Work Characteristics in Logistics 4.0 : Conceptualization of a qualitative assessment in order picking

Logistics 4.0 is an emerging phenomenon, where new digital technologies are used to fulfil increasing demands of delivering individualized products against high cost pressure and fast delivery times. Within this development, human factors should not be neglected, since they will remain an important aspect of process efficiency and business success. One logistics process that has undergone a major transformation within Logistics 4.0 regarding manual human work is warehouse order picking. However, the implications of increasing digitalization on human workers in order picking are not yet fully understood. Hence, this contribution grounds on a qualitative assessment of work characteristics in order picking and conceptualizes possible influences of the digital transformation on order pickers. These conceptual interrelations enable to design future workplaces that allow higher job satisfaction, motivation, quality and performance of work as well as lower turnover intentions

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

Evaluation of human workload in a hybrid order picking system

Order picking is a labor-intensive and costly process in supply chains, which is performed manually in most cases. Recently, picking robots have been developed which are capable of working together with human pickers in a shared working space. Such hybrid order picking system can ease human pickers’ workload and provide ergonomic improvements, because it partially automates the order picking process. We propose a simulation model to measure the energy expenditure of human pickers who work with the support of picking robots. The hybrid order picking system is evaluated based on its operational costs, efficiency, and ergonomic characteristics. Preliminary results presented in this study show that there are assignment rules for items to workers and robots that reduce human energy expenditure and costs per pick, as well as maintain average throughput time at a certain level. The aim of this preliminary study is to closely analyze the hybrid order picking system, evaluate managerial implications, and detect research opportunities for future works

Job satisfaction : An explorative study on work characteristics changes of employees in Intralogistics 4.0

The increasing trend toward digitalization in logistics poses a significant managerial challenge, particularly by fundamentally changing the traditional, manual workplaces in intralogistics. Although intralogistics processes have, in some cases, already been automated or are supported by smart technologies, humans remain an inevitable part of future intralogistics but with changing work characteristics. This study aims to examine the influences of the transition toward Intralogistics 4.0 on work characteristics of intralogistics employees. First, a systematic literature review on work characteristics and job satisfaction in a broader Logistics 4.0 context was conducted. Thereafter, a qualitative, explorative methodology was employed to examine the perception of work characteristics that impact job outcomes such as job satisfaction, motivation, and performance at different Intralogistics 4.0 maturity levels. The results of semi-structured interviews conducted across seven companies demonstrated the significant, heterogeneous changes of work characteristics related to the type of technology applied in Intralogistics 4.0. Our findings indicate that the development toward Intralogistics 4.0-implemented workplaces does not have a simple or predefined impact on humans; instead, the individual design is relevant and can improve the workplaces with more opportunities for satisfying and motivating jobs

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

Industry 4.0 and the human factor : A systems framework and analysis methodology for successful development

The fourth industrial revolution we currently witness changes the role of humans in operations systems. Although automation and assistance technologies are becoming more prevalent in production and logistics, there is consensus that humans will remain an essential part of operations systems. Nevertheless, human factors are still underrepresented in this research stream resulting in an important research and application gap. This article first exposes this gap by presenting the results of a focused content analysis of earlier research on Industry 4.0. To contribute to closing this gap, it then develops a conceptual framework that integrates several key concepts from the human factors engineering discipline that are important in the context of Industry 4.0 and that should thus be considered in future research in this area. The framework can be used in research and development to systematically consider human factors in Industry 4.0 designs and implementations. This enables the analysis of changing demands for humans in Industry 4.0 environments and contributes towards a successful digital transformation that avoid the pitfalls of innovation performed without attention to human factors. The paper concludes with highlighting future research directions on human factors in Industry 4.0 as well as managerial implications for successful applications in practice

Job satisfaction: An explorative study on work characteristics changes of employees in Intralogistics 4.0

The increasing trend toward digitalization in logistics poses a significant managerial challenge, particularly by fundamentally changing the traditional, manual workplaces in intralogistics. Although intralogistics processes have, in some cases, already been automated or are supported by smart technologies, humans remain an inevitable part of future intralogistics but with changing work characteristics. This study aims to examine the influences of the transition toward Intralogistics 4.0 on work characteristics of intralogistics employees. First, a systematic literature review on work characteristics and job satisfaction in a broader Logistics 4.0 context was conducted. Thereafter, a qualitative, explorative methodology was employed to examine the perception of work characteristics that impact job outcomes such as job satisfaction, motivation, and performance at different Intralogistics 4.0 maturity levels. The results of semi‐structured interviews conducted across seven companies demonstrated the significant, heterogeneous changes of work characteristics related to the type of technology applied in Intralogistics 4.0. Our findings indicate that the development toward Intralogistics 4.0‐implemented workplaces does not have a simple or predefined impact on humans; instead, the individual design is relevant and can improve the workplaces with more opportunities for satisfying and motivating jobs