Investigating the Effect of Warehouse Policies on Order Picking Time in Multiple Vertical Lift Modules

Abstract

Et lager har flere ulike funksjoner og aktiviteter som inkluderer etterfylling, frasetting, lagring og ordreplukking, med ulike policyer som påvirker utførelsen av disse funksjonene og aktivitetene. Ordreplukking er den mest kostnads- og tidskrevende aktiviteten i et lager, opptil 55% av driftskostnadene er knyttet til ordreplukking. Investeringer i automatiserte løsninger og ny teknologi vil kunne redusere ordreplukkingstiden, noe som resulterer i lavere driftskostnader. Vertical Lift Module (VLM) er en automatisert løsning som vil senke tiden brukt for ordreplukk. En VLM består av to innkapslete reoler med flere hyller med en automatisk lagrings- og hente-enhet (AS/R) mellom reolene. AS/R-enheten henter hyller fra reolene og midlertidig lagrer de i et plukkområde. Etter at plukking er utført, settes hyllen tilbake i reolen.

Målene med denne oppgaven er å undersøke påvirkningen på ordreplukkingstid når etterfylling og frasetting utføres parallelt med ordreplukking, og hvordan endringer i lagerpolicyene påvirker ordreplukktiden. Flere forskningsspørsmål vil bli besvart for å oppnå disse målene: 1) Hva er aktuelle lagerpolicyer for et system med flere VLM-er som jobber i rekkefølge? 2) Hva er innvirkningen på ordreplukkingstid i et system med flere VLM-er når etterfylling og frasetting utføres parallelt med ordreplukking? 3) Hva er innvirkningen på ordreplukkingstiden når du bytter mellom aktuelle lagerpolicyer i et system der flere VLM-er opererer i rekkefølge? 4) Hva er innvirkningen på ordreplukkingstiden når antall operatører og aktive VLM-er endres?

Den første delen av oppgaven er et teoretisk studie om hvordan et lager fungerer, dets funksjoner og aktiviteter, og ulike policyer for disse funksjonene og aktivitetene. Deretter følger en litteraturgjennomgang for å kartlegge den nåværende forskningen på VLM-er, der det er et tydelig gap i hvordan etterfylling og frasetting påvirker et system med VLM-er og hvordan flere VLM-er som opererer i rekkefølge blir utsatt for endringer i lagerpolicyene. Den tredje delen er en casestudie av et distribusjonssenter for ikke-farmasøytiske varer som består av flere VLM-er hvor etterfylling og frasetting utføres parallelt med ordreplukking. Deretter følger en del der aktuelle lagerpolicyer diskuteres. Den fjerde delen beskriver hvordan en Discrete Event Simulation (DES) modell er brukt for å undersøke effekten av å endre lagerpolicyene.

Hovedkonklusjonen i denne studien er at etterfylling og frasetting ikke påvirker ordreplukkingstiden eller ventetiden under ordreplukking. Oppholdstiden for en ordre økes derimot når etterfylling og frasetting utføres parallelt med ordreplukking. Videre påvirker lagerpolicyene plukktiden for ordre, enten positivt eller negativt, avhengig av policyen. Til slutt, når antallet operatører øker, øker utføringstiden for etterfyllingsordre, mens når antallet aktive VLM-er øker, reduseres ordreplukkingstiden.

A warehouse performs various functions and activities, including replenishment, put-away, storage, and order picking, with different policies influencing the execution of these functions and activities. Order picking is the most cost- and time-consuming activity of a warehouse, and up to 55% of warehouse operations costs are related to order picking. Investments in automated solutions and new technology would reduce the order picking time, resulting in lower operations costs. The Vertical Lift Module (VLM) is an automated solution which would lower the order picking time. A VLM consists of an encased pair of racks where trays are stored, with an automatic storage and retrieval (AS/R) device between. The AS/R device extracts trays from the racks and displays them in a picking bay, and after the picking is executed, the tray is inserted back in the racks.

The goals of this thesis are to investigate the impact on order picking time when replenishment and put-away are executed in parallel with order picking, and how changes in the warehouse policies affect the order picking time. Multiple research questions will be answered to achieve these goals: 1) What are the applicable warehouse policies for a system with multiple VLMs working in sequence? 2) What is the impact on order picking time in a system with multiple VLMs when replenishment and put-away are executed in parallel with order picking? 3) What is the impact on the order picking time when changing between the applicable warehouse policies in a system where multiple VLMs operate in sequence? 4) What is the impact on the order picking time when the number of operators and active VLMs are altered?

The first part of the thesis is a theoretical study of how a warehouse operates, its functions and activities, and different policies regarding these functions and activities. Then follows a literature review to map the current research on VLMs, where there is a clear gap in how replenishment and put-away affect a system with VLMs and how multiple VLMs operating in sequence are subjected to changes in warehouse policies. The third part is a case study of a distribution centre for non-pharmaceutical goods which consists of multiple VLMs where replenishment and put-away are executed in parallel with order picking. Then follows a section where the applicable warehouse policies are discussed. The fourth part describes how a Discrete Event Simulation (DES) model has been used to investigate the effects of altering the warehouse policies.

The main conclusion of this study is that replenishment and put-away do not affect the order picking time or the waiting during order picking. However, the stay time of an order is increased when replenishment and put-away are included. Further, the warehouse policies affect the order picking time, either positively or negatively, depending on the policy. Lastly, when the number of operators increases, the replenishment order execution time increases, while when the number of active VLMs increase, the order picking time is reduced.