Forskere fra University of Cardiff’s Business School undersøker hvordan lokale produksjonssentra for 3D-printing snart kan erstatte multi-echelon transportsystemene som mange av oss er kjent med over hele verden.
Et multi-echelon transportsystem er basert på at man beregner hvor mye av et produkt som finnes på lager lokalt og bestiller inn nye forsyninger som er produsert andre steder. Systemet er sterkt avhengig av lag av leverandører fordelt på flere distribusjonssentre. Dette er den typen system som mye av verdens transportstrukturer er basert på, og Cardiff-forskerne mener at bare 3D-printing kan være teknologien som skal til for å ryste opp i dette.
Emrah Demir, som studerer ledelse ved Cardiff Business School, , og kollegene Daniel Eyers, seniorlektor i produksjonssystemstyring, og Yuan Huang, lektor i operasjonsledelse, har presentert en effektiv matematisk modell for å undersøke ulike scenarier for integrert 3D-printproduksjon med transportplanlegging, og de potensielle fordelene dette kan gi for transportselskaper som kjemper for å overvinne utfordrende bylogistikk.
–Generelt løses produksjons- og transportproblemer hver for seg, forklarer de. –I denne undersøkelsen prøvde vi å integrere både viktige deler rundt oppfyllelse av kundeordrer og leveranser i tide, og studerte transport og produksjon på daglig og ukentlig basis. Vi foreslo en enkel, men effektiv algoritme som kan løse problemet med å opprettholde høye bruksrater for 3D-printing og effektiv bruk av varebiler.
Integrering av 3D-printing med transportlogistikk
De siste årene har 3D-printing blitt stadig mer integrert i transportsystemer rundt om i verden for å forenkle og forbedre områder av transportsektoren, spesielt innen bylogistikk. Bylogistikk refererer til distribusjon av gods i urbane strøk og strategiene for å forbedre effektiviteten mens den reduserer overbelastning og andre miljøpåvirkninger.
For eksempel har den amerikanske marinen innlemmet 3D-printing i sin virksomhet, og i noen tilfeller ombord på sine militære krigsskip, for raskt å produsere reservedeler og prototyper på forespørsel, noe som demonstrerer hvordan en transportressurs også kan tjene som et responsivt produksjonsmedium. Binderjet 3D-printeren OEM ExOne har nylig fått i oppgave å utvikle en bærbar 3D-printfabrikk for det amerikanske forsvarsdepartementet, som inneholder alt de væpnede styrkene kan trenge for reservedelproduksjon i felt, enten det er land, luft eller sjø .
Andre steder har Amazons patent på lastebiler utstyrt med 3D-printere potensiale til å muliggjøre mobile produksjonsnav for forbrukerprodukter i fremtiden. Patentet, som ble innlevert i 2015, beskriver muligheten for leverandører av 3D-printtjenester til å printe ut kundenes ordrer på en mobil lastebil, og det ble forventet på det tidspunktet at selskapets syn ble satt på en mye bredere forretningsmodell innen dette området.
I mellomtiden har den globale frakt- og logistikkleverandøren UPS også investert i 3D-printing, etter å ha utstyrt noen av kontorene sine med 3D-printere for å skape et on-demand print-nettverk for produsenter over hele USA. Det ble rapportert at UPS ønsket å «omdefinere reservedelslogistikk og kontraktlogistikk slik vi kjenner den», gjennom drastiske kutt i leveringstider og transportkostnader.
Andre eksempler inkluderer det globale logistikkfirmaet DHLs utprøving av pakke-helikoptere, bruk av droner for å levere medisinske produkter, pakkeleverandøren DPD sitt samarbeid med robotspesialisten Starship for levering på siste strekk, og Rolls-Royces sirkulære økonomimodell for å redusere belastningen på vedlikehold av jetmotorer, der noen 3D-printede komponenter er benyttet, gjennom et livstids serviceprogram.
Forbedre distribusjonen av hjelpemidler gjennom 3D-utskrift og bylogistikk
I løpet av studien undersøkte Demir, Eyers og Huang hvordan produksjonshubber med 3D-printere integrert med bylogistikk kunne brukes på distribusjon av helseprodukter til kunder i bymiljøer. Spesielt brukte de sin matematiske modell på distribusjon av høreapparater i forskjellige scenarier der produksjon med 3D-printing og transportplanlegging ble kombinert.
«Vi vet at det er et reelt behov for å ta hensyn til miljøet,» skriver de. «Mange logistikkselskaper har allerede begynt å tenke på hvordan de skal reagere på dette. I vårt arbeid viser vi en mulig utfyllende tilnærming der lokal produksjon og distribusjon av presserende nødvendige tilpassede medisinske innretninger kan integreres. Dette er et veldig spesielt tilfelle, men vi tror det kan utvides til andre områder».
Forskerne baserte undersøkelsen på virkelige eksempler innen medisinsk industri, og kom til at det var «helt rimelig» å etablere denne typen kombinerte 3D-print logistikkanlegg, og identifisere mange allerede eksisterende kommersielle byråer som er utstyrt med den nødvendige tekniske kompetansen for å gjøre dette vellykket. Forskningen for dette ble utført før Covid-19-pandemien, og forskerne mener de påfølgende nedstengingene og forstyrrelsene i forsyningskjeden sett over hele verden siden, ytterligere har fremhevet de potensielle fordelene med mer lokaliserte logistikkløsninger.
«Det er stor appetitt fra leverandører av logistikktjenester for å implementere 3D-printing,» konkluderer de. «Og vårt arbeid viser de åpenbare kommersielle mulighetene. Det er tekniske vanskeligheter å overvinne for noen bruksområder, men vi forutser at de som er tidlig ute med å utnytte potensialet i fremtiden vil benytte vårt forslag.»
Sett på både transport og produksjon av 3D-printede høreapparater daglig og ukentlig, utviklet forskerne en ny matematisk optimaliseringsmodell som søkte å forbedre oppfyllelsen av kundeordrer sammen med å sikre leveranser i tide. Algoritmen genererte en løsning som samtidig ville opprettholde høye bruksfrekvenser for 3D-printerne og effektiv bruk av varebiler. Ved hjelp av dette utviklet de et resultatbasert verktøy som er egnet for bruk av små og mellomstore operasjoner for å optimalisere sine egne produksjons-leveringsprosesser, som lett kan konfigureres avhengig av produksjonsscenarioet.
«Det som trengs, er imidlertid vekt på å sette opp produksjonsanlegg og bringe mennesker og teknologier sammen,» fortsatte forskerne. «Dette er en virkelig utfordring og er noe som ofte blir oversett når man tenker på 3D-printing. Det er viktig å huske at det er mer enn teknologi. I dette tilfellet ser vi på både produksjonsteknologi og transport sammen ved å foreslå analytisk beslutningsstøtte.»
Fremtidig potensial for 3D-printingens rolle i logistikk
Mens Demir og hans kolleger fokuserte på optimalisering av produksjons- og leveringsprosesser for 3D-printede høreapparater i denne studien, mener de at potensialet for å integrere 3D-printbaserte produksjonshubber med bylogistikk kan sees i mange andre leveringsbaserte sektorer, for eksempel detaljhandel leveranser til butikker og supermarkeder.
«Vi vet allerede at supermarkeder bruker planleggingsalgoritmer for å bestemme hvordan de skal levere varer til butikker eller hjem,» la de til. «Dette vil gi dem en fin mulighet til å utvide sin tilstedeværelse i andre markeder. Vi fokuserte på transport bare med betjening av medisinske fasiliteter, men det er ganske overbevisende at det kan inngås i samarbeid med andre forhandlere for å dele transportkapasiteten. Dette er bra for effektivitet og har potensielt gode miljøfordeler».
Studien er publisert under tittelen «Competing through the last mile: Strategic 3D printing in a city logistics context» i Computers & Operations Research journal. Den er forfattet av E. Demir, D. Eyers, og Y. Huang.
