René Raaijmakers
29 September 2006

Drie ingenieurs ploeterend achter hun laptops. Het testen van een prototype distributiecentrum is blijkbaar geen sinecure. Ze zitten er een beetje verloren bij, daar in de Veghelse fabriekshal van enkele voetbalvelden groot. Lopende banden met kiepkarretjes suizen voorbij, elders kruipen zwaarbeladen pallets naar hun bestemming. Hier, in zijn Innovatiecentrum, test Vanderlande de nieuwste logistieke snufjes. Technici wringen de laatste foutjes uit sorteerinstallaties, automatisch palletvervoer, bagagebanden voor luchthavens en hightech distributiesystemen.

Binnen vier jaar verrijst in het Veghelse innovatiecentrum wellicht ook een opvolger van het distributiesysteem waarover de drie ingenieurs momenteel hun hoofd breken. Tenminste, als het Embedded Systems Institute en Vanderlande hun ambitieuze doel halen met hun researchproject Flexible Automated Logistics Concepts (Falcon). De partners willen het distributiecentrum opnieuw uitvinden. Het plan is om binnen vier jaar een proof of concept te leveren en een demonstrator te bouwen.

Het demonstratiesysteem zal alle essentiële delen en functies van een distributiecentrum in zich dragen. ’Het is het uitdrukkelijke doel van Esi om zover te komen‘, zegt Toine Ketelaars, die het project vanuit Vanderlande trekt. ’De academische partijen zijn erop geselecteerd om tot industrial critical evidence te komen. Wij vinden het heel aantrekkelijk dat Esi zover wil gaan, want daardoor valt er geen gat tussen proof-of-concept en demonstrator. Onze rol is te zorgen voor relevante randvoorwaarden waarbinnen dit project werkt. Dat zorgt ook voor focus. Esi levert, naast zijn expertise in embedded-systeemengineering, ook het projectmanagement.‘

0692716254000
De Britse winkelketen Argos is actief betrokken bij het researchproject Falcon. Hier een doorkijkje van het Argos-distributiecentrum in het Engelse Barton-under-Needwood. De Kijkshop-achtige onderneming is ook actief als postorderbedrijf en handelt bestellingen af via internet.

’We zijn bezig om als bedrijf te groeien van equipmentleverancier naar integrator van systemen in processen bij klanten‘, zegt Frank van der Borg, hoofd R&D bij Vanderlande. ’In die groei past dit project. We hebben eerst gekeken wat embedded voor ons betekent, op componentniveau en op systeemniveau.‘

De complexiteit van het project is adembenemend. In een geavanceerd distributiecentrum zijn duizenden bakken tegelijk onderweg met pakweg vijfduizend verschillende mogelijke items. Falcon moet die parallel lopende processen optimaliseren en daarnaast de functies voor het samenstellen van orders gaan automatiseren. Logistieke technologie versmelt daarbij met genetwerkte embedded systemen. In het meest extreme scenario komen er tussen een bestelling via internet en de postbode geen mensenhanden meer aan te pas. Winkels zouden geheel automatisch hun voorraad op peil kunnen houden.

Op zijn kop

Een magazijn bestaat uit concrete zaken als goederen, transportbanden en bakken, maar ook uit discrete gebeurtenissen zoals producten oppakken of afleveren. Daarop zijn tal van academische vragen los te laten, zoals het continu schatten van reistijden. ’Je praat over een bak of een item en discrete events‘, zegt Ketelaars. ’In principe kun je daar een exacte omschrijving voor maken en dat optimaliseren. Dat is echter veel te complex.‘ De hoogleraar systeemengineering Koos Rooda krijgt dit op zijn bord. Zijn groep gaat een continu model opstellen en dat optimaliseren. Rooda heeft hier al ervaring mee. Hij hielp onder meer ASML om productiemachines efficiënt om te stellen.

Ketelaars: ’De complexiteit in dit systeem is vergelijkbaar met die van de huidige systemen voor distributiecentra. De randvoorwaarden zijn gelijk aan die van het beoogde systeem. Er lopen heel veel parallelle processen naast elkaar. Het gaat om systemen waarin twintigduizend bakken duizenden transportbewegingen tegelijk maken.‘

0692912918000
Toine Ketelaars wijs top een groen gebied in het distributiecentrum ongeveer een half voetbalveld groot en zo’n twaalf meter hoog, waar het item-pikken zich afspeelt.

De mens is op dit moment nog een cruciale factor in een distributiecentrum. Maar ook bottleneck en bron van fouten. Als een werknemer op dit moment een magazijnorder afroept, dan komen de items in bakken naar hem toe. ’Die persoon, de picker, pakt de producten, bijvoorbeeld pennen, en stopt die in de orderbak. Hiervoor bestaan talloze oplossingen. Wij willen nu de factor mens eruit en naar automatisch item-picken overstappen‘, zegt Ketelaars. Het woord ’robots‘ wil hij vermijden. Dat heeft de associatie met grote draaiende armen. Robots wekken de indruk dat de mens wordt geautomatiseerd. Daar draait het juist niet om.

In het verleden zijn er binnen het vakgebied robotica en bin picking talloze onderzoeken geweest om robots automatisch producten te laten oppakken en sorteren. ’Er zijn systemen die het kunnen‘, zegt Ketelaars, ’maar dit zijn vooral researchachtige ontwikkelingen die zich richten op het automatiseren van mensen. Ze stellen de mens centraal en zijn te duur, te langzaam en te onbetrouwbaar. Het is tot nu toe niet gelukt om op deze manier een prijs-prestatieverhouding te krijgen die een commercieel systeem mogelijk maakt. Ik wil niet uitsluiten dat we robots inzetten, maar daar valt waarschijnlijk niet veel te halen.‘

Falcon zal veeleer kijken naar de specifieke functies van een distributiecentrum, zoals item-picken, opslaan, inzamelen en sorteren. Ketelaars: ’We willen naar de functionaliteit kijken. Die functies willen we in kaart brengen en automatiseren. Nu stelt een picker nog orders samen, maar wellicht gebeurt dat straks niet meer op één plaats. We willen de ontwerpregels van een distributiecentrum loslaten en het systeemontwerp vanaf de basis opnieuw opbouwen. De systeemvragen worden wel gedreven door vragen op het gebied van het picken.‘

Wie een distributiecentrum vanaf de grond herontwerpt, heeft talloze opties. Pennen kun je voor order-picking ongeordend aanbieden, maar het is ook mogelijk ze te rangschikken. Bijvoorbeeld in een houder. ’De robot die automatisch een pen uit een ongeordende bak pakt, zal meer moeten rekenen dan een machine die de pennen overneemt van een houder waarin ze rechtop staan. In dat laatste geval komen er weer kosten bij voor het inslaan van de pennen in de bak. Je moet immers stapelen of ordenen. Maar daarmee introduceer je ook inflexibiliteit. Loopt de verkoop van de pennen vandaag als een trein, morgen gaat er wellicht geeneen de deur uit.‘

De onderzoekgroepen Advanced Robotics van Stefano Stramigiolo (Universiteit Twente) en Man-Machine Systems van Frans van der Helm (TU Delft) gaan eenvoudige en robuuste grijpmethodes ontwikkelen voor order-picking. Ze doen dat vanuit de invalshoeken robotica en biomechanica. De ultieme oplossing is een grijpfunctie die geen visiesysteem nodig heeft. Dat zou grote implicaties hebben. ’Als je vision loslaat, dan zet je het hele distributiecentrum mogelijk op zijn kop‘, aldus Ketelaars.

Precompetitief

Vanderlande heeft voor Falcon ook een klant in het vizier die actief bij het researchproject is betrokken: het Britse Argos. Dit is een Kijkshop-achtige winkelketen inclusief postorderbedrijf en internetshop. Ketelaars loopt naar een schets aan de muur waarop het huidige logistieke centrum van Argos staat afgebeeld. ’Goederen slaan ze in vanaf zeecontainers uit Azië. Per dag handelen ze pakweg honderdduizend pallets zowel handmatig als automatisch af.‘

Ketelaars wijst op een groen gebied in het distributiecentrum. ’Dit deel is ongeveer een half voetbalveld groot en zo‘n twaalf meter hoog. Daar speelt het item-picken zich af. Daar lopen mensen rond en er rijden bakken met producten. Op het moment dat de picker een order wil samenstellen, roept hij een bak af, die vervolgens via een transportsyteem naar de order-picker gaat. Een display laat ten slotte zien hoeveel producten er in de orderbak moeten.‘ Een groot deel van de items handelt het distributiecentrum als doos af. Ketelaars: ’Wij zullen vooral gaan kijken naar de producten zelf, naar kleinere goederen. Een bestelling van drie pennen met zes gummen moeten we straks automatisch kunnen verwerken.‘

Hoewel Esi en Vanderlande ernaar streven om binnen vier jaar een werkend concept neer te zetten, is de research precompetitief. ’Het zijn promotieonderwerpen‘, zegt R&D-hoofd Van der Borg van Vanderlande. ’Wij geven het industriële kader en zorgen voor input aan academici die relevant is voor de praktijk. Ons streven is om met dit project te blijven voorlopen op de ontwikkeling, maar uiteindelijk zijn de academische resultaten openbaar. Voor de toepasbare resultaten zijn er afspraken gemaakt over octrooirechten. En we screenen natuurlijk de wetenschappelijke publicaties op bedrijfsgevoelige informatie.‘

Alles overziend, zijn de doelstellingen van Falcon uiterst ambitieus. Automatische codegeneratie en visiesystemen die op de tast orders picken zijn op zichzelf al mega-uitdagingen. Frank van der Borg en Frans Beenker van Esi geven toe dat ze de lat hoog leggen. ’Maar dat hebben we bewust gedaan. Het is tenslotte een onderzoeksproject, je wil graag weten waar de grenzen liggen en wat wel of niet haalbaar is‘, zeggen ze beiden.

Van der Borg wijst erop dat de hele opzet is afgezet tegen de dagelijkse praktijk van de Vanderlande-systemen. ’In de projectaanpak hebben we een zeer duidelijk mechanisme ingebouwd waarmee we blijven sturen op resultaat. Als iets echt onmogelijk blijkt, nog veel te ver weg of eenvoudigweg technisch niet haalbaar, dan is dat ook een resultaat. Mogelijk dat we dan een aantal stappen terug moeten en een andere afslag moeten nemen.‘ Beenker en Van der Borg benadrukken dat ze het gevoel hebben dat ze zeer interessante resultaten zullen behalen. ’De ambitie is een werkend proof-of-concept en dat geven we vooralsnog niet op.‘