Colin Vandenbussche
Academiejaar 2007-2008
Faculteit Ingenieurswetenschappen
Voorzitter: prof. dr. ir. Hendrik Van Landeghem Vakgroep Technische bedrijfsvoering
Burgerlijk bouwkundig ingenieur
Scriptie ingediend tot het behalen van de academische graad van Begeleider: ir. Tim Govaert
Promotor: prof. dr. ir. Hendrik Van Landeghem
Colin Vandenbussche
Academiejaar 2007-2008
Faculteit Ingenieurswetenschappen
Voorzitter: prof. dr. ir. Hendrik Van Landeghem Vakgroep Technische bedrijfsvoering
Burgerlijk bouwkundig ingenieur
Scriptie ingediend tot het behalen van de academische graad van Begeleider: ir. Tim Govaert
Promotor: prof. dr. ir. Hendrik Van Landeghem
This page is not available because it contains personal information.
Ghent University, Library, 2021.
laatstejaarsstudent burgerlijk ingenieur bouwkunde heb ik – naar mijn gevoel – te weinig praktische kennis in verband met hoe een gebouw tot stand komt. Daarnaast beperkt mijn ervaring in de automobielindustrie zich tot het zelf besturen van een auto. Deze thesis was dan ook onmogelijk geweest zonder de bereidwillige medewerking van verschillende automobielfabrikanten, industriebouwers en architectuur – en ingenieursbureaus. Ik wil al wie een bijdrage – groot of klein – aan deze scriptie geleverd heeft bedanken voor hun advies. In het bijzonder had ik graag Wim Librecht van Volvo Europa Truck, Filip Declercq van ELD Partnership en Lieven Lemant van Willy Naessens bedankt om hun ervaring in dit onderwerp met mij te willen delen.
Graag had ik mijn promotor Prof. Van Landeghem bedankt om me de mogelijkheid te bieden om deze scriptie te maken, waarbij mijn interesses vanuit de ingenieurswetenschappen – bouwkunde en bedrijfskunde – mooi samenvloeien. De nuttige opmerkingen van mijn begeleider Tim Govaert hebben ook hun aandeel in deze thesis.
Mijn familie wil ik bedanken voor hun steun en aanmoedigingen. Van hen heb ik geleerd de wereld met een open blik te aanschouwen, met respect voor iedereen. Mijn buitenlandse avonturen, waaronder m’n Erasmuservaring dit laatste semester in Noorwegen, zouden nooit mogelijk geweest zijn zonder hen.
Uiteraard wil ik ook mijn vrienden bedanken – in België of ver daarbuiten – voor hun enthousiasme en beschikbaarheid, op elk moment van de dag.
Als laatste gaat mijn dank uit naar Begüm voor haar onvoorwaardelijke steun bij het tot stand brengen van deze scriptie.
Colin
Bouwkundige en lay-out aspecten van de flexibele fabriek, toegepast op de automobielindustrie
Colin Vandenbussche
Promotor: prof. dr. ir. Hendrik Van Landeghem Begeleider: ir. Tim Govaert
Scriptie ingediend tot het behalen van de academische graad van Burgerlijk bouwkundig ingenieur
Vakgroep Technische bedrijfsvoering
Voorzitter: prof. dr. ir. Hendrik Van Landeghem Faculteit Ingenieurswetenschappen
Academiejaar 2007-2008
Samenvatting
Een fabriek wordt vaak als een last aanzien ten opzichte van de productiesystemen. Er dient echter een mentaliteitswijziging plaats te vinden om van het tegendeel overtuigd te raken. Een flexibele structuur zal op lange termijn een meerwaarde betekenen voor de automobielfabrikant. Een gebrek aan flexibiliteit zal vroeg of laat problemen opleveren met betrekking tot de lay-out. Ook uitbreidingen kunnen op die manier belemmerd worden. In de
De tien ontwerpregels zijn:
Stel een Masterplan op.
Stel een vast budget op met betrekking tot de constructie.
Ontwerp een lay-out op basis van het productieproces.
Maak gebruik van geprefabriceerd beton.
Kies een universele fabriekshoogte.
Bepaal de gewenste flexibiliteit van de fabriek.
Kies een skeletraster op basis van het budget en de gevraagde flexibiliteit.
Voorzie uitbreidbaarheid in alle richtingen door middel van fasering.
Pas de inwendige structuur aan voor de gekozen lay-out.
Creëer een automobielcluster.
Er kan geconcludeerd worden dat flexibiliteit lange tijd geen noodzaak was. Recente ontwikkelingen hebben echter tot een positieve koerswijziging geleid. Deze ontwerpregels willen dit dan ook ten zeerste aanmoedigen.
Trefwoorden: fabriek, flexibiliteit, lay-out, constructie, automobielindustrie
Colin Vandenbussche
Supervisor(s): Hendrik Van Landeghem, Tim Govaert
Abstract: This article indicates the issues concerning factory flexibility based on an example (Volvo Europe Truck, Ghent) and explains how a flexible factory can be designed which will benefit the automotive industry in the long term. Ten design principles will be proposed and justified accordingly.
Keywords: factory, flexibility, layout, construction, automotive
I. INTRODUCTION
The automotive industry is dynamic and rapidly changing.
The high degree of automation, shorter product cycle-times and variety (different car models) demand high flexibility of the car manufacturer. The competition in the car industry is fierce due to the rising amount of competitors in developing countries, like China, India and Brazil. This increases the importance of economics and money has to be saved on activities that don’t add to the outcome. They are fully focused on the production process but unfortunately they don’t treat the factory in the same way. Long term planning concerning the construction is hardly done. Designing the building for flexibility will add value to the company.
II. EXAMPLE:VOLVO EUROPE TRUCK (GHENT) The concern of a less flexible factory was first raised at the truck factory of Volvo Europe Truck (VET) in Ghent. The plant layout can’t be adjusted the way it should because of structural limitations. Although there’s a large grid (18m to 25m), there were issues concerning expansion, which influenced the future possibilities of the factory. It has to be noted that an expansion the sign is for a ‘healthy’ company, but these should be done with a long-term view in mind.
Some buildings were designed as warehouses (without any bearing possibilities) and are currently used as production space. To solve this bearing problem, an internal steel construction (fixed) has been placed to bear the loads that the production requires. Obviously these are a hindrance to any future layout adaptations.
However a new building of VET for the cabin trim production (currently in the construction phase) has been designed according to potential higher loads. Every secondary beam can deal with point loads of 5 tonnes (on top of the use loads), while a large grid is used. Obviously this creates extra costs but the structural flexibility of the building increases significantly and this decision can only be lauded.
C. Vandenbussche studies at the Civil Engineering Department, Ghent University, Ghent, Belgium. E-mail: Colin.Vandenbussche@UGent.be .
III. DESIGN PRINCIPLES
A. Make a master plan.
Masterplanning is of high importance to any project. It analyses the factory and proposes different expansions and adaptations to the current building. A master plan also focuses on accessibility, security, the automotive cluster and environmental issues. Communication with all authorities concerned is indispensible and the implementation of the plan by the management is vital. It’s proposed to update the master plan every 3 to 5 years, in contrary to today’s practice (5-10 years). It might also be interesting to prepare the plan in cooperation with external engineers and architects, who can have a different outlook on the situation.
B. Assign an objective budget to the construction.
The factory – most of the time – doesn’t get the recognition it deserves. That’s because it is a cost and doesn’t provide any output, as the production process does. It’s seen as a hindrance to the production flows while it shouldn’t. First of all, a change of mentality should happen in order to be convinced of the value of the factory. Secondly, assigning an objective budget to the construction will make sure that no money will be saved in order to upgrade the budget of the production process. This would have significant consequences in the long term. The use of default dimensions of beams (6 meter) and columns can support this methodology.
C. Design a lay-out based on the production flows
After analyzing the production flows through the factory, a lay-out can be designed. In general, there are three basic types: process, cell and product layout. The automotive industry will make use of the product layout as high volumes with a relatively limited variation are being produced. A straight spine layout (see Figure 1) is the most obvious solution. This way suppliers are able to pre-assemble products on both sides of the straight line and then bring them to the assembly line. The production process is started at one side of the factory and a finished product is delivered at the other side.
Figure 1 Spine layout
brought to the central assembly line, where the final product emerges. Their use of the ‘Global Body Line’ provides them with a product flexibility, which is different from the structural flexibility that is formulated in the rest of this article.
Figure 2 Star layout
Concerning future alternatives, it can be noted that the American consortium for ‘next generation factory layouts’ has proposed different types of layouts that can be used in several situations. Two examples of these are multichannel manufacturing and delayed product differentiation. [1]
D. Use prefabricated concrete
The material use is an important part of the design process of a flexible factory. The automotive industry demands high loads to be transferred from beams to the foundation. The emergence of prefabricated concrete has outmuscled steel as the leading material for industrial buildings. Steel can have long spans, but is expensive, requires significant maintenance and is vulnerable to corrosion. The quality of prefabricated concrete is very good and spans up to 40m bearing large loads can be reached. The fire resistance is good and the assembly of the building can be achieved very fast. The options of laminated wood and laminated glass can be mentioned, but they will not be applied to the automotive industry.
E. Choose a universal factory height
Height is another factor that’s being used to save money.
It’s advised to have a minimum height of 6 meter, even if that’s not required at the moment of construction. It’s a necessary feature concerning flexibility in the height.
Consoles can be added to prepare the building for an extra floor. Obviously the dimensions of beams, columns and foundation will have to be designed with this in mind.
F. Determine the needed flexibility of the factory
Constructional flexibility equals free floor space. Every single column is a potential hindrance to the production process. To ensure this open space, a large grid (of primary and secondary beams) should be provided. Every company has to determine the level of flexibility their plant requires. In general flexibility can be achieved at three different levels: a single building, a complex of buildings or a cluster. The latter is the most complex to achieve and will be discussed later.
G. Choose a grid based on budget and flexibility
The fixed budget and required flexibility will result in a decision with respect to the grid of beams and columns. A grid consists of primary beams which are placed on columns.
direction and keep the expensive primary beams short (min.
6m) in combination with long secondary beams (min. 18m).
The spine layout demands a flexible grid in both directions (min. 18m x 18m). This will have financial consequences but it will be beneficial in the long term. A smaller grid and consequently a high number of columns will decrease the flexibility significantly. So flexibility has its cost, but it’s definitely worth investing in.
H. Provide expandability in all directions through staging The Masterplan will provide the manufacturer with possibilities concerning expansion in the future. When designing, the full capacity is taken into account and every space is given a destination, short term or long term.
Designing the different stages is necessary for the project as a whole. Expansion in the height has been mentioned before.
I. Adapt the internal structure to the needed lay-out
As the layout and the grid have been decided, it’s possible to organize the internal structure by using movable walls.
Dividing the factory in different departments will also have an effect on the fire resistance of the building.
J. Create an automotive cluster
The automotive industry is increasingly outsourcing products, so it’s moving towards an assembly market. As the sequential Just-In-Time principle is being used by all car manufacturers, it’s important to create a cluster of suppliers around the factory. This way they can provide the assembly line with pre-assembled products at the right place and on the right time in the production process. The cluster emphasizes the cooperation between car manufacturers and their suppliers.
IV. CONCLUSIONS
These ten design principles should be a guide towards building a sustainable and flexible factory within the automotive industry. Obviously these can be expanded towards similar industries, providing some minor changes.
The emphasis though can be placed on the choice of the layout and the grid. Having in mind the huge costs these projects have, no money should be ‘saved’ on the structure of the building. A long-term planning will support this required mentality change.
ACKNOWLEDGEMENTS
The author would like to acknowledge the suggestions of Wim Librecht (Volvo Europe Truck), Filip Declercq (ELD Partnership) and Lieven Lemant (Willy Naessens). He would also like to thank Prof. Van Landeghem for giving him the opportunity to investigate this topic with references to civil and industrial engineering.
REFERENCES
[1] Benjaafar, S., S. Heragu and S. Irani, Next Generation Factory Layouts: Research Challenges and Recent Progress, Interfaces, Vol.
32, 58-76, 2002.
1.1 Inleiding ... 1
1.2 Situatieschets ... 2
1.3 Probleemstelling ... 3
1.4 Analyse ... 6
1.5 Conclusies ... 10
Hoofdstuk 2 Fabriekslay-out: algemeen en toegepast op de automobielindustrie ... 11
2.1 Inleiding ... 11
2.2 Logistiek ... 11
2.3 Lay-out Principes ... 14
2.3.1 Proces lay-out ... 14
2.3.2 Product lay-out ... 14
2.3.3 Cel lay-out ... 14
2.4 Het lay-out probleem vanuit analytisch oogpunt ... 16
2.5 Next Generation Factory Layouts (NGFL) ... 18
2.5.1 Gedistribueerde lay-out ... 19
2.5.2 Modulaire lay-out ... 19
2.5.3 Herconfigureerbare lay-out ... 20
2.5.4 Behendige lay-out ... 20
2.6 Trends in de huidige industrie... 21
2.6.1 Outsourcing ... 21
2.6.2 Uitgestelde productdifferentiatie ... 22
2.6.3 Parallelle productie ... 22
2.6.4 Herschaalbare machines ... 23
2.6.5 Draagbare machines ... 23
2.7 Toyota Production System ... 23
Hoofdstuk 3 Materiaal ... 26
3.1 Inleiding ... 26
3.2 Prefab beton ... 26
3.3 Staal ... 28
3.3.1 Voor – en nadelen ... 28
3.5 Gelamineerd glas ... 32
Hoofdstuk 4 Overspanningen ... 33
4.1 Inleiding ... 33
4.2 Portiek – en skeletconstructies ... 35
4.3 Beton ... 38
4.3.1 Geprefabriceerde spanbetonbalken: I-profielen met constante hoogte ... 38
4.3.2 Balken met rechthoekige doorsnede ... 40
4.4 Staal ... 43
4.5 Gelamineerd hout ... 43
Hoofdstuk 5 Kostprijsanalyse ... 45
5.1 Inleiding ... 45
5.2 Algemeen ... 45
5.3 Kostprijsanalyse ... 46
5.4 Praktisch ... 49
Hoofdstuk 6 IFDBouwen ... 54
6.1 Inleiding ... 54
6.2 Drager en inbouw ... 54
6.3 Modulatie en flexibiliteit ... 56
6.4 Inplanting ... 57
6.5 Prefabricatie ... 57
6.6 Toepassingen in IFD ... 57
6.6.1 Barco, Kortrijk ... 58
6.6.2 AZ Groeninge, Kortrijk ... 59
6.6.3 Flexibiliteit op schaal van de campus: UZ Gasthuisberg, Leuven ... 60
Hoofdstuk 7 Het belang van Masterplanning ... 63
7.1 Inleiding ... 63
7.2 Volvo Cars Gent: geschiedenis en ‘core-values’ ... 64
7.3 Clustering ... 65
7.4 Verkeerssituatie ... 66
7.5 Ruimtegebruik ... 67
Hoofdstuk 8 De internationale automobielindustrie en opmerkelijke fabrieken ... 72
8.1 Inleiding ... 72
8.2 Internationale moderne fabrieken ... 73
8.2.1 Toyota, Valenciennes (Frankrijk) ... 73
8.2.2 BMW, Leipzig (Duitsland) ... 76
8.2.3 Volkswagen, Dresden (Duitsland) ... 78
8.3 Volvo: Kalmar en Uddevalla (Zweden) ... 81
8.4 Oost-Europa (Tsjechië, Slowakije) ... 83
8.5 Groeimarkten ... 84
Hoofdstuk 9 Ontwerpprincipes ... 86
9.1 Inleiding ... 86
9.2 Ontwerpprincipes ... 86
9.3 Criteria en analyse van de waarderingstabel ... 91
9.4 Conclusies ... 94
Bijlage A: Grondplan Volvo site ... 95
Bijlage B: uitnodiging en verslag rondetafelgesprek ... 97
Bijlage C: Prefab spanbetonbalken: I-profielen met constante hoogte (Structo) ... 101
Bijlage D: Berekening balken (Willy Naessens) ... 102
Bijlage E: Berekening kostprijsvergelijking ... 103
Referenties ... 104
Literatuur ... 104
Artikels ... 104
Interviews ... 105
Internet ... 106
Andere ... 107
Hoofdstuk 1 Case Study: Volvo Europa Truck
1.1 Inleiding
De fabriek van de Zweedse vrachtwagenproducent Volvo Europa Truck (VET) te Oostakker (Gent) was een tijdje geleden niet weg te slaan uit de binnen – en buitenlandse pers. Als eerste CO2-vrije fabriek ter wereld werd hen door de ecologische wereld niets dan lof toegeworpen. Dit werd onder andere verwezenlijkt door de bouw van 3 windturbines en een nieuw verwarmingssysteem op basis van biomassa.
Een bezoek aan de fabriek op 15 oktober 2007 en 16 november 2007 brachten echter enkele problemen aan het licht met betrekking tot de fabriekslay-out en de constructie zelf. In wat volgt zal dieper ingegaan worden op de beperkingen die de huidige fabriek met zich mee brengt en wat de functie is van deze case study voor deze scriptie.
Figuur 1. Luchtfoto site van Volvo
Graag had ik Marnix Cornelis, Willy De Rho en Wim Librecht van VET bedankt voor hun hulp en advies bij het tot stand brengen van deze case study.
1.2 Situatieschets
Laten we echter even teruggaan in de tijd. In 1964 startte Volvo met zijn vrachtwagenproductie in België (Brussel). In 1975 werd besloten een nieuwe fabriek voor middelzware vrachtwagens te bouwen in Oostakker nabij Gent. Ondertussen produceert Volvo hier zijn volledige gamma aan zware en middelzware vrachtwagens (behalve de FH16) voor de Europese markt. Het is de enige producent van de middelzware serie over de hele wereld. De fabriek beschikt over twee fabricagelijnen: respectievelijk de Twin-lijn voor de zware vrachtwagens (met een snelle en een trage lijn) en de Mix-lijn, waar de middelzware vrachtwagens worden geassembleerd. Ten gevolge van de specifieke eisen die aan elke vrachtwagen opgelegd zijn, is flexibiliteit van de assemblage zeer belangrijk. De lay-out van de fabriek zal hier dan ook sterk aan aangepast moeten worden om tot een optimale lay-out te komen.
Het spreekt voor zich dat sinds de bouw van de fabriek in 1975 erg veel veranderd is aan de productiewijze. Zo is de richting van het productieproces in de loop der jaren omgewisseld.
De fabriek zelf wordt quasi continu uitgebreid om aan de stijgende vraag te voldoen. Dit fenomeen komt voor bij een ‘gezond’ bedrijf. Vaak wordt hiervoor echter uitgegaan van het op dat ogenblik beschikbare budget. Er wordt gezocht naar de goedkoopste oplossing om aan een bepaalde nood (op korte termijn) te voldoen.
De volgende figuur toont de volledige lay-out van de productiehal met onderaan de Twin- lijn, die even naar beneden afbuigt alvorens een hoek van 90° te maken waar de testbank zich bevindt. De Mix-lijn (bovenaan) maakt een soort accordeonbeweging alvorens de middelzware vrachtwagens, net zoals de zware, getest worden. Eventuele defecten kunnen daarna nog verholpen worden. Ook zijn de afmetingen van het standaard raster bij Volvo Trucks aangeduid: namelijk 18m op 25m (in mm op de figuur).
Figuur 2. Begin van de Mix-lijn Figuur 3. Begin van de snelle Twin-lijn
Figuur 4. Lay-out fabriek met Twin (onder) – en Mix-lijn (boven)
Figuur 5 geeft de richting van de productiestromen gedetailleerd weer binnen de fabriek, met bovenaan de Mix-lijn en onderaan de Twin-lijn.
Figuur 5. Productiestromen binnen de fabriek
1.3 Probleemstelling
De huidige probleemsituatie is tweeledig: enerzijds is er het raster van de kolommen. Deze vormen de dragende structuur van de fabriek, maar verhinderen de optimale fabriekslay- out. Elke kolom kan een potentiële hindernis vormen voor latere productie. Naar flexibiliteit toe zijn grote overspanningen en bijgevolg vrije ruimte wenselijk. Het raster van kolommen
legt dus de lay-out in de toekomst gedeeltelijk vast of beperkt in elk geval zijn mogelijkheden.
Anderzijds heeft de sterke productiestijging in VET geleid tot een groot aantal uitbreidingen.
In 2006 werden maar liefst 35035 vrachtwagens geassembleerd, waarvan het grootste gedeelte bestond uit zware vrachtwagens. Dit komt neer op zo’n 30% van alle door Volvo geproduceerde vrachtwagens ter wereld. In 2004 werd de kaap van 30000 vrachtwagens nog niet gehaald, maar in de nabije toekomst wordt zelfs een aantal van 50000 voorspeld. VET is dus aan een sterke opmars bezig en dat heeft zo zijn gevolgen.
Om aan de stijgende productie te voldoen is men genoodzaakt om uit te breiden.
Hierdoor werden twee als magazijnen geconstrueerde ruimtes opgenomen in het productieproces. Als vanzelfsprekend
is een magazijn niet uitgerust om zware lasten zoals takels (gewicht per takel: 1 ton) te dragen. Het begin van de productielijn voor zware vrachtwagens vindt plaats in een oorspronkelijk magazijn. Het dak ervan is niet in staat om enige lasten te dragen. Een stalen inwendig skelet voorziet de assemblagelijn van de mogelijkheid om takels te gebruiken, zoals te zien is in figuur 6. Op deze manier wordt voldaan aan de eisen met betrekking tot het dragen van lasten voor het productieproces. De extra kosten veroorzaakt door het inwendige skelet, hadden vermeden kunnen worden als de uitwendige structuur bij het ontwerp beter uitgerust was. Hetzelfde probleem doet zich ook voor op een andere plaats in de fabriek. Daar wordt een magazijn gebruikt voor het trimmen van de cabines. Dit magazijn van 3600m² was oorspronkelijk bedoeld voor de voormontage. De bestemming ervan is ondertussen al een aantal keer gewijzigd. De overspanning van 36m wordt verzorgd door liggers met veranderlijke hoogte. Ook hier wordt gebruik gemaakt van een inwendig skelet.
De ‘cabin trim’ zal in de toekomst verplaatst worden naar een in constructie zijnde fabriekshal (zie paragraaf 5.4).
Daarnaast komt nog eens dat de aanwending van verschillende projecten binnen de productie ook nog aanpassingen vergen aan het aantal takels. De overlast die op een bepaalde plaats optreedt mag de maximale belasting niet overschrijden waaraan de balken kunnen voldoen. Het blijkt dat verschillende platte daken al kritiek worden bij te grote regenval of ten gevolge van sneeuwbelasting. Pompen zijn dus een noodzakelijk kwaad om ervoor te zorgen dat bepaalde balken geen te grote doorbuiging veroorzaken. Figuur 7 geeft de maximale lasten weer die alle secundaire balken in de fabriek kunnen dragen.
Figuur 6. Inwendig skelet ten gevolge van het in gebruik nemen van een magazijn voor productie
Figuur 7. Maximale belasting aan secundaire balken in fabriek VET
1.4 Analyse
Deze knelpunten bij Volvo Europa Truck leiden tot enkele pertinente vragen. Had in het verleden rekening gehouden kunnen worden met deze problematiek? Is er een visie of strategie op langere termijn met betrekking tot de infrastructuur? Algemeen wordt de visgraat lay-out als de ideale fabriekslay-out voorgesteld. Is hier naar gestreefd of werd dit niet in overweging genomen?
Figuur 8. Visgraat als optimale lay-out
Het principe van de visgraat lay-out houdt in dat de volledige assemblage op één rechte lijn (A-B) wordt geplaatst: van het prille begin tot de uiteindelijke beëindiging van het productieproces. Langs beide zijden van deze rechte lijn zullen de ‘suppliers’ de lijn van voorgemonteerde producten voorzien om de assemblage zo optimaal mogelijk te laten verlopen. Dit vergt voor elke voedingslijn (zie pijlen naar lijn A-B) echter veel ruimte. Deze vrije ruimte is in de fabriek in Oostakker slechts voor handen op de plaats waar de motoren naar de lijn worden gebracht.
Figuur 9. Na voormontage wordt de motor naar de montagelijn getakeld.
Zoals al is aangehaald, zijn in de loop der jaren een groot aantal uitbreidingen gebeurd. Deze zijn het gevolg van de groeiende productie. 20 jaar geleden werden 6000 vrachtwagens per jaar gemaakt terwijl in de nabije toekomst tot 50000 vrachtwagens de fabriek buiten rijden.
De uitbreidingen zijn dus noodzakelijk, daar bestaat geen enkele twijfel over. Ten gevolge van alle uitbreidingen zit Volvo Trucks bijna aan zijn maximale uitbreidingscapaciteit. Dit brengt met zich mee dat voorzichtiger wordt omgesprongen met de vrije ruimte. Het al vermelde nieuwe gebouw is volledig uitgerust als een productieruimte, zodat problemen uit het verleden zich niet herhalen.
In de oorspronkelijke productiehal (en in alle gebouwen van VET) heeft men gekozen voor een betonnen skeletstructuur met een raster van 18m op 25m. Per primaire balk die steunt op twee kolommen, zijn 5 secundaire balken geplaatst met een tussenafstand van 5m. Indien nodig kunnen hieraan extra lasten gehangen worden. De oorspronkelijke productieruimte is uitgebreid met nog eens 18m, dit is te zien op figuur 10 waarbij twee kolommen naast elkaar staan.
De enige plaats waar het principe van de visgraat enigszins mogelijk is, is waar de motoren voorgemonteerd worden. Dit was vroeger een
magazijn. Het principe is wegens een gebrek aan ruimte op de overige plaatsen in de fabriek niet uit te voeren. Beslissingen uit het verleden hebben ervoor gezorgd dat enkele kleine gebouwen (in verband met nutsvoorzieningen ed.) gebouwd zijn op plaatsen die nodig zijn voor de visgraat lay-out. Het plan om deze te verplaatsen en de plek gebruiksklaar te maken voor voormontage is snel afgevoerd wegens te kostelijk.
De huidige breedte van de productieruimte is 90m. Naar de industrie toe zou het wenselijk zijn een programma uit te werken waarbij het invoeren van kostprijs (beschikbaar budget), lengte overspanning en grootte van belastingen tot een optimaal resultaat leidt. Uiteraard spelen nog andere factoren hier in mee. Het gebruik van de inwendige skeletten in de fabriek hinderen de dagelijkse gebruikers in hun bewegingsvrijheid. Alles wat aan het dak kon hangen, zou geleid hebben tot meer vloerruimte. Men koos hier voor een raster van 18m op 25m, maar evengoed had voor een ruimer rooster gekozen kunnen worden zodat de
Figuur 10: Uitbreiding van de productieruimte (2 kolommen)
Figuur 11. Secundaire balken, geplaatst met een tussenafstand van 5m
kolommen zich verder uit elkaar zouden bevinden. Grotere overspanningen leiden echter tot een grotere hoogte van de balken en uiteraard zal de kostprijs evengoed vergroten.
Laten we iets dieper ingaan op de nood aan uitbreiding van VET. Tabel 1 geeft de oppervlaktes van vijf ruimtes van Volvo Europa Truck, opgenomen van 1979 tot 2006.
Uitbreiden wijst erop dat het bedrijf goed draait. Als de vraag naar producten stijgt dan moet de productie aan deze vraag voldoen, wat zal leiden tot uitbreiding. Bijlage A geeft een mooi overzicht van de bestemmingen en totale oppervlakten van zowel VET als Volvo Parts Gent (VPG). De vergelijking tussen beiden is duidelijk op te merken. Aangezien VPG zich concentreert op stockage zijn er slechts een beperkt aantal uitbreidingen gebeurd, is deze constructie mooi rechthoekig en heeft ze nog steeds dezelfde bestemming. Bij VET vallen vooral het grote aantal aangebouwde constructies op.
Als we bijvoorbeeld de centrale productieruimte BTC van Volvo Europa Truck onder de loep nemen, zien we in Tabel 1 dat sinds 1979 de oppervlakte van het gebouw meer dan verdubbeld is.
De bestemmingen van de verschillende gebouwen zijn (zie Bijlage A):
• BTA: receptie en kantoorruimte
• BTB: oorspronkelijk magazijn (nu: geautomatiseerd magazijn en productieruimte)
• BTC: productiehal
• BTD: testruimte en uitbreiding van productiehal
• BTF: magazijn
Overzicht oppervlakten gebouwen VET in m²
1979 1985 1990 1994 1998 2002 2006
BTA 3960 3960 7055 7864 8081 8326 8326
BTB 11000 11000 11000 12688 16382 16655 16655 BTC 17650 17650 29294 30370 36090 37589 37589
BTD 3654 3654 4524 5946 7107 8831 8907
BTF 5534 6018 8504 10757 10920 10920
Tabel 1. Uitbreidingen Volvo Europa Truck in de loop der jaren
Naar funderingen toe leverde de uitbreiding (met 18m) ook problemen op. Wegens de plaatsing van de nieuwe kolommen en de beperkte ondergrondse ruimte door het funderingsblok van de originele kolom moesten alternatieven gezocht worden. De nieuwe kolom (onderste gearceerde vierkant op figuur 14) wordt gefundeerd op een balk die ondersteund wordt door twee nieuwe betonnen funderingsblokken (in het midden van een balk met 2 opleggingen). Deze uitbreiding heeft dus niet enkel een zichtbare kost, onder de grond moeten ook (extra) investeringen gedaan worden. Daarbij wordt dan nog niet ingegaan op de extra kosten die gemaakt dienen te worden bij onzorgvuldige plaatsing van bijvoorbeeld leidingen of gewoon door het niet in kaart brengen ervan.
Figuur 14. Funderingen bij uitbreiding van de productiehal
Figuur 12. Centraal de uitgebreide productieruimte BTC Figuur 13. Magazijn BTB, nu deels
gebruikt voor productie
1.5 Conclusies
Had men bij het ontwerp van de fabriek van VET meer aandacht moeten besteden aan eventuele uitbreidingsmogelijkheden? Kon men daar wel rekening mee houden? Sinds ’75 is een duidelijke technologische revolutie op gang gekomen die velen verrast heeft, niet in het minst de industriebouw. Het staat buiten kijf dat niet kon voorspeld worden in hoeverre Volvo Europa Truck effectief tot de productie van vandaag zou komen. Er is in de loop der jaren echter wel een duidelijke trend in de productie waar te nemen. De juiste ogenblikken van uitbreiding, de doelstellingen en het beschikbaar budget valt in deze case study moeilijk te achterhalen. Toch is het duidelijk dat het gebruik van de inwendige skeletten op het moment dat deze ingevoerd werden een economische optie was. Deze beperken echter de beschikbare vloercapaciteit van de fabriek in belangrijke mate.
Dus stelt zich de vraag in hoeverre de hedendaagse industriebouw zich effectief concentreert op flexibiliteit en aanpasbaarheid op langere termijn. De automobielsector is een voorbeeld van een industrie die nood heeft aan een hoge graad aan flexibiliteit, dit ten gevolge van de grote verscheidenheid in geproduceerde modellen en de grote automatisatie van het productieproces. In een sector, waarin een deel van de producten geassembleerd wordt naar de wensen en verzuchtingen van de opdrachtgever is dit uiteraard van groot belang. Had men de kolommen anders kunnen plaatsen of kon er een compleet andere rasterstructuur uitgedacht worden waarbij de vrije ruimte niet beperkt werd door een regelmatig raster aan kolommen? In hoeverre speelt het financiële aspect een belang in de te nemen beslissingen? Wordt er door bedrijven aan ‘Masterplanning’ gedaan, waar bij het ontwerp getracht wordt in te spelen op latere evoluties? Hoe staan het ontwerp en de constructie in verhouding tot de gewenste lay-out, zowel van de eerste gebruiker als van eventueel latere? Een flexibele fabriek en herindeelbare lay-out kunnen ervoor zorgen dat een fabriek niet met de grond gelijk gemaakt moet worden omdat ze niet voldoet aan de eisen van volgende gebruikers. Ook op ecologisch vlak is dit een goede oplossing.
Deze scriptie wil een antwoord zoeken op deze vragen. De automobielsector leent zich uitstekend voor deze denkoefening, aangezien deze erg reactief is voor wijzigingen in de markt. Kleine batch-groottes (verschillende modellen) vragen een optimale fabriekslay-out om tot een goed en efficiënt productieproces te komen. Op lange termijn moet dus een optimum gevonden worden voor een zo efficiënt mogelijk productieproces (aan de hand van een flexibele, goed ontworpen lay-out) binnen een zo flexibel mogelijke fabriek (met een goed gekozen raster).
Hoofdstuk 2 Fabriekslay-out: algemeen en toegepast op de automobielindustrie
2.1 Inleiding
Om een servicegraad van 100% te bereiken, zodat alle producten op tijd en in voldoende aantal bij de klant terecht komen moet de vraag van de klant volledig voorspelbaar zijn. Dit is echter quasi onmogelijk. Een alternatief bestaat erin om een zeer grote buffervoorraad op te bouwen. De vraag is in de automobielsector echter zeer wisselvallig en volgens het Just- In-Time principe moet de voorraad tot een absoluut minimum beperkt worden. De enige oplossing is bijgevolg flexibiliteit. Hoe kan met een beperkte voorraad toch voldaan worden aan een maximale servicegraad binnen deze dynamische markt? Hoe kunnen de geleverde onderdelen snel en efficiënt tot een kwalitatief sterk product geassembleerd worden binnen de bestaande structuur? In de loop der jaren zijn vele studies uitgevoerd om de optimale lay- out te ontwerpen. Dit is echter geen exacte wetenschap. Dé optimale lay-out is volledig afhankelijk van de productiestromen binnen de infrastructuur. In wat volgt wordt de lay-out van fabrieken bekeken vanuit een algemeen oogpunt en wordt waar mogelijk een link gemaakt met de automobielsector.
2.2 Logistiek
“Logistics is that part of the supply chain process that plans, implements, and controls the efficient, effective flow and storage of goods, services, and related information from the point of origin to the point of consumption in order to meet customer’s requirements.”
Council of Logistics Management De supply chain of logistieke keten bestaat uit een aantal entiteiten, zoals leveranciers, fabrieken, opslagplaatsen en klanten. [1] In de fabriek worden de geleverde onderdelen geassembleerd tot een afgewerkt product dat getransporteerd wordt naar een magazijn of rechtstreeks naar de klant. Logistiek kan opgedeeld worden in ‘outbound’ en ‘inbound’: de eerste optie refereert naar alles wat zich buiten de productieruimte afspeelt, zoals leveringen van onderdelen en transport van afgewerkte producten tot bij de klant. Inbound logistiek heeft betrekking op de planning binnen de fabriek: van het moment van levering tot de afwerking van producten. Binnen de supply chain wordt gewag gemaakt van drie belangrijke stromen: de materiaalstroom, de informatiestroom en een (onzichtbare) geldstroom. Onderstaande figuur geeft weer op welke manier de productiestructuur kan verbeterd worden. Dit kan op drie manieren: ofwel wordt de output van de bottleneckcapaciteit verhoogd ofwel worden de seriegroottes verkleind. Als laatste mogelijkheid kan de lay-out verbeterd worden. Dit is de optie die in dit hoofdstuk besproken wordt. Wat is de optimale lay-out van een fabriek in de automobielindustrie?
Logistiek bezit enkele kritieke parameters die de servicegraad in grote mate zullen bepalen:
Tijd: doorlooptijd (tijd tussen order en levering)
Variëteit: hoe meer varianten, hoe meer buffervoorraad nodig is, hoe groter het risico op overschot in voorraad en hoe duurder het transport is.
Kosten: voorraad – (variabel), transport – (variabel) en beheerskosten (vast)
Logistiek kan opgedeeld worden in 2 modellen, afhankelijk van de positie van het KOOP (Klant Order Ontkoppel Punt). KOOP is het voorraadpunt waarop alle informatie van het order bekend is. Het verdeelt de logistieke keten dus in twee delen: een deel gebaseerd op voorspellingen en een deel op basis van de werkelijke gegevens van het order. Toyota maakt gebruik van het Anticipatief Logistiek Model waarbij de productie volledig gebeurt op basis van voorspellingen. De afgewerkte producten worden daarna opgeslagen in een magazijn en verkocht aan klanten. De levertermijn is minimaal. Het Reactief Logistiek Model gaat ervan uit dat een product pas geproduceerd wordt nadat een order binnenkomt (vb.
scheepsbouw). Volvo en Renault volgen het Hybride Logistiek Model dat de voordelen van beide modellen samenbrengt: alle onderdelen (modules) worden opgeslagen in een magazijn, klaar om geassembleerd te worden als een klantenorder binnenkomt. Op deze manier wordt het risico op een overschot van voorraad binnen de perken gehouden. De leveringstermijn is uiteraard langer dan bij Toyota, maar dit wordt gecompenseerd door de grotere zekerheid.
De dynamische marktvraag (externe onzekerheid) dient opgevangen te worden door flexibiliteit of buffers. Deze onzekerheden nemen toe door een stijgende productiemix en een korte levenscyclus van deze producten. Buffers komen voor in drie gedaanten: extra voorraad, extra doorlooptijd of extra capaciteit.
Figuur 15. Verbeteringen aan productiestructuur
Flexibiliteit van de productie kan voorzien worden op verschillende niveaus:
Op fabrieksniveau (verhoogde capaciteit, gevarieerdere product mix)
Op machineniveau (korte steltijden door kleinere reeksen, automatisatie)
Door integratie (planningssystemen, computernetwerken, flexibele automatisering)
Het spreekt voor zich dat deze integratie-elementen zorgen voor een betere benutting van de flexibiliteit. Zelf creëren ze deze uiteraard niet… Volgende quote toont aan dat de fabriek zelf en de machines hoofdzakelijk voor flexibiliteit zorgen [1] :
“Merk tenslotte op dat flexibiliteit vooral door de infrastructuur wordt bekomen.”
Voor de optimalisatie van de inbound logistiek wordt gebruikt gemaakt van Just-in-time leveringen. Zoals al vermeld werd zijn de voorraadkosten significant en hoe groter de voorraad is, hoe groter de kans op een overschot wordt. Daarom moet de ‘inventory’
minimaal gehouden worden zonder dat grote risico’s op een tekort optreden. Hiervoor worden meerdere en precies geprogrammeerde leveringen ingevoerd. JIT heeft twee vormen: de traditionele JIT voor standaard stukken waarbij in kleine batches wordt geleverd en de sequentiële JIT waarbij leveringen exact in de volgorde van opbouw worden voorzien.
De sortering en snelheid van deze leveringen zijn zeer belangrijk en kunnen gebeuren via de leverancier of via een sorteercentrum (SILS center: zie figuur 16). Meer hierover in paragraaf 2.7.
Figuur 16. Auto assemblage en de rol van een centraal sorteercentrum
2.3 Lay-out Principes
Een fabriek herbergt een geheel aan diensten, machines, computers en uiteraard mensen.
Gezien de technologische evoluties wordt de rol van deze laatste groep beperkter en onzekerder met betrekking tot de toekomst. Desalniettemin moeten deze actoren zo geplaatst worden binnen de structuur zodat een zo efficiënt mogelijke materiaalstroom bekomen wordt. Afhankelijk van het product volume en de product variatie kan een basis lay-out gekozen worden. [2] Daarna wordt deze lay-out gedetailleerd uitgewerkt. In wat volgt worden de drie mogelijkheden voorgesteld en gewikt en gewogen. Het soort opdracht zal uitmaken welke lay-out wenselijk is:
Product variatie Product volume Product operaties Heel hoog Heel laag
Jobbing operaties hoog laag
Batch operaties medium medium
Massa operaties laag hoog
Continue operaties Heel laag Heel hoog
Tabel 2. Product variatie en volume bij verschillende soorten operaties
De operaties binnen de automobielsector kunnen opgevat worden als massa operaties. De assemblage is relatief repetitief met grote volumes en beperkte variaties.
2.3.1 Proces lay-out
In proces lay-out worden verschillende productieprocessen samen gepositioneerd.
Producten bewegen zich door de fabriek van proces naar proces. Deze lay-out is ideaal voor producten met een hoge variëteit maar een laag volume. Door het groot aantal processen zal de lay-out onvermijdelijk erg complex worden. In deze lay-out ligt de nadruk sterk op de plaats van de processen in de fabriek.
2.3.2 Product lay-out
Voor de productie van grote hoeveelheden gelijkaardige producten (hoog volume, lage variëteit) wordt een product lay-out voorzien. Deze bezit een zeer duidelijk, voorspelbaar en gemakkelijk te controleren traject. In deze lay-out ligt de klemtoon op de eisen of noden van het product en wordt de lay-out vanuit deze betrachting opgesteld.
2.3.3 Cel lay-out
De cel lay-out brengt de voordelen van proces en product lay-out samen. Door het onderverdelen van de productieruimte in cellen wordt de complexiteit sterk verminderd.
Toch behoudt ze de flexibiliteit van de proces lay-out. Elke cel herbergt een proces en er is een duidelijke volgorde die de producten moeten doorlopen. Een cel kan zelf een product of proces lay-out bezitten.
Figuur 17. Cel lay-out
Deze lay-out kan bekomen worden via een productiestroomanalyse: bij het opstellen van een matrix met enerzijds de machines en anderzijds de productfamilies moeten deze zo georganiseerd worden dat ze zo dicht mogelijk bij de diagonaal liggen, zoals in onderstaande tabel te zien is. Deze methode geeft echter zelden een volledige oplossing. In dit voorbeeld moet voor productfamilie 8 eventueel een bijkomende machine (3) aangeschaft worden wat de kosten uiteraard verhoogt.
Product families
Machines
1 2 3 4 5 6 7 8
1 X X
2 X X X
3 X X X
4 X X X
5 X X X
6 X X
7 X X
8 X X X
Product families
Machines
3 6 8 5 2 4 1 7
4 X X X
1 X X
6 X X
3 X X X
8 X X
2 X X X
5 X X X
7 X X
Tabel 3. Productiestroomanalyse in het geval van een cel lay-out
Cel A
Cel B
Cel C
In onderstaande tabel worden enkele voor – en nadelen van elke lay-out besproken [3]:
Layout Voordelen Nadelen
Proces • hoge mix en product flexibiliteit
• robuust in het geval van onderbreking
• gemakkelijke supervisie over materiaal
• beperkt gebruik van machines
• hoge voorraad in beweging (WIP)
• moeilijk controleerbare en complexe stromen
Cel • goed compromis tussen kosten en flexibiliteit voor operaties met relatief hoge variëteit
• snelle doorlooptijd
• meer machines nodig
• eventueel lagere bezettingsgraad
Product • lage kosten per eenheid voor hoog volume
• Efficiënter materiaalgebruik
• Optimale beweging van materiaal
• lage mix en product flexibiliteit
• niet erg robuust bij onderbreking
• repetitief werk
Tabel 4. Voor – en nadelen verschillende lay-out types
De vorm van de montagelijn kan ook zeer verschillend zijn: de meest eenvoudige is uiteraard de lineaire.
Figuur 18. Lineaire assemblagelijn
Alternatieven zijn de U-vorm, L-vorm en S-vorm. Voordelen zijn te vinden in flexibiliteit, teamwork, snellere reparatie van fouten, betere aanvoer van materiaal,…
Figuur 19. U-vorm en S-vorm als montage lijn
2.4 Het lay-out probleem vanuit analytisch oogpunt
Het lay-out probleem is door de jaren heen al vaak het onderwerp van onderzoek geweest.
Het is echter geen exacte wetenschap en een ‘optimale’ oplossing bestaat niet. Voor elke situatie dient een lay-out gevonden te worden die de verwachtingen zo dicht mogelijk benadert. Dit is een continu en iteratief proces. Verschillende alternatieven kunnen hierbij aangebracht worden.
Velen hebben geprobeerd om aan de hand van algoritmes een algemene werkwijze te vinden voor het lay-out probleem. Deze benadering vormt niet het onderwerp van deze scriptie en hier zal dan ook niet diep op ingegaan worden. Toch kunnen enkele auteurs aangehaald worden, die zich hierin gespecialiseerd hebben. Singh en Sharma onderzochten de verschillende aanpakken die fabriekslay-out kunnen noodzaken. Ze zien een trend naar een aanpak met meta-heuristieken, zoals genetische algoritmes. [4] Deze algoritmes worden ook behandeld door Balamurugan, Selladurai en Ilamathi [5] en Wang en Farhad [6]. Meta- heuristieken worden toegepast bij problemen die geen optimale algoritme opleveren, zoals het lay-out probleem. Michalek, Choudhary en Papalambros gaan uit van een nieuw efficiënt algoritme op basis van gradiënten en vergelijken deze met de huidige automatische algoritmes. [7] Liggett bekijkt het verleden, heden en de toekomst inzake algoritmes die de ruimte allocatie problemen moeten oplossen. [8] Benjaafar en Skeikhzadeh hebben zich veelvuldig beziggehouden met de lay-out problematiek. Zo ook onderzochten ze de aanpak bij het ontwerp van een flexibele fabriekslay-out. Ze stellen een procedure voor die het lay- out en allocatie probleem iteratief kan oplossen door de aanwezigheid van duplicaten. [9]
Kochhar en Heragu onderzochten het ontwerp van fabriekslay-out in snel wijzigende omgevingen. Ze creëerden een kader waarbinnen dit ontwerp eenvoudiger kan gemaakt worden aan de hand van genetische algoritmes. [10] Meng, Heragu en Zijm [11] ontworpen een herconfigureerbare lay-out en toetsten deze aan bestaande lay-outs door middel van een stochastische prestatiemeter.
Al deze voorbeelden tonen de complexiteit van het probleem aan. Het is dan ook onmogelijk een pasklare oplossing voor te leggen. Een lay-out moet continu geanalyseerd worden en eventueel aangepast worden aan nieuwe situaties. Wel kan een algemene procedure voorgesteld worden zodat een aanvaardbaar resultaat wordt bekomen [12] :
Het lay-out probleem formuleren.
Het probleem analyseren aan de hand van een gedetailleerde beschrijving van de karakteristieken, beperkingen en criteria.
Alternatieve oplossingen zoeken: maximaliseer het aantal mogelijkheden, de kwaliteit en de variëteit van de alternatieven, waaruit de oplossing gekozen moet worden.
Het ontwerp van de voorgestelde alternatieven evalueren op basis van verschillende criteria: klassement opmaken volgens criteria zoals aanpasbaarheid in de toekomst, flexibiliteit, ruimtegebruik, efficiëntie van het materiaalgebruik,…
Een keuze maken uit de alternatieven na evaluatie
De voorgestelde oplossing uitwerken
De beste lay-out zal deze zijn die het beste compromis is tussen de eisen van de opdrachtgever en de fysieke beperkingen die het gebouw met zich meebrengt. De optimale situatie zou zijn om eerst een lay-out te bepalen en dan het gebouw er rond te bouwen. Het
spreekt voor zich dat dit niet de gangbare werkwijze is. In de literatuur is echter weinig te bespeuren over de link tussen engineering (lay-out) en architectuur van het gebouw. Del Río-Cidoncha, Iglesias en Martínez-Palacios onderzochten de verschillende aanpak die architecten en (product-)ingenieurs hebben bij het ontwerp van een lay-out en constructie.
[13] Voor ingenieurs blijkt het hele proces objectiever in de zin dat de methodologie, doelstelling en oplossing vrij rationaal kan bepaald worden. Deze kunnen nadien onderworpen worden aan vastgelegde parameters. In de architectuur zijn deze stappen eerder subjectief naar het oordeel en de smaak van de architect. De doelstellingen (functionaliteit, esthetiek) zijn moeilijker te omschrijven en om te zetten naar parameters, terwijl deze voor ingenieurs zeer duidelijk zijn (kostreductie, efficiëntie). Toch kan aangetoond worden dat beiden naar elkaar convergeren: architecten hebben het belang begrepen van de evaluatie van een ontwerp via vaste parameters (hoe goed is een ontwerp in sterk omlijnde parameters?) terwijl ingenieurs vastgesteld hebben dat esthetiek van het gebouw, veiligheid en well-being van werknemers even belangrijk zijn voor een ontwerp als de efficiëntie van het productieproces.
2.5 Next Generation Factory Layouts (NGFL)
De vraag vanuit de industrie naar flexibele lay-outs is duidelijk aanwezig. Het lay-out vraagstuk is door velen diepgaand onderzocht en zodoende zijn een groot aantal deterministische lay-out algoritmes voorgesteld, zoals vooraf besproken in paragraaf 2.4.
Deze gaan er echter van uit dat de vraag voldoende op voorhand gekend is. In de praktijk is die kennis meestal niet voor handen en kan de markt, zoals deze van de automobielsector zeer snel wijzigen. Daarom is de vraag naar flexibele, modulaire en herconfigureerbare lay- outs erg groot. Als de productie ten gevolge van wijzigingen moet stilgelegd worden zijn de kosten navenant. Bedrijven met veel producten met een variabele vraag en korte levenscycli hebben meer nood aan een flexibele lay-out. De conventionele lay-outs, zoals product –, proces – en cel lay-out voldoen echter niet aan de hoge eisen die door deze bedrijven worden opgelegd. Deze lay-outs zijn ontworpen voor een bepaalde productiemix en – volume voor een bepaalde periode en zijn allesbehalve flexibel.
Het ontwerp van lay-outs werd voorheen telkens op deterministische wijze gedaan volgens een bepaalde parameter (bvb totale materiaalgebruik kost). Meestal is deze parameter een statische factor die de efficiëntie van het materiaalgebruik moet voorstellen. Deze heeft echter geen enkel verband met de flexibiliteit of de herconfigureerbaarheid van de betreffende lay-out. Er wordt gezocht door Balakrishnan en Cheng naar een antwoord op het ‘dynamic facility-layout problem’, waarbij voor elke toekomstige periode het materiaalgebruik en de kosten ten gevolge van de nieuwe lay-out zo minimaal gehouden worden. [14]
In sterk wijzigende sectoren kan enerzijds gekozen worden voor een robuuste lay-out waarbij verschillende scenario’s uitgewerkt worden al naargelang de vraag. Deze lay-out zal
voor geen van hen echt ideaal zijn, maar voor alle scenario’s zal er een acceptabel resultaat verkregen worden. Het grootste probleem met de hedendaagse ontworpen methodes ligt echter in het feit dat min of meer verondersteld wordt dat een bepaalde productie zal plaatsvinden in een bepaalde periode. Deze voorspellingen zijn niet altijd even accuraat.
Anderzijds kan geopteerd worden voor flexibele en modulaire lay-outs, waarbij wijzigingen zo weinig mogelijk problemen opleveren. Het voornaamste probleem met flexibele lay-outs is dat alle mogelijke productiewijzen voor de toekomst bekend zouden moeten zijn. De enige oplossing is dat er bepaalde voorzieningen aangebracht worden, die ervoor zorgen dat de lay-out met zo weinig mogelijke kosten kan aangepast worden. Deze laatste optie is veel belovend maar er is helaas nog niet zoveel over bekend.
Het consortium voor “Next Generation Factory Layouts”, bestaande uit verscheidene Amerikaanse universiteiten en bedrijven heeft zich bezig gehouden met het uitdenken van nieuwe methoden voor het ontwerp van flexibele lay-outs. [15] Vier mogelijke lay-outs worden hierbij voorgesteld, nl. gedistribueerde, modulaire, herconfigureerbare en behendige lay-outs:
2.5.1 Gedistribueerde lay-out
Voor deze lay-out worden subdepartementen verspreid over de volledige fabriek waarbij deze strategisch gekozen worden zodat duplicaten eventuele wijzigingen kunnen opvangen binnen de huidige structuur. Deze vaste lay-out werkt efficiënt in verschillende scenario’s, al moeten de kosten voor materiaalgebruik wel minimaal gehouden worden. Bij een zeer frequent fluctuerende vraag en bijgevolg hoge kosten voor herconfiguratie is deze lay-out zeer nuttig. Een slechte inschatting van de toekomstige vraag zal geen tot weinig effect hebben op de productie.
Figuur 20. Gedeeltelijk en volledig gedistribueerde lay-out
2.5.2 Modulaire lay-out
Deze hybride lay-out is een combinatie van alle mogelijke lay-outs en is voorzien voor complexe materiaalstromen die niet met één basismodel kunnen opgelost worden. In dat
geval worden verschillende processen voorzien van een apart basistype (proces –, cel – of product lay-out) en vormt het geheel een modulaire lay-out.
Figuur 21. Modulaire lay-out (Motorola Inc.)
2.5.3 Herconfigureerbare lay-out
Deze lay-out gaat uit van de herlokalisatie van materiaal binnen de fabriek, voornamelijk in industrieën die gebruik maken van lichte machines die gemakkelijk verplaatsbaar zijn. Zo kan ervan uitgegaan worden dat de lay-out meerdere malen per jaar gewijzigd wordt. De kost voor ‘material handling’ kan in deze geminimaliseerd worden door het verplaatsen van de machines bij een nieuwe productmix en volume. Uiteraard moet de kost voor het verplaatsen in rekening gebracht worden.
2.5.4 Behendige lay-out
In frequent herconfigureerbare fabrieken is het beter te lay-outen volgens maximale
‘operationele prestatie’ in plaats van een statische parameter zoals de kost van minimale materiaalgebruik. Deze nieuwe waardemeter uit zich in doorlooptijd, voorraad in bewerking en omzet. Het oorzakelijk verband tussen de lay-out configuratie en deze operationele prestatie is echter moeilijk te bepalen. Een mogelijkheid bestaat erin de gemiddelde afstanden (en de bijhorende variantie) te bepalen die de producten afleggen binnen een configuratie. Op deze manier kan het verschil aangeduid worden tussen een lineaire, lus of
ster lay-out. Deze laatste bezit de kleinste variantie. De nieuwe vestiging van Toyota in Valenciennes is een goed voorbeeld van deze ster lay-out.
Figuur 22. Lineaire en lus lay-out
Figuur 23. Ster lay-out
2.6 Trends in de huidige industrie 2.6.1 Outsourcing
Vele bedrijven beginnen een aantal opdrachten uit te besteden met het JIT-principe in het achterhoofd. De gevolgen voor de lay-out zijn dan ook groot. Als leveranciers hun afgewerkte producten tot bij de assemblagelijn mogen brengen, moet de huidige fabriek daaraan aangepast zijn. In dat geval wordt gesproken van de visgraat lay-out (spine layout), die ook al ter sprake kwam in de case study met betrekking tot Volvo Europa Truck in Gent.
Het is de taak van de ‘facility planner’ om een lay-out te voorzien met een vaste kern (met hoge efficiëntie) en variabele periferieën (met hoge flexibiliteit en herconfigureerbaarheid).
Voorbeelden van deze lay-out zijn de Cadillac fabriek (T-vorm) in Michigan en de Volkswagen vestiging in Brazilië waarbij alle leveranciers on-site aan voorassemblage doen. Nog in Brazilië hebben 16 leveranciers zich gevestigd rond de fabriek van General Motors. Allen delen hetzelfde systeem van vorkheftrucks en conveyors. De planning van dit gehele complex is dus veel ingewikkelder en beslaat niet enkel de lay-out van de assemblagefabriek.
Figuur 24. Visgraat lay-out
2.6.2 Uitgestelde productdifferentiatie
In dit geval wordt zo lang mogelijk gewacht om de producten te diversifiëren (make-to- stock). Alle producten ondergaan dezelfde processen tot op een bepaalde plaats in de productielijn. Daarna worden specifieke kenmerken toegevoegd (make-to-order) volgens de eisen van de klant. Computergigant Hewlett Packard past deze strategie toe.
Figuur 25. Uigestelde productdifferentiatie
2.6.3 Parallelle productie
Bijkomende capaciteit – vaak als parallelle productielijnen – wordt voorzien waarbij producten kunnen wijzigen van productielijn zodanig dat wachttijden minimaal blijven en het product niet gehinderd wordt in het continue productieproces. Op deze manier worden knelpunten of bottlenecks eenvoudig opgelost.
Figuur 26. Parallelle productie
2.6.4 Herschaalbare machines
Deze hoog flexibele, herschaalbare machines simplificeren het lay-outproces aanzienlijk. Ze zijn multifunctioneel en kunnen aangepast worden binnen hun capaciteit, naargelang de noodzakelijke functie. Bijkomende modules verhogen de flexibiliteit van deze machines gemakkelijk. Aangezien één machine quasi alle bewerkingen uitvoert, zullen de kosten voor materiaalgebruik zeer beperkt zijn.
2.6.5 Draagbare machines
Op deze manier wordt het lay-out probleem verplaatst van de producten naar de machines.
Hoge flexibiliteit wordt verwezenlijkt door lichte, draagbare machines die gemakkelijk gebruikt kunnen worden op verschillende plaatsen binnen de fabriek. Al naargelang de noodzakelijke productiemix en volume zou een machine geselecteerd kunnen worden die daarna snel en efficiënt ingewerkt wordt in het productieproces.
2.7 Toyota Production System
Toyota ontwikkelde sinds de jaren ’50 een productiesysteem, waarvan het al meermaals aangehaalde Just-in-time principe een onderdeel is. New [16] onderzocht het enigma rond dit Toyota Production System (TPS). In het Westen spreekt men van ‘Lean Manufacturing’ of
‘Lean Production’. De doorlooptijd, de tijd tussen het binnenkomen van een order en het afleveren van het product bij de klant, is de kritieke parameter. Hoe korter de doorlooptijd, hoe minder tijd en ruimte voor overbodige processen. Deze verspilling moet vermeden worden.
TPS steunt op de volgende 4 principes [1] :
Operationele stabiliteit: het opzetten en verbeteren van Standaard Werk door de uitvoerders
Jidoka: kwaliteitsbeheersing via gecontroleerde processen door middel van automatische of manuele (meet)systemen
Just-in-time: beperken van de doorlooptijd waardoor voorraad in bewerking (WIP) strikt onder controle gehouden wordt
Flexibele, capabele en gemotiveerde mensen: input door werknemers verhoogt het engagement en de teamspirit
Figuur 27. Toyota Production System
De gewijzigde markt heeft de verschuiving van PUSH naar PULL systemen genoodzaakt. Het Kanban systeem is het belangrijkste voorbeeld van een PULL systeem. Kanban staat voor visueel management. De klant bepaalt het tempo van produceren, waardoor een snelle reactie en dus flexibiliteit vereist is. Hiervoor dient er een snelle aanvulling van de voorraad te gebeuren door sterk op mekaar afgestemde productieprocessen. Een kleine buffer voorziet dit proces. Het spreekt voor zich dat dit risico’s met zich meebrengt, maar het Toyota Production System heeft zijn waarde al bewezen. Het JIT-principe is het meest geperfectioneerd voor de automobielindustrie. In onderstaande is de tijdlijn opgesteld voor een wekelijkse levering. De ‘Call-Off’ is het Kanban signaal dat het aantal en type van componenten aangeeft dat op een bepaald tijdstip moet geleverd worden. In de automobielsector is deze periode enkele dagen tot een week, voor Dell bijvoorbeeld kan dit 15 minuten bedragen voor nabije leveranciers.
Figuur 28. JIT tijdlijn voor assemblage in de automobielindustrie (Volvo)
Met betrekking tot de lay-out van fabrieken kiest TPS voor een compacte lay-out. Dit alles met het oog op snelle leveringen en een minimale voorraad. De vestiging van Toyota in Frankrijk is hiervan een voorbeeld.
Figuur 29. Compacte lay-out in JIT-filosofie
Hoofdstuk 3 Materiaal 3.1 Inleiding
Zoals al aangehaald werd, is de constructie van de fabriek vaak de eerste stap. Nadien moet een ‘optimale’ lay-out gekozen worden binnen deze structuur die een efficiënt productieproces oplevert. De bepaling van het te gebruiken materiaal voor de fabriek is erg belangrijk. In dit hoofdstuk worden de voor – en nadelen van verschillende materialen besproken. Ook wordt hun toepassingsgebied nagegaan aan de hand van gegevens van een aantal fabrikanten.
Beton staat bekend als een uitstekend materiaal voor industriebouw. De opkomst van geprefabriceerd beton heeft echter belangrijke implicaties op het hele bouwproces. Hier wordt dan ook sterk op ingegaan. Ook staal bezit een groot aantal voordelen met betrekking tot de industriebouw. Grote overspanningen zijn de voornaamste troef van staal. Recent is een nieuwe mogelijkheid aan de oppervlakte gekomen, namelijk gelamineerd hout. Er wordt nagegaan in hoeverre dit materiaal toepassing kan en zal krijgen in industrieën zoals de automobielindustrie. Er wordt ook onderzoek gevoerd naar de mogelijkheden van gelamineerd glas, maar deze optie is niet van toepassing als constructiemateriaal binnen de industriebouw. Hier wordt dus slechts kort op ingegaan.
3.2 Prefab beton
Tegenwoordig is geprefabriceerd beton een evidentie voor vele projecten, zoals aangegeven door Filip Declercq van ELD Partnership (zie bijlage B voor het verslag van het rondetafelgesprek op 19/03/’08). Het bezit een groot aantal voordelen tegenover in-situ beton. De milieuvriendelijkheid van de uitvoering, de industrialisatie van het bouwproces, kwaliteit van het beton en de snelle montage zorgen ervoor dat prefab beton steeds meer toepassing vindt. Door de snellere uitvoering daalt de kostprijs ook gevoelig (met een factor 2 tot 3). Aangezien de productie in een fabriek – in goede omstandigheden – plaatsvindt, kan de kwaliteit gewaarborgd worden.
Prefab betonconstructies volgen een andere ontwerpfilosofie dan ter plaatse gestort beton.
De montage van het geheel kan veel sneller plaatsvinden met behulp van specifieke verbindingen. Met geprefabriceerde betonelementen kunnen tot 4 maal grotere overspanningen en slankere doorsneden gefabriceerd worden. In tegenstelling tot staal behoeven voorgespannen betonnen structuren daarnaast geen bescherming tegen corrosie.
Prefabricatie kan ook toegepast worden voor de volledige constructie: van de funderingen tot het dak. Andere pluspunten zijn een hoge brandweerstand en een gering onderhoud van de elementen. Structo, Willy Naessens, Ergon en Van Maercke behoren tot de voortrekkers van bouwconstructies in prefab beton.
Ergon wijst erop dat industriële constructies gerealiseerd kunnen worden bestaande uit kolommen tot 30 meter hoog en liggers met een lengte van 50 meter. Rasterconstructies zonder tussenkolommen tot 960m² (40m op 24m) zijn mogelijk met standaardelementen.
Voorgespannen vloerelementen kunnen zware lasten tot 40 kN/m² dragen. Meer hierover is te vinden in hoofdstuk 4.
Figuur 30. Geprefabriceerde betonnen skeletstructuur
Informatie over de brandweerstand van beton kan gevonden worden in de Infofiche ‘Beton beschermt U tegen brand’. Hieronder wordt aangetoond waarom beton een uitstekend materiaal is tegen brand.
Tabel 5. Voordelen beton met betrekking tot brandweerstand
Uiteraard zijn er ook nadelen aan prefab beton. Door de enorme vraag kunnen fabrikanten soms niet meer de kwaliteit garanderen die gewenst is. (zie verslag rondetafelgesprek in bijlage B) Een controle van het geleverde beton dient dus zeker te gebeuren. Anderzijds is het eigengewicht van beton ook een nadeel, vergeleken met hout bijvoorbeeld. Deze vermindert de mogelijke nuttige lasten die gevraagd zijn door de opdrachtgever. Ook zullen de funderingen zwaarder gedimensioneerd moeten worden. Gezien de sterkte van beton zullen echter nog steeds grote overspanningen mogelijk zijn. Prefab beton is dus een zeer geschikt materiaal voor fabrieken binnen de automobielindustrie die grote nuttige lasten moeten aankunnen.
