Selfsortment of goods in storage systems

Abstract

The achievements of the 21st century have permanently changed consumer behavior. Products that were previously only purchased in stores are increasingly being ordered online. This change is causing a revolution in the last mile of the supply chain. Customers demand fast and punctual deliveries and are willing to pay for this service. Logistical solutions are needed to meet these requirements. One solution approach in warehouse logistics is the robot-supported compact storage and retrieval system (RCS/RS). The advantages of this storage system lie in the compact design and, therefore, high storage density, the modular structure, and the possibility of operating these systems 24/7. Accordingly, the number of providers trying to establish themselves in the market by standing out from the crowd with unique selling points is continuously increasing. More scientific research papers are also being published in regards to RCS/R systems. The literature focuses on maximizing throughput through efficient storage and retrieval porcesses. Various storage policies have been developed for this purpose. One of these policies is the rearrangement of blocking items back into the original stack in the same order in which they were taken out. However, this option is usually rejected due to the additional steps necessary and used-up capacities, which is why there is hardly any information available. Yet, maintaining some sort of sorted structure in this storage system seems to be particularly promising. Therefore, the aim of this master’s thesis is to investigate the potential of a sorting system according to the present storage policy. In the study, the degree of sorting should be determined on the probability-based initial filling of the storage space and the effect on this sorting grade with an increasing number of orders should be documented and then evaluated. Further studies in this thesis seek to identify the effects of different item distributions, such as the Pareto distribution, on the degree of sorting. For this purpose, a simulation model was developed that reflects the functionality of an RCS/RS. Simulation studies using DES were carried out and evaluated on this model. The A-B 80-20 item distribution achieved the highest degree of sorting at around 90% with a simultaneous reduction in the necessary relocations to around one fifth of the stack height.

Durch die Errungenschaften des 21.Jahrhundert hat sich das Konsumverhalten nachhaltig verändert. Produkte, die früher ausschließlich in lokalen Geschäften gekauft wurden, werden immer häufiger online bestellt. Dieser Wandel bewirkt einen Umschwung im Bereich der letzten Meile der Supply Chain. Kunden fordern eine rasche und pünktliche Lieferung und sind bereit, für diese Leistung zu bezahlen. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, braucht es logistische Lösungen. Ein Lösungsansatz im Bereich der Lagerlogistik sind die robotergestützten kompakt Lager- und Bereitstellungssysteme (RCS/ RS), deren Anzahl kontinuierlich steigt. Die Vorteile dieses Lagersystems liegen in der kompakten Bauweise und der dadurch hohen Lagerdichte des modularen Aufbaus und der Möglichkeit diese Anlagen 24/7 betreiben zu können. Es etablieren sich immer mehr Anbieter am Markt, die versuchen sich mit Alleinstellungsmerkmalen von der Menge abzuheben. Auch in der Forschung steigt die Anzahl wissenschaftlicher Artikel in diesem Bereich. Bei diesen liegt der Fokus auf der Maximierung des Durchsatzes durch effiziente Ein- und Auslagerungsstrategien. Eine von diesen Strategien ist die Rückumlagerung von zuvor umgelagerten blockierenden Artikeln in den ursprünglichen Stack (Stapel) in der entnommenen Reihenfolge. Durch den zusätzlichen Aufwand und die Bindung von Kapazitäten wird diese Variante aber tendenziell schon von Beginn an verworfen, weswegen es kaum Informationen zu dieser Strategie gibt. Besonders erfolgsversprechend erscheint es, in dieser Art von Lagersystemen eine gewisse sortierte Struktur aufrechtzuerhalten. Deswegen soll das Ziel dieser Diplomarbeit sein, das Potenzial eines Sortiersystems gemäß der vorliegenden Lagerpolitik zu untersuchen. In dieser Studie soll der Grad der Sortierung anhand einer wahrscheinlichkeitsbasierten Erstbefüllung des Lagers festgestellt werden und die Auswirkung auf den Sortierungsgrad mit steigender Anzahl an Bestellungen dokumentiert und ausgewertet werden. In weiteren Untersuchungen zum Grad der Sortierung sollen die Auswirkungen von verschiedenen Artikelverteilungen, wie der Paretoverteilung, identifiziert werden. Dafür wurde ein Simulationsmodell entwickelt das ein RCS/RS in seiner Funktionsweise widerspiegelt. An diesem Modell wurden Simulationsstudien mittels DES durchgeführt und ausgewertet. Es konnte bei allen definierten Artikelverteilungen eine Steigerung der Sortierung gezeigt werden. Den höchsten Sortierungsgrad mit ca. 90% erreichte die A-B 80-20 Artikelverteilung mit einer gleichzeitigen Reduktion der notwendigen Umlagerungen auf ca ein Fünftel der Stapelhöhe.