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Designing a cellular-based fully automated case picking system

Ruzayqat, Mohammed

Order picking (OP) is the most expensive and labor-intensive activity in warehouses. Some authors argue that OP might be responsible for up to 55% of the operating costs in a warehouse. This might be more important for companies that handle large volumes of fast-moving commodities. Full-case picking processes and mixed pallet building are expensive and complex activities. Companies are looking for technologies to improve their efficiency and to reduce the operating costs of non-value added activities in their warehouses and distribution centers (DCs). Nowadays, the designers of order picking systems face great challenges due to increasing labor costs, less space and more frequent small orders with short delivery times. Consequently, there are constant research efforts devoted to finding new innovative full-case picking solutions that reduce operating costs, generate higher productivity, optimize space utilization and enhance customer service levels. This dissertation presents a new fully automated case picking system (ACPS) called the Automated Cellular Case Picking System (ACCPS). The new system is characterized by the full and permanent accessibility of all stock keeping units (SKUs) in the system, which permits a strategic higher picking rate. This new system could be applied to different levels of automation within warehouses and DCs, and it is suitable for a wide range of warehouse automation requirements. The proposed design consists of storage cells with the same design and operating principle as the vertical indexing case elevator, installed on one conveyor to form a storage line. Several storage lines are connected by a distributing conveyor from the inlet side and by a collecting conveyor from the outlet side, to form an ACCPS use-case model. The concept of this new system is based on the A-Farm concept, in order to create a new innovative dispensing and buffering system for cases. ACCPS is a new concept for a full-case picking system that aims to provide better solutions for warehouses and DCs that deal with a high volume and low variety of products, which are handled in plastic crates or trays. ACCPS would be an efficient solution for many types of commodities such as (food, beverage, grocery, dairy, flowers, sausage, bakery and others). Optimizing picking processes, minimizing operating cost, and increasing efficiency are the most important aims of the new proposed design. This research investigates the layout, design, structure, costs, operating principles, cycle time, and throughput of the new system. A simple logic process was applied to create a mathematical model in order to calculate the expected average time of the order picking and the throughput of this new ACPS. A simulation model has been developed to aid in measuring the effectiveness of the ACCPS proposed design under real operating conditions. Two case studies have been used to evaluate the performance of the new system. Based on the real-time data of these two cases, many simulation scenarios were studied and analyzed in order to solve the storage assignment problem and to determine the best order picking strategy. Many optimization scenarios were simulated and analyzed in order to determine the optimum scenario. In order to evaluate the ACCPS performance, a comparison was made between ACCPS and an alternative system with the same features. The alternative system, which is the most competitive system compared to the ACCPS, is the Gantry Robot System (GRS). The costs, throughput, and required areas were chosen as the main criteria for comparison between the two systems. The comparison confirmed the benefits of the ACCPS in decreasing the operating costs, required area, energy consumption, and the picking time. ACCPS also increased the space utilization rate and the throughput. ACCPS provides a new technique for automating the full-case picking process (CPP) that contributes greatly to decreasing total operating cost by minimizing labor requirements, space requirements, and potential errors, and increasing productivity and efficiency. The structure of ACCPS, which is based on individual modules, can further increase the flexibility and the adaptability of the system.

Der Kommissionierungsprozess (OP) wird als die höchst arbeitsintensive und kostenaufwändige Tätigkeit in den Lagern betrachtet. Einige Autoren behaupten, dass der Kommissionierungsprozess für bis zu 55 % aller Betriebskosten in einem Lager dafür verantwortlich sein könnte. Dies könnte möglicherweise wichtiger sein für Unternehmen, die große Volumina von schnell bewegenden Waren behandeln. Full-case-picking Prozesse und Mischpaletten von verschiedenen Produkten aufzubauen sind teure und komplexe Tätigkeiten. Firmen suchen nach Technologien, um ihre Leistungsfähigkeit zu verbessern und die Betriebskosten von zusätzlichen Tätigkeiten die keine Wertschöpfung erbringen in ihren Lagern und Distributionszentren (DCs) zu reduzieren. Heutzutage stehen die Designer der Kommissioniersysteme vor großen Herausforderungen, aufgrund der steigenden Arbeitskosten, weniger Platz und häufigere kleine Aufträge mit kurzen Lieferzeiten. Deshalb sind ständige Forschungsbemühungen gewidmet, um die Suche nach neuen innovativen Kommissionierlösungen für Stückgüter, die die Betriebskosten verringern, die Produktivität erhöhen, die Raumausnutzung optimieren und die Kundenservice verbessern. Diese Dissertation präsentiert ein neues vollautomatisiertes Kommissioniersystem für Stückgüter (ACPS), das als automatisiertes zelluläres Case-picking-system (ACCPS) bezeichnet wird. Das neue System zeichnet sich durch die vollständige und dauerhafte Zugänglichkeit aller Lagerhaltung Einheiten (SKUs) im System, das einen strategischen höheren Durchsatz des Kommissionierungsprozesses ermöglicht. Dieses neue System könnte auf verschiedene Niveaus der Automation innerhalb von Lagern und DCs angewandt werden, und ist für eine breite Reihe von Lagerautomationsvoraussetzungen passend. Das vorgeschlagene Design besteht aus Speicherzellen mit demselben Design und Betriebsprinzip wie der vertikale Senkrechtförderer für Stückgüter, der auf einem Förderband installiert ist, um eine Lagerungslinie zu bilden. Mehrere Lagerungslinien werden sich durch einen Verteilförderer von der Einlassseite und durch einen Sammelförderer von der Ausgangsseite verbunden, um ein ACCPS Use-Case-Modell zu bilden. Das Konzept dieses neuen Systems basiert auf dem Konzept des Schachtkommissionsystems (A-Farm), um ein neues innovatives System zum Zuführen und Puffern von Stückgütern zu schaffen. ACCPS ist ein neues Konzept für eine vollständiges Stückgütern Schachtkommissionsystem mit dem Ziel, bessere Lösungen für Lagern und DCs, die sich mit einer großen Menge und niedrigen Vielfalt von Produkten befassen, die in Kunststoffkisten oder Tablare behandelt werden zur Verfügung zu stellen. ACCPS würde eine effiziente Lösung für viele Typen von Waren wie (Nahrung, Getränk, Lebensmittel, Molkerei, Blumen, Wurst, Bäckerei und andere) sein. Optimierung der Kommissionierungsprozesse, Minimierung der Betriebskosten und Steigerung der Effizienz sind die wichtigsten Ziele des neuen vorgeschlagenen Designs. Diese Forschung untersucht Layout, Design, Struktur, Kosten, Betriebsprinzipien, Zykluszeit und Durchsatz des neuen Systems. Ein einfacher Logik-Prozess wurde angewendet, um ein mathematisches Modell zu erstellen, damit die erwartete durchschnittliche Zeit der Kommissionierung und der Durchsatz von dieser neuen ACPS zu berechnet werden. Ein Simulationsmodell wurde entwickelt, um bei der Messung der Effektivität des vorgeschlagenen Designs der ACCPS unter realen Betriebsbedingungen zu unterstützen. Zwei Fallstudien sind verwendet worden, um die Leistung des neuen Systems zu bewerten. Gestützt auf den Echtzeitdaten dieser zwei Fälle, viele Simulation Szenarien wurden untersucht und analysiert um das Problem der Lagerplatzzuweisung zu beheben und die beste Strategie für die Kommissionierung zu bestimmen. Viele Optimierung Szenarien wurden simuliert und analysiert um das optimale Szenario zu bestimmen. Im Hinblick auf die Bewertung der Leistung des ACCPSs, wurde ein Vergleich zwischen ACCPS und ein alternatives System mit denselben Eigenschaften durchgeführt. Das Gantry Robot System (GRS), ist das alternative System für das am meist konkurrenzfähige System im Vergleich zum ACCPS. Die Kosten, der Durchsatz und die erforderliche Fläche wurden als die Hauptkriterien zum Vergleich zwischen den beiden Systemen gewählt. Der Vergleich hat die Vorteile des ACCPSs im Verringern der Betriebskosten, der erforderlichen Fläche, des Energieverbrauchs und der Entnahmezeit (Pickzeit) bestätigt. ACCPS stellt eine neue Technik zur Verfügung, um die Full-case-picking Prozessen (CPP) zu automatisieren, die außerordentlich zum Verringern von Gesamtbetriebskosten durch die Minderung von Arbeitskräftebedarf, Platzbedarf und potenziellen Fehlern, und die Erhöhung der Produktivität und Leistungsfähigkeit beiträgt. Die Struktur von ACCPS, die auf individuellen Modulen basiert, kann weiter die Flexibilität und die Anpassungsfähigkeit des Systems vergrößern.

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Ruzayqat, Mohammed: Designing a cellular-based fully automated case picking system. 2016.

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