Smart Packaging in Intralogistics: An Evaluation Study of Human-Technology Interaction in Applying New Collaboration Technologies

Handling and packaging of heterogeneous products with different weights and sizes with optimal packaging schemes is a challenging task for the e-commerce industry. Furthermore, to keep the packaging process on a standardized level independent of the experience level of the employee, the demand of digital human-centered solutions is increasing. Against this background, two different digital assistance systems to indicate packaging order and scheme – Augmented Reality (AR) based data glasses and a LED based packaging assistant - were developed. In a laboratory study the interaction between human and both digital devices regarding subjective workload, usability, user experience, physical complaints and objective measurements was evaluated – with a conventional paper list as control group. Results indicate that both the AR and LED interface are appropriate solutions to assist warehouse workers in packaging. However, it can be supposed that the LED interface seems to be a better method in terms of physical and especially visual strains

Reorganization of the Warehouse Activities Processes with the Framing of their Problems and Solutions

Purpose: The aim of this study is to examine and identify goods processing operations in a warehouse and propose a reorganization of tasks to minimize processing time.   Theoretical framework: Current literature highlights the need to reorganize and adapt the operations chain (LOMBA Cédric, 2018). Some areas still need to be studied in depth to improve the supply chain. The literature on warehouse management has not sufficiently studied partial time management or closed-loop time management in the supply chain (CLSC) from goods-in to goods-out. The potential links between the risks of lost time and the management of the quality of the goods handling service have not been studied in depth.   Design/Methodology/Approach: The in-depth analysis of recent international studies published on warehouse management and the supply chain enables us to identify the studies that have the greatest impact on research.   Findings:  The result of this work is the development of a double typology, one linked to the chain of operations and the other to the constraints linked to the CLSC in a warehouse. Tools will be applied to diagnose the constraints and factors adversely goods handling operations.   Research, Practical & Social implications: To help logisticians and researchers, we have proposed an operational reformulation of a warehouse, enriched with a logical framework linking the problems and their potential solutions.   Originality/Value: The article proposes an original vision to improve the spatio-temporal organization of warehouses, by synthesizing its different entities, operations, and processes while presenting all the existing problems and identifying their possible solutions

Augmented reality in support of intelligent manufacturing – A systematic literature review

Industry increasingly moves towards digitally enabled ‘smart factories’ that utilise the internet of things (IoT) to realise intelligent manufacturing concepts like predictive maintenance or extensive machine to machine communication. A core technology to facilitate human integration in such a system is augmented reality (AR), which provides people with an interface to interact with the digital world of a smart factory. While AR is not ready yet for industrial deployment in some areas, it is already used in others. To provide an overview of research activities concerning AR in certain shop floor operations, a total of 96 relevant papers from 2011 to 2018 are reviewed. This paper presents the state of the art, the current challenges, and future directions of manufacturing related AR research through a systematic literature review and a citation network analysis. The results of this review indicate that the context of research concerning AR gets increasingly broader, especially by addressing challenges when implementing AR solutions.No funding was received

THE AGRICULTURE 4.0 PARADIGM: STATE OF THE ART, INNOVATIONS AND FUTURE AGENDA

Nei prossimi decenni, il settore agricolo globale dovrà affrontare sfide importanti. L'agricoltura subirà cambiamenti sostanziali e trasformativi dovuti all'introduzione di nuove tecnologie, alla digitalizzazione dei processi e delle catene del valore e all'imperativo della sostenibilità. Secondo questa visione, le aziende (agricole) possono sfruttare gli straordinari miglioramenti delle tecnologie (e delle soluzioni) digitali la cui adozione ha portato alla cosiddetta quarta rivoluzione industriale, che in questo campo di applicazione è nota come "Agricoltura 4.0" (A4.0). In effetti, numerosi lavori in letteratura hanno analizzato le tecnologie abilitanti A4.0 per quanto riguarda le loro specifiche tecniche, l'architettura e il dominio di utilizzo; ne sono un esempio l'Internet delle cose (IoT), l'analisi dei dati e i Big Data, il Cloud Computing e la tecnologia dei sistemi cyber-fisici (CPS), l'intelligenza artificiale (AI) e l'apprendimento automatico (ML), la realtà virtuale e aumentata (VR e AR), la robotica e l'automazione, i droni e i veicoli aerei senza pilota (UAV), l'elaborazione delle immagini, il sistema informativo geografico (GIS) e l'analisi. Tuttavia, un'analisi e una descrizione completa del paradigma e delle modalità di adozione nelle aziende agricole sono meno importanti, così come l'evidenza di studi empirici sull'impatto di A4.0 sulle aziende agricole. Per colmare questa lacuna, questa tesi offrirà contributi da tre prospettive (A, B e C). Il primo contributo è una revisione sistematica della letteratura (SLR), che esplora 1): quali sono i domini applicativi in cui trova applicazione l'Agricoltura 4.0, 2): quali tecnologie consentono l'implementazione dell'Agricoltura 4.0; 3): descrive i vantaggi chiave associati all'adozione dell'Agricoltura 4.0 (contributo A). Il secondo e il terzo contributo sono studi descrittivi e di indagine longitudinale, che 1) indagano lo stato dell'arte del paradigma A4.0 nelle aziende italiane (contributo B), 2) confrontano l'avanzamento dello stato dell'arte dell'I4.0 in un intervallo di due anni nel settore agricolo italiano (contributo C); questi contributi sono principalmente volti a fornire evidenze empiriche su come le soluzioni A4.0 stanno impattando sulle aziende e su come il paradigma si sta evolvendo. I risultati di questo progetto di ricerca contribuiscono alla letteratura sull'agricoltura 4.0. In particolare, la SLR per le applicazioni I4.0 nel contesto manifatturiero fornisce una descrizione dettagliata e olistica dei casi d'uso delle tecnologie abilitanti I4.0 nei processi del ciclo di vita delle aziende manifatturiere. In secondo luogo, l'indagine descrittiva sullo stato dell'arte dell'I4.0 nelle aziende manifatturiere italiane fornisce una descrizione concreta di come l'I4.0 è conosciuto e adottato dalle aziende, nonché dei benefici e degli ostacoli corrispondenti. In terzo luogo, attraverso uno studio dinamico dello stato dell'arte, confrontando i dati raccolti nel 2021 e nel 2023, viene dimostrata la caratteristica evolutiva dell'A4.0In the upcoming decades, the global agricultural sector will grapple with significant challenges. Agriculture will experience substantial and transformative changes due to the introduction of new technologies, digitalization of processes and value chains, and the imperative of sustainability. According to this view, companies (farms) can exploit the outstanding improvements in digital technologies (and solutions) whose adoption has brought to the so-called fourth industrial revolution, which in this field of application is known as “Agriculture 4.0” (A4.0). Indeed, numerous literature has investigated A4.0 enabling technologies with regards to their technical specification, architecture, and domain of use, examples are Internet of Things (IoT), Data Analytics and Big Data, Cloud Computing and Cyber-Physical Systems (CPS) technology, Artificial Intelligence (AI) and Machine Learning (ML), Virtual and Augmented Reality (VR & AR), Robotics and Automation, Drones and Unmanned Aerial Vehicles (UAVs), Image Processing, Geographic information system (GIS) and analytics. However, a comprehensive analysis and description of the paradigm, as well as the adoption mode in farms is of less concern, as well as the evidence from empirical studies on how farms are impacted by A4.0. To fill this gap, this dissertation will make contributions from three perspectives (A, B and C). The first contribution is a systematic literature review (SLR), which explores 1): what are the application domains where Agriculture 4.0 finds its applications, 2): which technologies enable the implementation of Agriculture 4.0; 3): describing the key advantages associated with adopting Agriculture 4.0 (contribution A). The second and third contributions are descriptive and longitudinal survey studies, which 1) investigate the state-of-the-art of A4.0 paradigm in Italian companies (contribution B), 2) compare the I4.0 state-of-the-art advancement in a 2-year gap in Italian agricultural sector (contribution C); these contributions are mainly to provide empirical evidence on how A4.0 solutions are impacting on companies and how the paradigm is evolving. The results of this research project contribute to Agriculture 4.0 literature. In particular, the SLR for I4.0 applications in the manufacturing context provides a detailed and holistic description of the use cases of I4.0 enabling technologies in the lifecycle processes of manufacturing companies. Second, the descriptive survey of I4.0 state-of-the-art in Italian manufacturing companies provides a concrete description of how I4.0 is known and adopted by companies, as well as the corresponded benefits and obstacles. Third, through a dynamic state-of-the-art study, comparing with the data collected from 2021 and 2023, the evolvement feature of A4.0 is demonstrate

Developing a Methodical Approach for the Systematic Identification of Innovative Technological Applications – Based on Mixed Reality in Manual Order Picking

The need to be economically successful is the key driver for companies to be innovative and implement new technologies with increasing efficiency and effectiveness. Uncertainty about whether to use new technologies and missing knowledge about their advantages lead to staggering and withholding from fast diffusion of innovations. Focusing on the industry of logistics and the technology Mixed Reality, this research project developed a methodical approach for evaluating the fitness of an innovative technology and a specific process of application. A mixed methods approach was derived, based on interviews and experiments. The main methodologies used, were semi-structured interviews with decision makers in logistics companies to elaborate triggering criteria in the investment process and laboratory experiments for the evaluation of competing technologies. These methods were framed by an initial field experiment and feedback interviews after the analysis for the validation of the approach. The research proved the competitively viable applicability of Mixed Reality and its specific strengths and weaknesses in manual order picking. This set the foundation for possible further development and implementation of the technology. The developed methodological approach proved to be a valid and reliable assessment of the intersection between a technology and specified process of application. This can greatly enhance the speed of implementing new innovations and gaining competitive advantages for companies

The Digital Transformation of Logistics from a Human-Centred Perspective

Die vorliegende kumulative Dissertation befasst sich mit der digitalen Transformation in der Logistik unter besonderer Berücksichtigung der Auswirkungen des Transformationsprozesses auf die Beschäftigten in dieser Branche. Ziel der kumulativen Dissertation ist es, ein tiefergehendes Verständnis der Entwicklungen zu bekommen, die unter dem Begriff Logistik 4.0 verstanden werden können und zu untersuchen, welche Auswirkungen dies für die zukünftige Arbeit in der Logistik, insbesondere im Lager, haben wird. Die kumulative Dissertation besteht aus fünf Artikeln, die in wissenschaftlichen Fachzeitschriften veröffentlicht bzw. eingereicht wurden und kann grob in drei Teile untergliedert werden: Im ersten Teil der kumulativen Dissertation, der aus dem ersten Artikel besteht, wird der inhaltliche Kern, Logistik 4.0, aufbauend auf dem Begriff und der Forschung zum Thema Industrie 4.0 definiert und auf breiter Basis der aktuelle Forschungsstand dargestellt. Dies bildet die inhaltliche und thematische Grundlage für die nachfolgenden Untersuchungen. Der zweite Teil der kumulativen Dissertation fokussiert auf empirische Grundlagen und einen methodischen Beitrag zur Untersuchung der Menschen-zentrierten Gestaltung der Logistik 4.0, indem zunächst die Auswirkungen der Entwicklung zur Logistik 4.0 auf die Beschäftigten in der Intralogistik, genauer auf ihre Arbeitsplatzmerkmale, untersucht werden. Dies dient dazu, die konkret wahrgenommenen Veränderungen zu erfassen, die Bedeutung des Transformationsprozesses zu verifizieren und den Einfluss seiner technischen Bestandteile auf die Veränderungen der Arbeitsplatzmerkmale zu analysieren. Wenngleich in diesem zweiten Artikel der kumulativen Dissertation deutliche Veränderungen der Arbeitsplatzmerkmale in der Logistik 4.0 aufgezeigt werden konnten, zeigte eine quantitative Analyse von Forschungsarbeiten im dritten Artikel dieser kumulativen Dissertation auf, dass die Forschung sich bei der Gestaltung von Industrie 4.0 auf technische Änderungen fokussiert. Daher wird abschließend im dritten Kapitel ein allgemein anwendbares, theoriebasiertes, systematisches Analysewerkzeug entwickelt, das es ermöglicht, die Auswirkungen der Einführung von Industrie 4.0 und Logistik 4.0 Elementen auf die involvierten Menschen zu untersuchen und die möglichen Folgen für das Gesamtsystem zu antizipieren. Im abschließenden dritten Teil dieser kumulativen Dissertation erfolgt ein genauerer Blick auf die Auswirkungen der Entwicklung zur Logistik 4.0 auf die Kommissionierung als einen zentralen, zumeist arbeitsintensiven Prozess in der logistischen Kette. In Artikel 4 wird daher zunächst das Feld einer Kommissionierung 4.0 strukturiert, um darauf aufbauend zu untersuchen, welche technischen und prozessualen Lösungen die Wissenschaft für eine gleichermaßen menschengerechte und ökonomische Kommissionierung unter den sich wandelnden Anforderungen betrachtet hat. Es zeigt sich, dass ein aus ökonomischer und sozialer Perspektive vielversprechendes Kommissioniersystem, die hybride Kommissionierung, bislang kaum untersucht wurde. Dies erfolgt daher im abschließenden fünften Artikel dieser kumulativen Dissertation, in dem ein Beispiel für ein kollaboratives, hybrides Kommissioniersystem untersucht wird, in dem Menschen und autonome Roboter gemeinsam im selben Lagerbereich Aufträge kommissionieren. Die Artikel greifen zur Untersuchung der Themenschwerpunkte auf verschiedene Methoden unterschiedlicher Disziplinen zurück und stützen sich auf ein breites theoretisches Fundament. Methodisch wird in Artikel 1, der die konzeptionelle Grundlage der Logistik 4.0 behandelt, zunächst ein konzeptioneller Ordnungsrahmen entwickelt, mit dem der Begriff und die Bestandteile des Konzepts Logistik 4.0 abgeleitet werden. Hierbei werden insbesondere zwei Einflussfaktoren berücksichtigt: Neue Anforderungen an die Logistik sowie neue technologische Möglichkeiten. Anschließend wird mittels eines systematischen Literaturüberblicks der aktuelle Stand der Forschung zu Logistik 4.0 strukturiert untersucht. Der Fokus liegt hierbei auf den technologischen Anwendungen in der Logistik und wie diese die Logistik verändern. Auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse werden der Ordnungsrahmen zu Logistik 4.0 detailliert und zukünftige Forschungsperspektiven herausgearbeitet – es wird gezeigt, dass die Auswirkungen der Transformation auf menschliche Faktoren nur in geringem Maße in der analysierten Literatur diskutiert wurden. Im methodischen Fokus von Artikel 2 der vorliegenden kumulativen Dissertation steht daher die Durchführung und Auswertung von teil-strukturierten Interviews, die mit Beschäftigten aus sieben Unternehmen geführt wurden, um die Ausprägungen und Zusammenhänge zwischen Arbeitsplatzmerkmalen und der Intralogistik 4.0-Reife zu untersuchen. Auf der Grundlage des Work Design Questionnaire wurden die Interviews in Bezug auf 21 Arbeitsplatzmerkmale mit 16 Angestellten in der Intralogistik geführt und zusätzlich die Intralogistik 4.0 Reife der Arbeitsplätze bewertet. Die Ergebnisse zeigen, dass Logistik 4.0 signifikanten Einfluss auf die Arbeitsplatzmerkmale hat und die Effekte sowohl positiv als auch negativ in Bezug auf Arbeitszufriedenheit und Motivation sein können. Im Wesentlichen ist die Art und Intensität des Einflusses in den zumeist manuellen Prozessen abhängig von der Art der genutzten Technologien, Automatisierung oder Digitalisierung. In Artikel 3 wird zunächst eine quantitative Inhaltsanalyse durchgeführt, in der die Themenschwerpunkte bisheriger Forschung zu Industrie 4.0 nachgewiesen werden. Die Ergebnisse zeigen, dass zwar unterschiedliche Rollen von Menschen identifiziert werden, menschliche Faktoren im Vergleich zu technischen Faktoren jedoch eine deutlich untergeordnete Rolle in der Forschung erhalten. Anschließend wird auf Basis von fünf Theorie-Bausteinen ein methodisches Vorgehensmodell zur Analyse der Einflüsse von Industrie 4.0-induzierten Änderungen auf ein bestehendes Arbeitssystems abgeleitet. Anhand zweier Beispiele wird die Methodik veranschaulicht und die Praxistauglichkeit exemplarisch aufgezeigt. Artikel 4 und 5 fokussieren daraufhin den Kommissionierprozess im Zusammenhang mit Logistik 4.0 und untersuchen zunächst in Artikel 4 mittels eines konzeptionellen Ordnungsrahmens und eines systematischen Literaturüberblicks den aktuellen Stand der Forschung in diesem Bereich. Der Ordnungsrahmen unterscheidet nach substituierenden technischen Systemen im Kommissionierprozess und unterstützenden Technologien und stuft diese qualitativ basierend auf dem Grad der Automatisierung ab. Darauf aufbauend werden vier verschiedene Kommissioniersysteme klassifiziert und drei von ihnen in einem systematischen Literaturüberblick analysiert. Die Ergebnisse zeigen eine deutliche Unterrepräsentierung hybrider Kommissioniersysteme, obwohl diese aus einer soziotechnischen Perspektive vielversprechende Möglichkeiten bieten. Hierauf aufbauend wird in Artikel 5 ein hybrides Kommissioniersystem bestehend aus menschlichen Kommissionierern und Kommissionierrobotern, die innerhalb eines Arbeitsbereichs kommissionieren, abgeleitet, das aufbauend auf den ökonomischen und sozialen Zielen vielversprechend erscheint. In einer agentenbasierten Simulationsstudie – die besonders geeignet ist um das Verhalten eines Systems basierend auf den Interaktionen verschiedener Akteure aufgrund individueller Verhaltensregeln zu analysieren - werden die Interaktion der technischen und menschlichen Teilsysteme untersucht und der Einfluss von Routenstrategien genauer betrachtet. In einer kritischen Diskussion der Annahmen des idealisierten Systems der Simulationsstudie wird aufgezeigt, dass hybride Systeme vielversprechende Ergebnisse für reale Anwendungen darstellen und geeignet sind, sowohl die Systemeffizienz, als auch die Arbeit der menschlichen Kommissionierer zu verbessern