46 research outputs found
Hybrid order picking : A simulation model of a joint manual and autonomous order picking system
Order picking is a key process in supply chains and a determinant of business success in many industries. Order picking is still performed manually by human operators in most companies; however, there are also increasingly more technologies available to automate order picking processes or to support human order pickers.
One concept that has not attracted much research attention so far is hybrid order picking where autonomous robots and human order pickers work together in warehouses within a shared workspace for a joint target. This study presents a simulation model that considers various system characteristics and parameters of hybrid order picking systems, such as picker blocking, to evaluate the performance of such systems. Our results show that hybrid order picking is generally capable of improving pure manual or automated order picking operations in terms of throughput and total costs. Based on the simulation results, promising future research potentials are discussed
Automated Order Picking Systems and the Links between Design and Performance: A Systematic Literature Review
With new market developments and e-commerce, there is an increased use of and interest in automation for order picking. This paper presents a systematic review and content analysis of the literature. It has the purpose of understanding the relevant performance aspects for automated, or partly automated, OPSs and identifying the studied links between design and performance, i.e. identifying which combinations of design aspects and performance aspects have been studied in previous research. For this purpose, 74 papers were selected and reviewed. From the review, it is clear that there has been an increased number of papers dealing with the performance of automated, or partly automated, OPSs in recent years. Moreover, there are differences between the different OPS types, but, overall, the performance categories of throughput, lead time, and operational efficiency have received the most attention in the literature. The paper identifies links between design and performance that have been studied, as well as links that appear to be under-researched. For academics, this paper synthesises the current knowledge on the performance of automation in OPSs and identifies opportunities for future research. For practitioners, the paper provides knowledge that can support the decision-making process of automation in OPSs
Optimizing the Performance of Robotic Mobile Fulfillment Systems
A robotic mobile fulfillment system is a novel type of automated part-to-picker material handling system. In this type of system, robots transport mobile shelves, called pods, containing items between the storage area and the workstations. It is well suited to e-commerce, due to its modularity and it's ability to adapt to changing orders patterns. Robots can nearly instantaneously switch between inbound and outbound tasks, pods can be continually repositioned to allow for automatic sorting of the inventory, pods can contain many different types of items, and unloaded robots can drive underneath pods, allowing them to use completely different routes than loaded robots.
This thesis studies the performance of robotic mobile fulfillment systems by solving decision problems related to warehouse design, inventory and resource allocation, and real-time operations. For warehouse design, a new queueing network is developed that incorporates realistic robot movement, storage zones, and multi-line orders. For inventory allocation, we develop a new type of queueing network, the cross-class matching multi-class semi-open queueing network, which can be applied to other systems as well. Resource (re)allocation is modeled by combining queueing networks with Markov decision processes while including time-varying demand. This model compares benchmark policies from practice wit
Industry 5 and the human in human-centric manufacturing
The 4th Industrial Revolution, or, Industry 4 (I4) involves a qualitatively new level of interconnectedness between system and point technologies, and human-machine interactions. The calls for a shift to Industry 5 (I5) in digital manufacturing stem from concerns for human labour working in I4, namelyhealth and safety, data generation and extraction. I5 seeks to reframe hu-man-machine relations to reflect a values driven approach based on collaboration and co-design. Sensors play an important role in these developments. This article explores how engineering experts integrate such values into their modelling. Two questions are addressed: 1. To what extent is con-sideration of the human integrated into discussions of advanced operational technologies, whether as end users or as contributors to the process? 2. How do these findings inform I5’s quest for hu-man-centric manufacturing reflecting collaboration and co-design between human and machine? Drawing on an interdisciplinary perspective, a systematic literature review and interpretive coding of academic papers considers relevant I5 technologies (digital twins, cyber-physical systems), and applications (robotics, sensors). Findings demonstrate an increase in output addressing human ac-tivity in modelling and the technologies available to address this concern, but the human-centric approach in I5 so far neglects the potential for human agency to increase the effectiveness of manufacturing systems
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
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