on edellytys layout-muutoksen onnistumiselle ja sen avulla varmistetaan sujuvampi tuotanto, sisäisen kuljetuskustannuksen vähentäminen sekä tilankäytön tehokkuus. Layout-suunnittelu tehdään tyypillisesti rinnakkain prosessien kehittämisen kanssa, mikä lisää suunnittelutehtävän haastetta. Layout-suunnittelu ilman materiaalivirtojen analysointia ja vaihtoehtojen systemaattista mallinnusta voi pahimmillaan johtaa peruuttamattomiin vaikeuksiin tuotannon ylösajovaiheessa.
Hyvin johdettu layout-suunnittelu sisältää tyypillisesti ainakin seuraavat vaiheet
1 Tavoitteen ja rajauksen määrittely: mikä prosessi/layout halutaan optimoida (koko tehdas, linja, tuoteryhmä)
2 Tiedonkeruu: havainnointi, tuotantomäärät, saapuvat ja lähtevät kuljetukset, tulevaisuuden volyymiennusteet, tuoterakenteet ja reititykset.
3 Nykytilan mallinnus: Tuotantokapasiteetin, materiaalivirtojen sekä tilankäytön nykytilan mallintaminen. Materiaalivirtojen mallinnus tehtaan nykyisen 2D tai 3D layoutin pohjalta.
4 Nykytilan analyysi: tuotannon pullonkaulojen ja käyttöasteiden analyysi, läpimenoaikojen ja keskeneräisen tuotannon varastotarpeen analyysi, sisäkuljetuksen volyymi- ja etäisyyspainotettu nykytilan kuvaus sekä nykytilan sisälogistiikkakustannus.
5 Kehitysvaihtoehtojen ideointi ja muotoilu: tuotantoprosessien kehittäminen ja turhan käsittelyn vähentäminen, toimintojen, koneiden ja kuljetusreittien uudelleen sijoittelu, sisäkuljetuksen ja varastoinnin uudelleensuunnittelu.
6 Simulointi ja arviointi: Tulevaisuuden tuotantoennusteen mallintaminen. Mallinnetaan ehdotetut prosessi- ja layout-vaihtoehdot (simulointi / muut arviointitekniikat) ja analysoidaan pullonkaulat, materiaalivirrat, resurssitarpeet sekä sisälogistiikan kustannus eri vaihtoehdoissa.
7 Päätöksenteko, toteutus ja seuranta: Tehdään perusteltu päätös layoutin ja prosessin kehittämisen tavoitetilanteesta, toteutetaan tekniset suunnitelmat ja tilamuutokset ja seurataan käyttöönoton jälkeen vaikutuksia ja kehitystarpeita.
Simulointiprojekteissa, joissa tavoitteena on mallintaa resurssien käyttöä ja tuotantoa, voidaan koneiden ja laitteiden sijoittelu toisinaan jättää kokonaan huomioitta. Logistiikkasimuloinneissa kuitenkin tavoitteena on tunnistaa turhat siirrot, pitkät kuljetusmatkat ja risteävät virrat, jolloin layout-suunnittelulla on keskeisempi rooli, sillä fyysinen sijoittelu määrittää pitkälti materiaalivirtojen tehokkuuden.
Simuloinnilla on mahdollista tuottaa yksityiskohtaista ja määrällistä tietoa logistiikan resurssien kuormituksesta ja suorituskyvystä. Mallin tuloksina voidaan analysoida esimerkiksi kuljetuskaluston ajomatkoja kuormattuna ja tyhjänä, eri tehtäviin kuluvaa aikaa, odotus- ja läpimenoaikoja sekä resurssien käyttöastetta. Automaatiota hyödyntävissä ratkaisuissa, kuten AGV-järjestelmissä, voidaan lisäksi arvioida energiankulutusta, lataustarpeita ja niiden vaikutusta kapasiteettiin. Näiden tietojen avulla layout voidaan suunnitella siten, että ei-jalostava siirtoaika minimoidaan ja resurssien käyttö tehostuu, esimerkiksi sijoittamalla samoja komponentteja kuluttavat pisteet lähekkäin tai miettimällä varastopaikkojen sijoittelua.
Simuloinnin avulla voidaan jo ennen muutosten toteutusta arvioida layout-ratkaisujen vaikutus kulkumatkoihin, materiaalisiirtoihin, kapasiteettiin ja kustannuksiin, mikä tukee perusteltua ja riskit hallitsevaa päätöksentekoa.
Tyypilliset kysymykset, joihin logistiikkasimuloinnilla haetaan vastauksia
Toteuttamissamme logistiikan simuloinneissa keskiössä ovat usein materiaalivirrat, siirtomatkat, tilankäyttö sekä logistiikkaresurssit kuten kuljettimet, trukit ja henkilöstö.
- Logistiikan kapasiteetin riittävyys
Riittävätkö nykyiset tai suunnitellut resurssit vastaamaan ennustettuun kysyntään ja palvelutasovaatimuksiin eri kuormitustilanteissa? - Logistiikan pullonkaulojen tunnistaminen
Missä prosessin vaiheissa syntyy ruuhkia tai viiveitä ja mitkä tekijät rajoittavat järjestelmän kokonaisläpimenoa? - Varaston ja logistiikkakeskuksen layoutin optimointi
Miten erilaiset layout-ratkaisut vaikuttavat materiaalivirtoihin, keräilytehokkuuteen ja sisälogistiikan kustannuksiin? - Resurssitarpeen ja henkilöstömäärän mitoitus
Kuinka paljon työvoimaa, kalustoa tai automaatiota tarvitaan eri skenaarioissa ja miten resurssitarve muuttuu kysynnän kasvaessa? - Logistiikkakustannusten ja yksikkökustannusten kehitys
Miten eri toimintamallit ja investointivaihtoehdot vaikuttavat logistiikan kokonais- ja yksikkökustannuksiin? - Kysynnän vaihteluiden ja kasvun vaikutukset logistiikkaan
Kuinka järjestelmä reagoi sesonkeihin, kysynnän heilahteluihin tai pitkän aikavälin volyymikasvuun? - Investointien ja kehitystoimenpiteiden vertailu
Mitkä vaihtoehdoista tuottavat suurimman hyödyn kokonaisuuden kannalta ja millä aikajänteellä investoinnit maksavat itsensä takaisin? - Automaatioratkaisuiden suunnittelu
Millaisia kustannussäästöjä suunnitellulla automaatioratkaisulla voidaan saavuttaa tai millaisia vaatimuksia automaatiojärjestelmälle tulisi asettaa?
Esimerkki simulointiprojektista teollisuuden sisälogistiikassa
Tässä projektissa Visiora Partners auttoi asiakasta kehittämään kokoonpanotehtaan logistiikkakonseptia niin, että logistiikka muodostu rajoitteeksi tuotantovolyymien kasvaessa yli 60 % tulevina vuosina. Simuloinnin avulla varmennettiin, että kehitetty logistiikkakonsepti pystyy vastaamaan korkeampaan tuotantotahtiin ilman että logistiikan yksikkökustannukset nousevat. Simulointi osoitti logistiikan yksikkökustannusten laskevan yli 20 % verrattuna nykytilaan.
Materiaalivirta-analyysi
Projekti aloitettiin keräämällä lähtötietoja nykytila-analyysia varten. Analyysissa tarkasteltiin valmistustilausten osakulutusta varasto- ja kulutuspaikoittain ja arvioitiin näiden perusteella siirtotarpeet. Logistiikkaan käytettyä työaikaa arvioitiin asiakkaan toteuttaman tutkimuksen perusteella. Lähtötietoina käytettiin toteutunutta tuotantotahtia, nimikkeistöä ja niiden ohjausparametreja sekä tuoterakenteita.
Analyysin pohjalta laadittiin yllä oleva kuvaaja, jossa viivan paksuudella kuvataan eri pisteiden välisten siirtojen määriä.
Lisäksi nykytila-analyysissa tarkasteltiin varaston kiertonopeutta, nimiketilausten eräkokoja ja tilauspisteitä, jolloin pystyttiin arvioimaan logistiikan tehokkuutta myös varastoon sidotun pääoman ja nimikepuutteiden näkökulmasta. Yhtenä keskeisenä tuloksena laskettiin logistiikan yksikkökustannukset huomioiden esimerkiksi henkilöstökustannukset eri logistiikan tehtävissä, varastonarvo, laitteiden ja trukkien kustannukset sekä logistiikan tilakustannukset nykytilanteessa.
Sisälogistiikan simuloinnit
Nykytila-analyysia varten kerättyä dataa hyödynnettiin simuloinnin lähtötietona, jota täydennettiin vielä tarvittavilla simulointiparametreilla, kuten tuotantotahdilla. Lisäksi nykytila-analyysin tuloksia voitiin käyttää simulointitulosten vertailukohtana, joskin verratessa simulointituloksia suoraan toteutuneeseen tuotantoon ja dataan, on vertailussa aina otettava huomioon simuloinnissa tehdyt oletukset ja rajaukset.
Koska tavoitteena oli ensisijaisesti tarkastella logistiikkaresurssien kuormitusta ja tehtävien määrää, tuotanto mallinnettiin simulointimalliin yksinkertaistetusti, jolloin logistiikan työtehtäviä eri pisteille generoitiin tuoterakenteiden ja ennustetun tuotemixin perusteella. Näin logistiikan kuormitus ja sen vaihtelut kuvasivat tarkasti tulevaisuuden tavoitetilaa. Samalla pystyttiin myös tarkastelemaan varaston tarvetta, sekä eri nimikkeiden tilauspisteitä ja eräkokoja. Mahdolliset nimikepuutteet eivät kuitenkaan rajoittaneet mallissa logistiikkaa tai tuotantoa, vaan ne raportoitiin mallista tarkempaa jatkokehitystä varten.
Simuloitavat skenaariot toteutettiin vaiheittain niin, että ensimmäisellä simulointikierroksella tunnistettiin uusia kehityskohteita seuraavia skenaarioita varten. Muun muassa kokoonpanon prosesseja ja layoutia kehitettiin, logistiikkatyöntekijöiden työkuormaa kevennettiin siirtämällä työtä settikerääjille, jotka keräsivät nykytilaa enemmän nimikkeitä suoraan kokopanopaikalle toimittaviin setteihin.
Simulointi osoitti, että kehitetyllä konseptilla pystytään vastaamaan kasvaneeseen kysyntään ilman, että logistiikka muodostuu pullonkaulaksi. Vaikka settikeräilyyn lisättiin uusia resursseja, kokonaislogistiikan yksikkökustannukset laskivat yli 20 % ja logistiikkatyöntekijöiden työkuorma väheni verrattuna nykytilaan.
DB Schenker: terminaalin tavaravirrat kuriin simuloinnilla
Visiora Partners auttoi DB Schenkeriä kehittämään Turun Liedon uuden terminaalin logistiikkaa jo ennen toiminnan käynnistymistä. Työ keskittyi tavaravirta-analyysiin ja simulointimallinnukseen, joiden avulla terminaalin toimintaa voitiin testata ennakkoon. Näin mahdolliset pullonkaulat havaittiin ajoissa eikä vasta käyttöönoton jälkeen.
Terminaalin tilat ja niiden läpi kulkevat lähetykset mallinnettiin tarkasti. Mallinnuksessa huomioitiin trukkien siirtomatkat, purku- ja lastauspaikkojen käyttöasteet sekä henkilöstöresurssien tarve. Kaikki mitoitus perustui todelliseen dataan. Simuloinnin avulla saatiin kokonaiskuva terminaalin toiminnasta, mikä mahdollisti esimerkiksi ovien määrän ja käytettävissä olevan lattiapinta-alan riittävyyden testaamisen etukäteen. Ratkaisu oli sekä riskitön että kustannustehokas.
Projektin lopputuloksena syntyi toimiva ja hyvin perusteltu terminaalin layout, joka tukee sujuvaa ja tehokasta logistiikkaa. Lue koko DB Schenker asiakasreferenssitarina
Onnistuneen logistiikan kehittämisprojektin muistilista
Onnistunut logistiikan kehittäminen perustuu systemaattiseen etenemiseen, dataan ja simulointiin. Alla oleva muistilista toimii käytännön työkaluna, kun tavoitteena on materiaalivirtojen optimointi, sisälogistiikan kehittäminen, layout-suunnittelu tai materiaalivirtojen simulointi.
Määritä tavoite ja rajaus tarkasti
Onnistunut logistiikan kehittäminen alkaa selkeästä tavoitteesta: optimoidaanko koko tehdas, yksittäinen tuotantolinja vai varaston materiaalivirrat? Rajauksen määrittely varmistaa, että materiaalivirtojen optimointi ja logistiikan kehitys kohdistuvat oikeaan kokonaisuuteen. Selkeä tavoitetila helpottaa myös investointipäätösten perustelua.
Datan keruu materiaalivirtojen optimointiin ja tuotantologistiikan simulointiin
Laadukas data on nykytilan ymmärtämisen perusta, ja kehitystä ei voi tapahtua, jos nykytilaa ei ymmärretä. Tarvitaan tiedot tuotantomääristä, volyymeista, reitityksistä, sisäkuljetuksista ja tulevaisuuden ennusteista. Ilman ajantasaista dataa tuotantologistiikan simulointi ei anna luotettavia tuloksia eikä tue tehokasta päätöksentekoa.
Nykytilan analyysi: pullonkaulat, läpimenoajat ja sisälogistiikan kustannukset
Analyysivaiheessa tunnistetaan tuotannon pullonkaulat, käyttöasteet ja sisälogistiikan kustannusrakenne. Samalla arvioidaan läpimenoajat ja keskeneräisen tuotannon määrä. Tämä vaihe konkretisoi, missä sisälogistiikan kehittäminen tuottaa suurimman liiketoimintahyödyn.
Nykytilan mallinnus: materiaalivirtojen simulointi ja layout-suunnittelu kehittämisen perustana
Nykytilan mallinnuksessa kuvataan kapasiteetti, materiaalivirrat, resurssit ja tilankäyttö. Tämä vaihe luo pohjan layout-suunnittelulle ja mahdollistaa realistisen logistiikkasimuloinnin. Tarkka nykytilamalli auttaa tunnistamaan kehityspotentiaalin ennen muutosten suunnittelua.
Kehitysvaihtoehtojen suunnittelu: layout-suunnittelu ja sisälogistiikan kehittäminen
Seuraavaksi suunnitellaan vaihtoehtoiset prosessi- ja layout-ratkaisut. Layout-suunnittelu voi tarkoittaa koneiden uudelleensijoittelua, kuljetusreittien optimointia tai varastointiratkaisujen muutoksia. Tavoitteena on tehokkaampi materiaalivirta ja kustannustehokkaampi logistiikan kehittäminen.
Vaihtoehtojen vertailu simuloinnilla ennen investointipäätöstä
Eri kehitysvaihtoehdot testataan logistiikkasimuloinnin avulla ennen toteutusta. Tuotantologistiikan simulointi paljastaa pullonkaulat, resurssitarpeet ja kustannusvaikutukset eri skenaarioissa. Näin investointipäätökset voidaan tehdä dataan perustuen ja riskit minimoiden.
Päätöksenteko, toteutus ja seuranta – onnistunut materiaalivirtojen optimointi käytännössä
Kun paras vaihtoehto on valittu, siirrytään toteutukseen ja vaikutusten seurantaan. Mittareina voivat olla läpimenoaika, käyttöaste, toimitusvarmuus ja sisälogistiikan kustannukset. Jatkuva seuranta varmistaa, että materiaalivirtojen optimointi ja sisälogistiikan kehittäminen tuottavat pysyvää kilpailuetua.
Artikkelin ovat laatineet
Ville Teivaistenaho, vanhempi simulointiasiantuntija
Visiora Partners
Lisää Villen osaamisesta voit lukea täältä
Molemmilla on yli 100 projektin kokemus teollisuuden tuotannon ja logistiikan kehittämisestä ja tuottavuuden parantamisesta.
Visioran Partnersin (ent. Delfoin Oy:n konsultointiliiketoiminta) asiantuntijapalveluiden avulla saat helposti kuvattua tuotannon ja logistiikan prosessit, analysoitua nykytilan, muodostettua tavoitetilanteen, todennettua parhaan ratkaisun sekä lopputuloksena konkreettisen suunnitelman tavoitetilaan pääsemiseksi. Kehitystoimenpiteet varmistetaan tuotannosta tehtävällä FlexSim -simulointimallilla. Muodostunutta digital twiniä voidaan käyttää muutosten koealustana jatkossakin. Tarjoamme sopivan palvelun yrityksen eri kehitysvaiheisiin ja autamme varmistamaan, että kehittäminen saadaan heti oikealle uralle ja muutoksen kohteeksi valitaan ne toiminnot, joissa saadaan aikaan paras vaikutus suhteessa liiketoiminnan tavoitteisiin.
